蒸压条件下粉煤灰加气混凝土水化产物研究

蒸压条件下粉煤灰加气混凝土水化产物研究

自20世纪50年代末以来，国内外科学家对蒸压条件下的钢筋混凝土水化剂进行了大量的研究。人们普遍认为，其水化剂主要由不同结晶度的托伯来石、无定形水化硅酸钙和水化石酸盐组成。目前还有关于100以下碳灰粉气混凝土水化剂的讨论。在文献中，石膏粉末盐酸盐产品在蒸发条件下形成了含铝的水化硅酸钙。童学丽等人认为，在碱性条件下，石灰粉末产品的csh（b）和少量水化石。高良章等人认为，有机碳灰粉酸盐的主要水化剂是c-s-h凝胶、aft、afm和少量水化石。k.tomot等人认为，当c-h、c和c混合时，系统中的砂浆在20、40和60c下形成水化剂，c-s-h、c4英雄13和b2as8c下的水化剂是相同的c-s-h凝胶。托伯来酸钠的结构机是c-s-h凝胶。托伯来酸钠是良好的托伯来酸钠，其中结构性的硅酸钠含量在60.95c下含上述几种形式的水化硅酸钙。蒸养粉煤灰加气混凝土制品的强度可达到蒸压制品的要求,但收缩与抗碳化性能差别很大,为研究其性能差异的原因,笔者分别对蒸压养护和常压不同温度养护条件下粉煤灰加气混凝土的水化产物进行了对比研究,并进一步讨论了养护条件与水化产物种类、形貌及制品性能三者的关系.1材料和方法1.1粗粉煤灰的排放实验所用水泥为PO42.5R水泥;粉煤灰为电厂排放的粗粉煤灰;中烧石灰为加气混凝土厂的生产原料,其CaO含量为88%～92%,有效CaO含量为82%～88%.部分原材料的化学成分如表1所示.1.2性能测试与表征将按材料配比(水泥18%,中烧石灰12%,粉煤灰65%,石膏5%,水灰比为0.50)成型的粉煤灰加气混凝土试样,分别在55～60℃湿养护3d;95～100℃蒸养1d.制品强度、容重及收缩性能按国家标准GB/T11969～11974—1997规定的方法进行测试.取破型后的少量样品,用无水乙醇终止水化.块状样品在1.013×105Pa真空条件下干燥6h,用于扫描电镜(SEM)分析;部分样品研磨成粉状,在1.013×105Pa真空条件下干燥6h,用于X射线衍射(XRD)分析.蒸压粉煤灰加气混凝土样品是在180～190℃,约1.216×106Pa条件下蒸压养护10h所得工业产品.XRD测试:Cu靶;管压管流:30kV,30mA;狭缝:DS,SS1RS0.3.扫描电镜:PhilipsXL-30FEG.能谱仪:EDAX公司DX4i型,样品经镀金处理.2结果与讨论2.1水化产物的形貌蒸压粉煤灰加气混凝土的XRD图谱如图1示,其水化产物为:托勃莫来石(11.442,5.427,3.068,2.978,2.840)、CSH(B)(3.04,2.80,1.82,5.404)和水化石榴子石(5.04,2.756,2.297,1.999,1.642).水化产物的形貌如图2示,试样断面上是叶片状和针状托勃莫来石与结晶较差的CSH(B)胶结在一起,以叶片状和针状托勃莫来石为主,长度在1～2μm之间(见图2(a));气孔内壁多为一簇簇长约2～3μm,宽约1μm柳叶状托勃莫来石、少量的水化石榴子石(见图2(b)),以及部分凝胶状和结晶程度介于凝胶与托勃莫来石之间的CSH(B)(见图2(c)).由图2可以看出,蒸压制品中存在一定数量凝胶状、纤维状的CSH(B)、少量水化石榴子石和大量结晶良好的托勃莫来石.2.2养护制品的水化产物形貌如图3所示,在60℃养护3d条件下,该系统的水化产物主要是CSH(B)(3.044,7.30,5.404,2.786,1.818),AFt(9.767,5.640,4.946,4.704,3.877,2.786,2.550,2.20),AFm(8.893,4.468,2.884),少量托勃莫来石(11.2,5.404,3.07,1.845)和部分未反应完全的Ca(OH)2(4.946,3.108,2.631,1.931,1.792).60℃养护制品的水化产物形貌如图4所示.水化产物呈凝胶状、纤维状和片状产物胶结在一起的网状结构,结晶良好的叶片状托勃莫来石难以见到,凝胶状和纤维状的CSH(B)显著增多,各种水化产物的尺寸比蒸压条件下的更细小,结构更致密(见图4(a)),偶然还可见到与蒸压制品中的托勃莫来石形貌相近似的水化产物(见图4(b));气孔内壁水化产物的形貌与蒸压条件下的相差较大,主要是柱状、纤维状的水化产物(见图4(c)),局部放大可见到柱状水化产物为扁六方柱状簇(见图4(d)),纤维状水化产物间可见到有些薄膜相连接(见图4(e)),这是胶体经真空干燥后失水而形成的.