低水胶比下粉煤灰对水泥早期水化的影响
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1 2 1 1 1 1
( 1. Key L abo ra to ry fo r Silica te M a teria ls Science and Engineering of M in istry of Educa tion,W uhan U n iversity of T echno logy,W uhan 430070, Ch ina; 2. Schoo l of Sciences,W uhan U n iversity of T echno logy,W uhan 430070, Ch ina )
Key words: fly a sh; cem en t; ea rly hydra tion; hydra tion effecting facto r
在水泥混凝土中掺入粉煤灰, 不仅具有显著的经济效益, 而且还可改善工作性, 降低水化热、 减少温度应 力, 提高混凝土的耐久性。 因此, 水泥科学工作者对水泥2粉煤灰复合胶凝材料系统的性能进行了大量研究, 探讨了粉煤灰的物理效应和化学效应对胶凝材料的力学强度、 耐久性及水化硬化过程的影响。 然而, 粉煤灰 对水泥矿物、 水泥浆水化硬化的影响是一个复杂的过程, 许多问题仍有待于进行进一步深入的研究, 如在粉 煤灰对水泥单一矿物或水泥的水化影响问题上, 尽管国内外学者都进行了较多的研究, 但不同研究者的研究 结果差异都比较大, 难有比较一致的结论[ 1, 2 ]。 如, J aw ed I 等[ 1 ] 的实验结果显示粉煤灰延缓 C 3 S 的水化,
表 2 实验配方 编号
L F0 L F 12 L F 22 L F 32 L F 52
M gO L o ss 2. 31 1. 38 5. 30 1. 02 6. 00
水泥 % 100 90 80 70 50
级灰 % 0 10 20 30 50
级灰 % 0 0 0 0 0
水胶比 0. 3 0. 3 0. 3 0. 3 0. 3
收稿日期: 2004203210. ( 973” ) 项目 ( 2001CB 61070422) 和湖北省自然科学基金 ( 2002AB 075). 基金项目: 国家重点基础研究发展规划 “ 作者简介: 胡曙光 ( 19572) , 男, 教授. E 2 m a il: h sg@ hubu. edu. cn © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
1 和图 2 分别为掺
L F 22 L F 32 L F 52 L F 12 L F 22 L F 32
( 0. 77) 0. 43 0. 54) 0. 41 ( 0. 59) 0. 34 ( 0. 68) 0. 59 ( 0. 66) 0. 76 ( 0. 95) 0. 36
( 0. 94) 0. 86 ( 1. 08) 0. 65 ( 0. 93) 0. 40 ( 0. 80) 0. 74 ( 0. 82) 1. 04 ( 1. 30) 0. 49
第 26 卷 第 7 期 胡曙光, 等: 低水胶比下粉煤灰对水泥早期水化的影响
15
1 实 验
1. 1 实验原材料
表 1 原材料的化学组成 原材料 Si O 2 A l2O 3 水泥 21. 27 4. 44 级粉煤灰 49. 72 28. 57 级粉煤灰 50. 66 32. 29
Fe 2O 3 2. 47 4. 29 5. 15 CaO 63. 39 7. 45 3. 20
w %
水泥: 拉法基水泥有限公司生产的 52. 5 硅酸盐水 泥, 化学分析结果见表 1。 粉煤灰: 级粉煤灰和 级粉
煤灰, 化学分析结果见表 1。 1. 2 样品制备 将上述各原材料按表 2 的配比进行配料, 搅拌后将水化实验试样制成 4 cm ×4 cm ×4 cm 的净浆小试 块, 标准养护到规定的龄期后, 去除表面, 取中间部分留样。 取样后立即用无水乙醇浸泡以停止水化, 浸泡一 周取出后湿磨水化样浆, 真空抽滤水化样浆料, 然后将水化样置入真空干燥箱内 60 ℃干燥 24 h, 放入干燥皿 中以备结合水测试。
( 1. 武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室, 武汉 430070; 2. 武汉理工大学理学院, 武汉 430070)
