水泥泡沫混凝土凝結硬化研究范文
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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量分數)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抗壓強度，結果如表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抗壓強度波動變化，當硅灰摻量為4%時(72g)，抗壓強度達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象，泡孔分布不均，有明顯的破泡跡象，表明水泥的早期凝結硬化速度較慢，不能與泡沫的穩定時間相匹配，泡沫穿并，強度降低。發泡劑延緩水泥水化與凝結硬化的主要原因是有機發泡劑中大分子有機酸和小分子羥基羧酸，在水泥水化產生的堿性介質中與鈣離子反應生成絡合物，降低了水泥水化誘導期的鈣離子濃度，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，泡孔結構相對完整，大小泡孔分布較均勻，連通孔較少，仍可見較多的破孔現象，表明硅灰一定程度促進了水泥的凝結硬化，但促進效果不充分。硅灰促進水泥凝結硬化的主要因素是硅灰顆粒粒徑小，比表面積及化學活性大，其活性SiO2與水泥漿體中的氫氧化鈣發生二次水化反應生成CSH凝膠體，促進了其它水化產物的生成，從而使水泥石的早期強度提高［8-9］。
2氯化鈣對水泥泡沫混凝土凝結硬化性能影響
分別摻入0．5%，1%，1．5%，2%，2．5%和3%(氯化鈣與水泥的質量分數)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抗壓強度，結果如表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抗壓強度增長也較多，當氯化鈣摻量為2%(36g)時，抗壓強度達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，很少并孔或破孔現象，表明發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定性較好，水泥的早期凝結硬化速度較快。氯化鈣可以與水泥中的C3A反應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%(碳酸鋰與水泥的質量分數)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抗壓強度，結果如表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抗壓強度開始有所增加，但隨著碳酸鋰摻量的進一步加大，抗壓強度隨之迅速下降，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，泡孔嚴重變形坍塌，幾乎看不到完整的泡孔，泡孔并孔現象嚴重。由于Li+具有半徑小、極化作用強以及水化半徑較大等特性，從而加快水化保護膜破裂，使水化誘導期縮短，提高水泥中C3S、C2S水化能力［13］，鋰鹽還可以促進Aft鈣礬石晶體的形成，促進水泥的凝結，提高早期強度［14］。但具有強電解性的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，導致泡沫破裂，泡沫混凝土的早期強度及凝結性能下降［15］。碳酸鋰不適用物理發泡混凝土的促凝和增強。
4硅灰和氯化鈣復摻對水泥泡沫混凝土凝結硬化性能影響
在摻入6%硅灰的基礎上，分別復摻0．5%，1%，1．5%，2%，2．5%和3%(氯化鈣與水泥和硅灰的質量分數)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抗壓強度，結果如表4所示。由表4可看出，在摻入6%硅灰的基礎上再摻入氯化鈣，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一步縮短的趨勢，但7d抗壓強度有所下降，當氯化鈣摻量為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，抗壓強度為1．8MPa，較單摻氯化鈣最好值(2．2MPa)下降了0．4MPa，復合改性和促凝效果與單摻氯化鈣相比沒有明顯優勢。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，水泥的早期凝結硬化速度較快。
5結論
(1)氯化鈣促進水泥泡沫混凝土凝結硬化效果顯著，當氯化鈣摻量為2%(36g)時，混凝土的初凝和終凝時間分別達14和25h，均較未摻樣縮短了11h，7d抗壓強度達2．2MPa，超過未摻樣0．8MPa。(2)硅灰對水泥泡沫混凝土凝結硬化有一定的促進作用，但效果遠不及氯化鈣;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一步縮短的趨勢，但7d抗壓強度有所下降，復摻沒有表現出太大的復合效應和優勢。
作者：王路明 王滌非 單位：南京工業大學 材料科學與工程學院 鹽城工學院 材料與工程學院
