復(fù)合外加劑對(duì)水泥凈漿水化熱及砂漿強(qiáng)度的影響
關(guān)鍵詞:復(fù)合外加劑;水化熱;強(qiáng)度
水泥水化熱的大小直接影響混凝土的強(qiáng)度、耐久性等使用性能。商用混凝土的配制,根據(jù)工程需要會(huì)加入各種化學(xué)外加劑如:減水劑、引氣劑、調(diào)凝劑等,以改善混凝土的施工條件、養(yǎng)護(hù)時(shí)間并提高混凝土的強(qiáng)度。此外,混凝土中會(huì)加入各種礦物外加劑如:粉煤灰、礦渣等,以利用工業(yè)廢渣并降低成本。明確各種外加劑的作用及相互影響,對(duì)于節(jié)約資源,有效使用材料具有重要意義。本文系統(tǒng)考察了復(fù)合外加劑對(duì)水泥凈漿水化熱的影響以及對(duì)水泥砂漿強(qiáng)度的影響,為高性能混凝土的生產(chǎn)提供科學(xué)的依據(jù)。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 復(fù)合外加劑組分設(shè)計(jì)及砂漿配比設(shè)計(jì)
為了考察礦物外加劑和化學(xué)外加劑組成復(fù)合外加劑時(shí)對(duì)水泥水化熱和強(qiáng)度發(fā)展的影響,首先設(shè)計(jì)了如表1所示的復(fù)合外加劑的配方組成,砂漿配比見表2。
1.2 水化熱測(cè)量
實(shí)驗(yàn)所用原料為525號(hào)水泥(湖南石門水泥廠生產(chǎn)的“霸道”牌),Ⅱ級(jí)磨細(xì)粉煤灰(湖北應(yīng)城),礦渣(武漢鋼鐵公司),FDN-5型減水劑(武漢鋼鐵公司),糖蜜(工業(yè)廢料),硫酸鈉、碳酸鈉、乙二醇、三乙醇胺、硫酸鋁銨等化學(xué)純?cè)噭?。采用直接測(cè)定法測(cè)定水泥凈漿的水化熱,即在熱量計(jì)周圍溫度不變條件下,直接測(cè)定熱量計(jì)內(nèi)水泥凈漿溫度的變化,計(jì)算熱量計(jì)內(nèi)積蓄和散失熱量的總和,求得水泥水化7d內(nèi)各齡期的水化熱。
1.3 砂漿強(qiáng)度測(cè)量
根據(jù)表2配比制備砂漿試塊,測(cè)定試塊不同齡期的抗壓強(qiáng)度,結(jié)果見表4。
2 結(jié)果與討論
2.1 礦物-化學(xué)復(fù)合外加劑對(duì)水化熱的影響
從表3、圖1可以看出,摻加30%的磨細(xì)粉煤灰及其它化學(xué)外加劑后,3d水化熱都比未摻粉煤灰的低,其水化熱相對(duì)百分?jǐn)?shù)為不摻粉煤灰的77.6% - 91.3%,表明摻粉煤灰能明顯降低水化熱和溫升。同時(shí),由于復(fù)合外加劑中含有1.2%的, FDN-5型減水劑,它本身能夠降低水化熱的數(shù)量并延緩熱峰出現(xiàn)時(shí)間。摻4#復(fù)合外加劑比摻2#外加劑的水化熱高,這是因?yàn)槿掖及肪哂性鐝?qiáng)作用,能夠提高水化速率并提前熱峰出現(xiàn)時(shí)間,結(jié)果使水化熱升高。摻3#復(fù)合外加劑與摻2#外加劑的水泥凈漿的水化熱差不多,說明激發(fā)劑硫酸鋁銨對(duì)水化初期的粉煤灰沒有發(fā)生明顯作用。5#復(fù)合外加劑中含有緩凝劑糖蜜與早強(qiáng)劑Na2SO4,摻入后水泥凈漿的水化熱最低,水化熱相對(duì)百分?jǐn)?shù)僅為摻1#外加劑的水化熱的77.6%,說明同時(shí)添加能夠提高水化熱的早強(qiáng)劑與能夠降低水化熱的緩凝劑時(shí),其效應(yīng)基本相互抵消,這兩種不同的外加劑復(fù)合后對(duì)水泥凈漿水化熱不會(huì)造成很大的影響。其水化熱最低的原因仍然主要是礦物外加劑粉煤灰的貢獻(xiàn)。
