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        微硅粉對水泥性能的影響
        - 2019-03-30-

        本文研究了硅灰對水泥凈漿性能的影響,并對28d水泥凈漿進行了SEM分析。
        1.試驗材料及方法
        采用的硅灰來自泉州市威林特實業有限公司:粒徑為0.1~0.3μm的占81.09%,SiO2含量為94.50%;水泥:32.5級普通硅酸鹽水泥,安定性合格。原材料化學成分見表1。
        表1 原材料的化學成分 %

        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


        水泥凈漿強度試驗使用:50px×50px×50px凈漿試體,固定用水量為27%。

        2 試驗結果
        2.1 硅灰對水泥凈漿性能的影響
        硅灰對水泥凈漿抗壓強度和凝結時間的影響見表2。從表2可見,摻硅灰的水泥凈漿3d抗壓強度隨硅灰摻量的增加逐漸下降,且低于對比水泥凈漿;28d、90d抗壓強度都接近甚至超過對比水泥凈漿的強度,且隨硅灰摻量的增加逐漸增大。全加密硅粉的摻入使得凝結時間稍有增加。
        表2 硅灰對水泥凈漿抗壓強度和凝結時間的影響

        硅灰摻量/%

        抗壓強度/MPa

        初凝時間/(h:min)

        終凝時間/(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

        早期強度隨摻量增加而降低,是由于硅灰替代水泥,使水泥礦物的相對數量減少;但是,由于硅灰極其微細,具有高火山灰活性,能吸收水泥水化產物Ca(OH)2,生成C-S-H凝膠,使Ca(OH)2晶體生長受到限制,晶粒細化,而且硅灰水化產物填充在界面,改善孔結構,使28d強度能趕上或超過對比水泥凈漿的強度。但是,28d到3個月強度的增長幅度,摻有硅灰的不如對比水泥凈漿大,這主要由于硅灰的活性高,28d時基本反應完全,或被水化凝膠產物包裹,故后期對強度增長幾乎沒有貢獻,而水泥礦物28d后仍然能夠繼續水化。

        微硅粉對水泥凈漿抗硫酸鹽、干縮率、抗碳化能力、抗凍性能的影響分別見表3~表6。
        表3 水泥凈漿經硫酸鹽侵蝕的抗壓強度 Mpa

        硅灰摻量/%

        淡水

        3%Na2SO4溶液

        3%MgSO4溶液

        模擬海水

        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:模擬海水的組成為:2.7%NaCl+0.32%MgCl2+0.22%MgSO4+0.13%K2SO4,其余為水。
        表4 水泥凈漿干縮率度驗結果 %

        硅灰摻量

        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 水泥凈漿抗碳化性能

        硅灰摻量/%

        碳化抗壓強度/MPa

        水中養護抗壓強度/MPa

        抗碳化強度比/%

        0

        42.20

        47.92

        88.1

        2.5

        45.07

        49.60

        90.9

        5

        46.18

        50.12

        92.1


        表6 水泥凈漿抗凍性能

        硅灰摻量/%

        凍融循環(50次)抗壓強度/MPa

        水中養護抗壓強度/MPa

        抗壓強度比/%

        0

        47.32

        56.09

        84.4

        2.5

        50.54

        59.90

        84.3

        5

        53.40

        62.30

        85.7

        從表3~表6可以明顯看到:硅灰的摻入對水泥抗硫酸鹽侵蝕、抗干縮、抗碳化、抗凍等性能都有一定幅度的提高,提高的幅度一般能夠達到10%~15%;而且硅灰的摻量越多,對水泥各種耐久性能的改善就越明顯。

        2.2 微觀分析
        水泥中摻入5%硅灰,對比不摻硅灰的水泥凈漿,水化28d,通過SEM進行水化產物形貌的觀察和分析,結果分別見圖1和圖2。
        圖1顯示,對比水泥凈漿水化28d后,水化產物結構疏松,還存在沒有水化的水泥顆粒,而且出現大量生長較大、規則排列的Ca(OH)2晶體;而在摻硅灰5%的水泥漿體(見圖2)中,水化產物呈凝膠狀,幾乎找不到結晶完整粗大鈣礬石和Ca(OH)2晶體;水化產物沒有固定的規則外形,尺寸極其細??;硬化體呈現整體化結構,凝膠狀的水化產物并不獨立分散分布。
        3 結論
        1)在水泥中摻入2.5%、5%和10%的硅灰,其后期強度能趕上并超過對比水泥凈漿,摻量越大,增長越明顯。
          2)摻入2.5%、5%的硅灰對水泥凈漿抗化學侵蝕性能、抗干縮、抗碳化、抗凍性能等都有一定幅度的提高,而且硅灰摻量越大,對水泥的性能改善越明顯。
          3)與對比水泥凈漿相比,摻入5%硅灰的水泥水化28d凈漿結構致密,孔隙少,看不到大量明顯的晶體。

         


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