粉煤灰摻量和養(yǎng)護(hù)條件對(duì)硬化膠凝材料漿體中氫氧化鈣含量的影響

粉煤灰摻量和養(yǎng)護(hù)條件對(duì)硬化膠凝材料漿體中氫氧化鈣含量的影響

在水泥砂漿中，氫氧化鈣通過(guò)六角形板狀晶體被分離，對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)相對(duì)較弱，但水泥砂漿的ph值可以提高到12級(jí)以上，以保護(hù)鋼筋不生銹，提高抗鈣化能力。氫氧化鈣還能激發(fā)活性混合材料的水化,使水泥硬化漿體強(qiáng)度進(jìn)一步提高、耐久性得到改善。氫氧化鈣含量提高,僅對(duì)護(hù)筋和提高抗碳化性能有好處,為了使強(qiáng)度提高和耐久性改善,宜摻加活性混合材料等來(lái)消耗部分氫氧化鈣。但對(duì)于在空氣中使用的有護(hù)筋要求的混凝土,其氫氧化鈣含量不能大幅度地降低,不然將喪失護(hù)筋能力。確定水泥硬化漿體中氫氧化鈣晶體含量的方法主要有熱失重法(TG,Thermogravimetery)和X射線(xiàn)衍射定量分析法(QXDA,QuantitativeX-raydiffractionanalysis)。在水泥硬化漿體中不存在非晶態(tài)的氫氧化鈣已成為定論,但在低水灰比下可能有微晶態(tài)的氫氧化鈣存在,通常情況下氫氧化鈣為較大的、不夠完美的晶體,因此有固定的熱分解溫度和X射線(xiàn)衍射峰。在熱失重法中,以在425~550℃的熱失重來(lái)計(jì)算確定氫氧化鈣含量,但在此溫度區(qū)間有多種物質(zhì)(水化硅酸鈣、單硫型水化硫鋁酸鈣、鈣礬石和粉煤灰等)會(huì)產(chǎn)生熱失重,因此會(huì)造成較大的誤差。對(duì)于X射線(xiàn)衍射定量分析法,首先可以定性地確定氫氧化鈣晶體是否存在,其次利用其單個(gè)和多個(gè)衍射峰的積分強(qiáng)度來(lái)確定其含量。本文主要試驗(yàn)研究粉煤灰與養(yǎng)護(hù)條件等對(duì)膠凝材料硬化漿體中氫氧化鈣含量以及抗碳化性能的影響。1原材料和試驗(yàn)方法1.1信息服務(wù)的材料和方法基準(zhǔn)水泥PIC,即Ⅰ型硅酸鹽水泥,中國(guó)建筑材料研究總院提供;粉煤灰FA,Ⅱ級(jí),來(lái)源寧波鎮(zhèn)海熱電廠(chǎng)?；鶞?zhǔn)水泥和粉煤灰的化學(xué)成分見(jiàn)表1。1.2水中養(yǎng)護(hù)采用水泥凈漿攪拌設(shè)備,首先稱(chēng)量所需原材料,將攪拌鍋等潤(rùn)濕;將水泥和粉煤灰先在容器中充分干混均勻,再按常規(guī)水泥凈漿攪拌程序制備試驗(yàn)用膠凝材料漿體;停止攪拌,再適當(dāng)?shù)厝斯ぐ韬?即可成型試件。試模尺寸25mm×25mm×280mm和40mm×40mm×160mm。成型24h后拆模,然后放入水中養(yǎng)護(hù),溫度(20±2)℃。測(cè)試氫氧化鈣含量的膠凝材料漿體按3種養(yǎng)護(hù)條件進(jìn)行養(yǎng)護(hù):①20℃水中養(yǎng)護(hù)60d;②20℃水中養(yǎng)護(hù)60d+90℃水中養(yǎng)護(hù)72h;③20℃水中養(yǎng)護(hù)60d+200℃蒸壓養(yǎng)護(hù)8h。碳化試驗(yàn)用膠凝材料漿體的養(yǎng)護(hù)條件為:20℃水中養(yǎng)護(hù)28d+20℃干養(yǎng)護(hù)32d;20℃水中養(yǎng)護(hù)7d+20℃干養(yǎng)護(hù)53d。膠凝材料漿體中氫氧化鈣含量的測(cè)試(QXDA):根據(jù)在混合物中各個(gè)晶相的X射線(xiàn)衍射的強(qiáng)度隨著該相在混合物中含量的增加而提高,可通過(guò)直接對(duì)比法和內(nèi)標(biāo)法,對(duì)混合物晶相組成進(jìn)行(半)定量分析。本研究中,水泥和粉煤灰膠凝材料漿體中主要晶相為氫氧化鈣,將按一定要求養(yǎng)護(hù)的試樣粉磨,進(jìn)行X射線(xiàn)衍射分析,測(cè)試氫氧化鈣的(001)和(102)晶面衍射峰的積分強(qiáng)度(峰面積),以不摻粉煤灰的膠凝材料漿體試樣為基準(zhǔn),確定氫氧化鈣的相對(duì)含量。