從表3、圖2可以看出,摻加50%的磨細(xì)礦渣及其它化學(xué)外加劑后,水泥凈漿的3d水化熱都比未摻復(fù)合外加劑的水泥凈漿的水化熱低得多,其水化熱值為不摻礦渣的65.3% - 78.0%,主要原因是礦渣取代了50%的水泥用量,制品中參與水化的礦物總量顯著降低,因而水化熱和溫升相應(yīng)地降低。在同時(shí)摻50%礦渣和1.2% , FDN-5型減水劑的條件下,隨著緩凝劑糖蜜的減少和早強(qiáng)劑的增加,緩凝劑降低水化熱和推遲熱峰出現(xiàn)時(shí)間的效應(yīng)逐漸被早強(qiáng)劑提高水化熱和提前熱峰出現(xiàn)時(shí)間的效應(yīng)所代替,早強(qiáng)劑的效應(yīng)逐漸占主導(dǎo)地位,導(dǎo)致水化熱相對(duì)百分?jǐn)?shù)逐漸提高。摻9#復(fù)合外加劑的水化熱高于摻6#的水化熱,這是由于早強(qiáng)劑. Na2SO4 摻量提高并掩蓋了緩凝效應(yīng)的緣故,而Na2SO4能夠明顯提高3d水化熱。
2.2 復(fù)合外加劑對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響
與摻1#外加劑(僅引入單一的FDN-5型減水劑)的水泥砂漿的強(qiáng)度相比較,摻加礦物外加劑以后,砂漿的早期強(qiáng)度都比未摻礦物外加劑的要低,但后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快,有的甚至28d就超過了未摻礦物外加劑的砂漿的強(qiáng)度(見表4)。這是因?yàn)?/SPAN>FDN-5型減水劑的引入能夠提高水泥制品各齡期的強(qiáng)度,尤其是早期強(qiáng)度。而摻入大量的粉煤灰代替水泥以后,在水化早期,水泥凝膠體的強(qiáng)度和密實(shí)性都要比未摻粉煤灰的水泥石差一些。由于粉煤灰的活性激發(fā)需要一定時(shí)間,在水化早期粉煤灰活性還沒有充分發(fā)揮出來,粉煤灰顆粒與水泥凝膠體之間存在著空隙,需要進(jìn)一步水化生成凝膠體來填充。經(jīng)過較長(zhǎng)齡期后,粉煤灰顆粒表面發(fā)生大量的水化反應(yīng),使水泥石結(jié)構(gòu)更加密實(shí),砂漿強(qiáng)度隨齡期延長(zhǎng)而迅速增加。球形粉煤灰顆粒在水泥石中作為微細(xì)填料填充水泥凝膠體的微孔中,減少Ca(OH)2晶體的數(shù)量,從而提高水泥石的體積穩(wěn)定性和密實(shí)性。礦渣的作用原理與粉煤灰相類似。比較摻2#、3#、4#、6#、8#、9#復(fù)合外加劑砂漿強(qiáng)度數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),隨著激發(fā)劑硫酸鋁銨含量的增加,粉煤灰的活性被激發(fā),28d強(qiáng)度比依次提高。而隨著早強(qiáng)劑的引入及含量增加,摻加50%礦渣的砂漿28d強(qiáng)度已經(jīng)接近或超過未摻礦渣的強(qiáng)度。由此可見,在混凝土中摻入一定量的礦物外加劑,不僅能減少水泥用量,降低水化熱和溫升,而且可以改善水泥硬化體結(jié)構(gòu)的密實(shí)度,提高混凝土的后期強(qiáng)度,這對(duì)提高混凝土的耐久性等均有良好的作用。
3 結(jié)論
粉煤灰和礦渣等礦物外加劑都能降低水泥的水化熱和溫升,與減水劑、激發(fā)劑、緩凝劑、早強(qiáng)劑等構(gòu)成復(fù)合外加劑時(shí),能更有效地降低水化熱和溫升。緩凝劑和早強(qiáng)劑同時(shí)使用時(shí),緩凝劑降低水化熱和溫升,延緩熱峰出現(xiàn)時(shí)間的效應(yīng)與早強(qiáng)劑提高水化熱和溫升,提前熱峰出現(xiàn)時(shí)間的效應(yīng)在一定程度上相互抵消,但相對(duì)而言早強(qiáng)劑對(duì)水化熱的影響更為敏感,通過調(diào)整兩者的比例,可以控制熱峰出現(xiàn)的時(shí)間。激發(fā)劑能夠激發(fā)礦物外加劑的活性,對(duì)砂漿的強(qiáng)度發(fā)展有益。合理摻加礦物外加劑和化學(xué)外加劑不僅能降低水化熱和溫升,而且可以提高混凝土的后期強(qiáng)度。
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