摘 要: 提出可用等效结合水含量和水化影响因子来定性和定量分析粉煤灰对水泥早期水化作用的大小。 若粉煤灰的 水化影响因子> 1, 则粉煤灰促进水泥水化, 值越大, 促进作用越显著; 若粉煤灰的水化影响因子< 1, 则粉煤灰延缓水泥 水化, 值越小, 延缓作用越显著。 同时研究和分析了低水胶比下粉煤灰不同品种和掺量对水泥早期水化的影响。 关键词: 粉煤灰; 水泥; 早期水化; 水化影响因子 中图分类号: TQ 172. 1 文献标识码: A 文章编号: 167124431 ( 2004) 0720014203
( 3. 84) ( 12. 16) 4. 10 6. 03 ( 4. 56) 1. 75 ( 2. 19) 2. 86 ( 6. 70) 5. 53 ( 6. 91) 5. 65
( 0. 51) ( 0. 70) ( 1. 83) ( 4. 09) ( 8. 07) 泥的结合水含量。 若粉煤灰的水化影响因子> 1, 则粉煤灰促 0. 31 0. 51 1. 02 2. 56 4. 67 进水泥水化, 值越大, 促进作用越显著; 若粉煤灰的水化影响 L F 52 ( 0. 62) ( 1. 02) ( 2. 04) ( 5. 12) ( 9. 34) 因子< 1, 则粉煤灰延缓水泥水化, 值越大, 延缓作用越显著。 0. 64 0. 78 1. 12 2. 25 3. 99 表 4、 图 2 和图 4 为不同配比、 不同龄期的水化样的粉煤灰的 L F 82 ( 3. 2) ( 3. 9) ( 5. 6) ( 11. 25) ( 19. 95) 水化影响因子。 注: 括号内为等效结合水含量
Theபைடு நூலகம்Effect of Fly A sh on the Early Hydra tion of Cem en t a t L ow W B Ra tio
H U S hu 2g uang , L U L in 2nu , H E Y ong 2j ia , D IN G Q ing 2jun , G EN G J ian , W A N G X iao
编号
L F 12 L F 22 L F 32 L F 52 L F 82
水泥 % 90 80 70 50 20
级灰 % 0 0 0 0 0
级灰 % 10 20 30 50 80
水胶比 0. 3 0. 3 0. 3 0. 3 0. 3
2 结果及讨论
2. 1 实验结果及处理
表 3 结合水含量 不同配比不同龄期的水化样的结合水含量结果见表 3。 3h 6h 12 h 采用选择性酸溶法测定粉煤灰的反应程度的结果表明: 在 24 编 号 1 h 0 0. 42 0. 52 1. 69 3. 49 L F h 龄期前, 粉煤灰的反应程度很小, 几乎为零, 因此, 假定在 0. 69 0. 85 2. 33 3. 23 24 h 龄期前粉煤灰为惰性材料。为了更好地确定粉煤灰是促 L F 12
24 h 7. 16 6. 33 ( 7. 03) 6. 11 ( 7. 64) 6. 5 ( 9. 29) 6. 08
进还是抑制水泥的水化, 引入一个量, 称为等效结合水含量, 其值按下式计算: 等效结合水含量= 结合水含量 ( 1- 粉煤灰的掺量) 根据这种定义, 将 24 h 龄期前的掺粉煤灰水泥的水化样 的结合水含量换算成等效结合水含量列于表中的括号内。 图
Abstract: T he concep ts of equ iva len t un 2evapo rab le w a ter con ten t and the hydra tion effecting facto r E h a re p ropo sed
to eva lua te the effect of fly a sh on the ea rly hydra tion of cem en t. If E h > 1, fly a sh accelera tes the hydra tion p rocess of cem en t and the grea ter the va lue of E h , the grea ter the accelera ting effect of fly a sh. If E h < 1, fly a sh reta rds the hydra 2 tion p rocess of cem en t and the sm a ller the va lue of E h , the grea ter the reta rding effect of fly a sh. T he effects of fly a sh of differen t typ e and do sages on the ea rly hydra tion of cem en t a t low W B ra tio a re studied a t the sam e ti m e.