膠凝材料漿體的碳化試驗(yàn):將按一定要求養(yǎng)護(hù)的試樣在60℃烘箱中烘48h,再用加熱的石蠟多次密封試件的四周及底部,僅1個(gè)端面不封蠟,然后按GB/T50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行混凝土(快速)碳化試驗(yàn)?？焖偬蓟?CO2濃度為20%)時(shí)間為28d。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室快速碳化(CO2濃度為20%)28d,相當(dāng)于(CO2濃度為0.03%,相當(dāng)于1980年的大氣)自然碳化50年。在快速碳化28d后,碳化年限要求達(dá)到50年和100年的混凝土實(shí)測(cè)碳化深度分別要求小于25mm和小于18mm。2試驗(yàn)結(jié)果與討論2.1濾液、水化產(chǎn)物由圖1和表2可知,在20℃水中養(yǎng)護(hù)到60d的條件下,采用100%基準(zhǔn)水泥的PIC試樣水化正常,水化產(chǎn)物主要為氫氧化鈣(衍射峰位置:18.1°、34.0°、47.0°);PF20、PF40、PF50和PF60試樣水化正常,水化產(chǎn)物主要為氫氧化鈣,但其衍射峰的積分強(qiáng)度分別約為PIC試樣的79%、52%、10%和8%,由于粉煤灰的摻入,均可見(jiàn)石英和莫來(lái)石的峰;PF70和PF80試樣水化正常,水化產(chǎn)物中已沒(méi)有氫氧化鈣,即氫氧化鈣已與粉煤灰中的活性二氧化硅反應(yīng)了,由于粉煤灰的摻入,均可見(jiàn)石英和莫來(lái)石的峰。2.2粉煤灰的性質(zhì)和來(lái)源由圖2和表3可見(jiàn),在20℃水中養(yǎng)護(hù)60d+90℃水養(yǎng)72h的條件下,采用100%基準(zhǔn)水泥的試樣PIC水化正常,晶體水化產(chǎn)物主要為氫氧化鈣;PF20、PF40、PF50和PF60試樣水化正常,水化產(chǎn)物主要為氫氧化鈣,但其衍射峰的積分強(qiáng)度半寬高分別約為PIC試樣的76%、39%、12%和8%,由于粉煤灰的摻入,均可見(jiàn)石英和莫來(lái)石的峰;PF70和PF80試樣水化正常,水化產(chǎn)物中已沒(méi)有氫氧化鈣,即氫氧化鈣已與粉煤灰中的活性二氧化硅反應(yīng)了,由于粉煤灰的摻入,均可見(jiàn)石英和莫來(lái)石的峰。2.3pf20試樣水化產(chǎn)物及活性氧化物的活性由圖3和表4可見(jiàn),在20℃水中養(yǎng)護(hù)60d再進(jìn)行200℃蒸壓養(yǎng)護(hù)8h的條件下,采用100%基準(zhǔn)水泥的試樣PIC水化正常,晶體水化產(chǎn)物主要為氫氧化鈣,還有未水化的水泥熟料存在;PF20試樣水化正常,晶體水化產(chǎn)物主要為氫氧化鈣,但其衍射峰的積分強(qiáng)度約為試樣PIC的15%,即氫氧化鈣量明顯下降,大部分已與粉煤灰中的活性二氧化硅反應(yīng)了;PF40、PF50、PF60、PF70和PF80試樣水化正常,水化產(chǎn)物中已沒(méi)有氫氧化鈣,即氫氧化鈣已與粉煤灰中的活性二氧化硅反應(yīng)了,由于粉煤灰的摻入,均可見(jiàn)石英和莫來(lái)石的峰。2.4膠材硬化漿體中氫氧化鈣的量測(cè)基準(zhǔn)水泥+粉煤灰+水系統(tǒng)在完全水化的條件下,SiO2、Al2O3、Fe2O3和SO3形成水化產(chǎn)物的CaO總需要量與隨粉煤灰摻量的變化,膠材中CaO含量之間的關(guān)系見(jiàn)表5。由表5可知,如果CaO總需要量小于系統(tǒng)提供的CaO量,則系統(tǒng)有氫氧化鈣晶體存在;如果CaO總需要量大于系統(tǒng)提供的CaO量,則系統(tǒng)無(wú)氫氧化鈣晶體存在。