粉煤灰对水泥早期水化作用的定量分析

粉煤灰对水泥早期水化作用的定量分析

将粉煤灰混合到水泥混凝土中不仅具有显著的经济效益，而且可以改善工作，降低水化热，减少温度应力，提高混凝土的耐用性。因此,水泥科学工作者对水泥-粉煤灰复合胶凝材料系统的性能进行了大量研究,探讨了粉煤灰的物理效应和化学效应对胶凝材料的力学强度、耐久性及水化硬化过程的影响。然而,粉煤灰对水泥矿物、水泥浆水化硬化的影响是一个复杂的过程,许多问题仍有待于进行进一步深入的研究,如在粉煤灰对水泥单一矿物或水泥的水化影响问题上,尽管国内外学者都进行了较多的研究,但不同研究者的研究结果差异都比较大,难有比较一致的结论。如,JawedI等的实验结果显示粉煤灰延缓C3S的水化,PlowmanC等发现粉煤灰明显延迟C3A和C4AF的水化,而MohanK等的研究结果则表明,粉煤灰将加速C3S的水化,Ogawa等的研究表明,粉煤灰加速C3A的水化。水泥水化体系较上述的单一矿物的水化体系更为复杂,不仅含有C3S、C2S、C3A、C4AF等多种矿物,而且还掺有石膏,粉煤灰对水泥水化的作用更为复杂。在探索粉煤灰对水泥水化作用大小的指标基础上,研究了粉煤灰品种和掺量对水泥早期水化的影响。1实验1.1实验原材料水泥:拉法基水泥有限公司生产的52.5硅酸盐水泥,化学分析结果见表1。粉煤灰:Ⅰ级粉煤灰和Ⅱ级粉煤灰,化学分析结果见表1。1.2净浆小试块的养护将上述各原材料按表2的配比进行配料,搅拌后将水化实验试样制成4cm×4cm×4cm的净浆小试块,标准养护到规定的龄期后,去除表面,取中间部分留样。取样后立即用无水乙醇浸泡以停止水化,浸泡一周取出后湿磨水化样浆,真空抽滤水化样浆料,然后将水化样置入真空干燥箱内60℃干燥24h,放入干燥皿中以备结合水测试。2结果与讨论2.1粉煤灰的水化影响因子的确定不同配比不同龄期的水化样的结合水含量结果见表3。采用选择性酸溶法测定粉煤灰的反应程度的结果表明:在24h龄期前,粉煤灰的反应程度很小,几乎为零,因此,假定在24h龄期前粉煤灰为惰性材料。为了更好地确定粉煤灰是促进还是抑制水泥的水化,引入一个量,称为等效结合水含量,其值按下式计算:等效结合水含量=结合水含量/(1-粉煤灰的掺量)根据这种定义,将24h龄期前的掺粉煤灰水泥的水化样的结合水含量换算成等效结合水含量列于表中的括号内。图1和图2分别为掺Ⅰ级灰和Ⅱ级灰水化样与纯水泥水化样在24h龄期前的等效结合水含量图。为了定量表征粉煤灰对水泥水化的作用大小,引入一个量,称其为粉煤灰的水化影响因子,其值按下式计算:粉煤灰的水化影响因子=等效结合水含量/同龄期纯水泥的结合水含量。若粉煤灰的水化影响因子>1,则粉煤灰促进水泥水化,值越大,促进作用越显著;若粉煤灰的水化影响因子<1,则粉煤灰延缓水泥水化,值越大,延缓作用越显著。表4、图2和图4为不同配比、不同龄期的水化样的粉煤灰的水化影响因子。2.2粉煤灰水化试验结果比较表3中的LF0～LF5-Ⅰ掺Ⅰ级粉煤灰水化样的结合水数据可以发现,1h、3h和6h的LF1-Ⅰ,1h和3h的LF2-Ⅰ,以及3h的LF3-Ⅰ水化样,其结合水量均高于相同龄期LF0水化样,这说明,掺量为10%的Ⅰ级灰在6h前明显促进了水泥的水化,因为在6h前粉煤灰的反应程度几乎为零,可假定其为惰性材料,这样就可不必考虑粉煤灰的二次水化反应产生的水化产物的结合水含量。而除这些水化样外的24h龄期前其他LF0～LF5水化样,其结合水量并未高于相同龄期LF0水化样,由于粉煤灰取代了部分水泥用量,所以难以判断粉煤灰是促进还是抑制了水泥的水化。但如果分析表3和图1中LF0～LF5-Ⅰ等效结合水数据及表4和图3的水化影响因子数据,则不难发现24h龄期前,水胶比为0.3的掺10%、20%、30%、50%的Ⅰ级粉煤灰的LF1-Ⅰ、LF2-Ⅰ、LF3-Ⅰ、LF5-Ⅰ水化样,除24h的LF1-Ⅰ,6h和12h的LF2-Ⅰ,6h的LF5-Ⅰ水化样,Ⅰ级粉煤灰明显促进了水泥的水化,这是因为24h龄期前,这些水化样的等效结合水含量高于同龄期的LF0,粉煤灰的水化影响因子大于1。同理,比较表3、表4和图2、图4中LF0～LF8-Ⅱ掺Ⅱ级粉煤灰水化样中的结合水含量、等效结合水含量以及粉煤灰的水化影响因子可以发现:除24h的LF1-Ⅱ,6h、12h和24h的LF2-Ⅱ水化样,Ⅱ级粉煤灰明显促进了24h龄期前水泥熟料的水化。粉煤灰促进或抑制水泥熟料的作用机制是非常复杂的,因为粉煤灰的掺入既有由此而产生的稀释作用使有效水灰比增加而产生的对水泥熟料的促进作用,有因粉煤灰颗粒通过很多新表面供水泥水化产物沉淀以减少这些水化产物在水泥颗粒表面的沉淀而引起对水泥熟料的促进作用,也有因粉煤灰的铝等离子溶解而影响水泥水化产物CH、CSH的成核,以及细小的粉煤灰颗粒因物理作用而粘附在水泥颗粒表面而产生对水泥熟料的抑制作用。Ⅰ级粉煤灰和Ⅱ级粉煤灰在不同龄期体现的对水泥熟料的不同促进或抑制作用机制尚待进一步研究。3粉煤灰对水泥熟料水化的影响a.提出可用等效结合水含量和粉煤灰的水化影响因子来定性和定量分析粉煤灰在水化初期对水泥的促进或抑制作用及作用大小。若粉煤灰的水化影响因子>1,则粉煤灰促进水泥水化,值越大,促进作用越显著,若粉煤灰的水化影响因子<1,则粉煤灰延缓水泥水化,值越大,延缓作用越显著。b.实验中,24h龄期前,水胶比为0.3的掺10%、20%、30%、50%的Ⅰ级粉煤灰的LF1-Ⅰ,LF2-Ⅰ,LF3-Ⅰ、LF5-Ⅰ水化样,除24h的LF1-Ⅰ,6h和12h的LF2-Ⅰ,6h的LF5-Ⅰ水化样,Ⅰ级粉煤灰明显促进了水泥熟料的水化。c.实验中,24h