能谱分析结果(见表2)表明柱状、纤维状的水化产物均为含铝的水化硅酸钙.2.3养护温度及时间条件下水化产物分布图5是95℃条件下蒸养1d的粉煤灰加气混凝土制品水化产物的XRD图谱,由图可见水化产物主要是:CSH(B)(3.033,2.789,2.074,1.824,1.662),AFm(8.927,4.476,3.997,2.891,2.428,1.662),少量AFt(9.91,5.70,4.97,4.69,2.789,2.696,2.212,1.662)和少量托勃莫来石(11.3,3.07,2.97,2.789,1.824,5.401),基本上看不到Ca(OH)2的特征峰,说明在此养护温度及时间条件下,水化反应进行的较完全.95℃养护温度下水化产物的的SEM照片(见图6)表明:断面上水化产物呈凝胶状、大量网状和板状的水化产物胶结在一起的结构(见图6(a)).粉煤灰玻璃珠周边为片状、网状水化产物(见图6(b)).这些水化产物将未水化的粉煤灰胶结为一体.气孔内水化产物由于生长空间较大,以长条板柱状和纤维状为主(见图6(c)).2.4蒸压与蒸养条件对复配水化产物种类的影响由XRD图谱及SEM照片可以看出,蒸压条件下,水化产物主要是大量结晶良好的托勃莫来石、凝胶状和结晶程度较弱的CSH(B)及少量水化石榴子石.60℃养护3d条件下水化产物主要是凝胶状及结晶较弱的CSH(B)、AFt、AFm和少量托勃莫来石;95℃养护1d条件下,水化产物仍以凝胶和结晶程度介于凝胶与托勃莫来石晶体之间的CSH(B)为主,还有少量托勃莫来石及AFt、AFm晶体.蒸压条件下水化产物的种类与前人的研究结果是一致的.笔者认为在60～100℃温度内养护的粉煤灰加气混凝土制品的水化产物的种类是相同的,形貌也较接近,主要是凝胶状及结晶较弱的CSH(B)、AFt、AFm和少量托勃莫来石,没有发现文献所说的水化石榴子石,但却发现在60～100℃有少量托勃莫来石晶体的形成.蒸压与蒸养条件下水化产物的种类和形貌都存在差异,蒸压条件下,托勃莫来石结晶程度高,含量多,凝胶和CSH(B)含量相对较少;蒸养条件下,尽管XRD图谱上显示有托勃莫来石存在,但SEM照片中较难观察到象蒸压条件下形成的柳叶状或片状结晶良好的托勃莫来石产物.两种养护制度下,形成水化产物差异的主要原因是:托勃莫来石的结晶过程受SiO2的溶解速度和扩散速度的控制.蒸压条件下,离子扩散速度快,反应程度高,系统碱度较低,SiO2溶出较多,并且气孔中能保持较多水分,有利于[SiO4]2-的扩散及形成结晶良好的托勃莫来石晶体.蒸养系统由于粉煤灰中SiO2的溶解速度较慢,液相碱度较高,托勃莫来石的生成条件较差,故晶体细小,形貌不完整.在常压条件下,60℃与95℃水化反应的机理相同,但反应速度与反应程度随温度的升高大幅度增加.2.5水化产物对制品性能的影响蒸压粉煤灰加气混凝土的水化产物结晶程度较高,虽然水化石榴子石对强度贡献不大,含量较少(约5%左右),但对制品抵抗收缩及抗碳化性能有利.CSH(B)对强度的贡献是托勃莫来石的两倍,不同结晶程度的托勃莫来石与CSH(B)凝胶紧密胶结在一起,产生较高的强度.托勃莫来石是一种结晶较好,比较稳定,不易碳化和变形,并且有一定胶结能力的水化产物.加气混凝土中必须有足够量的托勃莫来石才能得到性能良好的产品.蒸养粉煤灰加气混凝土由于养护温度较低,水化产物结晶程度较低,凝胶数量较多,凝胶孔的含量比结晶良好的托勃莫来石要多,因而它的收缩性能比托勃莫来石晶体差.由于其对强度贡献最大,因而只要粉煤灰的反应速度得以加快,在一定的养护龄期内,蒸养粉煤灰加气混凝土砌块的强度较易达到蒸压粉煤灰加气混凝土砌块的要求,但缺乏一定数量结晶程度较高的托勃莫来石,制品的干燥收缩值与抗碳化性能难以达到GB/T11968—1997的要求.表3正好说明了养护方法不同导致水化产物的不同对制品性能的影响.养护方法决定了水化产物的种类与特性,为了减少蒸养粉煤灰加气混凝土的收缩值,改善其碳化性能,必须改变蒸养粉煤灰加气混凝土材料的结构.如改善气孔结构、添加惰性微细集料减少浆体收缩、添加轻质骨料形成刚性骨架等,使得在蒸养条件下生产出轻质的墙体材料,达到节能、降耗的作用.3蒸养过程中托勃莫来石和c(1)蒸压条件下,粉煤灰加气混凝土的水化产物为大量结晶良好的托勃莫来石、部分凝胶状和结晶程度较弱的CSH(B)及少量水化石榴子石,托勃莫来石呈柳叶状或叶片状,结晶程度高,数量多.(2)蒸养条件下,60℃养护3d时水化产物是凝胶状和结晶程度较弱的CSH(B)、AFt、AFm和少量托勃莫