水泥漿體水化產(chǎn)物的非等溫?zé)岱纸夥磻?yīng)動力學(xué)及理論研究.pdf

1、在火災(zāi)等異常的外界環(huán)境或熔煉工廠、核電站、油井等特殊的服役條件下，混凝土?xí)惺芤欢ǔ潭鹊母邷?，持續(xù)的溫度升高會導(dǎo)致機(jī)械性能衰減、劇烈的脆性破壞，甚至爆裂，造成承載建筑結(jié)構(gòu)破壞或坍塌，引發(fā)毀滅性災(zāi)難。高溫條件下，水泥基材料水化產(chǎn)物的分解反應(yīng)伴隨著宏觀形貌變化和強(qiáng)度衰減，因此探索高性能水泥基材料的熱分解動力學(xué)機(jī)理及礦物摻合料對其影響規(guī)律，具有很強(qiáng)的理論意義和應(yīng)用價值。本論文采用Kissinger微分法和Flynn-Wall-Ozawa(F-

2、W-O)積分法對水泥漿體的失重行為進(jìn)行了非等溫分解動力學(xué)計算，分析了粉煤灰、硅灰和礦渣對分解反應(yīng)的各失重階段的熱分解活化能(E)的影響及其成因機(jī)理，為混凝土的高溫組分和微觀結(jié)構(gòu)變化提供實驗依據(jù)和理論基礎(chǔ)。
　　摻入粉煤灰、硅灰和礦渣等硅酸鹽水泥體系的DSC-DTG曲線均呈現(xiàn)3個吸熱/失重階段Peak1、Peak2、Peak3，分別對應(yīng)于C-S-H脫水、氫氧化鈣分解、碳酸鈣分解，吸熱焓和失重量大小為Peak1＞Peak2＞ Peak

3、3。所有硅酸鹽水泥體系的DTG曲線峰值溫度下的Kissinger熱分解活化能和不同轉(zhuǎn)化率時的F-W-O熱分解活化能的數(shù)值上來看，均符合Peak1＜Peak2&Peak3的規(guī)律。粉煤灰/水泥體系的Peak1階段，粉煤灰對早期水泥漿體活化能影響明顯大于后期，其中3d齡期的Kissinger活化能隨粉煤灰的摻量增加而下降;7d、28d齡期時，Kissinger活化能隨粉煤灰的摻量增加而有微量變化。而3d、7d齡期的分解反應(yīng)后期的F-W-O活化

4、能明顯高于反應(yīng)初期，28d齡期的反應(yīng)后期的活化能卻低于反應(yīng)初期。粉煤灰/水泥體系的Peak2階段，3d齡期的Kissinger活化能隨粉煤灰的摻量增加呈現(xiàn)減小后增大趨勢;7d、28d齡期時，熱分解Kissinger活化能隨粉煤灰的摻量增加呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律，低摻量時，7d的活化能大于28d。而三個齡期的分解反應(yīng)后期的F-W-O活化能明顯低于反應(yīng)初期。粉煤灰/水泥體系的Peak3階段，3d齡期時熱分解Kissinger活化能隨粉煤灰的摻量

5、增加而下降，7d、28d齡期活化能則呈現(xiàn)增大趨勢。而3d齡期的F-W-O活化能受轉(zhuǎn)化率影響不大，而7d、28d齡期的熱分解反應(yīng)初期F-W-O活化能均低于反應(yīng)后期。
　　硅灰/水泥體系中，在硅灰摻量10％時熱分解活化能數(shù)值在不同轉(zhuǎn)化率時出現(xiàn)異于整體變化規(guī)律的突變。對于Peak1反應(yīng)階段的Kissinger分解活化能，3d、7d養(yǎng)護(hù)齡期時隨硅灰的摻量增加呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢;28d養(yǎng)護(hù)齡期則隨硅灰的摻量增加而有增大后降低的趨勢，但變

6、化量比3d、7d的小。F-W-O計算結(jié)果則發(fā)現(xiàn)3d、7d、28齡期的分解反應(yīng)后期的活化能均明顯高于反應(yīng)初期。硅灰/水泥體系的Peak2階段，3d、7d、28d齡期的Kissinger活化能隨硅灰的摻量增加而減小。F-W-O計算結(jié)果則發(fā)現(xiàn)與粉煤灰水泥體系一樣，三個齡期的分解反應(yīng)后期的活化能明顯低于反應(yīng)初期。硅灰/水泥體系的Peak3階段，3d齡期的Kissinger分解活化能隨硅灰摻量增加先增大后減小;7d養(yǎng)護(hù)齡期時則呈整體下降趨勢;28

7、d齡期時則隨硅灰摻量增加呈倒S變化趨勢。F-W-O計算結(jié)果則發(fā)現(xiàn)分解反應(yīng)后期的活化能均明顯高于反應(yīng)初期;3d、7d齡期活化能隨硅灰含量增大而先減小后增大，且這一變化趨勢不隨轉(zhuǎn)化率的變化而改變，而轉(zhuǎn)化率不斷增大過程中28d齡期的活化能隨硅灰含量增大而減小的趨勢也愈不顯著，且這一變化趨勢受轉(zhuǎn)化率的影響非常明顯。
　　早齡期的礦渣/水泥體系中，在礦渣摻量較小時Peak1和Peak2的熱分解反應(yīng)后期的F-W-O活化能高于反應(yīng)前期，而當(dāng)?shù)V渣

8、摻量增大后，轉(zhuǎn)變?yōu)闊岱纸夥磻?yīng)后期活化能低于反應(yīng)前期;Peak3的F-W-O則受轉(zhuǎn)化率的影響不大。Peak1的Kissinger分解活化能隨礦渣摻量增加而下降，F(xiàn)-W-O計算結(jié)果則發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化率不斷增大，分解活化能隨礦渣摻量增大而減小的趨勢愈發(fā)顯著;Peak2的Kissinger活化能隨硅灰的摻量增加出現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律，但活化能變化量不大，F(xiàn)-W-O計算結(jié)果則發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化率不斷增大，分解活化能隨礦渣摻量增大從逐漸增大趨勢演變?yōu)橹饾u減小趨勢;P

9、eak3的Kissinger活化能隨硅灰摻量增加有微小波動，但變化量不大，F(xiàn)-W-O計算結(jié)果則發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化率不斷增大，分解活化能隨礦渣摻量增大逐漸減小，且這一變化趨勢不隨轉(zhuǎn)化率（熱失重率）變化而改變。
　　上述研究結(jié)果為進(jìn)一步認(rèn)識和掌握粉煤灰、硅灰、礦渣等常用的混合材改善水泥基材的熱穩(wěn)定性提供了很好的幫助，同時也進(jìn)一步闡述了具有潛在活性的混合材對水泥基材水化產(chǎn)物的影響，這為更好地利用這些混合材料改善混凝土的高溫服役性能提供了理論支撐。