[3 ] [1 ] P lowm an C 等 发现粉煤灰明显延迟 C 3A 和 C 4A F 的水化, 而 M ohan K 等 的研究结果则表明, 粉煤灰将
加速 C 3 S 的水化, O gaw a 等[ 4 ] 的研究表明, 粉煤灰加速 C 3A 的水化。 水泥水化体系较上述的单一矿物的水 化体系更为复杂, 不仅含有 C 3 S、 C 2 S、 C 3A 、 C 4A F 等多种矿物, 而且还掺有石膏, 粉煤灰对水泥水化的作用更 为复杂。 在探索粉煤灰对水泥水化作用大小的指标基础上, 研究了粉煤灰品种和掺量对水泥早期水化的影 响。
2. 2 实验结果分析与讨论
比较表 3 中的 L F 0 ～ L F 52 掺 级粉煤灰水化样的结合水数据可以发现, 1 h、 3 h 和 6 h 的 L F 12 , 1 h 和 3 h 的 L F 22 , 以及 3 h 的 L F 32 水化样, 其结合水量均高于相同龄期 L F 0 水化样, 这说明, 掺量为 10% 的 级灰在 6 h 前明显促进了水泥的水化, 因为在 6 h 前粉煤灰的反应程度几乎为零, 可假定其为惰性材 料, 这样就可不必考虑粉煤灰的二次水化反应产生的水化产物的结合水含量。 而除这些水化样外的 24 h 龄
第 26 卷 第 7 期
2004 年 7 月
武 汉 理 工 大 学 学 报
JO URNAL O F W UHAN UN IVERSITY O F TECHNOLO GY
Vol . 26 N o. 7 J u l. 2004
低水胶比下粉煤灰对水泥早期水化的影响
胡曙光1 , 吕林女2 , 何永佳1 , 丁庆军1 , 耿 健1 , 王 晓1
( 2. 59) 1. 28 ( 1. 60) 1. 22 ( 1. 74) 0. 78 ( 1. 56) 1. 55 ( 1. 72) 1. 24 ( 1. 55) 1. 28
( 3. 59) 2. 36 ( 2. 95) 2. 70 ( 3. 86) 1. 92
级灰和 级灰水化样与纯水泥水化样在 24 h 龄期前的等效结合水含量图。为了定量表征粉煤灰对水 泥水化的作用大小, 引入一个量, 称其为粉煤灰的水化影响因 子, 其值按下式计算: 粉煤灰的水化影响因子= 等效结合水含量 同龄期纯水
1 2 1 1 1 1
( 1. Key L abo ra to ry fo r Silica te M a teria ls Science and Engineering of M in istry of Educa tion,W uhan U n iversity of T echno logy,W uhan 430070, Ch ina; 2. Schoo l of Sciences,W uhan U n iversity of T echno logy,W uhan 430070, Ch ina )
Key words: fly a sh; cem en t; ea rly hydra tion; hydra tion effecting facto r
在水泥混凝土中掺入粉煤灰, 不仅具有显著的经济效益, 而且还可改善工作性, 降低水化热、 减少温度应 力, 提高混凝土的耐久性。 因此, 水泥科学工作者对水泥2粉煤灰复合胶凝材料系统的性能进行了大量研究, 探讨了粉煤灰的物理效应和化学效应对胶凝材料的力学强度、 耐久性及水化硬化过程的影响。 然而, 粉煤灰 对水泥矿物、 水泥浆水化硬化的影响是一个复杂的过程, 许多问题仍有待于进行进一步深入的研究, 如在粉 煤灰对水泥单一矿物或水泥的水化影响问题上, 尽管国内外学者都进行了较多的研究, 但不同研究者的研究 结果差异都比较大, 难有比较一致的结论[ 1, 2 ]。 如, J aw ed I 等[ 1 ] 的实验结果显示粉煤灰延缓 C 3 S 的水化,
表 2 实验配方 编号
L F0 L F 12 L F 22 L F 32 L F 52
M gO L o ss 2. 31 1. 38 5. 30 1. 02 6. 00
水泥 % 100 90 80 70 50
级灰 % 0 10 20 30 50
级灰 % 0 0 0 0 0
水胶比 0. 3 0. 3 0. 3 0. 3 0. 3
收稿日期: 2004203210. ( 973” ) 项目 ( 2001CB 61070422) 和湖北省自然科学基金 ( 2002AB 075). 基金项目: 国家重点基础研究发展规划 “ 作者简介: 胡曙光 ( 19572) , 男, 教授. E 2 m a il: h sg@ hubu. edu. cn © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
