水泥_粉煤灰浆体的水化反应进程

利用粉煤灰取代部分水泥来制备高性能混凝 土 ,已成为水泥混凝土应用的重要发展方向之一. 因此 ,研究水泥 粉煤灰浆体中水泥和粉煤灰反应
收稿日期 : 2005207206. 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ( 50278018 ) 、南京水利科
学研究院开放流动研究基金资助项目 ( Yk90508) 、教育 部重点实验室开放基金资助项目 ( S YSJJ2004202) . 作者简介 : 张云升 ( 1974—) , 男 , 博士 , 讲师 , zhangys279 @ 163. com.
11212 反应程度的测定 1) 粉煤灰反应程度 取适量硬化浆体压碎 ,
在异丙醇中浸泡 25 m in,然后在装有无水乙醇的玛 瑙研钵中磨细至全部通过 0108 mm 筛 , 真空吸滤 ,
过滤后的粉状样品在预先放置钠石灰的真空干燥
箱中于 80～200 kPa压力和 105 ℃下干燥 24 h, 之
64189
012
0176
4109
源自文库
0155
1162
w ( SO 3 ) w (L. O. I. ) Σ
2151
0154 99114
0100
6134 100104
注 : PC 为水泥 ; FA 为粉煤灰 ; L. O. I为烧失量.
112 实验方法 11211 试样制备 按表 2所示配合比将各原材料混合均匀 ,然后 将新拌浆体装入密封袋中并在标养室中养护至规 定龄期. 为防止浆体泌水与分层 , 在初凝前每隔 15 m in将密封袋翻转倒置 1次.
p o ros im e try. Thus the p rop osed equa tion has been justified. In add ition, the re la tionsh ip be tw een
non2evap o rab le w a te r con ten t and am oun t of hyd ra tion p roduc ts ca lcu la ted by the deg ree of cem en t
Abstract: To exp lo re the hyd ra tion p rocess of Po rtland cem en t2f ly ash system , the reac tion deg ree of f ly ash and Po rtland cem en t, non2evap o rab le w a te r con ten t, am oun t of hyd ra tion p roduc ts, p o ros ity and com p ress ive s treng th of p u re cem en t p as tes and cem en t2f ly ash p astes w e re s tud ied a t va rious cu ring ages, w a te r2to2b inde r ra tio (W /B ) , and f ly ash rep lacem en t p e rcen tages. B ased on the exp e rim en ta l resu lts, the re la tionsh ip be tw een the deg ree of cem en t hyd ra tion and the effec tive w a te r2 to2cem en t (W /C ) ra tio, w h ich is g iven by W / ( C +αF F ) , is es tab lished. A n equa tion desc rib ing the
表 1 原材料的化学成分
%
原材料 PC FA
w ( S iO 2 ) w ( T iO 2 ) w (A l2O 3 ) w ( Fe2O 3 ) w (M nO ) w (M gO )
21168
0128
5164
4122
0112
0181
47186
1125
3215
4152
0106
1105
w ( C aO ) w (N a2O ) w ( K2O )
并经 D 干燥处理后的试样称取约 1 g (精确至 011
Wn
L =
1
- Lc - Lc
(2)
式中 , L 为烧失量 , L = (m0 - m900 ℃ ) /m0 ; Lc 为原料
的烧失量.
2 实验结果与分析
211 反应程度 21111 粉煤灰反应程度 表 3为不同粉煤灰掺量 、水胶比 、养护龄期条 件下粉煤灰反应程度的实测值. 由表 3 可以看出 , 对于各种水胶比和掺量的试样 ,粉煤灰反应程度均 随养护龄期延长而提高. 其中需要注意的是 , 在早 期 ( 1～7 d )时 , 粉煤灰 ( 3% ～25% , 质量分数 ) 就 有较大程度参与火山灰反应. 测试粉煤灰的比表面 积和粒度分布发现 , 实验用粉煤灰颗粒细小 , 表面 积高达 665 m 2 / kg,其中粒径在 013～1μm 粉煤灰 占 10187% , 1 ～10μm 占 65105% , 致使水化早期 大量细颗粒粉煤灰外表面与 C ao (O H ) 2 接触并快 速发生火山灰反应. 文献 [ 1, 2 ]利用 S EM 观察水 泥 粉煤灰浆体时发现 , 龄期 7 d时许多细粉煤灰 颗粒表面出现了刻蚀 ,水化产物在粉煤灰颗粒表面 生成. 上述研究表明部分粉煤灰在此阶段开始发生 火山灰反应 ,当龄期进一步延长 , 粉煤灰反应程度
体抗压强度与胶空比之间的定量关系 ,并将胶空比 灰 :南京热电厂的 Ⅰ级灰 , 比表面积为 660 m2 / kg.
计算值与孔隙率实测值进行比较 ; 另外 ,还对水泥
水 :蒸馏水.
粉煤灰浆体的非蒸发水量与水化产物数量间的关
水泥和粉煤灰全部经 105 ℃烘干 , 并用 0108
系进行了研究. 以期为粉煤灰在水泥基材料中合理 mm 筛除去粗颗粒 ,其化学成分如表 1所示.
