固體丙烯酸鈣鎂與硅灰復(fù)合對水泥性能的影響

李強 李梅(山東水泥廠有限公司， 山東 濟南 250116）

0 引言

硅酸鹽水泥作為人類社會的主要建筑材料，抗壓強度仍然是衡量水泥混凝土耐久性的主要標(biāo)準(zhǔn)。通過一些實例中我們看出，破壞水泥混凝土的主要原因通常都不是機械應(yīng)力，而是多種物質(zhì)對水泥混凝土制品的腐蝕或是水泥自身內(nèi)部發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。

目前，提高水泥抗腐蝕能力最簡單可行的方法是向水泥漿中添加外加劑及合理的設(shè)計水泥漿體系，以此來改善水泥的各種性能。有機物材料具有良好的柔韌性、抗沖擊和抗腐蝕性，恰好彌補了水泥材料的不均質(zhì)脆性、抗拉強度低和抗蝕性差等缺陷。丙烯酸鹽與水泥具有良好的互溶性及粘結(jié)性，且其漿液也有粘度低、易聚合成膜、凝膠體抗擠出能力強等優(yōu)點。硅灰是在冶煉硅鐵合金和工業(yè)硅時產(chǎn)生的SiO2和Si氣體與空氣中的氧氣迅速氧化并冷凝而形成的一種超細硅質(zhì)粉體材料，摻入硅灰可以提高水泥、砂漿、混凝土的強度。

1 試驗研究

(1)試驗主要原材料指標(biāo) ①水泥:普通硅酸鹽水泥(P.O 42.5 級)濟南市山水水泥廠生產(chǎn)，化學(xué)組成如下表。

表1 普通硅酸鹽水泥(P.O 42.5 級）化學(xué)組成(%)

⑵硅灰

表2 硅灰的化學(xué)成分%

(2)試驗方法和儀器 實驗主要分為兩個部分，第一部分主要研究丙烯酸鹽、硅灰及助劑對水泥性能的影響，包括不同齡期水泥凈漿強度的測試。第二部分主要XRD 和 SEM 分析研究丙烯酸鹽、硅灰對水泥水化進程、水化產(chǎn)物形貌的影響。

按照GB/T17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法》和GB/T1346-2011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》進行試驗。

(3)丙烯酸鈣與丙烯酸鎂溶液的制備 首先用量筒量好一定量的丙烯酸，加入到水中稀釋，然后稱量過量的碳酸鈣(鎂）粉末分若干次充分緩慢地加入到丙烯酸溶液中，待到加入的少量碳酸鈣(鎂）反應(yīng)一段時間后在加入下一部分，使其充分反應(yīng)。其次，為了避免產(chǎn)生大量的熱導(dǎo)致生成的丙烯酸鹽在溶液中發(fā)生聚合反應(yīng)，而使性能與質(zhì)量下降。反應(yīng)完全后，過濾。將丙烯酸鹽在標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕養(yǎng)護箱中，在40℃溫度下烘干，用研磨充分磨細，過200目篩，避光保存，待用。

(4)丙烯酸鈣、丙烯酸鎂及硅灰對水泥性能的影響 ①丙烯酸鈣、丙烯酸鎂及硅灰配比對水泥抗壓強度的影響。向水泥中加入不同配比的丙烯酸鈣丙烯酸鎂及對應(yīng)不同的硅灰摻量，分別測得1d、3d、28d抗壓強度，如下表3。

表3 不同配比對水泥力學(xué)性能的影響

從表2中分析，當(dāng)丙烯酸鈣與丙烯酸鎂的配比恒定不變時，測得的試樣1d、3d強度都隨著硅灰摻量的增加而呈降低趨勢，28d強度隨著硅灰摻量的增加而升高。丙烯酸鈣和丙烯酸鎂配比為5:5時,1d、3d、28d的強度都是最大的。硅灰摻加量分別為5%、7%、9%，丙烯酸鈣與丙烯酸鎂配比分別為3∶7、7∶3、5∶5,混合后與對比樣相比較都提高了抗壓強度，改善了水泥性能。

