硅酸鹽水泥-硅灰復合膠凝材料低溫水化特征研究.pdf

1、混凝土在冬季施工中如果遭受早期凍害會使混凝土的物理力學性能指標遭受嚴重損害，對混凝土耐久性十分不利，混凝土早期凍害是低溫混凝土研究的重要問題之一。本文從混凝土在低溫條件下的早期性能研究為切入點，以硅酸鹽水泥為基礎組分，以硅灰為膠凝材料摻加組分，利用亞硝酸鈉維持低溫溶液活性，選定5℃～-10℃的低溫環(huán)境，以力學性能、水化產(chǎn)物組分、水化產(chǎn)物含量、微觀形貌、孔徑特征以及水化速率六個指標作為復合膠凝材料早期水化性能的表征參數(shù)，建立復雜因素下硅酸

2、鹽水泥-硅灰復合膠凝材料低溫水化特征的分析方法，完善從低溫復合材料的前端起始反應開始進行其內部水化過程的動態(tài)研究方法并建立低溫水化動力學模型，進一步闡明低溫混凝土中復合膠凝材料的水化反應機理，為低溫混凝土的研究奠定理論基礎。論文的主要研究內容如下:
　　(1)研究不同硅灰摻量（0、2％、5％、8％、10％和12％）對復合膠凝材料水化性能的影響，結果表明，硅灰的摻入可以有效地提高復合膠凝材料在低溫條件下的力學性能，促進Ca(OH)2

3、的消耗，有效改善水化產(chǎn)物分布，填補結構中的孔隙，降低復合膠凝材料的總孔隙率，這種改善效果隨著硅灰摻量增加而越加明顯，在硅灰摻量達到8％時，效果最佳，如抗壓強度可以提高16％、總孔隙率降低7％，當硅灰摻量超過8％以后，改善效果逐漸減弱，所以低溫下硅酸鹽水泥中的硅灰摻量不宜過大。
　　(2)研究不同溫度（5℃、0℃、-5℃和-10℃）對復合膠凝材料水化性能的影響，結果表明，溫度的降低不僅會帶來復合膠凝材料抗壓和抗折強度的顯著下降，水化

4、產(chǎn)物中Ca(OH)2含量的降低，而且還會使復合膠凝材料總孔隙率增加，有害孔數(shù)量增大，晶體之間的連接薄弱，尤其是從5℃降低到0℃時，復合膠凝材料的上述性能指標變化最為明顯，7d抗壓強度降低率可達29％，多害孔數(shù)量增加率達到27％，同時還會抑制硅灰的火山灰活性，溫度越低情況越明顯。
　　(3)研究不同溶液環(huán)境（8.5％亞硝酸鈉溶液和純水溶液）對復合膠凝材料水化性能的影響，結果表明，在5℃水化初期時，復合膠凝材料在純水溶液環(huán)境下的抗壓及

5、抗折強度均要高于在亞硝酸鈉溶液環(huán)境中的，而在水化14d時，同硅灰摻量的復合膠凝材料在亞硝酸鈉溶液環(huán)境中的Ca(OH)2含量卻均高于在純水溶液環(huán)境中的，但復合膠凝材料在亞硝酸鈉溶液環(huán)境中的水化產(chǎn)物較純水溶液環(huán)境中的要薄、顆粒大、之間的連接不均勻，總孔隙率較大，結構密實度較小。雖然亞硝酸鈉摻量較大時會增加溶液的表面張力，但是可以維持5℃～-10℃時水的活性，利于復合膠凝材料的水化，尤其是動力學研究。
　　(4)通過測試低溫下復合膠凝材

6、料的水化放熱量，研究鹽溶液環(huán)境中不同條件下復合膠凝材料水化反應的動態(tài)特征，優(yōu)選水化動力學方程及計算機程序，計算反應速率常數(shù)K、反應級數(shù)n和表觀活化能Ea，建立低溫下復合膠凝材料的水化動力學模型，結果表明，低溫下，硅酸鹽水泥-硅灰復合膠凝材料水化過程可以劃分為三個階段NG、I和D，不同硅灰摻量的復合膠凝材料的反應級數(shù)n均是介于1.2～1.6之間的非整數(shù)，表示低溫下的復合膠凝材料的水化反應為復雜的為基元反應;而硅灰的摻入可以降低水化后期的放

7、熱總量，增加加速期的水化放熱速率，減小反應級數(shù)n，增大不同階段的水化速率常數(shù)K;溫度的降低卻會使復合膠凝材料的水化誘導期延長，二次放熱峰降低、滯后，反應級數(shù)n和速率常數(shù)K值也隨著降低;而不同硅灰摻量的復合膠凝材料的不同水化階段表觀活化能差值均較小。
　　本文采用宏觀性能測試和微觀結構分析相結合、水化產(chǎn)物的定性分析與定量分析相結合及水化過程的分析與動力學方程建立相結合的方式，對復雜因素下硅酸鹽水泥-硅灰復合膠凝材料低溫水化特征進行分