石灰_石膏_粉煤灰水泥浆体的水化机理研究
粉煤灰-石灰-二水石膏胶凝材料的体积稳定性及水化产物的性能
文章编号：１００７－０４６Ｘ（２０１０）０１－０００８－０３实验研究粉煤灰－石灰－二水石膏胶凝材料的体积稳定性及水化产物的性能Volume Stability of Fly Ash-Lime-Gypsum Binder and Its Hydration Products周万良1,2 ，詹炳根2 ，龙靖华2（1.武汉大学水利水电学院 , 武汉 430072；2.合肥工业大学土木与水利工程学院，合肥 230009）０ 前 言 粉煤灰水化活性小，不能单独成为胶凝材料，但用石灰和石膏双重激发粉煤灰则能大大提高其活性，从而能配制出一种胶凝材料，这种粉煤灰－石灰－二水石膏胶凝材料（ＦＬＤ）具有成本低廉、保护环境、水化热低等优点，应用越来越广泛，如配制大体积混凝土、高性能混凝土、绿色混凝土，生产砌筑水泥等。
该胶材中的粉煤灰在石灰激发下会生成水化铝酸钙，继而与石膏反应生成钙矾石，体积膨胀［２］ ，因此存在体积稳定性问题。
体积稳定性是胶结材一个很重要性质，与胶结材在工程实际中的应用有关。
目前国内外有关 ＦＬＤ 的研究有很多［１，３￣８］ ，但都没有对其稳定性进行过长期研究（２ 年以上），也没有明确结论。
为此本文对粉煤灰－石灰－二水石膏胶凝材料（以下简称 ＦＬＤ）的体积稳定性进行了长期研究。
由于胶凝材料体积稳定性与水化产物的数量和形貌有关，本文同时对 ＦＬＤ 的水化产物进行了 ＸＲＤ 和 ＳＥＭ 分析。
８COAL ASH 1/2010摘 要： 用雷氏夹法对粉煤灰－石灰－二水石膏胶凝材料（FLD ）的体积稳定性进行了研究，用 SEM 和 XRD 对 FLD 的水化 产物形貌和数量变化规律进行了研究。
FLD 中 SO 3 含量为 2.33％ 时体积稳定性良好，而 SO 3 含量大于 4.65％ 时体 积稳定性差。
在 FLD 中，随龄期增加，钙矾石数量不断增加，CaSO 4·2H 2O 和 Ca （OH ）2 数量不断减少。
建筑材料习题答案 2
混凝土
四、问答题 1 某市政工程队在夏季正午施工，铺筑路面水泥混凝土。选 用缓凝减水剂。浇注完后表面未及时覆盖，后发现混凝土表 面形成众多表面微细龟裂纹，请分析原因。有何预防措施？ 答：由于夏季正午天气炎热，混凝土表面蒸发过快，造成混 凝土产生急剧收缩。且由于掺用了缓凝减水剂，混凝土的早 期强度低，难以抵抗这种变形应力而表面易形成龟裂。属塑 性收缩裂缝。 预防措施：在夏季施工尽量选在晚上或傍晚，且浇注混 凝土后要及时覆盖养护，增加环境湿度，在满足和易性的前 提下尽量降低塌落度。若已出现塑性收缩裂缝，可于初凝后 终凝前两次抹光，然后进行下一道工序并及时覆盖洒水养护。
一、问答题 1 为何矿渣水泥、火山灰水泥的耐腐蚀性优于硅酸盐 水泥？ 解答：因为矿渣和火山灰与硅酸盐水泥熟料的水化产 物氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙等水化产物，使水 泥石中的氢氧化钙含量大为降低，而氢氧化钙的耐腐 蚀性较差。另一方面，形成较多的水化产物使水泥石 结构更为致密，亦提高了水泥石的抗腐蚀能力 2 为何粉煤灰水泥的干缩性小于火山灰水泥？ 解答：粉煤灰多为表面致密的圆形颗粒，而火山灰是 表面多孔形状不规则的颗粒。一般来说，在水泥浆体 达到相同的流动度时，后者的需水量较多，使硬化后 的水泥石干缩较大。
砌体
1. 多孔砖与空心砖有何异同？ 解答：
⑴ 两种砖孔洞率要求均为等于或大于15％； ⑵ 多孔砖孔的尺寸小而数量多，空心砖孔的尺寸大而数量小；
⑶ 多孔砖常用于承重部位，空心砖常用于非承重部位。
⑷ 多孔砖常使用时孔洞与承压面垂直，空心砖使用时孔洞与承压面平行。
