硫鋁酸鹽水泥與硅酸鹽水泥復(fù)配性能研究

1、枷滲俐T水泥實(shí)用技術(shù)參考手冊一253一謄蓬靄囂瓢螢翻蔭嗣_l_ll_II-l_硫鋁酸鹽水泥與硅酸鹽水泥復(fù)配性能研究楊林u，嚴(yán)云1r，胡志華1,2，周科1，李正銀1f1西南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，lt JiI綿陽621010； 2西南科技大學(xué)四川省非金屬復(fù)合與功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)窒一省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，四川綿陽621010)摘要：基于硫鋁酸鹽水泥、硅酸鹽水泥各自的特點(diǎn)，研究了二者復(fù)配后的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、水化熱效應(yīng)、膠砂 強(qiáng)度、膨脹性、水化產(chǎn)物的物相及微觀形貌。結(jié)果表明，復(fù)配水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量因復(fù)配比例不同而變化，凝結(jié)時間相 對于占主導(dǎo)地位的單組分水泥明顯縮短；復(fù)配水泥的早

2、期水化速率得到提高，ld、7d的水化放熱量均低于占主導(dǎo)地位 的單組分水泥：28d抗壓、抗折強(qiáng)度低于任何單組分水泥；膨脹性的大小取決于兩種水泥的復(fù)配比例；硫鋁酸鹽水泥與 硅酸鹽水泥的復(fù)配使二者的水化相互促進(jìn)，隨著硫鋁酸鹽水泥摻量的增加，Ca(OH)2相的衍射峰減弱，AFt相的衍射峰 增強(qiáng)：純硅酸鹽水泥水化后的微現(xiàn)形貌是致密的，而與硫鋁酸鹽水泥復(fù)配后則出現(xiàn)微觀裂紋。關(guān)鍵詞：水泥；復(fù)配；性能；水化Abstract：The properties of a composite cement with Portland cement and sulfoaluminate cement，including

3、of the water requirement of normal consistency，setting time，hydration thermal effect，mortar strength，expansibility，phase and micro morphology of hydration products were studiedThe results showed that the water requirement of normal consistency of compound cement was influenced by proportion of two k

4、inds of cementsThe setting time was shortened remarkably relative to unitary eementThe early hydration rate of compound cement was improved，the hydration heat of l d，7d was lower than unitarycementThe 28d eompressiveflexural strength was less than pure Portland cement or sulphoaluminate cementThe pr

5、oportion of cements varied the expansion ratio of compound cementHydration could be promoted as their composite， diffraction peak of Ca(OH)2 decreased with sulphoaluminate cement content increasing while AFt peak enhancesThehydration products of unitary Portland cement was dense，however，microcracks

6、could be observed，owing to the composite with sulphoaluminate cementKey words：cement；composite；performance；hydrationFirst author"s address：School of Materials Science and Engineering，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621010，Sichuan，China中圖分類號：TQl7211 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：10029877(

7、2012)070007-04O引言硫鋁酸鹽水泥為快硬425級水泥，記為SAC。兩種水 硅酸鹽水泥以硅酸鈣礦物為主，由于其凝結(jié)時問泥皆購于四川地區(qū)，其化學(xué)成分見表1。較長、早期強(qiáng)度低等不足降低了施工效率，而后期強(qiáng)表1水泥的化學(xué)成分 度增長較大?？煊擦蜾X酸鹽水泥是以C4，S和C2S為名稱 CaOSi02 A1203Fe203 S03MgOTi0'R20 主要礦物的新品種水泥，它具有快硬、早強(qiáng)、收縮小、 P06008 2314 460 307 298185058 079 抗凍和抗?jié)B性能好等優(yōu)點(diǎn)。已廣泛地應(yīng)用于水泥制 SAC 4651lI10 2043 3481427 2。12 086 O。5

8、5品、搶修工程、防滲及低溫工程 ，但后期強(qiáng)度增長不12試驗(yàn)方法明顯。如果將硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥復(fù)配使用，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和凝結(jié)時間按GBrI'1346201 1或能使二者性能互補(bǔ)。兩種水泥究竟能否混用，相關(guān)水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢測方法科研工作者雖已有所研究M，但不夠深入。本文通過測定；膠砂強(qiáng)度按GBT1767l一1999水泥膠砂強(qiáng)度對兩種水泥復(fù)配后的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、膠檢驗(yàn)方法(ISO法)測定；膨脹性按JC廠I'3132009砂強(qiáng)度、膨脹性和水化性能等的研究。為兩種水泥復(fù)膨脹水泥膨脹率試驗(yàn)方法測定；水泥凈漿試塊成型配使用提供借鑒。時的水灰比為03，標(biāo)準(zhǔn)

