加氣混凝土水化產(chǎn)物結構與形貌研究

加氣混凝土水化產(chǎn)物結構與形貌研究

通過添加混凝土和鋁粉與堿性介質(zhì)反應產(chǎn)生的氣體形成多孔材料。一般來說，空腔的比例可達70%80%。氣混凝土中的間隙分布、間隙大小和孔形直接決定了砌塊的性能。在這項工作中，我們主要研究了氣混凝土水化產(chǎn)物的形狀、性質(zhì)、孔結構的分布和其他微觀結構。1水化硅酸鈣蒸壓加氣混凝土是一種輕質(zhì)多孔材料,由鈣質(zhì)材料、硅質(zhì)材料、發(fā)氣劑(鋁粉)、水和少量外加劑制成,加氣混凝土坯體在蒸壓養(yǎng)護過程中的水化熱反應狀況如下:⑴升溫階段:隨著溫度升高,Ca(OH)2與粉煤灰中的活性SiO2反應生成堿度較高的水化硅酸鈣,隨著SiO2的不斷溶解,水泥水化的C-S-H凝膠與石灰和粉煤灰合成的C-S-H等水化硅酸鈣的堿度不斷降低,開始變成半結晶的CSH(I)。與此同時,三硫型的水化硫鋁酸鈣分解成單硫型的水化鋁酸鈣。⑵恒溫階段:在180~200℃恒溫初期,大量生成CSH(I)。在此溫度下,單硫型水化鋁酸鈣也無法穩(wěn)定,繼續(xù)分解成CaSO4,水化鋁酸鈣和SiO2作用生成水化石榴子石。隨著恒溫時間的延長,水化硅酸鈣的結晶程度不斷提高,出現(xiàn)托勃莫來石,進一步延長時間還可能生成其他結晶的水化硅酸鈣。因此,加氣混凝土的水化產(chǎn)物有CSH(I),托勃莫來石、水化石榴子石等,隨著恒溫壓力和養(yǎng)護時間的不同,它們的數(shù)量和結晶程度均在變化。2蒸壓過程中托勃莫來石的特征采用XRD衍射方法對不同蒸壓制度下加氣混凝土水化產(chǎn)物的種類及數(shù)量進行分析,試驗中固定石灰為130kg/m3,石膏為15kg/m3,粉煤灰為420kg/m3,鋁粉為0.6kg/m3,穩(wěn)泡劑PC-2為0.1kg/m3,水泥為26kg/m3,試驗結果如圖1所示。由圖1可以發(fā)現(xiàn):⑴未蒸壓的加氣混凝土漿體,其主要物相為Ca(OH)2(4.90、2.63、1.93魥)、石英(4.26、3.34、1.82魥)和Aft(9.72、5.60、4.65、3.87、3.24魥)等;⑵在蒸壓條件下,水化產(chǎn)物主要為結晶較好的托勃莫來石(11.3、5.48、3.08、2.98魥)、結晶程度較弱的C-S-H(3.07、2.80、2.79魥)以及少量的水化石榴子石(5.04、2.75、2.00魥)。這可能是由于在常溫下,加氣混凝土的水化產(chǎn)物主要是由水泥水化的產(chǎn)物C-S-H和由石灰水化的Ca(OH)2構成,而在高溫高壓下,Ca(OH)2與SiO2反應生成C-S-H凝膠,同時,隨著溫度和壓力的提高,C-S-H凝膠逐漸向結晶不好的托勃莫來石然后向結晶良好的托勃莫來石轉化,因此在蒸壓制度下的加氣混凝土水化產(chǎn)物中未發(fā)現(xiàn)C-S-H凝膠;⑶隨著蒸壓壓力的變大(由0.5MPa增大至蒸壓1.0MPa)和蒸壓時間的延長(由4h延長至8h),托勃莫來石特征峰(11.3魥)明顯增強,峰高寬逐漸變窄,說明結晶差的托貝莫來石相逐漸轉變?yōu)榻Y晶良好的托貝莫來石。這是因為隨著蒸壓壓力的變大和時間的延長,離子擴散速度快,反應程度高,水化產(chǎn)物中的C2SH(C)、C2SH(A)等會進一步與SiO2形成托勃莫來石。3加壓混凝土的內(nèi)部孔隙形狀為探討加氣混凝土水化產(chǎn)物的形貌和種類,采用SEM掃描電鏡在低倍數(shù)下觀察其表面的整體形貌和孔壁的厚度,在高倍數(shù)下觀察加氣混凝土水化產(chǎn)物的形貌和特征,蒸壓條件為在壓力1MPa下蒸壓8h。分別觀察30倍、200倍和1000倍下加氣混凝土內(nèi)部孔隙的形狀,結果如圖2所示?？梢园l(fā)現(xiàn):⑴在30倍下觀察可以發(fā)現(xiàn)加氣混凝土的表面有許多由鋁粉發(fā)氣而形成“蜂窩狀”小孔,由連通孔和封閉孔構成,尺寸在200um到600um之間;⑵當放大倍數(shù)提高至200倍時,可以觀察到加氣混凝土的表面由許多“網(wǎng)狀”的水化產(chǎn)物搭接而成,孔壁圍成的小孔形狀大多為橢圓形;⑶當放大倍數(shù)增大到1000倍時,可以發(fā)現(xiàn)孔壁中有許多的“褶皺狀”的產(chǎn)物,孔壁的厚道在20um左右。4水化石榴子石高倍數(shù)下(6400倍和12000倍)加氣混凝土的水化產(chǎn)物形貌如圖3所示,可以發(fā)現(xiàn):⑴水化產(chǎn)物以結晶較完整的葉片狀、縐箔狀托貝莫來石為主,沒有發(fā)現(xiàn)結晶較好的六方片狀和板狀Ca(OH)2晶體及針棒狀鈣礬石晶體。這可能是由于Ca(OH)2晶體在蒸壓條件下與粉煤灰中的活性SiO2和活性Al2O3反應生成了托貝莫來石和水化石榴子石;⑵在氣孔內(nèi)壁,產(chǎn)物多為一簇簇的柳葉狀托勃莫來石及少量的水化石榴子石,托勃莫來石長約2~3μm,寬約1μm;⑶在試件斷面上水化產(chǎn)物以葉片狀和針狀為主,尺寸較小,在1~2μm之間,葉片狀和針狀水化產(chǎn)物膠結在一起,水化產(chǎn)物密集叢生,晶形發(fā)育良好,水化產(chǎn)物晶體相互交插連接,形成致密的網(wǎng)絡狀微觀結構。結合XRD衍射分析和SEM形貌觀察可以發(fā)現(xiàn):⑴未蒸壓的水化產(chǎn)物以片狀氫氧化鈣、針棒狀鈣礬石和纖維狀、網(wǎng)狀C-S-H凝膠為主,水化產(chǎn)物主要來自N.NarayananKR.Structureandpropertiesofaeratedconcrete:areview[J].Cement&ConcreteComposites.2000(22):321-329.ThomasSchneider,PeterGreilGS.Strengthmodelingofbrittlematerialswithtwo-andthree-dimensional[J].ComputationalMaterialsScience.1999(16):98