2 未烧透的欠火砖为何不宜用于地下？ 答：未烧透的欠火砖颜色浅，其特点是强度低，且孔隙大，吸水率高， 当用于地下，吸较多的水后强度进一步下降。故不宜用于地下。
混凝土水化反应机理
混凝土水化反应机理一、引言混凝土是一种广泛应用的材料，水泥是混凝土中最重要的成分之一。
混凝土水化反应是指水泥与水反应形成石灰质胶凝体的过程。
水化反应是混凝土的基础，同时也是混凝土强度形成的基础。
混凝土水化反应机理研究对于混凝土的制备、性能评估和维修具有重要意义。
二、水化反应的基本原理1.水泥的化学成分水泥是一种矿物胶凝材料，主要成分为硅酸盐、铝酸盐、铁酸盐和石膏。
其中硅酸盐和铝酸盐是水泥中的主要活性成分。
硅酸盐主要是指硅酸二钙(C2S)和硅酸三钙(C3S)，铝酸盐主要是指铝酸三钙(C3A)和铝酸钙(C4AF)。
2.水化反应的基本过程水泥与水反应主要包括两个过程：解离过程和水化过程。
解离是指水泥中主要活性成分在水中溶解的过程。
水化是指水泥中主要活性成分与水反应生成石灰质胶凝体的过程。
3.石灰质胶凝体的组成和结构石灰质胶凝体主要是指硅酸钙(C-S-H)、钙羟基石灰石(Ca(OH)2)和铝酸钙(C-A-H)。
其中，C-S-H是水化反应生成的主要产物，其占水泥中胶凝体的70%至80%。
C-S-H的结构是由硅酸链和钙离子形成的三维凝胶结构，其特点是孔隙率高，孔径分布广泛。
三、水化反应的控制因素1.水泥的类型和化学成分不同类型的水泥具有不同的水化反应特性，主要是由于其化学成分的差异所致。
例如，硅酸盐含量高的水泥水化反应速度较慢，但强度发展较快；铝酸盐含量高的水泥水化反应速度较快，但强度发展较慢。
2.水泥与水的比例水泥与水的比例是混凝土水化反应的关键因素之一。
水泥用水的量应该合理，既要满足混凝土的工作性能要求，又要保证混凝土的强度发展。
水泥用水量过多会导致混凝土强度下降，而水泥用水量过少则会导致混凝土过度干燥，影响水化反应的进行。
3.温度和湿度温度和湿度是混凝土水化反应的重要影响因素。
温度对水化反应速率的影响非常显著，水化反应速率随着温度的升高而加快。
湿度对水化反应速率的影响也很大，水化反应需要一定的湿度来进行，如果湿度太低，会导致混凝土的强度发展不良。
提高石膏胶凝材料的强度和耐水性技术研究现状与问题
提高石膏胶凝材料的强度和耐水性技术研究现状与问题摘要：石膏胶凝材料的低强度和耐水性差是其两大缺点,本文从在石膏中添加有机防水材料和无机胶凝材料及石膏含水率等三方面入手，探讨了提高石膏胶凝材料的强度和耐水性的几种方案。
关键词：石膏；强度；耐水性。
石膏作为一种气硬性胶凝材料，被广泛用作各类建筑制品的原材料。
但是由纯建筑石膏制造的石膏建筑制品存在两个很大的缺点：强度低和耐水性差。
这极大地限制了它的应用面，因此通常只是把建筑石膏制品应用于室内粉刷。
其具有轻质、防火、保温隔热、调湿、隔音等功能，且有装饰性好，不收缩、不开裂、施工方便、环保无味等特点。
传统的水泥砂浆抹灰材料，存在着易开裂、空鼓、落地灰多、凝结硬化慢等缺陷。
粉刷石膏的应用，明显地消除了传统抹灰材料的通病，并且增添了许多特种功能。
但是，软化系数低（一般在0.2~0.45 之间）、吸水率高、耐水性差、强度低等缺陷，使普通粉刷石膏的推广应用受到很大限制。
为了扩大石膏的范围，则必须提高粉刷石膏的强度和耐水问题。
这主要有两条途径：即掺加有机防水材料或无机胶凝材料。
加入有机防水材料固然能够提高石膏的耐水性，但是有机防水剂薄膜阻隔了硫酸钙晶体之间的结合，削弱了石膏制品的强度，另外防水剂填充或堵塞石膏的孔隙，降低了石膏的“呼吸”调湿功能。
石膏中掺加适量的无机胶凝材料，既可提高其耐水性，又可提高强度，同时还能保持其原有的特种功能，且成本较低。
