水泥泡沫混凝土凝结硬化研究

2019-04-29 版权声明 举报文章

1硅灰对水泥泡沫混凝土凝结硬化性能影响

分别掺入2%,4%,6%,8%和10%(硅灰占水泥和硅灰总量的质量分数)的硅灰于水泥泡沫混凝土中,测定混凝土的初凝时间、终凝时间和7d抗压强度,结果如表1所示。由表1可以看出,随着硅灰掺量的增加,泡沫混凝土的初凝和终凝时间逐渐缩短,7d抗压强度波动变化,当硅灰掺量为4%时(72g),抗压强度达1.7MPa,超过未掺硅灰样0.3MPa,此时混凝土的初凝和终凝时间分别较未掺硅灰样缩短了4和5h,改性和促凝效果一般。图1为单一水泥泡沫混凝土的SEM图。从图1可以看出,混凝土中大泡孔较多且有相互连通的现象,泡孔分布不均,有明显的破泡迹象,表明水泥的早期凝结硬化速度较慢,不能与泡沫的稳定时间相匹配,泡沫穿并,强度降低。发泡剂延缓水泥水化与凝结硬化的主要原因是有机发泡剂中大分子有机酸和小分子羟基羧酸,在水泥水化产生的碱性介质中与钙离子反应生成络合物,降低了水泥水化诱导期的钙离子浓度,从而阻止了Ca(OH)2和钙盐晶体的生成与析出。图2为掺量为4%硅灰的水泥泡沫混凝土的SEM图。从图2可以看出,泡孔结构相对完整,大小泡孔分布较均匀,连通孔较少,仍可见较多的破孔现象,表明硅灰一定程度促进了水泥的凝结硬化,但促进效果不充分。硅灰促进水泥凝结硬化的主要因素是硅灰颗粒粒径小,比表面积及化学活性大,其活性SiO2与水泥浆体中的氢氧化钙发生二次水化反应生成CSH凝胶体,促进了其它水化产物的生成,从而使水泥石的早期强度提高[8-9]。

2氯化钙对水泥泡沫混凝土凝结硬化性能影响

分别掺入0.5%,1%,1.5%,2%,2.5%和3%(氯化钙与水泥的质量分数)的氯化钙于水泥泡沫混凝土中,测定混凝土的初凝时间、终凝时间和7d抗压强度,结果如表2所示。由表2可看出,随着氯化钙掺量的增加,泡沫混凝土的初凝和终凝时间缩短幅度较大,7d抗压强度增长也较多,当氯化钙掺量为2%(36g)时,抗压强度达2.2MPa,超过未掺氯化钙样0.8MPa,此时混凝土的初凝和终凝时间均较未掺氯化钙样缩短了11h,改性和促凝效果显著。图3为掺量2%氯化钙的水泥泡沫混凝土的SEM图。可见泡孔孔壁致密圆滑,小孔径泡孔较多且分布均匀,很少并孔或破孔现象,表明发泡剂所形成的泡孔在掺有氯化钙的水泥泡沫混凝土体系中的稳定性较好,水泥的早期凝结硬化速度较快。氯化钙可以与水泥中的C3A反应生成不溶于水的水化氯铝酸盐,加速水泥中C3A的水化;氯化物还能与氢氧化钙作用生成难溶于水的氯酸钙,降低液相中氢氧化钙的浓度,加速C3S的水化[11];氯化物为易溶性盐,可以增大水泥熟料在水中的溶解度,加快水泥熟料的水化。

3碳酸锂对水泥泡沫混凝土凝结硬化性能影响

分别掺入0.033%,0.067%,0.1%,0.133%和0.167%(碳酸锂与水泥的质量分数)的碳酸锂于水泥泡沫混凝土中,测定混凝土的初凝时间、终凝时间和7d抗压强度,结果如表3所示。由表3看出,随着碳酸锂掺量的增加,泡沫混凝土的初凝和终凝时间较未掺碳酸锂样变化不大,甚至有延迟的趋势,7d抗压强度开始有所增加,但随着碳酸锂掺量的进一步加大,抗压强度随之迅速下降,总体改性和促凝效果不明显。图4为掺量0.067%碳酸锂的泡沫混凝土的SEM图。从图4可看出,泡孔严重变形坍塌,几乎看不到完整的泡孔,泡孔并孔现象严重。由于Li+具有半径小、极化作用强以及水化半径较大等特性,从而加快水化保护膜破裂,使水化诱导期缩短,提高水泥中C3S、C2S水化能力[13],锂盐还可以促进Aft钙矾石晶体的形成,促进水泥的凝结,提高早期强度[14]。但具有强电解性的Li+,使得防止泡沫液膜破裂的表面双电层压缩,电相斥作用减弱,泡膜厚度减小,导致泡沫破裂,泡沫混凝土的早期强度及凝结性能下降[15]。碳酸锂不适用物理发泡混凝土的促凝和增强。

4硅灰和氯化钙复掺对水泥泡沫混凝土凝结硬化性能影响

在掺入6%硅灰的基础上,分别复掺0.5%,1%,1.5%,2%,2.5%和3%(氯化钙与水泥和硅灰的质量分数)的氯化钙于水泥泡沫混凝土中,测定混凝土的初凝时间、终凝时间和7d抗压强度,结果如表4所示。由表4可看出,在掺入6%硅灰的基础上再掺入氯化钙,随着氯化钙掺量的增加,泡沫混凝土的初凝和终凝时间较单掺氯化钙有进一步缩短的趋势,但7d抗压强度有所下降,当氯化钙掺量为2%(36g)时,混凝土的初凝和终凝时间分别较空白样(未掺外加剂)缩短了13和15h,抗压强度为1.8MPa,较单掺氯化钙最好值(2.2MPa)下降了0.4MPa,复合改性和促凝效果与单掺氯化钙相比没有明显优势。图5为掺6%硅灰和2%氯化钙的泡沫混凝土的SEM图,基本没有穿孔现象,小泡孔多而均匀,泡孔孔壁致密圆滑,表明在硅灰和氯化钙的共同作用下,水泥的早期凝结硬化速度较快。

5结论

(1)氯化钙促进水泥泡沫混凝土凝结硬化效果显著,当氯化钙掺量为2%(36g)时,混凝土的初凝和终凝时间分别达14和25h,均较未掺样缩短了11h,7d抗压强度达2.2MPa,超过未掺样0.8MPa。(2)硅灰对水泥泡沫混凝土凝结硬化有一定的促进作用,但效果远不及氯化钙;碳酸锂总体改性和促凝效果不明显。(3)硅灰和氯化钙复掺对水泥泡沫混凝土的初凝和终凝时间较单掺氯化钙有进一步缩短的趋势,但7d抗压强度有所下降,复掺没有表现出太大的复合效应和优势。

作者:王路明 王滌非 单位:南京工业大学 材料科学与工程学院 盐城工学院 材料与工程学院

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