但在水化過(guò)程中,由于反應(yīng)沒(méi)有進(jìn)行到底或沒(méi)有達(dá)到相平衡,系統(tǒng)中或多或少會(huì)有氫氧化鈣晶體存在。對(duì)于在基準(zhǔn)水泥+水系統(tǒng)中的水泥硬化漿體(PIC試樣),假設(shè)水化產(chǎn)物為水化硅酸鈣(摩爾比CaO∶SiO2=1.5∶1.0)以及水化鋁酸鈣、水化鐵酸鈣和鈣礬石等(摩爾比CaO∶Al2O3=3∶1,CaO∶Fe2O3=3∶1,CaO∶SO3=1∶1)。經(jīng)過(guò)計(jì)算得到在完全水化條件下,SiO2、Al2O3、Fe2O3和SO3形成水化產(chǎn)物的CaO需要量為45.87%,小于實(shí)際水泥中含有的61.43%。故基準(zhǔn)水泥在完全水化的條件下,在膠材硬化漿體中有氫氧化鈣晶體存在,推算得到約為20.55%。對(duì)于在基準(zhǔn)水泥+粉煤灰+水系統(tǒng)中的膠材硬化漿體(即PF20、PF40、PF50、PF60、PF70和PF80試樣),假設(shè)水化產(chǎn)物為水化硅酸鈣(摩爾比CaO∶SiO2=1∶1)以及水化鋁酸鈣、水化鐵酸鈣和鈣礬石等(摩爾比CaO∶Al2O3=3∶1,CaO∶Fe2O3=3∶1,CaO∶SO3=1∶1)。對(duì)于PF20試樣,經(jīng)過(guò)計(jì)算得到在完全水化的條件下CaO總需要量為49.54%,小于實(shí)際膠材中含有的50.36%,兩者之差為0.82%,換算成氫氧化鈣為1.08%。即在系統(tǒng)中膠凝材料完全水化的條件下,剩余氫氧化鈣已很少。對(duì)于PF40、PF50、PF60、PF70和PF80試樣,膠材中CaO含量逐漸降低,而形成水化產(chǎn)物的CaO總需要量逐漸提高,兩者之差為負(fù)值,而且絕對(duì)值逐漸提高,即在系統(tǒng)中膠凝材料完全水化的條件下,已經(jīng)無(wú)氫氧化鈣可生成了。這一結(jié)論已在2.3中得到證實(shí)。2.5養(yǎng)護(hù)時(shí)粉煤灰摻量對(duì)樣品碳化率的影響見(jiàn)表1由表6可知,20℃水中養(yǎng)護(hù)28d+20℃干養(yǎng)護(hù)32d條件下,PIC、PF20、PF40、PF50、PF60、PF70和PF80試樣的實(shí)驗(yàn)室快速碳化28d的碳化深度分別為2.0、3.5、6.5、13.5、32.5、46和≥80mm,呈現(xiàn)隨粉煤灰摻量增加而顯著增大的趨勢(shì)。其中試樣PIC、PF20、PF40和PF50的碳化深度小于25mm,能達(dá)到自然碳化(CO2濃度0.03%)年限50年以上。20℃水中養(yǎng)護(hù)7d+20℃干養(yǎng)護(hù)53d條件下,PIC、PF20、PF40、PF50、PF60、PF70和PF80試樣的實(shí)驗(yàn)室快速碳化28d的碳化深度分別為6、8、19、36、≥80、≥80和≥80mm,也呈現(xiàn)隨粉煤灰摻量增加而顯著增大的趨勢(shì)。其中試樣PIC、PF20和PF40的碳化深度小于25mm,能達(dá)到自然碳化(CO2濃度0.03%)年限50年以上。3硬化漿體中氫氧化鈣含量(1)基準(zhǔn)水泥+粉煤灰+水系統(tǒng)中,粉煤灰摻量分別為0、20%、40%、50%、60%、70%和80%時(shí),在20℃水中養(yǎng)護(hù)60d條件下,硬化漿體中氫氧化鈣含量分別為20.0%、15.8%、10.4%、2.0%、1.6%、0和0;在20℃水中養(yǎng)護(hù)60d+200℃蒸壓養(yǎng)護(hù)8h條件下,硬化漿體中的氫氧化鈣含量分別為20%、3.0%、0、0、0、0和0;完全水化的條件下,經(jīng)計(jì)算,硬化漿體中的氫氧化鈣含量分別為20.55%、1.08%、0、0、0、0和0。(2)水膠比為0.30時(shí),20℃水中養(yǎng)護(hù)7d+20℃干養(yǎng)護(hù)53d條件下,粉煤灰摻量分別為0、20%、40%、50%、60%、70%和80%的試件,實(shí)驗(yàn)室快速碳化28d的碳化深度分別為6、8、19、36、≥80、≥80和≥80m