一．无机胶凝材料对建筑石膏的强度及耐水性影响无机胶凝材料对石膏的改性主要是在石膏材料内加入水硬性掺合料。
常用的掺合料有：石灰、水泥、粉煤灰、化铁炉渣和高炉水淬矿渣粉。
改性机理为水泥和石灰的水化产物Ca2+、Ca（OH）2 能够将矿渣微粉和粉煤灰颗粒表面激活，在激发剂的配合下使其分解出（SiO4）4-、（AlO4）5-离子团进入液相，与Ca2+发生反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，进而与石膏中的硫酸钙发生水化反应，促进石膏胶凝体的初期强度；新生成的水化铝酸钙等又与半水石膏水化后生成的二水石膏反应，生成水化硫铝酸钙，填充、密实石膏孔隙，进一步增进强度。
水泥_粉煤灰浆体的水化反应进程
11212 反应程度的测定 1) 粉煤灰反应程度 取适量硬化浆体压碎 ,
在异丙醇中浸泡 25 m in,然后在装有无水乙醇的玛 瑙研钵中磨细至全部通过 0108 mm 筛 , 真空吸滤 ,
过滤后的粉状样品在预先放置钠石灰的真空干燥
箱中于 80～200 kPa压力和 105 ℃下干燥 24 h, 之
表 2 实验配合比
m g) , 质量记为 m0 , 然后在数控式高温炉中以 10 ℃ /m in速率升温至 900 ℃,恒温 30 m in, 取出放入 干燥器中冷却称量 ; 之后再在 900 ℃下加热 15 m in 并冷却称量 ; 如此反复 , 直到前后 2 次质量差小于 015 m g, 结 束 实 验 , 最 后 一 次 试 样 的 质 量 记 为 m900 ℃. 每组试样做 3 次平行试验 , 取其平均值. 硬 化浆体非蒸发水量通过下式计算得到 :
dep endence of ge l / sp ace ra tio on the deg ree of cem en t hyd ra tion and f ly ash reac tion is a lso
p rop osed. The ca lcu la ted ge l / sp ace ra tios fo r cem en t2f ly ash p astes a re consisten t w ith those fo r p u re
表 1 原材料的化学成分
%
原材料 PC FA
w ( S iO 2 ) w ( T iO 2 ) w (A l2O 3 ) w ( Fe2O 3 ) w (M nO ) w (M gO )
21168
0128
5164
4122
(完整版)建筑材料练习题及答案
一、单项选择1．下列无机胶凝材料中，属于水硬性胶凝材料的是（）A．石灰B．石膏C．水泥D．水玻璃2．石灰在建筑物中不宜（）A．用于制作硅酸盐制品B．单独用于建筑物基础C．制成灰土、三合土D．拌制石灰砂浆3．石灰不宜单独使用，是因为（）。
A．石灰强度低B．石灰硬化慢C．石灰易受潮D．硬化时体积收缩大4．（）浆体在硬化初期，体积发生微小膨胀。
A．生石灰B．建筑石膏C．水泥D．三合土5．建筑石膏具有许多优点，但存在最大的缺点是（）。
A．防火性差B．易碳化C．耐水性差D．绝热和吸声性能差6．下列材料中，凝结硬化最快的是（）。
A．生石灰B．水泥C．粉煤灰D．建筑石膏7．国家标准规定，水泥的强度等级是以水泥胶砂试件在（）龄期的强度来评定的。
A．28d B．3d、7d和28d C．3d和28d D．7d和28d8．硅酸盐水泥适用于（）的混凝土工程。
A．早期强度要求高B．大体积C．有耐高温要求D．有抗渗要求9．混凝土的强度等级是以具有95％保证率的龄期为（）的立方体抗压强度标准值来确定的。
A．3d、7d、28d B．3d、28d C．7d、28d D．28d 10．提高混凝土抗渗性和抗冻性的关键是（）。