②丙烯酸鈣、丙烯酸鎂及硅灰不同配比對水泥凝結(jié)時間和標(biāo)準(zhǔn)稠度的影響。

表4 標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量和凝結(jié)時間

從表4中分析可得:硅灰摻加量一定，不同丙烯酸鈣丙烯酸鎂配比的試樣初終凝時間、標(biāo)準(zhǔn)稠度、水灰比之間都相差不大，與對比樣對照，初終凝時間、標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量都稍有增加，水灰比減小。隨著硅灰摻加量的增大，丙烯酸鈣、丙烯酸鎂一定的情況下，初凝時間、終凝時間、標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量稍微增大，水灰比逐漸減小。

(5)物相組成和微觀結(jié)構(gòu)分析

為進一步研究固體丙烯酸鈣對水泥水化產(chǎn)物的影響，采用SEM和XRD對所研究試樣進行分析。

如圖4.2是G0、G3號試樣水化一天的XRD分析，有兩處Ca(OH)2衍射峰,即水化1d摻加硅灰和丙烯酸鈣丙烯酸鎂的水泥試樣在一定程度上抑制了硅酸鹽礦物水化的進行，G3號試樣的AFt衍射峰、C-S-H凝膠衍射峰都高于G0號試樣，說明在水泥中摻加硅灰和丙烯酸鹽丙烯酸鈣促進了AFt、C-S-H凝膠的形成。同時，從圖4.1硅灰XRD分析譜圖中可以看出，硅灰中大量的SiO2都是無定型晶體，具有高活性，通過吸收水化產(chǎn)物Ca(OH)2，生成C-S-H凝膠，抑制Ca(OH)2的生長。

如圖4.3是G0、G3號試樣水化3d的XRD分析， G0號試樣的Ca(OH)2衍射峰高于G3號試樣，但G3號試樣的Ca(OH)2衍射峰稍有增加，堿性介質(zhì)中的Ga2+易于與丙烯酸鈣生成不穩(wěn)定的絡(luò)合物，但在水泥水化后期，Ca2+與丙烯酸鈣形成的不穩(wěn)定絡(luò)合物會發(fā)生分解。G3號試樣C3S+C2S的衍射峰稍有降低但仍高于G0號試樣，即水化3d摻加硅灰和丙烯酸鈣丙烯酸鎂的水泥試樣在一定程度上仍抑制了硅酸鹽礦物水化的進行。

從圖4.7可以看出，水化產(chǎn)物Ca(OH)2晶體排列規(guī)則，數(shù)量多，生長較大，還存在未水化的水泥顆粒。從圖4.8可以看出，水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)密實，因為水化齡期增長，硅灰具有火山灰效應(yīng)，活性大，在水化28d時開始起作用，與粗大的水化產(chǎn)物Ca(OH)2晶體反應(yīng)，減少了水化產(chǎn)物Ca(OH)2晶體，并生成了無定形的C-S-H凝膠，提高了水泥的強度。其次，由于丙烯酸鈣丙烯酸鎂在各種助劑的作用下，在水泥顆粒表面形成致密的薄膜，減小了空隙率，而且填充了有害空隙，提高了水泥的強度。對比圖4.8、4.9可看出圖4.10的結(jié)構(gòu)更加致密，因為丙烯酸鈣對水泥的改性，加上當(dāng)摻加丙烯酸鎂時，會引入鎂離子，使得硅酸鈣凝膠分解或降低其膠結(jié)性。圖4.8試樣水化28d的SEM圖結(jié)構(gòu)最好，當(dāng)丙烯酸鈣丙烯酸鎂等量摻加時對水泥改性最好。

2 結(jié)語

由試驗結(jié)果看出，隨著丙烯酸鈣、丙烯酸鎂、硅灰的摻量的增加，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量增加，G9組的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量最大，比空白樣增加了4.88%；

丙烯酸鈣、丙烯酸鎂的摻入有利于提高后期水泥石的力學(xué)性能，降低早期水泥石的力學(xué)性能。得到的最優(yōu)方案為:丙烯酸鈣、丙烯酸鎂摻量相等時，對水泥時改性最好，即G9組，其抗壓強度比空白樣增加了13.1%。

通過微觀機理分析，摻加丙烯酸鈣、丙烯酸鎂、硅灰以后，因其在水泥水化過程中形成的聚合物網(wǎng)絡(luò)體系填充有害孔隙，降低孔隙率，增加了試樣的致密度，提高力水泥石壓力性能。

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