[摘要] 本文研究了不同礦渣摻量水泥在氣冷水融快速凍融條件下的抗凍性。試驗表明,在礦渣摻量在35%以內時,礦渣摻量對水泥抗凍性影響不大,但礦渣摻量超過35%,抗凍性明顯下降??捉Y構試驗也證實,對抗凍性起重要作用的50nm~100nm孔和平均孔徑在35%左右都有最低點。
關鍵詞: 礦渣摻量 抗凍性 水泥砂漿
中圖分類號:TQ172.44
0 前言
水泥礦渣做為混凝土的摻和料在很多工程上大量使用,甚至等量取代水泥后,硬化漿體的后期強度仍超過比對水泥。但畢竟礦渣在水淬時除形成大量的玻璃體外只含有少量的鈣鋁鎂黃長石和硅酸一鈣、硅酸二鈣,自身水硬性微弱,只能通過熟料水化或外加的堿性物質激發(fā)才能發(fā)揮其活性,而硬化水泥試體要保持自身水化產物的穩(wěn)定性也要求存在一定量OH-和SO42-。大量摻加礦渣是否會影響到硬化水泥試體結構,影響其耐久性?本文研究了礦渣在不同摻量時水泥抗凍性能試驗,并進行了孔結構的研究。
1 材料與方法
1.1 原材料及水泥配比
用海螺水泥廠熟料和礦渣制樣。熟料和石膏破碎至小于3mm,礦渣和石膏烘干至水分小于1%,將破碎后的熟料、石膏、礦渣均化。原材料的化學分析見表1。按表2配比方案進行制樣,隨礦渣摻量增加,水泥中SO3進行了適量增加。用試驗小磨(Φ500mm×500mm)制備水泥樣品,控制水泥的比表面積在350m2/kg~360m2/kg,80μm篩余<1.5%。
2 試驗方法
2.1 水泥膠砂強度試驗
按照GB/T17671-1999《水泥膠砂強度試驗方法(ISO法)》成型強度。
2.2 抗凍性
按GB/T17671-1999《水泥膠砂強度試驗方法(ISO法)》成型兩組4×4×16cm膠砂試體,在標準條件下養(yǎng)護28天,另外一組在-15℃~20℃快速凍融50個循環(huán)后進行試驗。以兩者強度的變化衡量水泥抗凍融性的好壞。凍融試驗采用日本圓井的自動凍融試驗機,空氣中冷凍,水中融化。進行50個循環(huán)約需3天時間。
3.3 孔結構分析
將按GB/T17671-1999《水泥膠砂強度試驗方法(ISO法)》成型的試體養(yǎng)護至28天時,取塊狀試樣用大量無水乙醇終止水化,干燥后進行孔結構分析。儀器為美國生產的Auto9420型自動測孔儀。
3 結果與分析
3.1 水泥膠砂強度
試樣的強度數據見表3。
從表3可以看出:隨礦渣摻量增加3天、7天、28天強度都有所下降。按GB/T18046-2001《用于水泥和混凝土中的?;郀t礦渣粉》標準,通過HHK1與HHK6強度計算可知,該礦渣7天活性指數約在53%,28天活性指數約在65%。礦渣活性不高,符合目前水泥廠使用礦渣的活性現狀。
3.2 抗凍性試驗
圖1結果顯示:隨礦渣摻量的增加,凍融后硬化硬化水泥試體的抗壓強度下降百分數在-13.3%~ -65.0%之間。礦渣摻量小于35%時,試體抗凍性變化不大,隨礦渣摻量的增加還略有上升。在礦渣摻量大于35%后,試體抗凍性下降很快。一些學者認為,抗凍性主要取決于強度。強度高,抗凍性就好。筆者認為,抗凍性與試體密實程度有一定關系。
3.3孔結構分析
有關結冰時的破壞機理已經進行了不少研究,主要有靜水壓和滲透壓兩種理論。無論那種理論都會涉及到樣品中的孔結構??椎拇笮?、孔徑分布以及孔的開口與否和連通情況都與抗凍性有關。不同學者對硬化水泥試體中孔的分類有不同看法,一般認為<5nm的為凝膠孔[1],對試體收縮性能有影響。10nm~50nm為小毛細孔,會影響試體強度、滲透性、收縮。50nm~1500nm為大毛細孔,會影響強度、滲透性。水的結晶壓力主要對小毛細孔作用較大。
因為對于大孔及開口孔,結晶壓力可以順利釋放。而對于凝膠孔,即使有水進入,水量也較少,產生的壓力較小。且凝膠孔周圍的凝膠也會對壓力緩沖,不會直接造成水泥強度的下降。
我們對礦渣摻量不同的水泥樣品進行了孔結構的分析,見圖2和圖3。
從圖2中可以看出,不同范圍的孔其百分數變化趨勢是不一樣的,20nm~50nm孔百分數變化的幅度最大。有研究[2]表明,孔徑為20nm~50nm的孔部分集中在混合材顆粒周圍的界面裂縫。這部分孔可能與礦渣顆粒的水化關系密切。少量摻加礦渣,能對水泥石結構起到密室的作用,但超過一定限度,礦渣顆粒周圍又會成有害孔聚集的地方??讚搅靠捉Y構變化趨勢分析見表4。我們重點分析5nm~100nm的孔的情況,這部分孔也是造成膠砂試體抗凍性變化的主要原因。
表4表明,不同大小的孔隨礦渣摻量變化的突變點也集中在35%處,與水泥膠砂抗凍性的宏觀性能數據吻合。
4 結論
1、礦渣摻量在35%以內時,水泥抗凍性變化不大,但摻量超過35%時,水泥抗凍性下降很快。水泥生產和使用單位應提起注意。
2、孔徑大小不同,隨礦渣摻量變化的情況不同,但曲線的突變點一般集中在35%左右,與抗凍性試驗相吻合。
參考文獻
1萬朝均,新型高效摻合料及其性能的研究,博士學位論文,重慶建筑大學,1999,12
2 水泥基復合材料的孔結構與強度相關性的關系,蔣林華等,《河南大學學報》,Vol.31,No.6,2003,P666~669