負溫增鈣粉煤灰混凝土強度發(fā)展規(guī)律的研究

1、2012年第12期(總第278期)Numberl2in2012(TomlNo278)混凝土Concrete原材料及輔助物料MATERIALADMINICLEdoi：103969~issn1002—3550201212023負溫增鈣粉煤灰混凝土強度發(fā)展規(guī)律的研究崔金江，。趙亞丁，朱衛(wèi)中。，朱廣祥。(1北京市住宅建設設備物資公司，北京100025；2哈爾濱工業(yè)大學，黑龍江哈爾濱1500903黑龍江省寒地建筑科學研究院，黑龍江哈爾濱15008

2、0)摘要：從利廢、環(huán)保的角度出發(fā)結(jié)合增鈣粉煤灰具有需水量低、活性高和可自硬的特征，研究了3種增鈣粉煤灰摻量(428％、333％、238％)的負溫混凝土在恒負溫(一l5℃)、恒負溫轉(zhuǎn)正溫和自然變負溫養(yǎng)護條件下的抗壓強度的發(fā)展變化規(guī)律；同時分別利用x射線衍射和掃描電子顯微鏡技術，分析其不同齡期的水化程度及產(chǎn)物和顯微結(jié)構(gòu)，探討其水化機理，為實際工程應用提供參考依據(jù)。關鍵詞：增鈣粉煤灰；負溫混凝土；抗壓強度；XRD；SEM中圖分類號：TU528

3、041文獻標志碼：A文章編號：1002—3550(2012)12—0069—05StudyonthestrengthdevelopmentlawofminustemperaturecalciumenrichedflyashconcreteCUIJinjiang，ZHAOYa—ding2ZHUWeizhongsZHUGuangxiang(1BeijingResidentialConstructionFacilitiesandMateria

4、lsCompany，Beijing100025，China；2HaerbinInstituteofTechnologyHaerbin150090，China；3HeilongjiangProvinceAcademyofColdAreaBuildingResearch，Haerbin150080，China)Abstract：iginallyfromwasterecyclingandenvironmentprotecting，combin

5、ingtothecharacteristicsofcalcium—enrichedflyash，suchaslowwaterrequirement，highactivityandselfhardeningproperty，compressives~engthanddynamicmodulusofelasticitydevelopmentlawofmi—nus—temperaturecalcium—enrichedflyashconcre

6、te(amountofmixingwere428％333％and238％)wereinvestigatedunderconstantnega—tivetemperature(一15℃)，constantneg~ivetemperaturechangingtopositivetemperatureandnaturalchangedneg~ivetemperaturecuringsys—temAndthen，byusingofXRDandS

7、EM，theproductsofhydrationandfinetextmeunderdifferentageswereanalyzedDiscussedtheprincipleofhydration；providedareferenceforengineeringapplicationKeywords：calcium—enrichedflyash；minus—temperatureconcr~e；compressives~ength；

8、XRD；SEM0引言增鈣粉煤灰憑借它的需水量低、活性高和可自硬的優(yōu)點廣泛應用于各種工程中，但是由于我國東北、華北和西北特殊的地理位置和氣候條件，在負溫混凝土中，增鈣粉煤灰并沒有得到廣泛的應用。本研究不僅僅是“三北”地區(qū)工程實踐的需要，也是負溫混凝土材料體系科學理論自身發(fā)展的需要。1原材料與試驗方法11原材料與配合比試驗采用哈爾濱水泥廠PO425級水泥；粗集料為石灰?guī)r碎石，顆粒級配為5315mm連續(xù)級配；細集料為II區(qū)中砂，細度模數(shù)265

9、；阿城熱電廠產(chǎn)I級增鈣粉煤灰(化學成分列于表1)；LNC51型混凝土泵送劑；WN—D阻銹型防凍劑。配合比見表2。表1增鈣粉煤灰化學成分％12試驗方法恒負溫轉(zhuǎn)正溫養(yǎng)護，將混凝土在(202)℃環(huán)境中預養(yǎng)4h后，轉(zhuǎn)移到一15℃的恒負溫環(huán)境中進行養(yǎng)護，分別養(yǎng)護7、14、21、28d后轉(zhuǎn)為正溫標準養(yǎng)護。自然變負溫養(yǎng)護，將混凝土在(20_2)℃環(huán)境中預養(yǎng)4h后，轉(zhuǎn)移到自然環(huán)境中進行養(yǎng)護，養(yǎng)護齡期為一7、一14、一21、一28、一35、一42、一49

