石灰石对矿渣水泥水化反应的作用及特性

1、0引言地球温暖化已成为世人所普遍关注的环境问题 , 其主要原因在于 CO 2的迅速增加。因此 , 如何控制或减少 CO 2的排放量 是人类与自然协调发展的关键问题之一。对于水泥产业来说 , 控制和削减 CO 2排放量的最好对策是尽可能减少水泥熟料用 量来生产性价比好的混合水泥。 其中 , 在 P S 中掺用石灰石 (简 称 LSP 来生产石灰石 -矿渣水泥 (简 称 P C 是 行 之 有 效 的 方 法之一。这种水泥不但能确保混凝土单位体积内胶凝材料的数 量 , 增加混凝土组成材料的黏聚性 , 而且还能提高混凝土的各 种力学性能 1。 为此 , 现以 LSP 的置换率和粉末度作为变数来配 制

2、 P C , 并进行其水化反应及其特性的试验分析。1试验概要使用材料为比表面积 3000cm 2/g 的 P S 和比表面积 4500、8200cm 2/g 的 LSP , 其化学成分如表 1所示。并分别以 10%、20%、 30%的 LSP 置换 P S (熟料 矿渣 =80 20 的方法配制 P C 水泥浆试件 , 且在标准状态下分别养护 1、 3、 7、 28d 后 , 再放入 丙酮中终止其水化反应。然后进行干燥处理并粉碎成细粉末来 进行水化反应率及其特性试验。2试验结果与分析2.1C 3S 的水化反应率图 1表示了 P C 中 C 3S 的水化反应率。 在龄期 1d 中 , P S 的

3、水化反应率为 42.5%; LSP45的 3种不同置换率水化反应率分别 为 45.3%、 47.1%、 51.1%; LSP82的 3种不同置换率水化反应率则 分别为 51.7%、 54.5%、 58.3%。亦即 , C 3S 的水化反应率随 LSP 的置 换率(图 1a 和粉末度 (图 1b 的增加而增加。若在熟料中掺用 LSP , C 3S 在水化反应中所生成的部分水化物会在 LSP 表面上迅速形成许多晶核 2-5, 不但减少 C 3S 表面上所形成的水化物膜层的 厚度 , 而且会加快 C 3S 粒子的溶解和其离子的扩散 , 进而促进 C 3S 的水化反应速度。当龄期 3d 后 , P C

4、 的 C 3S 水化反应率虽然高于 P S , 但其程度随龄期的增加而逐渐减少。直到龄期 28d , P S 的C 3S 水化反应率为 90.3%; LSP45的 3种不同置换率 C 3S 反应率分别 为 89.6%、 91.6%、 92.7%; LSP82的 3种 不 同 置 换 率 则 分 别 为 89.5%、 93.7%、 94.5%, 显示出与 P S 大致相同的反应率。这个试验 表明 , LSP 对 C 3S 的作用主要发生在早期的水化反应过程中。2.2Ca(OH 2的生成量 图 2表示了 P C 中 Ca (OH 2的生成量 , 其中 , 点直线为用 LSP 置换 P S 后剩余

5、P S 的理论 Ca (OH 2生成量。在龄期 3d 以内 , P C 的 Ca (OH 2生成量位于点直线以上 , 表明其 Ca (OH 2的 生 成 量 大 于 P S , 但 其 生 成 量 随 着 置 换 率 (图 2a 和 粉 末 度 (图 2b 的增加而减少。到龄期 28d , P C 中的 C 3S 水化反应虽2008年 第 1期 (总 第 219期 Number 1in 2008(Total No.219 混 凝 土Concrete刘笑军 , 朴应模(辽东学院 建筑材料研究所 , 辽宁 丹东 118003Abstract:To save cement , making expe

6、riment with limestone added in slag cement.The result shows the early hydrated reaction rate of C 3Sincreases with the increase of the replacement ratio and powder degree of limestone in slag cement , but the hydration reaction ratio is equivalent to slag cement at age of 28days.The hydration reacti