A．增大水灰比B．选用合理砂率C．提高密实度D．增加骨料用量11、石灰膏体是在（）中硬化的。
A、干燥空气B、水蒸气C、水D、与空气隔绝的环境12、以下水泥熟料矿物中水化后早期强度和后期强度都比较高的是（）。
A、C2SB、C3SC、C3AD、C4AF13、混凝土强度等级是按照什么划分的？（）A、立方体抗压强度值B、立方体抗压强度标准值C、立方体抗压强度平均值D、棱柱体抗压强度值14、厚大体积混凝土工程适宜选用（）。
A、铝酸盐水泥B、矿渣水泥C、硅酸盐水泥D、普通硅酸盐水泥15、材料的耐水性可用（）表示。
A、亲水性B、憎水性C、抗渗性D、软化系数16、青砖是在（）条件下焙烧的。
A、氧化气氛B、先氧化气氛，后还原气氛C、还原气氛D、先还原气氛，后氧化气氛17. 石灰的硬化过程（）进行。
国开专科《建筑材料(A)》机考真题及答案
国开专科《建筑材料（A）》机考真题及答案第一套一、判断题（共25题，共50分）1.建筑材料是建筑工程的物质基础。
［答案］对2.材料的矿物组成主要是指元素组成相同，但分子团组成形式各异的现象。
［答案］对3.强度试验时，加荷速度越快，所测强度值越低。
［答案］错4.矿物是由各种不同地质作用所形成的天然固态岩石的集合体。
［答案］错5.建筑装饰工程上所指的花岗石是指以花岗岩为代表的一类装饰石材。
［答案］对6.生石灰具有强烈的消解能力，水化时需要吸非常大热量。
［答案］铛7.目前，木材较少用作建筑结构材料，而广泛用于装饰与装修材料。
［答案］对8.建筑装饰工程中常用的石膏品种有建筑石膏、模型石膏、高强石膏和粉刷石骨。
［答案］对9.通用硅酸盐水泥是以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。
［答案］对10.只要条件适宜，硅酸盐水泥的硬化在长时期内是一个无休止的过程。
［答案］对11.在硅酸盐水泥熟料中掺入某些人工或天然矿物材料（混合材料）可提高水泥的抗腐蚀能力。
［答案］对12.高铝水泥水化初期的7d放热量约相当于硅酸盐水泥Id放热量。
［答案］对13.掺混合材料的硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料，加入适量混合材料及石膏共同磨细而制成的水硬性胶凝材料。
［答案］对14.从广义上讲，混凝土是以胶凝材料、粗细骨料及其它外掺材料按适当比例拌制、成型、养护、硬化而成的人工石材。
［答案］对15.砂中的泥可包裹在砂的表面，有利于砂与水泥石的有效粘结，同时其吸附水的能力较强，使拌合水量加大，增强混凝土的抗渗性、抗冻性。
［答案］错16.拌合用水所含物质不应影响混凝土的工作性及凝结。
［答案］对17.新搅拌的混凝土的工作性不同的施工环境条件下往往会发生变化。
［答案］对18.维勃稠度值大，说明混凝土拌合物的流动性好。
［答案］错19.混凝土浇筑后必须保持足够的湿度和温度，才能保持水泥的不断水化，以使混凝土的强度不断发展。
［答案］对20.混凝土的耐久性主要由抗渗性、抗冻性、抗腐蚀性、抗碳化性及抗碱骨料反应等性能综合评定。
水硬性胶凝材料
（1）生产工艺
两磨一烧——生料制备、熟料煅烧和水泥粉磨三个过程
❖
石灰石┐ 磨细
1450℃
磨细
❖ ❖
粘 土┼─── 生料─── 铁矿粉┘
熟料石┐膏┘————水泥成品
（2）生产原料
石灰石质原料——石灰石、白垩等
CaO
粘土质原料——粘土、页岩等
SiO2、Al2O3、Fe2O3
校正原料（少量）——铁粉
Fe2O3
25
2. 硅酸盐水泥的组成材料
❖ （1）硅酸盐水泥熟料 ❖ （2）石膏 ❖ （3）混合材料
26
（1）硅酸盐水泥熟料（简称为熟料）
❖ 1）硅酸盐水泥熟料的矿物组成
主要矿物组成
分子式
名 称 分子简式
3CaO·SiO2
硅酸三钙
C3S
