摘 要：通過(guò)一系列試驗(yàn)系統(tǒng)研究了石灰的摻入對(duì)水泥砂漿凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)采用石灰的摻加方式為無(wú)石灰摻入、飽和石灰水摻入、用飽和石灰水浸過(guò)的砂子經(jīng)烘干后摻入及以1.0%、2.0%、3.0%、4.0%不同摻量的石灰直接摻入等來(lái)進(jìn)行的對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明，水泥的凝結(jié)時(shí)間隨摻加方式和摻量的不同而不同，普通硅酸鹽水泥凝結(jié)時(shí)間按純水、飽和石灰水、石灰直接摻入（量逐漸增加）的順序而延長(zhǎng)；石灰的摻量在一定的范圍內(nèi)對(duì)水泥砂漿強(qiáng)度有利，過(guò)多會(huì)影響強(qiáng)度的發(fā)展。其中，摻量為2%的石灰對(duì)水泥砂漿強(qiáng)度最大。
關(guān)鍵詞：石灰；摻加方式；水泥砂漿；凝結(jié)時(shí)間；強(qiáng)度
中圖分類號(hào)：TU528.01 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
隨著近幾年來(lái)，我國(guó)建筑事業(yè)的蓬勃發(fā)展，每年拆除建筑物所產(chǎn)生的廢棄混凝土數(shù)量巨大。而這些廢棄混凝土傳統(tǒng)的處理方法是堆積或掩埋，這不僅需要較高的運(yùn)輸費(fèi)用，還要占用大量良田，造成環(huán)境污染，資源浪費(fèi)等。因此，在當(dāng)前國(guó)家提出的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的前提下，我們一定要加大對(duì)資源的循環(huán)利用。對(duì)建筑行業(yè)而言，廢棄混凝土的可再生研究無(wú)疑是最重要的。然而，在研究可再生混凝土的應(yīng)用時(shí)，發(fā)現(xiàn)配制相同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土其強(qiáng)度比普通混凝土要低一些。以往人們把該原因歸結(jié)為：一方面是由廢棄混凝土破碎而作為可再生混凝土的骨料吸水率過(guò)大，在拌制可再生混凝土?xí)r，要達(dá)到與普通混凝土相同流動(dòng)度時(shí)，需用水量較大，使混凝土結(jié)構(gòu)中孔隙增多，致使強(qiáng)度降低；另一方面是由廢棄混凝土破碎而作為再生混凝土的骨料使用時(shí)，該骨料表面裂縫較多，導(dǎo)致可再生混凝土的抗?jié)B、抗凍等耐久性下降，從而最終影響其強(qiáng)度，使強(qiáng)度降低。但人們往往不考慮由廢棄混凝土作為骨料代替可再生混凝土中砂石時(shí)，會(huì)不可避免的帶入Ca(OH)2這一因素，致使可再生混凝土處于Ca(OH)2 的環(huán)境中。由于水泥砂漿可看作是沒(méi)有粗骨料的混凝土，因此其與含有粗骨料的混凝土結(jié)構(gòu)相似。為方便研究，將可再生混凝土粗骨料中的Ca(OH)2抽出，以不同的方式摻加到水泥砂漿中，以砂漿的界面過(guò)渡區(qū)來(lái)模擬可再生混凝土的界面過(guò)渡區(qū)，對(duì)其進(jìn)行分析看Ca(OH)2的引入是否會(huì)對(duì)可再生混凝土的凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度產(chǎn)生影響。為此本文開展了石灰以不同方式和摻量加入到水泥砂漿后對(duì)其凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度的影響研究。
1 試驗(yàn)原材料與試驗(yàn)方法
1.1 試驗(yàn)原材料
水泥：河北鹿泉市曲寨水泥有限公司生產(chǎn)的P·O32.5級(jí)水泥，其化學(xué)組成見表1。
