水泥泡沫混凝土凝結(jié)硬化研究范文
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分別摻入2%，4%，6%，8%和10%(硅灰占水泥和硅灰總量的質(zhì)量分?jǐn)?shù))的硅灰于水泥泡沫混凝土中，測定混凝土的初凝時間、終凝時間和7d抗壓強(qiáng)度，結(jié)果如表1所示。由表1可以看出，隨著硅灰摻量的增加，泡沫混凝土的初凝和終凝時間逐漸縮短，7d抗壓強(qiáng)度波動變化，當(dāng)硅灰摻量為4%時(72g)，抗壓強(qiáng)度達(dá)1．7MPa，超過未摻硅灰樣0．3MPa，此時混凝土的初凝和終凝時間分別較未摻硅灰樣縮短了4和5h，改性和促凝效果一般。圖1為單一水泥泡沫混凝土的SEM圖。從圖1可以看出，混凝土中大泡孔較多且有相互連通的現(xiàn)象，泡孔分布不均，有明顯的破泡跡象，表明水泥的早期凝結(jié)硬化速度較慢，不能與泡沫的穩(wěn)定時間相匹配，泡沫穿并，強(qiáng)度降低。發(fā)泡劑延緩水泥水化與凝結(jié)硬化的主要原因是有機(jī)發(fā)泡劑中大分子有機(jī)酸和小分子羥基羧酸，在水泥水化產(chǎn)生的堿性介質(zhì)中與鈣離子反應(yīng)生成絡(luò)合物，降低了水泥水化誘導(dǎo)期的鈣離子濃度，從而阻止了Ca(OH)2和鈣鹽晶體的生成與析出。圖2為摻量為4%硅灰的水泥泡沫混凝土的SEM圖。從圖2可以看出，泡孔結(jié)構(gòu)相對完整，大小泡孔分布較均勻，連通孔較少，仍可見較多的破孔現(xiàn)象，表明硅灰一定程度促進(jìn)了水泥的凝結(jié)硬化，但促進(jìn)效果不充分。硅灰促進(jìn)水泥凝結(jié)硬化的主要因素是硅灰顆粒粒徑小，比表面積及化學(xué)活性大，其活性SiO2與水泥漿體中的氫氧化鈣發(fā)生二次水化反應(yīng)生成CSH凝膠體，促進(jìn)了其它水化產(chǎn)物的生成，從而使水泥石的早期強(qiáng)度提高［8-9］。
2氯化鈣對水泥泡沫混凝土凝結(jié)硬化性能影響
分別摻入0．5%，1%，1．5%，2%，2．5%和3%(氯化鈣與水泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù))的氯化鈣于水泥泡沫混凝土中，測定混凝土的初凝時間、終凝時間和7d抗壓強(qiáng)度，結(jié)果如表2所示。由表2可看出，隨著氯化鈣摻量的增加，泡沫混凝土的初凝和終凝時間縮短幅度較大，7d抗壓強(qiáng)度增長也較多，當(dāng)氯化鈣摻量為2%(36g)時，抗壓強(qiáng)度達(dá)2．2MPa，超過未摻氯化鈣樣0．8MPa，此時混凝土的初凝和終凝時間均較未摻氯化鈣樣縮短了11h，改性和促凝效果顯著。圖3為摻量2%氯化鈣的水泥泡沫混凝土的SEM圖。可見泡孔孔壁致密圓滑，小孔徑泡孔較多且分布均勻，很少并孔或破孔現(xiàn)象，表明發(fā)泡劑所形成的泡孔在摻有氯化鈣的水泥泡沫混凝土體系中的穩(wěn)定性較好，水泥的早期凝結(jié)硬化速度較快。氯化鈣可以與水泥中的C3A反應(yīng)生成不溶于水的水化氯鋁酸鹽，加速水泥中C3A的水化;氯化物還能與氫氧化鈣作用生成難溶于水的氯酸鈣，降低液相中氫氧化鈣的濃度，加速C3S的水化［11］;氯化物為易溶性鹽，可以增大水泥熟料在水中的溶解度，加快水泥熟料的水化。
3碳酸鋰對水泥泡沫混凝土凝結(jié)硬化性能影響