2CaO·SiO2
硅酸二钙
C2S
3CaO·Al2O3
铝酸三钙
C3A
4CaO·Al2O3·Fe2O3 铁铝酸四钙
7
2.硬化
1）干燥结晶硬化：
两种强度
水分蒸发，产生毛细管压力，压密石灰粒子 ——附加强度
水分蒸发，氢氧化钙过饱和析晶 ——结晶强度
2）碳化： Ca（OH）2＋CO2＋H2O —— CaCO3
碳化强度
8
石灰的生产、消解、硬化小结
➢ 过火石灰存在,陈伏半个月左右
——常见实例：陈伏时间不够，引起房屋抹面层凸起开裂
（天然的或合成的有机
高分子化合物为基本成分）
3
4.1 石 灰
4.1.1 石灰的生产 1.原料
——以CaCO3为主要成分的岩石(石灰石、白垩等)
富含CaCO3 部分MgCO3
4
混凝土中水泥水化反应的原理
混凝土中水泥水化反应的原理一、水泥的成分和特性水泥是混凝土的主要成分，其主要成分为熟料和石膏。
熟料是指将石灰石和粘土等原料在高温下煅烧得到的矿物物质，其中主要成分为三氧化二铝和二氧化硅。
石膏则是用于调节水泥硬化过程中的凝结时间和硬化性能的一种添加剂。
水泥的主要特性包括初凝时间、终凝时间、强度和耐久性等。
二、水泥水化反应的基本过程水泥在混凝土中的主要作用是通过水化反应形成胶凝体，填充空隙并形成强度。
水泥水化反应的基本过程可分为以下几个阶段：1. 水化初期水泥与水发生反应，形成硬化物质和水化热。
水化初期的主要反应是三氧化二铝和水的化学反应，产生氢氧化铝胶体和放热。
这个阶段的特点是反应速度快、放热量大、强度增长较慢。
2. 胶凝期随着水化反应的进行，氢氧化铝胶体逐渐成熟，形成更加稳定的硅酸盐胶凝体。
胶凝期的主要反应是氢氧化铝胶体和硅酸盐之间的反应，产生硅酸钙胶凝体。
这个阶段的特点是反应速度减慢、放热量减少、强度增长较快。
3. 强化期随着胶凝体的形成，水泥石的强度逐渐增加。
强化期的主要反应是硅酸盐胶凝体的晶化和形成更加稳定的结构。
这个阶段的特点是反应速度缓慢、放热量减少、强度增长较快。
4. 稳定期水泥水化反应的最后阶段是稳定期。
此时，水泥石的强度基本上已经达到了稳定状态。
稳定期的主要反应是水泥石结构的继续稳定和硬化过程的结束。
三、水泥水化反应的影响因素水泥水化反应的速度和强度受到多种因素的影响，包括水泥熟料的成分、水泥的质量、混凝土配合比、水泥与水的接触方式等。
1. 水泥熟料的成分水泥熟料的成分对水泥水化反应的速度和强度有很大的影响。
一般来说，熟料中的三氧化二铝含量越高，水泥的早期强度越高，但晚期强度可能降低。
二氧化硅含量较高的熟料可提高水泥的晚期强度。
石膏的添加量也会影响水泥水化反应的速度和强度。
2. 水泥的质量水泥的质量对水泥水化反应的速度和强度也有很大的影响。
水泥的烧制温度、磨细度、比表面积等因素都会影响水泥的水化反应速度和强度。
水泥水化过程,机理
1.强度的产生和发展
一种认为，水泥加水拌和后，熟料矿物迅速水化，生成大 量的水化产物C-S-H凝胶，并生成Ca(OH)2及钙矾石(AFt)晶体。 经过一定时间以后，C-S-H凝胶也以长纤维晶体从熟料颗粒上 长出，同时钙矾石晶体逐渐长大，它们在水泥浆体中相互交织 联结，形成网状结构，从而产生强度。随着水化的进一步进行， 水化产物数量不断增加，晶体尺寸不断长大，从而使硬化浆体 结构更为致密，强度逐渐提高。
③外加剂
如采用掺入适当品种与掺量的减水剂，可使水灰比大 幅度减小到0.25，稳定地促进强度的增长；
采用早强剂可大幅度提高早期强度；
采用如引气剂、膨胀剂、速凝剂等则可能会引起后期强 度的降低，故在使用时应严格控制其掺加量。
School of Materials Science & Engineering
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(3)施工条件 水泥石结构的强度与其施工过程密切相关。