砂：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)砂
熟石灰：分析級(jí)純氫氧化鈣（簡(jiǎn)稱CH）
飽和石灰水：熟石灰溶于清水，澄清后即得飽和石灰水。
將砂泡在飽和石灰水中7天，撈出后放入烘箱中烘干，密封儲(chǔ)存以備用。
注：1-采用清水;2-采用飽和石灰水;3-采用飽和石灰水浸泡過(guò)的砂;4-石灰摻量1.0%;5-石灰摻量2.0%;6-石灰摻量3.0%;7-石灰摻量4.0%
2 試驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1 石灰對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的影響
圖1，表4是石灰不同的摻加方式和摻量對(duì)P·O32.5凝結(jié)時(shí)間影響的試驗(yàn)結(jié)果。
注： 1－清水 ; 2－飽和石灰水; 3－石灰處理過(guò)的砂子;4－石灰摻量1.0%; 5－石灰摻量2.0%; 6－石灰摻量3.0%; 7－石灰摻量4.0%
結(jié)果表明：石灰的不同摻加方式對(duì)普通硅酸鹽水泥而言，凝結(jié)時(shí)間隨石灰摻量的增加而延長(zhǎng)。其影響原因?yàn)椋寒?dāng)水泥水化時(shí)生成CH，同時(shí)隨著石灰摻量的增加，使水泥漿中CH數(shù)量增至飽和，最終成為過(guò)飽和溶液，從而影響水泥熟料中占主要地位的C3S的水化，使其水化減慢，放熱速率減慢，使水泥水化的誘導(dǎo)期時(shí)間增加，從而使水泥的凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)。
2.2 石灰對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的影響機(jī)理
摻加石灰的水泥凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)是因?yàn)椋焊鶕?jù)泰卓斯（Tadros）等人的延遲成核假說(shuō)[1]，當(dāng)水泥中C3S與水接觸后，在C3S表面有晶格缺陷的部位即發(fā)生水解，使Ca2+和OH-離子進(jìn)入溶液，而在C3S粒子表面形成一個(gè)缺鈣的富硅層，接著溶液中的Ca2+被鈣表面吸附而形成雙電層，并使其表面成正電位。由于在帶正電位的C3S粒子與溶液界面區(qū)域存在高濃度的Ca2+,因而導(dǎo)致C3S溶解受阻而出現(xiàn)誘導(dǎo)期。在C3S溶解的同時(shí)，以各種形式摻入水泥中的Ca(OH)2也隨之溶解。此時(shí)，溶液中的Ca2+和OH-離子急劇增加，使Ca2+迅速達(dá)到飽和，使C3S周圍形成的雙電子層增厚，正電價(jià)位增高，從而使C3S的溶解更為困難。由于雙電層所形成的ξ電位使顆粒在液相中保持分散狀態(tài)。但由于C3S仍在緩慢地水化而使溶液中Ca(OH)2濃度繼續(xù)增高，當(dāng)達(dá)到一定的過(guò)飽和度時(shí)，Ca(OH)2析晶，雙電層作用減弱或消失，從而促進(jìn)了C3S的溶解，這時(shí)誘導(dǎo)期結(jié)束，加速期開始。與此同時(shí)，還有C-S-H析晶沉淀。因?yàn)楣杷岣x子的遷移速度比Ca2+慢，所以C-S-H主要靠近顆粒表面區(qū)域析晶，而Ca(OH)2晶體可以在遠(yuǎn)離顆粒表面或漿體的原充水空間中形成。