9、養(yǎng)護(hù)ld后脫模，接著放人1試驗(yàn)20左右的水中養(yǎng)護(hù)至相應(yīng)齡期。11原料水化速率、水化熱的測定采用美國TAM Air熱活試驗(yàn)用硅酸鹽水泥為P·0425級水泥記為P0：性量熱儀(20c|C，水灰比06)。水泥水化產(chǎn)物和微觀形基金項(xiàng)目：西南科技大學(xué)研究生創(chuàng)新基金(1Iycjj03)一254一水泥實(shí)用技術(shù)參考手冊格滲t'TAl(k臥11"睜囊瞎靜壤霧墓饕囂l葬孽蓬：-薯芋貌分析采用的試樣取自凈漿試塊的中心部分，所用設(shè) 由圖1可見，8號和1 1號最先出現(xiàn)水化加速且 備分別為荷蘭帕斯科公司生產(chǎn)的X7Pert PRO型多功 在極短的時間內(nèi)達(dá)到水化放熱速率的峰值，l號、4號 能x射線

10、衍射儀(Cu靶)、日本日立公司生產(chǎn)的TM一 和6號相對延后。8號水化放熱速率曲線的峰極為尖 1000型掃描電子顯微鏡：銳，說明了該復(fù)配水泥水化加速、減速的過程極短。能2結(jié)果分析與討論在較短的時間內(nèi)進(jìn)入穩(wěn)定期。引人注意的是4號和621標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量與凝結(jié)時間號出現(xiàn)了第2放熱速率峰，1 1號出現(xiàn)了第2和第3 表2列出了兩種水泥復(fù)配時的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量 放熱速率峰。按第1個水化放熱速率峰值高低排序 和凝結(jié)時間。為：8號>6號>11號>4號>l號。而水泥的凝結(jié)時間恰 表2復(fù)配水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和凝結(jié)時間與此呈負(fù)相關(guān)第一個峰值越高，凝結(jié)時間越短。復(fù)配水泥不同水化齡期的放熱量見圖2

11、。編號l2345678910 11SAC 0102030405060708090 100姍比例250瑚I 羹 l l IPO loo 9080 70605040302010 0200瑚標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量暈150啪268 264 264 277 280 287 293 30O 308 315 297幕篁100瑚凝結(jié) 初凝 286 126 5035221612761922萇一f)親S*時間50如hnin 終凝 349 156 66412719149923 260。1號4號69-8號11號1號4號6號8號11號ld7d由表2可見，當(dāng)硫鋁酸鹽水泥的摻量在30一90時隨著硫鋁酸鹽水泥摻量的增大復(fù)配水泥的圖2

12、復(fù)配水泥不同水化齡期的放熱量 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量增加；但摻入10和20硫鋁酸鹽水化1d時，隨著硫鋁酸鹽水泥摻量的增加，復(fù)配 水泥時，復(fù)配水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量相對于純硅酸鹽水泥的水化放熱量先減小后增大；水化7d時，4號的 水泥有所降低；摻人7090硫鋁酸鹽水泥的復(fù)配水化放熱量已接近1號，但6號、8號仍相對較低。綜 水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量大于純硫鋁酸鹽水泥。其原因 合地講，當(dāng)兩種水泥以一定的比例復(fù)配時，其早期的 為當(dāng)兩種水泥以不同比例復(fù)配時其粒徑分布不同， 水化速率會得到提高，而ld和7d水化放熱均低于占 進(jìn)而影響到標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。隨著硫鋁酸鹽水泥摻量主導(dǎo)地位的單組分水泥。 比例的增大，復(fù)配水泥的初凝和

13、終凝時間呈現(xiàn)出先減23膠砂強(qiáng)度 少后增加的趨勢，80SAC+20PO的復(fù)配水泥凝結(jié) 兩種水泥復(fù)配時的膠砂強(qiáng)度見圖3。從整體趨勢 時間最短。無論是硅酸鹽水泥還是硫鋁酸鹽水泥占主 看，隨著硫鋁酸鹽水泥摻量比例的增大，復(fù)配水泥的 導(dǎo)只要二者復(fù)配其凝結(jié)時間相對于占主導(dǎo)地位的 抗壓和抗折強(qiáng)度均表現(xiàn)出先減小后增大的趨勢，存在 單組分水泥明顯縮短，這說明了兩種水泥復(fù)配時早期 著明顯的谷點(diǎn)但不同的養(yǎng)護(hù)齡期出現(xiàn)谷點(diǎn)時的水泥 水化相互促進(jìn)。 復(fù)配比例不同。28d齡期復(fù)配水泥的強(qiáng)度均低于單組萋：l 分水泥的強(qiáng)度。22水化熱效應(yīng)兩種水泥復(fù)配時的水化放熱速率見圖l。8號菩 號，夕號020 40 6080 100SAC摻

