改性硅酸盐水泥的水化历程研究

第21卷　第1期石家庄铁道学院学报(自然科学版)

Vol .21　No .1

2008年3月

JOURNAL OF SH I J I A ZHUANG RA I L WAY I N STITUTE (NATURAL SCIENCE )

Mar .2008

改性硅酸盐水泥的水化历程研究

任书霞1

,　田秀淑1

,　李仕群

2

(1.石家庄铁道学院材料科学与工程分院,河北石家庄　050043;2.济南大学材料分院,山东济南　250022)

摘要:将磷铝酸盐水泥熟料(简称:P ALC )掺入硅酸盐水泥(简称:PC )对其进行改性,研究

了不同磷铝酸盐水泥熟料掺量对改性硅酸盐水泥力学性能和水化历程的影响。研究结果表明,适宜的磷铝酸盐水泥熟料掺量(外掺3%)可以加速改性硅酸盐水泥的水化,提高其早期和后期强度;但掺量过多,由于磷铝酸盐水泥水化较快,产生的水化产物较致密,这些致密的水化产物包裹在C 3S 、C 2S 等水泥颗粒的外层,阻止了其进一步的水化,使改性水泥出现一个持续时间较长的第二诱导期,从而使表现出较慢的水化速率和较低的早期强度。

关键词:磷铝酸盐水泥;改性硅酸盐水泥;力学性能;水化历程中图分类号:T Q172　文献标识码:A 文章编号:167420300(2008)0120047204

收稿日期:2007211212

作者简介:任书霞　女　1975年出生　讲师

1　引言

硅酸盐水泥是以Si 2O 和A l 2O 为主阴离子团的传统水泥,其水化产物主要有水化硅酸钙、水化铝酸钙及氢氧化钙等。虽然硅酸盐水泥服务于人类200多年来,做出了极大的贡献。然而也存在着各种弊端[1,2]。新开发的磷铝酸盐水泥[3,4]是以P 2O 和A l 2O 为主阴离子团的新型特种水泥,其水化产物主要有铝胶、水化磷铝酸钙和水化磷酸钙凝胶及其相应的晶相。由于在该水泥中,P 5+

和A l 3+

之间的不等价取代,在结构中形成大量缺陷,增加了系统的水化活性,使其水化浆体具有早强、高强、后期强度增进好及耐水性好等一系列等优点。利用这些特点,将磷铝酸盐水泥掺入到硅酸盐水泥中对其进行改性,研究了不同磷铝酸盐水泥掺量对改性硅酸盐水泥性能的影响,并运用SE M 和热导式微热仪等现代分析手段进一步分析了影响机理。

2　实验

2.1　原材料及组成

硅酸盐水泥熟料和石膏来自山东水泥厂,磷铝酸盐水泥熟料自制及外加剂B ,化学分析见表1。

表1　水泥熟料和石膏的化学组成

名称

Ca O Si O 2A l 2O 3Fe 2O 3Mg O S O 3P 2O 5

其他PC 熟料66.4921.354.233.583.21——0.93石膏33.14————45.14—20.96P ALC

40.04

10.39

29.75

——

—19.82

4.35

2.2　实验方法

根据前期的研究[5]

,磨制改性硅酸盐水泥时,最佳粉磨工艺为先将P ALC 熟料与外加剂混磨,石膏与PC 熟料混磨,然后将两混合料混磨,外加剂的掺量即为单独P ALC 熟料磨制水泥时的最佳参量。因此,这里只需确定P ALC 熟料,方案设计如下:当石膏的掺量为2.5%时,设计P ALC 的掺量分别为3%、6%和10%,分别简写为P O3,P O6和P O10。

根据标准稠度实验确定改性硅酸盐水泥和PC 净浆浆体的需水量,按相应的实验数据将各种水泥成型为20mm ×20mm ×20mm 的水泥净浆试块,养护至规定龄期后测定强度,取破型后的试块中部浸泡于

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酒精中以阻止水化,待用。

取每种水泥各100.00mg,置入烧杯中,按水灰比为100∶1加水,测定其水化放热速率。

3　结果与讨论

3.1　力学性能

改性硅酸盐水泥和PC 水化1d 、3d 和28d 时抗压强度测定结果见表2。由表2可见,与PC 相比,随着P ALC 熟料掺量的增加,改性硅酸盐水泥抗压强度先增大,后减小;在掺量3%时,抗压强度达最大,各龄期较PC 分别提高了19.58%、13.88%和11.97%;掺量再增加时,强度会有所降低。

表2　改性硅酸盐水泥和PC 净浆各龄期的抗压强度

试样编号

m W ∶m C

稠度/mm

抗压强度/MPa

水化龄期1d

水化龄期3d

水化龄期28d

PC 0.2528.

042.5460.8185.12P O30.2429.550.8769.2595.31P O60.2429.036.0659.5084.00P O10

0.25

29.

8

17.56

53.25

79.10

3.2　SE M 分析

图1和图2分别是P O3和P O6水化1d 的SE M 照片。由图可见,P O3浆体中凝胶相较多,晶粒呈微小的形态分散在凝胶中,空洞较少,结构致密。P O6浆体中虽然此时熟料颗粒已无明显边棱,但还能辨认出颗粒,同时硬化浆体内孔洞较多,凝胶相对较少,结构较松散。以上分析表明,P O3浆体的水化程度大于P O6,1d 浆体强度高于P O6,这与力学性能的分析结果是一致的。

图1　P O 3水化1d 的SE M 图 图2　P O 6水化1d 的SE M 图

3.3　水化放热

表3是P ALC 、改性硅酸盐水泥及PC 的水化放热特征。图3是P ALC 的水化放热速率,图4和图5分

别是PC 和改性硅酸盐水泥的水化放热速率和水化放热量曲线。

表3　PALC 、改性硅酸盐水泥及PC 的水化放热特征

试件编号

第一诱导期时间/h 起始终止第二诱导期时间/h 起始

终止

最大水化放热峰放热

速率/(mW ・g -1)

时间/h 4d 时累积最高放热

量/(J ・g -1)

PC 1.173.692.2811.81251.53P O31.874.362.3210.32212.82P O60.570.6811.5143.321.3959.58190.06P O100.200.326.2634.08

1.1457.84187.55P ALC

0.43

5.44

12.94

7.28

218.49

由表3、图3、图4和图5可见,P ALC 加水后很快达到水化放热速率的第一峰,并在7h 左右出现第二峰,其放热速率高达12.94mW /g,20h 以后放热速率趋于平缓;PC 在加水60s 后达第一次最大放热速率,P O3、P O6和P O10分别为80s 、120s 和200s,在水化11.8h 硅酸盐水泥出现第二峰,其放热速率达2.28mW /g,42h 以后放热速率趋于平缓,到4d 时累计水化放热量为251.53J /g 。P O3在10h 出现第二峰,其