在普通硅酸鹽水泥中，當(dāng)水和C3S接觸時(shí)，Ca2+和[SiO4]4-離子很快就進(jìn)入溶液，但是當(dāng)[SiO4]4-離子濃度達(dá)到1.7mol/L時(shí)即達(dá)到最大值，并且溶液中只是暫時(shí)的保留這一濃度，當(dāng)Ca2+離子濃度繼續(xù)不斷增大時(shí)，[SiO4]4-的濃度很快下降，并且其下降的速率取決于系統(tǒng)的W/S值，當(dāng)水泥砂漿中摻有石灰成分時(shí)，Ca2+離子濃度在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到飽和，此時(shí)，[SiO4]4-的濃度基本上是呈直線下降，Ca2+離子的同位效應(yīng)必然阻滯C3S的早期水化，使其水化熱也降低很多，這樣，C3S的溶解會(huì)進(jìn)一步減慢[2]。如下方程式：
2C3S +（6～8）H2O→CSH+3CH
隨著氫氧化鈣過(guò)飽和溶液的結(jié)晶析出，其濃度逐漸降低，方程式中反應(yīng)向右進(jìn)行。C3S又開始溶解，直至初凝、終凝。所以當(dāng)普通水泥中含有氫氧化鈣存在時(shí)，能起到緩凝的作用。
2.3 石灰的不同摻加方式對(duì)水泥砂漿強(qiáng)度影響及其機(jī)理研究
圖2~4為石灰不同摻加方式對(duì)水泥砂漿3d,7d,28d強(qiáng)度影響的試驗(yàn)結(jié)果。
圖2石灰的不同摻加方式對(duì)水泥砂漿3d強(qiáng)度的影響
結(jié)果表明：石灰對(duì)水泥砂漿強(qiáng)度影響與石灰的摻加方式和摻量有關(guān)。其中，圖2表明：不同石灰的摻加方式和摻量對(duì)普通硅酸鹽水泥3天的抗壓強(qiáng)度均有一定的提高作用。這是因?yàn)椋寒?dāng)水泥溶解入水中以后，各組成成分迅速溶解，在沒(méi)有摻加石灰的水泥砂漿中，C3A和C3S與水反應(yīng)放出Ca2+，在水化開始一小時(shí)內(nèi)，液相[SiO4]4-濃度降低， Ca2+離子濃度不斷增加，當(dāng)達(dá)到一定的過(guò)飽和度時(shí)，CH和CSH晶核開始形成，而后反應(yīng)速率加大，C3S大量形成CH和CSH相，Ca2+離子從過(guò)飽和度降到飽和度。水泥漿體開始硬化，強(qiáng)度開始發(fā)展，而此時(shí)，CH和CSH的晶核還不是很多，Ca2+離子從過(guò)飽和度到飽和度所需的時(shí)間又較長(zhǎng)，因而使水泥漿體強(qiáng)度發(fā)展緩慢；而當(dāng)有石灰摻入時(shí)，C3S等的礦物組分在溶解的同時(shí)，溶液中液相CH的濃度已經(jīng)達(dá)到飽和，所以剛開始水化時(shí)，由于液相中飽和Ca2+的
結(jié)果表明：石灰對(duì)水泥砂漿強(qiáng)度影響與石灰的摻加方式和摻量有關(guān)。其中，圖2表明：不同石灰的摻加方式和摻量對(duì)普通硅酸鹽水泥3天的抗壓強(qiáng)度均有一定的提高作用。這是因?yàn)椋寒?dāng)水泥溶解入水中以后，各組成成分迅速溶解，在沒(méi)有摻加石灰的水泥砂漿中，C3A和C3S與水反應(yīng)放出Ca2+，在水化開始一小時(shí)內(nèi)，液相[SiO4]4-濃度降低， Ca2+離子濃度不斷增加，當(dāng)達(dá)到一定的過(guò)飽和度時(shí)，CH和CSH晶核開始形成，而后反應(yīng)速率加大，C3S大量形成CH和CSH相，Ca2+離子從過(guò)飽和度降到飽和度。水泥漿體開始硬化，強(qiáng)度開始發(fā)展，而此時(shí)，CH和CSH的晶核還不是很多，Ca2+離子從過(guò)飽和度到飽和度所需的時(shí)間又較長(zhǎng)，因而使水泥漿體強(qiáng)度發(fā)展緩慢；而當(dāng)有石灰摻入時(shí)，C3S等的礦物組分在溶解的同時(shí)，溶液中液相CH的濃度已經(jīng)達(dá)到飽和，所以剛開始水化時(shí)，由于液相中飽和Ca2+的
Factories.Cement and Concrete Research[J]，1991，21：471～477
作者簡(jiǎn)介:榮輝(1983-),男,碩士研究生,主要研究高性能混凝土,輕骨料混凝土.通信地址:河北省石家莊市北二環(huán)東路17號(hào)(050043)聯(lián)系電話:13931131802
