本文研究了硅灰对水泥净浆性能的影响,并对28d水泥净浆进行了SEM分析。
1 试验材料及方法
采用的硅灰来自上海铁合金厂:粒径为0.5~1μm的占81.09%,SiO2含量为94.50%;水泥:32.5级普通硅酸盐水泥,大连山水泥厂回转窑生产,安定性合格。原材料化学成分见表1。
表1 原材料的化学成分 %
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
|
|
水泥净浆强度试验使用:2cm×2cm×2cm净浆试体,固定用水量为27%。
2 试验结果
2.1 硅灰对水泥净浆性能的影响
硅灰对水泥净浆抗压强度和凝结时间的影响见表2。从表2可见,掺硅灰的水泥净浆3d抗压强度随硅灰掺量的增加逐渐下降,且低于对比水泥净浆;28d、90d抗压强度都接近甚至超过对比水泥净浆的强度,且随硅灰掺量的增加逐渐增大。硅灰的掺入使得凝结时间稍有增加。
表2 硅灰对水泥净浆抗压强度和凝结时间的影响
硅灰掺量/%
|
抗压强度/MPa
|
初凝时间/(h:min)
|
终凝时间/(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
|
早期强度随掺量增加而降低,是由于硅灰替代水泥,使水泥矿物的相对数量减少;但是,由于硅灰极其微细,具有高火山灰活性,能吸收水泥水化产物Ca(OH)2,生成C-S-H凝胶,使Ca(OH)2晶体生长受到限制,晶粒细化,而且硅灰水化产物填充在界面,改善孔结构,使28d强度能赶上或超过对比水泥净浆的强度。但是,28d到3个月强度的增长幅度,掺有硅灰的不如对比水泥净浆大,这主要由于硅灰的活性高,28d时基本反应完全,或被水化凝胶产物包裹,故后期对强度增长几乎没有贡献,而水泥矿物28d后仍然能够继续水化。
硅灰对水泥净浆抗硫酸盐、干缩率、抗碳化能力、抗冻性能的影响分别见表3~表6。
表3 水泥净浆经硫酸盐侵蚀的抗压强度 Mpa
硅灰掺量/%
|
淡水
|
3%Na2SO4溶液
|
3%MgSO4溶液
|
模拟海水
|
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:模拟海水的组成为:2.7%NaCl+0.32%MgCl2+0.22%MgSO4+0.13%K2SO4,其余为水。
表4 水泥净浆干缩率度验结果 %
硅灰掺量
|
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 水泥净浆抗碳化性能
硅灰掺量/%
|
碳化抗压强度/MPa
|
水中养护抗压强度/MPa
|
抗碳化强度比/%
|
0
|
42.20
|
47.92
|
88.1
|
2.5
|
45.07
|
49.60
|
90.9
|
5
|
46.18
|
50.12
|
92.1
|
表6 水泥净浆抗冻性能
硅灰掺量/%
|
冻融循环(50次)抗压强度/MPa
|
水中养护抗压强度/MPa
|
抗压强度比/%
|
0
|
47.32
|
56.09
|
84.4
|
2.5
|
50.54
|
59.90
|
84.3
|
5
|
53.40
|
62.30
|
85.7
|
从表3~表6可以明显看到:硅灰的掺入对水泥抗硫酸盐侵蚀、抗干缩、抗碳化、抗冻等性能都有一定幅度的提高,提高的幅度一般能够达到10%~15%;而且硅灰的掺量越多,对水泥各种耐久性能的改善就越明显。
2.2 微观分析
水泥中掺入5%硅灰,对比不掺硅灰的水泥净浆,水化28d,通过SEM进行水化产物形貌的观察和分析,结果分别见图1和图2。
图1显示,对比水泥净浆水化28d后,水化产物结构疏松,还存在没有水化的水泥颗粒,而且出现大量生长较大、规则排列的Ca(OH)2晶体;而在掺硅灰5%的水泥浆体(见图2)中,水化产物呈凝胶状,几乎找不到结晶完整粗大钙矾石和Ca(OH)2晶体;水化产物没有固定的规则外形,尺寸极其细小;硬化体呈现整体化结构,凝胶状的水化产物并不独立分散分布。
3 结论
1)在水泥中掺入2.5%、5%和10%的硅灰,其后期强度能赶上并超过对比水泥净浆,掺量越大,增长越明显。
2)掺入2.5%、5%的硅灰对水泥净浆抗化学侵蚀性能、抗干缩、抗碳化、抗冻性能等都有一定幅度的提高,而且硅灰掺量越大,对水泥的性能改善越明显。
3)与对比水泥净浆相比,掺入5%硅灰的水泥水化28d净浆结构致密,孔隙少,看不到大量明显的晶体。