10、、一56d。分別測定上述兩種養(yǎng)護環(huán)境下，混凝土的抗壓強度及水化產(chǎn)物并與標養(yǎng)情況相比對，探討負溫增鈣粉煤灰混凝土強度發(fā)展的規(guī)律。表2增鈣粉煤灰混凝土的配合比收稿日期：2012_Jo6—1169學兔兔www.xuetutu.com表3自然變負溫養(yǎng)護混凝土強度MPa注：表中斜杠后指占同配合比標準養(yǎng)護28d強度的百分比，％。負溫養(yǎng)護齡期，d圖6自然變負溫養(yǎng)護混凝土強度內(nèi)的液相量大大增加。這沒有達到防凍劑的冰點溫度，此時，防凍劑中的許多組分可以直

11、接參與水泥的水化反應；增加了水泥石體系的自由能差，使水泥粒子和水分子有反應的能量和動力[4J。由表面物理化學原理可以推導：：2f1)T0△r式中：△——實際冰點；——原始冰點；——冰的比容；△——水的表面張力；△r融——冰的融解熱；r——毛細孔孔徑。由于在變負溫的條件下，一615℃之間水泥一防凍劑體系遠高于其冰點水化體系。此時，水泥的水化速度遠高于恒一15℃時水泥的水化速度，從而進一步加速水泥混凝土的早期結(jié)構(gòu)的形成，使得結(jié)構(gòu)毛細孔變細，

12、孔徑變小。在小孔徑內(nèi)的水一防凍劑溶液體系冰點會更進一步降低，給水泥的進一步水化提供條件。3負溫增鈣粉煤灰混凝土水化過程分析31負溫增鈣粉煤灰混凝土水泥水化過程XRD分析對三組增鈣粉煤灰混凝土分別進行XRD分析，下面僅列出含量333％的混凝土的XRD分析圖譜。28／(。)圖7試樣負溫養(yǎng)護一7dXRD分析圖譜由XRD分析圖譜，分析可知：混凝土在負溫條件下養(yǎng)護7d時，仍有大部分礦物未水化。其中含有部分C，S(d=276，274，218)鼎1f

13、1—2caosioH，o2一Ca(oH、，3—3caOA1，OCaC卜l0H，O4一口24CaOAI，0l9H，O5—4CaO3Al，0SO，6一CaO2SioHO7一A1：siO(OH)21I阜77l02010008OO毪鰱6O0黑4OO200O30405060702日／(。)圖8試樣養(yǎng)護一728dXRD分析圖譜1—2CaO‘SiO2‘H2Ol0304050607O20／f。1圖9試樣養(yǎng)護一756dXRD分析圖譜和C2S(d=274，

14、277，192)，及部分Ca(d=269，271，192)。同時發(fā)現(xiàn)有CaO的存在，這是由于增鈣粉煤灰中含CaO較多，此時未完全水化。當試樣轉(zhuǎn)入正溫后，水化產(chǎn)物明顯增多有：2CaOSiO2H20、CaO2SiO22H220(d=336，183，190)、4CaO3A12O3SO3(d=376，265，2IV)及24CaOA12O319H2O(d=279，267，248)。表明轉(zhuǎn)入正溫后，水泥可以繼續(xù)水化，使得結(jié)構(gòu)進一步的完善從而強度迅速

15、提高。當硅酸三鈣與水混合時，水化作用很快進行。開始時化合物以化學計量的比例進入溶液，也就是石灰和二氧化硅以在無水化合物中同樣的分子比，即3：l進入溶液中。溶液中石灰濃度不斷增高使二氧化硅濃度很快降低。氫氧化鈣的晶體很快出現(xiàn)，并同時生成凝膠狀的或近乎無定形的水化硅酸鈣。它形成覆蓋膜包裹在CS的表面，從而延緩c，s的水化反應。幾小時后，這個起始生成物膜又溶解或破裂，結(jié)果就加速水化，生成CaO。SiO分子比值較低的(15或更小)CHS二次凝膠

16、生成物，隨后又變成穩(wěn)定的第三生成物[51。但預養(yǎng)4h后進入負溫養(yǎng)護，部分液相已凝結(jié)成固相使得反應更難進行。所以Cs不能完全水化，只能生成CaO：SiO分子比值較高的水化產(chǎn)物如：2CaOSiOH：O。其中Ca(OH)衍射相對強度鞏很高，也表明水泥水化在進行之中。但至于結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔的狀況及凍結(jié)造成的裂縫則是XRD分析所無法得知的。隨著正溫養(yǎng)護齡期的延長并沒有產(chǎn)生新的水化產(chǎn)物，但2CaOSiOHO與CaO2SiO：2HO的相對強度，／，0有所增