程度 、水化产物数量 、孔结构及力学性能 ,并建立它 们之间的定量关系 , 对确定水泥 粉煤灰浆体水化 进程 、评判粉煤灰反应活性 、探讨水化反应动力学 过程 、阐明水化机理等具有十分重要意义 ; 然而 ,目 前研究水泥水化进程多采用 Pow e rs 模型 , 而该模 型仅适用于纯水泥浆体系 , 对于水泥 粉煤灰体系 并不适用.
hyd ra tion and f ly ash reac tion is exp lo red. The linea r co rre la tiv ity show s tha t the am oun t of hyd ra tion
p roduc ts can be f igu red ou t by us ing non2evap o rab le w a te r con ten t. Key words: Po rtland cem en t; f ly ash; deg ree of reac tion; ge l / sp ace ra tio; m echan ica l p rop e rties
表 2 实验配合比
m g) , 质量记为 m0 , 然后在数控式高温炉中以 10 ℃ /m in速率升温至 900 ℃,恒温 30 m in, 取出放入 干燥器中冷却称量 ; 之后再在 900 ℃下加热 15 m in 并冷却称量 ; 如此反复 , 直到前后 2 次质量差小于 015 m g, 结 束 实 验 , 最 后 一 次 试 样 的 质 量 记 为 m900 ℃. 每组试样做 3 次平行试验 , 取其平均值. 硬 化浆体非蒸发水量通过下式计算得到 :
张云升 1 孙 伟 1 郑克仁 1 贾艳涛 2
(1 东南大学材料科学与工程系 , 南京 210096) (2 河海大学材料材料科学与工程系 , 南京 210016)
摘要 : 为考察粉煤灰对水泥水化进程的影响 ,系统研究了水泥 粉煤灰浆体在不同养护龄期 、水胶 比、粉煤灰掺量下水泥和粉煤灰反应程度、非蒸发水数量 、水化产物数量、孔结构和浆体力学性能. 根据实验结果 ,建立了水泥 粉煤灰浆体中水泥反应程度与有效水灰比间的定量关系 ,推导出水泥 和粉煤灰反应程度与胶空比之间的计算公式 ,并通过研究胶空比与浆体抗压强度关系曲线和比较 胶空比与实测孔隙率来验证该公式的正确性 ; 另外 ,还对水泥 粉煤灰浆体的非蒸发水量与水化产 物数量间的关系进行了研究 ,结果表明二者呈线性相关 ,可用非蒸发水量反映水化产物数量. 关键词 : 水泥 ; 粉煤灰 ; 反应程度 ; 胶空比 ; 力学性能 中图分类号 : TU 528 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 0505 ( 2006) 0120118206
cem en t p astes in te rm s of the ir re la tionsh ip w ith com p ress ive streng th. The p rop osed equa tion is
ve rif ied by com p a ring the ca lcu la ted ge l / sp ace ra tios w ith the m easu red p o rosity by m e rcu ry in trusion
第 36卷第 1期 2006年 1月
东 南 大学 学 报 (自 然 科 学 版 )
JOU RNAL O F SOU TH EA S T UN IV ERS ITY (N atu ral Science Ed ition)
水泥 粉煤灰浆体的水化反应进程
V o l136 N o11 Jan. 2006
dep endence of ge l / sp ace ra tio on the deg ree of cem en t hyd ra tion and f ly ash reac tion is a lso
p rop osed. The ca lcu la ted ge l / sp ace ra tios fo r cem en t2f ly ash p astes a re consisten t w ith those fo r p u re
为此 , 本 文 系 统 研 究 了 不 同 粉 煤 灰 掺 量
第 1期
张云升 ,等 :水泥 粉煤灰浆体的水化反应进程
119
( 10% , 30% , 40% , 50% , 质量分数 ) 、不同水胶比 应用提供科学依据.
( 013, 0135, 014, 0145, 015,质量比 ) 、不同养护龄期 ( 1, 3, 7, 14, 28, 60, 90, 180 d)下 , 水泥 粉煤灰浆体
1 原材料与实验方法
中水泥和粉煤灰反应程度 、非蒸发水数量 、水化产 111 原材料
物数量 、孔结构及抗压强度. 在此基础上 ,推导反应 水泥 : 硅酸盐水泥熟料与二水石膏以质量比
程度与胶空比 (体积比 )之间的计算公式 , 建立浆 95 ∶5 混合 , 磨细至比表面积为 310 m2 / kg. 粉煤
试样编号 w ( PC ) / % w ( FA ) / %
W /B
PC
100
FA 10
90
FA 30
70
FA 40
60
FA 50
50
0
013, 0135, 014, 0145, 015
10
015
30
015
40
015
50
013, 0135, 014, 0145, 015
注 : W /B 为水灰质量比.
后根据 GB / T12960—1996利用盐酸选择性溶解法
测试粉煤灰反应程度 αF.
2) 水泥反应程度 依据 Pow e rs模型 , 纯水泥
浆中水泥水化程度可利用下式计算 :
α c
=
100 ×W 0123
n
(1)
式中 ,αc 为水泥水化程度 , % ; W n 为纯水泥浆体的
非蒸发水量.
11213 非蒸发水量的测定 取适量硬化浆体压碎 , 用无水乙醇中止水化 ,
Hydra tion process of Portland cem en t2fly a sh pa stes
Zhang Yunsheng1 S un W e i1 Zheng Ke ren1 J ia Yan tao2
( 1D ep artm en t of M aterials S cience and Eng ineering, S outheast U niversity, N anjing 210096, C h ina) ( 2D ep artm ent of M aterials Science and Engineering, H ohai U n iversity, N an jing 210016, C hina)