在施工过程中，水灰比、骨料级配、搅拌振捣的程度、 养护温度及是否采用 外加剂等对强度都有很大影响。
①水灰比及密实程度 水泥的水化程度越高，单位体积内水化产物就越多，
密度
2(3CaO·SiO2)+6H20=3CaO·2SiO2·3H20+3Ca(OH)2
3.14
1.00
2.44
2.23
摩尔质量 228.23
18.02
342.48
74.10
摩尔体积 72．71
18．02 140．40
33．23
体系中所占体积145.42 108.12 140.40
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第3卷 第10期环境工程学报Vol .3,No.102009年10月Chinese Journal of Envir on mental EngineeringOct.2009石灰2石膏2粉煤灰水泥浆体的水化机理研究徐子芳 张明旭3 许海仙(安徽理工大学材料科学与工程学院,淮南232001)摘 要 通过增钙法对粉煤灰水泥浆体的凝结时间、水化放热和力学性能的测定,以及采用差示2热重分析、扫描电镜、X 射线衍射,研究了在有石灰、石膏时不同掺量粉煤灰水泥浆体的水化机理。
结果表明:早期水化性能弱,后期持久。
随粉煤灰掺量增加,浆体的凝结时间延长,水化热减少,高掺超过40%时龄期强度下降明显;早期水化产物主要为:大量的水化硅酸钙凝胶(C 2S 2H ),未水化的硅酸钙(C 3S 、C 2S ),少量的钙矾石(AFt 、AF m )和氢氧化钙Ca (OH )2,后期在石灰2石膏的活性效应和填充效应的激发下,水化产物主要为:Ca (OH )2、AF m 。
Ca (OH )2与AF m 及少量的C 2S 2H 填充在水泥孔隙中且相互交联,改善了粉煤灰水泥浆体强度。
关键词 石灰2石膏 粉煤灰水泥 水化性能 激发剂中图分类号 X705 文献标识码 A 文章编号 167329108(2009)1021879206Study on hydra ti on m echan is m of lim e 2gypsum fly a sh cem en t pa steXu Zifang Zhang M ingxu Xu Haixian(School of Material Science and Engineering,Anhui University of Science and Technol ogy,Huainan 232001,China )Abstract According t o differential scanning cal ori m eter 2ther mal gravity,scanning electr on m icr oscope,X 2ray diffracti on and the measure ment of the setting ti m e,the hydrati on heat and the mechanical p r operties of the fly ash ce ment paste by adding calciu m ,the hydrati on mechanis m of the fly ash ce ment paste with li m e 2gyp sum and different additi on of fly ash was studied .The results sho w that hydrating capacity of early age is weak,but l ong 2ter m is lasting;al ong