1 和图 2 分别为掺
L F 22 L F 32 L F 52 L F 12 L F 22 L F 32
( 0. 77) 0. 43 0. 54) 0. 41 ( 0. 59) 0. 34 ( 0. 68) 0. 59 ( 0. 66) 0. 76 ( 0. 95) 0. 36
( 0. 94) 0. 86 ( 1. 08) 0. 65 ( 0. 93) 0. 40 ( 0. 80) 0. 74 ( 0. 82) 1. 04 ( 1. 30) 0. 49
第 26 卷 第 7 期 胡曙光, 等: 低水胶比下粉煤灰对水泥早期水化的影响
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1 实 验
1. 1 实验原材料
表 1 原材料的化学组成 原材料 Si O 2 A l2O 3 水泥 21. 27 4. 44 级粉煤灰 49. 72 28. 57 级粉煤灰 50. 66 32. 29
Fe 2O 3 2. 47 4. 29 5. 15 CaO 63. 39 7. 45 3. 20
w %
水泥: 拉法基水泥有限公司生产的 52. 5 硅酸盐水 泥, 化学分析结果见表 1。 粉煤灰: 级粉煤灰和 级粉
煤灰, 化学分析结果见表 1。 1. 2 样品制备 将上述各原材料按表 2 的配比进行配料, 搅拌后将水化实验试样制成 4 cm ×4 cm ×4 cm 的净浆小试 块, 标准养护到规定的龄期后, 去除表面, 取中间部分留样。 取样后立即用无水乙醇浸泡以停止水化, 浸泡一 周取出后湿磨水化样浆, 真空抽滤水化样浆料, 然后将水化样置入真空干燥箱内 60 ℃干燥 24 h, 放入干燥皿 中以备结合水测试。
( 1. 武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室, 武汉 430070; 2. 武汉理工大学理学院, 武汉 430070)
摘 要: 提出可用等效结合水含量和水化影响因子来定性和定量分析粉煤灰对水泥早期水化作用的大小。 若粉煤灰的 水化影响因子> 1, 则粉煤灰促进水泥水化, 值越大, 促进作用越显著; 若粉煤灰的水化影响因子< 1, 则粉煤灰延缓水泥 水化, 值越小, 延缓作用越显著。 同时研究和分析了低水胶比下粉煤灰不同品种和掺量对水泥早期水化的影响。 关键词: 粉煤灰; 水泥; 早期水化; 水化影响因子 中图分类号: TQ 172. 1 文献标识码: A 文章编号: 167124431 ( 2004) 0720014203
( 3. 84) ( 12. 16) 4. 10 6. 03 ( 4. 56) 1. 75 ( 2. 19) 2. 86 ( 6. 70) 5. 53 ( 6. 91) 5. 65
( 0. 51) ( 0. 70) ( 1. 83) ( 4. 09) ( 8. 07) 泥的结合水含量。 若粉煤灰的水化影响因子> 1, 则粉煤灰促 0. 31 0. 51 1. 02 2. 56 4. 67 进水泥水化, 值越大, 促进作用越显著; 若粉煤灰的水化影响 L F 52 ( 0. 62) ( 1. 02) ( 2. 04) ( 5. 12) ( 9. 34) 因子< 1, 则粉煤灰延缓水泥水化, 值越大, 延缓作用越显著。 0. 64 0. 78 1. 12 2. 25 3. 99 表 4、 图 2 和图 4 为不同配比、 不同龄期的水化样的粉煤灰的 L F 82 ( 3. 2) ( 3. 9) ( 5. 6) ( 11. 25) ( 19. 95) 水化影响因子。 注: 括号内为等效结合水含量
Theபைடு நூலகம்Effect of Fly A sh on the Early Hydra tion of Cem en t a t L ow W B Ra tio
H U S hu 2g uang , L U L in 2nu , H E Y ong 2j ia , D IN G Q ing 2jun , G EN G J ian , W A N G X iao
编号
L F 12 L F 22 L F 32 L F 52 L F 82
水泥 % 90 80 70 50 20
级灰 % 0 0 0 0 0
级灰 % 10 20 30 50 80
水胶比 0. 3 0. 3 0. 3 0. 3 0. 3
2 结果及讨论
2. 1 实验结果及处理
