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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,尺寸極其細小;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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