with the increase of fly ash,the setting ti m e of paste p r ol ongs and the hydrati on heat decreases;when the dosage of fly ash is more than 40%,the comp ressive strength decreases evidently .The main early hydrati on p r oducts are a large quantity of calciu m silicate hydrate gel (C 2S 2H ),calciu m silicate with 2out hydrati on (C 3S 、C 2S ),a s mall quantity of ettringite (AFt 、AF m )and calcium hydr oxide Ca (OH )2.Under the activati on of the activity effect and the filling effect of li m e 2gyp sum ,the main hydrati on p r oducts at a later age are Ca (OH )2and AF m.Ca (OH )2,AF m and a little bit C 2S 2H fill the pore s pace and cr osslink mutually,which i m p r oves the strength of fly ash ce ment paste .Key words li m e 2gyp su m;fly ash ce ment;hydrati on p r operty;activate基金项目:2008年度安徽省高校省级自然科学研究项目(K J2008B274)收稿日期:2008-12-12;修订日期:2009-02-13作者简介:徐子芳(1972～),女,讲师,博士研究生,主要从事硅酸盐材料方面的教学与研究工作。
E 2mail:zhfxu@aust .edu .cn3通讯联系人 目前使用各种工业废渣生产建筑材料,为提高水泥基材料的性能,如力学强度、耐久性能等,提高性能的关键是如何提高废渣的活性,但长期以来关于粉煤灰活性以及如何有效地提高粉煤灰活性的研究,一直是该领域的热门课题。
将粉煤灰进行增钙处理后,可以较大幅度地提高粉煤灰的活性,在保证水泥基材料质量的基础上,有利于增加粉煤灰在水泥中的掺量,降低成本,提高经济效益,减少环境污染。
为了更好地利用粉煤灰,首先探明增钙后的粉煤灰水泥砂浆水化机理是非常必要的[1]。
国内外虽然对此曾做过许多研究,诸如报道过外掺粉煤灰或其他废渣后水泥浆体的界面结构、孔结构内容研究,但对大掺量粉煤灰为原料在石灰2石膏的激发下的水化机理研究内容,国内外文献未见详细报道。
本文作者在水泥浆体中高掺粉煤灰在增钙激发作用下,采用传统的研究手法结合物相分析、扫描电镜、差热分析及龄期水化产物形成热测定等研究手段,深入研究了掺粉煤灰在石灰2石膏的激发下水泥浆体的水化机理。
以求寻找出粉煤灰等工业废渣在建环境工程学报第3卷筑材料领域里发挥更好效应的途径[2～4]。
1 实验部分111 原材料实验用水泥为淮南矿务局水泥厂生产的4215级普通硅酸盐水泥,粉煤灰来自淮南洛河发电厂出厂原灰,其主要化学成分见表1。
少量激发剂石灰2石膏均当地购置,粒度粉磨后过75μm方孔筛(200目筛),筛余小于10%。