14、量圖3復(fù)配水泥的膠砂強(qiáng)度24膨脹性圖l復(fù)配水泥的水化放熱速率兩種水泥復(fù)配時的膨脹率見圖4?？蹪Bc酬剛f水泥實(shí)用技術(shù)參考手冊一255- 舄i簧#耋蕁簿疆醺鯛嘲嘲_II泥的水化產(chǎn)物中最為明顯，而后隨著硫鋁酸鹽水泥摻3量的增加逐漸減弱。水化產(chǎn)物中AFt相的衍射峰隨著210硫鋁酸鹽水泥摻量的增加明顯增強(qiáng)，同一條件、同一9蓮8設(shè)備下測試也說明了AFt量的增加，這是硫鋁酸鹽礦7瓣蚩6物相對增多的緣故。純硫鋁酸鹽水泥的水化產(chǎn)物中可5渣4看到未水化的C4，S相，而摻人70硫鋁酸鹽水泥的321復(fù)配水泥中C4，S相的衍射峰已明顯減弱，摻入小于¨坨¨m吣瞄"¨¨&#

15、168;毗叭¨0l50硫鋁酸鹽水泥的復(fù)配水泥中C，S相的衍射峰已SAC摻量膈消失。其原因應(yīng)該有兩點(diǎn)：一是C4。S的量相對減少圖4復(fù)配水泥的膨脹率了；二是硅酸鹽礦物的水化促進(jìn)了C，S的水化。 由圖4可見兩種水泥復(fù)配時1d的膨脹率沒有圖6是復(fù)配水泥水化28d的微觀形貌。由圖6看明顯的規(guī)律性，硫鋁酸鹽水泥占60和90時復(fù)配 出。純硅酸鹽水泥的微觀形貌相當(dāng)致密，而加入硫鋁 水泥的膨脹率分別達(dá)到最小值和最大值。復(fù)配水泥水 酸鹽水泥后出現(xiàn)裂紋。圖6b是30SAC+70PO的 化14d和28d其膨脹率有著相似的規(guī)律：硫鋁酸鹽 復(fù)配水泥，明顯看出其裂紋較長，易造成宏觀的破壞。 水泥摻量為20時膨脹率

16、最大，之后膨脹率隨硫鋁酸 圖6e是純硫鋁酸鹽水泥水化28d的形貌，同樣存在 鹽水泥的摻量增加先減小后增大。復(fù)配水泥的膨脹性 大量的微裂紋，吳宗道閣稱這樣的微裂紋為本體中的 直接受兩種水泥的復(fù)配比例影響，可以通過改變二者 AFt，并將這樣的顯微結(jié)構(gòu)稱作微觀溝壑結(jié)構(gòu)，其中的 的比例來調(diào)節(jié)。灰白部分為細(xì)小的AFt，溝壑部分以Ca(OH)：等為主25微觀分析體。圖5是兩種水泥復(fù)配時28d水化產(chǎn)物的XRD圖3結(jié)論譜分析。1)硫鋁酸鹽水泥與硅酸鹽水泥復(fù)配時其標(biāo)準(zhǔn)稠 度用水量因復(fù)配比例不同而變化，凝結(jié)時間相對于占36 3jl，1|I。i名主導(dǎo)地位的單組分水泥明顯縮短，早期的水化速率會 得到提高，而1d和7d

17、水化放熱均低于占主導(dǎo)地位的單組分水泥。2)復(fù)配水泥的28d抗壓、抗折強(qiáng)度均低于單組分 水泥；膨脹性的大小取決于兩種水泥的復(fù)配比例，可 以通過改變二者的比例調(diào)節(jié)膨脹性。3)在復(fù)配水泥中，隨著硫鋁酸鹽水泥摻量的增 加，Ca(OH)：相的衍射峰減弱，AFt相的衍射峰增強(qiáng)： 硫鋁酸鹽水泥與硅酸鹽水泥的復(fù)配使二者的水化相 互促進(jìn)；純硅酸鹽水泥水化后的微觀形貌是致密的， 而與硫鋁酸鹽水泥復(fù)配后則出現(xiàn)微觀裂紋，5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 804)硫鋁酸鹽水泥與硅酸鹽水泥的復(fù)配，如果為了20(。)追求某一性能是可行的，但綜合考慮還是存在弊端圖5復(fù)配水泥28d水化產(chǎn)物的XRD圖譜的，因此在使用中還須謹(jǐn)慎，尤其是摻人其他成分后由圖5可見，Ca(OH)：相的衍射峰在純硅酸鹽水a(chǎn) 0SAC+100POb300，uoPOc50SAC+50POd700L oPO豳圖6復(fù)配水泥水化28d的微觀形