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      微硅粉对水泥性能的影响
      - 2019-03-30-

      本文研究了硅灰对水泥净浆性能的影响,并对28d水泥净浆进行了SEM分析。
      1.试验材料及方法
      采用的硅灰来自泉州市威林特实业有限公司:粒径为0.1~0.3μm的占81.09%,SiO2含量为94.50%;水泥:32.5级普通硅酸盐水泥,安定性合格。原材料化学成分见表1。
      表1 原材料的化学成分 %

      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


      水泥净浆强度试验使用:50px×50px×50px净浆试体,固定用水量为27%。

      2 试验结果
      2.1 硅灰对水泥净浆性能的影响
      硅灰对水泥净浆抗压强度和凝结时间的影响见表2。从表2可见,掺硅灰的水泥净浆3d抗压强度随硅灰掺量的增加逐渐下降,且低于对比水泥净浆;28d、90d抗压强度都接近甚至超过对比水泥净浆的强度,且随硅灰掺量的增加逐渐增大。全加密硅粉的掺入使得凝结时间稍有增加。
      表2 硅灰对水泥净浆抗压强度和凝结时间的影响

      硅灰掺量/%

      抗压强度/MPa

      初凝时间/(h:min)

      终凝时间/(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

      早期强度随掺量增加而降低,是由于硅灰替代水泥,使水泥矿物的相对数量减少;但是,由于硅灰极其微细,具有高火山灰活性,能吸收水泥水化产物Ca(OH)2,生成C-S-H凝胶,使Ca(OH)2晶体生长受到限制,晶粒细化,而且硅灰水化产物填充在界面,改善孔结构,使28d强度能赶上或超过对比水泥净浆的强度。但是,28d到3个月强度的增长幅度,掺有硅灰的不如对比水泥净浆大,这主要由于硅灰的活性高,28d时基本反应完全,或被水化凝胶产物包裹,故后期对强度增长几乎没有贡献,而水泥矿物28d后仍然能够继续水化。

      微硅粉对水泥净浆抗硫酸盐、干缩率、抗碳化能力、抗冻性能的影响分别见表3~表6。
      表3 水泥净浆经硫酸盐侵蚀的抗压强度 Mpa

      硅灰掺量/%

      淡水

      3%Na2SO4溶液

      3%MgSO4溶液

      模拟海水

      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:模拟海水的组成为:2.7%NaCl+0.32%MgCl2+0.22%MgSO4+0.13%K2SO4,其余为水。
      表4 水泥净浆干缩率度验结果 %

      硅灰掺量

      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 水泥净浆抗碳化性能

      硅灰掺量/%

      碳化抗压强度/MPa

      水中养护抗压强度/MPa

      抗碳化强度比/%

      0

      42.20

      47.92

      88.1

      2.5

      45.07

      49.60

      90.9

      5

      46.18

      50.12

      92.1


      表6 水泥净浆抗冻性能

      硅灰掺量/%

      冻融循环(50次)抗压强度/MPa

      水中养护抗压强度/MPa

      抗压强度比/%

      0

      47.32

      56.09

      84.4

      2.5

      50.54

      59.90

      84.3

      5

      53.40

      62.30

      85.7

      从表3~表6可以明显看到:硅灰的掺入对水泥抗硫酸盐侵蚀、抗干缩、抗碳化、抗冻等性能都有一定幅度的提高,提高的幅度一般能够达到10%~15%;而且硅灰的掺量越多,对水泥各种耐久性能的改善就越明显。

      2.2 微观分析
      水泥中掺入5%硅灰,对比不掺硅灰的水泥净浆,水化28d,通过SEM进行水化产物形貌的观察和分析,结果分别见图1和图2。
      图1显示,对比水泥净浆水化28d后,水化产物结构疏松,还存在没有水化的水泥颗粒,而且出现大量生长较大、规则排列的Ca(OH)2晶体;而在掺硅灰5%的水泥浆体(见图2)中,水化产物呈凝胶状,几乎找不到结晶完整粗大钙矾石和Ca(OH)2晶体;水化产物没有固定的规则外形,尺寸极其细??;硬化体呈现整体化结构,凝胶状的水化产物并不独立分散分布。
      3 结论
      1)在水泥中掺入2.5%、5%和10%的硅灰,其后期强度能赶上并超过对比水泥净浆,掺量越大,增长越明显。
        2)掺入2.5%、5%的硅灰对水泥净浆抗化学侵蚀性能、抗干缩、抗碳化、抗冻性能等都有一定幅度的提高,而且硅灰掺量越大,对水泥的性能改善越明显。
        3)与对比水泥净浆相比,掺入5%硅灰的水泥水化28d净浆结构致密,孔隙少,看不到大量明显的晶体。

       


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