表1 水泥、粉煤灰化学组成Table1 Chem i ca l co m positi on s of ce m en t and fly a sh(%)成分Si O2A l2O3Fe2O3Mg O Ca O K2O S O3Ti O2水泥21.40 4.58 2.69 2.0263.650.67 2.630.20粉煤灰58.7531.48 4.52 1.34 1.740.600.150.151.2 实验方法将粉煤灰和对比样煤矸石等质量取代水泥0%、10%、20%、30%、40%、45%;石灰掺量为总量的10%、石膏为总量的5%;按《G B/T134622001水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验》方法进行水泥与粉煤灰石灰2石膏体系的标准稠度用水量、凝结时间测定;用SHR2650型水泥水化热测定仪按G B/T1295921991(溶解热法)测定掺入粉煤灰和石灰2石膏水泥浆体28d龄期试块的水化热。
试块制作按标准胶砂强度试模制作,标准养护24h后脱模,在20℃水中养护至规定龄期后,进行力学性能测试;取最优样的中心部位,试样处理按测试要求进行DSC2TG(differential scanning cal ori m eter2ther mal gravity)水化过程热形成机理分析;SE M(scanning electr on m icr oscopy)扫描;并用D/MAX型X射线衍射仪(X2ray diffract ometer)进行物相成分对应分析。
2 实验结果与分析2.1 石灰2石膏对粉煤灰水泥浆体凝结时间的影响从表2可见,水泥的标准稠度用水量随粉煤灰掺量的增加而减少,但当粉煤灰掺量增大40%时,标准稠度用水量不再减少甚至略有增加。
这是因为粉煤灰颗粒本身是表面光滑的微珠,这些光滑的球形粒子在水泥净浆中起到润滑、滚动作用,使水泥,粉煤灰体系的流动性提高,降低了用水量,同时粉煤灰颗粒表面因吸附而出现双电层结构,加强了润滑作用,起到减水作用;另一方面,粉煤灰颗粒比水泥颗粒小得多,填充到水泥颗粒中,减少了水泥浆体的孔隙率,也相应减少了填充水量。
但粉煤灰颗粒较水泥颗粒小很多,用于包裹粉煤灰颗粒的水分自然要增多,当粉煤灰掺量进一步增大时,包裹粉煤灰颗粒所需的水分大大超过粉煤灰颗粒所能释放出的水分,就表现为标准稠度用水量增加。
水泥凝结时间随粉煤灰掺量的变化是:随着掺量的增加而延长。
粉煤灰掺量越大,水泥的凝结时间就越长。
这是因为,粉煤灰等量取代水泥配制浆体使水泥浆体中水泥数量相对减少,水泥浆体的浓度相对降低,也就是有效水灰比增大,这对水泥水化速率不利。
水化速率减慢,生成凝胶的速率随之减慢,水泥基体系形成空间网状结构的速率也减慢,表现为水泥的初、终凝时间延长。
粉煤灰取代率越大,水泥浆体的浓度降低率也越大,水化速率变慢,初、终凝时间也延长更多[5]。
表2 石灰2石膏对粉煤灰水泥浆体需水量和凝结时间的影响Table2 Effects of li m e2gypsu m fly a sh ce m en t pa steson wa ter de mand and setti n g ti m e试样编号配合比(%)水泥粉煤灰标准稠度需水量(%)凝结时间(h)初凝终凝A0100025.3 2.7 3.2A1901025.0 2.8 4.0A2802025.1 3.0 3.9A3703026.4 3.1 4.0A4604026.8 3.8 5.0A5554526.2 4.1 5.32.2 粉煤灰2石灰2石膏硅酸盐制品水化热的测定从图1可见,掺入粉煤灰的试样水化热比同龄期的纯水泥浆体水化热都降低了,表明一方面掺入粉煤灰后,浆体的水化速率也会随之减小,水化产物的形成会受到影响,从而直接影响抗压强度;但另一方面因使用粉煤灰在大体积工程中放热较少,热膨胀小,能有效克服粉煤灰水泥的内应力,进而提高水泥基材料的安全性。