建筑材料外文翻译

普通硅酸盐水泥中掺入硅灰和石膏对水化反应的影响

在混凝土设计中掺加活性矿物替代是一个很重要的环节。但这样的使用并不是总是适合的，由于水化反应放出的热量偶尔会影响混凝土的质量，从而影响h 混凝土结构的耐久性。在具有两种不同矿物成分的普通硅酸盐水泥中掺加高达20%的硅灰的对其的影响是显而易见的。添加过多的石膏，三氧化硫的含量就会达到7.0%。

在这个研究上最先进的技术是导热量热法和拉蒂尼测试，提供的方法是要设定时间和x射线衍射。结果表明，用硅灰取代水泥的百分数为20%的时会影响水泥浆体的流动性。根据标准稠度和时间来衡量需水量的多少。这些效果的发展取决于熟料的矿物组成。二氧化硅会直接和间接的影响水化反应：后者是因为在早期火山灰质活性的增加，前者是因为它的形态（微小的球体）和比表面积大。每克硅酸盐水泥在早期总的水化热释放量在显著地上升，硅灰被认为对热效应起一个协同作用，随之而来的风险是产生细小的裂缝。在石膏过量的情况下，水化反应的加快和衰减会使每克硅酸盐水泥产生更大的水化热，特别是在硅酸盐水泥的C

A的含量大时。

3

关键字：石膏，水化热，波特兰水泥，硅灰

水泥的研究范围从个人分析到每个组件阶段,研究高度复杂的系统以及他们

所有的变量，联合研究硅酸盐熟料组件与石膏(CaSO

4.2H

2

O)的交互作用来测量凝

结时间，例如，已经发现：

• 在硅酸盐水泥中C3A和C4A都会与石膏发生反应，但是由于C3A更容易与石膏反应，所以水泥中大量的C

3

A被很快反应掉。石膏的用量会受到所设置的凝结

时间的限制，导致所形成的钙矾石会比预期的要少。

•石膏也加快了钙硅酸盐的水化速率,同时在水花过程中争夺硫酸根离子，虑到大量的硫酸盐包含在CSH凝胶中。2至6%的石膏在加速水化硅酸三钙的形成，2%至4%在促进水泥石的水化。

石膏含量高有助于形成大量的钙矾石，然而这会阻止凝结时间和硬化，这些明显的变化是因为微观结构的膨胀和开裂。石膏含量低，反过来，会形成更多的

硫酸盐，降低了水化反应的强度，从而阻碍了C

3

A的的分解。

研究矿物火山灰还补充开发了离散系统的分析，硅灰是一种高度火山灰，此外,人们已经发现：

•三天后,在掺量为5%或10%时，C

3

A的水化反应是缓慢的。

•掺量增加5 - 10%，28后C

3

A的水化反应会加快。

•最后，在第一次的28天，也会加深C

2

A的水化反应。

所有上述的结果是在早期产生更大的水化热,百分数增加从5%提高到到10%，这一效应会越来越强烈，那是因为硅灰的BET比表面大的原因。此外，因为在早期硅灰中的氢氧化钙的反应会间接地刺激整个效应，来促进物质的生成。一方面,硅灰的反应已甚至发生在最初的几天，主要是根据液相时消耗的Ca2+，但也吸收OH-和k+。在另一方面，每克掺杂了硅灰的硅酸盐水泥释放的热量比没掺杂硅灰的硅酸盐水泥要多。

实验

目的

鉴于要考虑石膏和硅灰这些物质，现在研究的目标是分析两种不同成分的硅酸盐水泥水化反应的整体效应，以限制他们在高性能混凝土中的使用。

材料和方法

选择两种不同矿物组成的硅酸盐水泥为研究对象。一种C3A的含量高，称为

PC1；另一种是C

3A含量最低（1%）和C

3

A含量最大，称为PC2;其他成分是一个

非常活跃的火山灰质矿物(硅灰)和丰富的地面天然石膏。蒸馏水用于砂浆中。表1中给出了波特兰水泥的化学成分、密度和BET比表面。从硅酸盐水泥的化学成

分分析找到了其组成：pc1中的组成是 C

3S（1%）、C

2

S（16%）、C

3

A（14%）、C

4

AF

（5%）;PC2中的组成是 C

3S（79%）,C

2

S(2%),C

3

A(0%)、C

4

AF(10%)。

不同的化学和矿物成分的两种硅酸盐水泥主要差别表现在密度不同。他们的

细度,相反,是可比的。比例系数是：90%的Sio

2,88.64%的Sio

2

是活性的，然而比

石英（2.7）的密度要低得多，但是比表面积却非常大。图一是它的衍射图，揭示了方英石的存在。他指示性的物质的扩散模式主要是玻璃的性质。

由硅酸盐水泥混合的每个样品，混合比例大致在90/10 和80/20，石膏含量较少时，其SO3的含量大致在7%。表2给出了500g样本的凝结时间和需水量，按照欧洲标准 EN 196, 第三页执行。

水的多少对形态有很大的影响。硅酸盐水泥颗粒可以增加水泥水化的的反应面积。此外,鉴于其密度和比表面积，此外，硅灰的组成比硅酸盐水泥粒子数量更大，这也极大的增加了水的需求。

火山灰活性是由弗拉蒂尼化学测试来评定的。对于一个给定的一段时间，在40ºC温度下，通过比较氢氧化钙在水溶液中的溶解量（在这个实验中，规定时间是48h），氢氧化钙在碱性溶液在相同的温度下的溶解度等温线。这个火山灰活性的被定义为一个较低的氢氧化钙浓度的样品溶液要超过溶解度等温线，这是由于它在火山灰反应中被吸收（图二）。

热量的释放模式确定是通过热传导的方式。在25ºC进行了测量，记录在第一个48小时内的水化热和总的热释放量的数据，是通过计算面积不同下热量释放率的曲线。这种方法被广泛用于监控纯硅酸盐水泥中的水化以及含有矿物添加粘合剂。获得同样可行的样品,纯硅酸盐水泥水胶比为0.5；硅灰掺量为10%时的混合

物的水胶比为0.75，硅灰掺量为20%时的混合物的水胶比为0.65.

结果与讨论

图二显示了OH -和CaO 在48小时后的数量，注意，火山灰的活性是在48小时内。在PC1的实验中，代替的硅灰的掺量是10%，在PC2中代替的硅灰的掺量在15%以上。这些数据未能显示在那个时间段里火山灰的水化反应的速度是如此之高，以至于它无法反驳或补偿由固定的氢氧化钙产生的热量。

当石膏添加到样品中时，由于CaO 部分溶解于水中，所以OH -

下降，由于部分稀释的原因，在第一个48小时内火山灰质硅酸盐水泥活性并没有体现出来。 图三和图四分别显示PC1和PC2在48h 的热量曲线。第一阶段为诱导期，图三显示了热量释放速率高是因为C 3A 的初始水化反应。两小时后第一个峰出现时，

速率下降到0.91W/kg 。紧随其后的是水化反应的加速与CSH 凝胶的开始沉淀,由于C 3 S 的存在，曲线出现第二个峰值时是在11：12，速率达到了2.97W/kg 。

当反应开始加速，PC1开始消耗。13小时以后，水化反应速度开始下降。这个阶段发生铝化反应，SO 3/Al 2O 3 的比例小于3（这个实验是0.69）。但最突出的效应

是反应放出巨大的热量。当速率上升到3.33W/kg 时，热量释放曲线出现第三个峰值。最后，水化反应开始变慢，保持在一个较低的速率。