7、on of C 3A decreases in age of 1days , but the hydration ratio is equivalent to C 3A of slag cement later.The limestone participates at age of 7day , and is related to the hydration of C 3A. Key w ords:limestone ; hydration reaction rate ; hydrate摘 要 :为节约水泥熟料 , 对在矿渣水泥 (简称 P S 中掺用石灰石的方法进行了试验。 结果表明 ,

8、P S 中 C 3S 的早期水化反应率随石灰石粉的取代率和粉末度的增加而增加 , 龄期 28d 的水化反应率则与 P S 基本持平 ; C 3A 的水化反应率在龄期 1d 内明显下降 , 但此后的水化 反应率与 P S 中 C 3A 的水化反应率大致相同 ; 石灰石主要在龄期 7d 内参与水化反应 , 且与 C 3A 的水化反应密切相关。 关键词 :石灰石 ; 水化反应率 ; 水化物中图分类号 :TU528.04文献标志码 :A 文章编号 :1002-3550(2008 01-0087-03Qualitative analysis on the hydration reaction of sl

9、ag cem ent by lim estoneLIU Xiao-jun , PIAO Ying-mo(Institute of Building Materials , Dandong University , Dandong 118003, China 石灰石对矿渣水泥水化反应的作用及特性收稿日期 :2007-09-04基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (50162001原材料及辅助物料MATERIAL AND ADMINICLE表 1使用材料的比表面积及化学成分比表面积 /(cm 2/g 300045008200名称 P SLSP45LSP82Fe 2O 32.30.10.2SiO

10、224.60.52.7Al 2O 35.30.10.2SO 31.80.00.1CaO 61.554.953.3K 2O 0.60.00.0MgO 2.10.50.9Na 2O 0.20.00.0化学成分 /%87 然与 P S 大致相同 (见图 1 , 但 Ca (OH 2生成量却位于点直线 以下。这是因为把 P C 中 C 2S 的水化反应率假设为与 P S 相 同 , 所以其 Ca (OH 2的生成量随 LSP 置换率的增加而减少。这 个试验结果也表明 LSP 的掺用可提高 C 3S 的早期水化反应率。2.3C 3A 的水化反应率图 3表示了 P C 中 C 3A 的水化反应率。 在龄期

11、 1d 中 , P S 的 C 3A 水化反应率为 49.0%; LSP45的 3种不同置换率 C 3A 水 化 反 应 率 分 别 为 36.4%、 27.9%、 28.1%; LSP82的 3种 不 同 置 换 率 C 3A 水化反应率则分别为 30.7%、 29.7%、 32.3%。由于 LSP 能 使含有 SO 42-和 CO 32-的凝胶体在 C 3A 表面上形成致密的薄膜层 , 能抑制 C 3A 的溶解和扩散 2, 从而能降低 C 3A 的早 期 水 化 反 应 率。当龄期超过 1d 后 , P C 的 C 3A 反应率急速回升 , 直到龄期 3d , 与 P S 的 C 3A 反

12、应率基本持平为止。 这是因为龄期 1d 后 , P C 将生成含有 CO 32-的三碳铝酸盐水化物 2, 不但降低 C 3A 表 面上的 SO 42-和 CO 32-浓度 , 而且还能促进离子的扩散 , 进而加快 C 3A 的水化反应速度。2.4CaCO 3的水化反应率图 4为 P C 中 CaCO 3的水化反应率。 当 CaCO 3的水化反应 进行到龄期 7d 后几乎不参与反应 , 且其反应随 LSP 置换率的增 加而明显减少。这表明 CaCO 3主要在龄期 7d 内 , 置换钙矾石中 石膏成分并生成三碳铝酸盐水化物。当龄期 28d 时 , LSP45的 3种 不 同 置 换 率 CaCO

13、3水化率分别为 17.0%、 8.0%、 5.2%; LSP82的 3种不同置换率 CaCO 3水化率则分别为 15.6%、 6.7%、 4.5%, 显示出其反应随着粉末度的增大而减少的倾向。其原 因 在 于图 1LSP 置换率与 P C 中 C 3S 的水化反应率(a LSP45P C (b LSP82P C 图 2LSP 置换率与 P C 中 Ca (OH 2的生成量(a LSP45P C (b LSP82P C 图 3LSP 置换率与 P C 中 C 3A 的水化反应率(a LSP45P C (b LSP82P C 图 4LSP 置换率与 P C 中 CaCO 3的水化反应率(a LSP