表 3 结合水含量 不同配比不同龄期的水化样的结合水含量结果见表 3。 3h 6h 12 h 采用选择性酸溶法测定粉煤灰的反应程度的结果表明: 在 24 编 号 1 h 0 0. 42 0. 52 1. 69 3. 49 L F h 龄期前, 粉煤灰的反应程度很小, 几乎为零, 因此, 假定在 0. 69 0. 85 2. 33 3. 23 24 h 龄期前粉煤灰为惰性材料。为了更好地确定粉煤灰是促 L F 12
24 h 7. 16 6. 33 ( 7. 03) 6. 11 ( 7. 64) 6. 5 ( 9. 29) 6. 08
进还是抑制水泥的水化, 引入一个量, 称为等效结合水含量, 其值按下式计算: 等效结合水含量= 结合水含量 ( 1- 粉煤灰的掺量) 根据这种定义, 将 24 h 龄期前的掺粉煤灰水泥的水化样 的结合水含量换算成等效结合水含量列于表中的括号内。 图
Abstract: T he concep ts of equ iva len t un 2evapo rab le w a ter con ten t and the hydra tion effecting facto r E h a re p ropo sed
to eva lua te the effect of fly a sh on the ea rly hydra tion of cem en t. If E h > 1, fly a sh accelera tes the hydra tion p rocess of cem en t and the grea ter the va lue of E h , the grea ter the accelera ting effect of fly a sh. If E h < 1, fly a sh reta rds the hydra 2 tion p rocess of cem en t and the sm a ller the va lue of E h , the grea ter the reta rding effect of fly a sh. T he effects of fly a sh of differen t typ e and do sages on the ea rly hydra tion of cem en t a t low W B ra tio a re studied a t the sam e ti m e.
[3 ] [1 ] P lowm an C 等 发现粉煤灰明显延迟 C 3A 和 C 4A F 的水化, 而 M ohan K 等 的研究结果则表明, 粉煤灰将
加速 C 3 S 的水化, O gaw a 等[ 4 ] 的研究表明, 粉煤灰加速 C 3A 的水化。 水泥水化体系较上述的单一矿物的水 化体系更为复杂, 不仅含有 C 3 S、 C 2 S、 C 3A 、 C 4A F 等多种矿物, 而且还掺有石膏, 粉煤灰对水泥水化的作用更 为复杂。 在探索粉煤灰对水泥水化作用大小的指标基础上, 研究了粉煤灰品种和掺量对水泥早期水化的影 响。
2. 2 实验结果分析与讨论
比较表 3 中的 L F 0 ～ L F 52 掺 级粉煤灰水化样的结合水数据可以发现, 1 h、 3 h 和 6 h 的 L F 12 , 1 h 和 3 h 的 L F 22 , 以及 3 h 的 L F 32 水化样, 其结合水量均高于相同龄期 L F 0 水化样, 这说明, 掺量为 10% 的 级灰在 6 h 前明显促进了水泥的水化, 因为在 6 h 前粉煤灰的反应程度几乎为零, 可假定其为惰性材 料, 这样就可不必考虑粉煤灰的二次水化反应产生的水化产物的结合水含量。 而除这些水化样外的 24 h 龄
第 26 卷 第 7 期
2004 年 7 月
武 汉 理 工 大 学 学 报
JO URNAL O F W UHAN UN IVERSITY O F TECHNOLO GY
Vol . 26 N o. 7 J u l. 2004
低水胶比下粉煤灰对水泥早期水化的影响
胡曙光1 , 吕林女2 , 何永佳1 , 丁庆军1 , 耿 健1 , 王 晓1
( 2. 59) 1. 28 ( 1. 60) 1. 22 ( 1. 74) 0. 78 ( 1. 56) 1. 55 ( 1. 72) 1. 24 ( 1. 55) 1. 28
( 3. 59) 2. 36 ( 2. 95) 2. 70 ( 3. 86) 1. 92
级灰和 级灰水化样与纯水泥水化样在 24 h 龄期前的等效结合水含量图。为了定量表征粉煤灰对水 泥水化的作用大小, 引入一个量, 称其为粉煤灰的水化影响因 子, 其值按下式计算: 粉煤灰的水化影响因子= 等效结合水含量 同龄期纯水