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              微硅粉對水泥性能的影響
              - 2019-03-30-

              本文研究了硅灰對水泥凈漿性能的影響,并對28d水泥凈漿進行了SEM分析。
              1.試驗材料及方法
              采用的硅灰來自泉州市威林特實業有限公司:粒徑為0.1~0.3μm的占81.09%,SiO2含量為94.50%;水泥:32.5級普通硅酸鹽水泥,安定性合格。原材料化學成分見表1。
              表1 原材料的化學成分 %

              原材料

              SiO2

              MgO

              Fe2O3

              CaO

              Al2O3

              SiO2

              Loss

              fCaO

              水泥

              21.30

              1.43

              4.71

              63.02

              4.96

              1.70

              0.40

              2.48

              硅灰

              94.50

              0.97

              0.83

              0.54

              0.27


              1.90


              水泥凈漿強度試驗使用:50px×50px×50px凈漿試體,固定用水量為27%。

              2 試驗結果
              2.1 硅灰對水泥凈漿性能的影響
              硅灰對水泥凈漿抗壓強度和凝結時間的影響見表2。從表2可見,摻硅灰的水泥凈漿3d抗壓強度隨硅灰摻量的增加逐漸下降,且低于對比水泥凈漿;28d、90d抗壓強度都接近甚至超過對比水泥凈漿的強度,且隨硅灰摻量的增加逐漸增大。全加密硅粉的摻入使得凝結時間稍有增加。
              表2 硅灰對水泥凈漿抗壓強度和凝結時間的影響

              硅灰摻量/%

              抗壓強度/MPa

              初凝時間/(h:min)

              終凝時間/(h:min)

              3d

              28d

              90d

              0

              47.29

              83.22

              90.70

              3:10

              4:56

              2.5

              46.49

              82.79

              89.98

              3:20

              5:18

              5

              45.33

              92.73

              93.12

              3:12

              5:06

              10

              43.43

              95.08

              98.01

              3:20

              5:09

              早期強度隨摻量增加而降低,是由于硅灰替代水泥,使水泥礦物的相對數量減少;但是,由于硅灰極其微細,具有高火山灰活性,能吸收水泥水化產物Ca(OH)2,生成C-S-H凝膠,使Ca(OH)2晶體生長受到限制,晶粒細化,而且硅灰水化產物填充在界面,改善孔結構,使28d強度能趕上或超過對比水泥凈漿的強度。但是,28d到3個月強度的增長幅度,摻有硅灰的不如對比水泥凈漿大,這主要由于硅灰的活性高,28d時基本反應完全,或被水化凝膠產物包裹,故后期對強度增長幾乎沒有貢獻,而水泥礦物28d后仍然能夠繼續水化。

              微硅粉對水泥凈漿抗硫酸鹽、干縮率、抗碳化能力、抗凍性能的影響分別見表3~表6。
              表3 水泥凈漿經硫酸鹽侵蝕的抗壓強度 Mpa

              硅灰摻量/%

              淡水

              3%Na2SO4溶液

              3%MgSO4溶液

              模擬海水

              0

              54.88

              46.24

              41.90

              36.38

              2.5

              60.03

              48.39

              48.08

              42.96

              5

              62.22

              55.00

              50.86

              44.71


              注:模擬海水的組成為:2.7%NaCl+0.32%MgCl2+0.22%MgSO4+0.13%K2SO4,其余為水。
              表4 水泥凈漿干縮率度驗結果 %

              硅灰摻量

              7d

              14d

              21d

              28d

              0

              0.13

              0.25

              0.27

              0.28

              2.5

              0.11

              0.23

              0.25

              0.27

              5

              0.11

              0.22

              0.24

              0.25


              表5 水泥凈漿抗碳化性能

              硅灰摻量/%

              碳化抗壓強度/MPa

              水中養護抗壓強度/MPa

              抗碳化強度比/%

              0

              42.20

              47.92

              88.1

              2.5

              45.07

              49.60

              90.9

              5

              46.18

              50.12

              92.1


              表6 水泥凈漿抗凍性能

              硅灰摻量/%

              凍融循環(50次)抗壓強度/MPa

              水中養護抗壓強度/MPa

              抗壓強度比/%

              0

              47.32

              56.09

              84.4

              2.5

              50.54

              59.90

              84.3

              5

              53.40

              62.30

              85.7

              從表3~表6可以明顯看到:硅灰的摻入對水泥抗硫酸鹽侵蝕、抗干縮、抗碳化、抗凍等性能都有一定幅度的提高,提高的幅度一般能夠達到10%~15%;而且硅灰的摻量越多,對水泥各種耐久性能的改善就越明顯。

              2.2 微觀分析
              水泥中摻入5%硅灰,對比不摻硅灰的水泥凈漿,水化28d,通過SEM進行水化產物形貌的觀察和分析,結果分別見圖1和圖2。
              圖1顯示,對比水泥凈漿水化28d后,水化產物結構疏松,還存在沒有水化的水泥顆粒,而且出現大量生長較大、規則排列的Ca(OH)2晶體;而在摻硅灰5%的水泥漿體(見圖2)中,水化產物呈凝膠狀,幾乎找不到結晶完整粗大鈣礬石和Ca(OH)2晶體;水化產物沒有固定的規則外形,尺寸極其細??;硬化體呈現整體化結構,凝膠狀的水化產物并不獨立分散分布。
              3 結論
              1)在水泥中摻入2.5%、5%和10%的硅灰,其后期強度能趕上并超過對比水泥凈漿,摻量越大,增長越明顯。
                2)摻入2.5%、5%的硅灰對水泥凈漿抗化學侵蝕性能、抗干縮、抗碳化、抗凍性能等都有一定幅度的提高,而且硅灰摻量越大,對水泥的性能改善越明顯。
                3)與對比水泥凈漿相比,摻入5%硅灰的水泥水化28d凈漿結構致密,孔隙少,看不到大量明顯的晶體。

               


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