14、45P C (b LSP82P C 88 P C 的长期耐久性 , 则有待于进一步的探讨。3结论经过以上的试验分析可得出如下结论 :(1 在 P C 中 C 3S 早期水化反应速度随 LSP 的置换率及粉 末度的增加而加快 , 且其龄期 28d 的水化率与 P S 基本持平 ; 当 Ca (OH 2生成量小于 P S 时 , 可提高 P C 的强度和耐久性。 (2 在 P C 中 , C 3A 早期水化反应非常缓慢 , 但龄期 3d 后 , 其水化反应与 P S 基本持平 ; 三碳铝酸盐主要生成在龄期 7d 内 , 且随置换率的增加而减少。参考文献 :1后 滕 孝治 , 等 . 规格国际化 J

15、. " 0 . 2002, 631:1-8. 2浅贺喜与志 , 等 . 粒度 田 共 炭酸添加 水 和 反 广 心 及 影 响 C. " 0 论 文 书 , 1997, 51:20-25.3後 滕 孝治 , 等 . 水和及石灰石微粉末影响 C. 日 本 0工学协会 . 石灰石微粉末特性 0 利 用 关 委 员 会 报 告 书 口 论 文 集 . 1998, 147-150.4Poitevin P.Limestone aggregate concrete, usefulness and durabilityJ. Cement and Concrete Composites ,

16、 1999, 21(2 :89-97.5Gaze M E , Crammond N J.The formation of thaumasite in a cement: lime:sand mortar exposed to cold magnesium and potassium sulfate so-lutionsJ.Cement and Concrete Composites , 2000, 22(3 :209-222.作者简介 :刘笑军 (1962- , 男 , 辽东学院建筑材料研究所试验师。 单位地址 :辽 宁 省 丹 东 市 振 安 区 临 江 后 街 116号 (118003联系

17、电话 SP 表面上形成的 Ca (OH 2等水化物膜层随时间逐渐变厚并阻 碍离子的扩散和相互接触。图 5表示了 P C 的三碳铝酸盐生成量。由图可知 , 其生成 量到龄期 7d 急速增加之后 , 转入到非常缓慢的增长状态 , 且其 生成量随着 LSP 的增加而有所减少。 到龄期 28d , LS45的 3种 不同置换率三碳铝酸盐 生 成 量 分 别 为 4.9%、 4.8%、 4.5%; LS82的 3种 不 同 置 换 率 三 碳 铝 酸 盐 生 成 量 则 分 别 为 4.2%、 4.1%、 4.1%, 也显示出随着 LSP 粉末度的增加而减少的倾向。 2.5钙矾

18、石生成量图 6表示了钙矾石生成量。 P S 及 P C 的钙矾石生成量在 龄期 1d 内达到高峰之后迅速下降 , 直到龄期 7d 后 , P S 的钙 矾石生成量仍随龄期而减小 , 但 P C 的钙矾石生成量则显示出 缓慢增加的趋势。其原因在于 , P C 在龄期 17d 内主要生成 SO 42-的含量小于钙矾石的水化铝酸钙晶体 , 当龄期超过 7d 后 , 这种水化铝酸钙晶体与被三碳铝酸盐置换出来的石膏 进 行 水 化反应而生成钙矾石。至于龄期 7d 后生成的钙矾石是否影响图 5LSP 置换率与 P C 中三碳铝酸盐的生成量(a LSP45P C (b LSP82P C图 6LSP 置换率与 P C 中钙矾石的生成量(a LSP45P C (b LSP82P C! ! ! ! !行 业 资 讯中国混凝土行业二十年 出版发行二 七年 , 中国建筑业协会混凝土分会已经伴随着中国混凝土行业一起已经走过了二十年的发展历程。 为了更好地展示二十 年来我国混凝土行业取得的辉煌业绩 , 回顾过去 , 展望未来 , 进一步引导我国混凝土行业健康持续发展 , 编辑出版了 中国混凝土行 业二十年 。 该书真实记述了我国混凝土行业二十年来的整体