分別摻入0．033%，0．067%，0．1%，0．133%和0．167%(碳酸鋰與水泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù))的碳酸鋰于水泥泡沫混凝土中，測定混凝土的初凝時間、終凝時間和7d抗壓強(qiáng)度，結(jié)果如表3所示。由表3看出，隨著碳酸鋰摻量的增加，泡沫混凝土的初凝和終凝時間較未摻碳酸鋰樣變化不大，甚至有延遲的趨勢，7d抗壓強(qiáng)度開始有所增加，但隨著碳酸鋰摻量的進(jìn)一步加大，抗壓強(qiáng)度隨之迅速下降，總體改性和促凝效果不明顯。圖4為摻量0．067%碳酸鋰的泡沫混凝土的SEM圖。從圖4可看出，泡孔嚴(yán)重變形坍塌，幾乎看不到完整的泡孔，泡孔并孔現(xiàn)象嚴(yán)重。由于Li+具有半徑小、極化作用強(qiáng)以及水化半徑較大等特性，從而加快水化保護(hù)膜破裂，使水化誘導(dǎo)期縮短，提高水泥中C3S、C2S水化能力［13］，鋰鹽還可以促進(jìn)Aft鈣礬石晶體的形成，促進(jìn)水泥的凝結(jié)，提高早期強(qiáng)度［14］。但具有強(qiáng)電解性的Li+，使得防止泡沫液膜破裂的表面雙電層壓縮，電相斥作用減弱，泡膜厚度減小，導(dǎo)致泡沫破裂，泡沫混凝土的早期強(qiáng)度及凝結(jié)性能下降［15］。碳酸鋰不適用物理發(fā)泡混凝土的促凝和增強(qiáng)。
4硅灰和氯化鈣復(fù)摻對水泥泡沫混凝土凝結(jié)硬化性能影響
在摻入6%硅灰的基礎(chǔ)上，分別復(fù)摻0．5%，1%，1．5%，2%，2．5%和3%(氯化鈣與水泥和硅灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù))的氯化鈣于水泥泡沫混凝土中，測定混凝土的初凝時間、終凝時間和7d抗壓強(qiáng)度，結(jié)果如表4所示。由表4可看出，在摻入6%硅灰的基礎(chǔ)上再摻入氯化鈣，隨著氯化鈣摻量的增加，泡沫混凝土的初凝和終凝時間較單摻氯化鈣有進(jìn)一步縮短的趨勢，但7d抗壓強(qiáng)度有所下降，當(dāng)氯化鈣摻量為2%(36g)時，混凝土的初凝和終凝時間分別較空白樣(未摻外加劑)縮短了13和15h，抗壓強(qiáng)度為1．8MPa，較單摻氯化鈣最好值(2．2MPa)下降了0．4MPa，復(fù)合改性和促凝效果與單摻氯化鈣相比沒有明顯優(yōu)勢。圖5為摻6%硅灰和2%氯化鈣的泡沫混凝土的SEM圖，基本沒有穿孔現(xiàn)象，小泡孔多而均勻，泡孔孔壁致密圓滑，表明在硅灰和氯化鈣的共同作用下，水泥的早期凝結(jié)硬化速度較快。
5結(jié)論
(1)氯化鈣促進(jìn)水泥泡沫混凝土凝結(jié)硬化效果顯著，當(dāng)氯化鈣摻量為2%(36g)時，混凝土的初凝和終凝時間分別達(dá)14和25h，均較未摻樣縮短了11h，7d抗壓強(qiáng)度達(dá)2．2MPa，超過未摻樣0．8MPa。(2)硅灰對水泥泡沫混凝土凝結(jié)硬化有一定的促進(jìn)作用，但效果遠(yuǎn)不及氯化鈣;碳酸鋰總體改性和促凝效果不明顯。(3)硅灰和氯化鈣復(fù)摻對水泥泡沫混凝土的初凝和終凝時間較單摻氯化鈣有進(jìn)一步縮短的趨勢，但7d抗壓強(qiáng)度有所下降，復(fù)摻?jīng)]有表現(xiàn)出太大的復(fù)合效應(yīng)和優(yōu)勢。
作者：王路明 王滌非 單位：南京工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 鹽城工學(xué)院 材料與工程學(xué)院
