常钧;张洋洋;尚小朋;赵九野;余鑫
【摘 要】将实验室烧成的硫铝酸钙矿物(C4A3(S))与石膏(C(S)H2)、石灰(CH)复配制成硫铝酸盐水泥,研究其水化产物中铝凝胶相(AH3)及水化程度对水泥石强度的影响.用Rietveld全谱拟合方法对烧成的C4A3S进行了定量分析,用XRD和TG-DTG对其水化产物进行了定性、定量分析.结果表明:当AH3含量较高、钙矾石(AFt)含量较低时,AH3会填充在硫铝酸盐水泥浆体的空隙中,从而使其抗压强度升高;C(S)H2能促进C4A3(S)的水化,并且随着CSH2掺量的增加,硫铝酸盐水泥石抗压强度先升后降,当n(C4A3(S)) /n(C(S)H2)为3/4,即C(S)H2掺量为27.32％(质量分数)时,其抗压强度最大;另外,C4A3(S)水化程度与AH3含量的提高均有利于硫铝酸盐水泥石抗压强度的增大,当二者对抗压强度的影响达到平衡时,其抗压强度最大. 【期刊名称】《建筑材料学报》
【年(卷),期】2016(019)006
【总页数】5页(P1028-1032)
【关键词】硫铝酸钙;铝凝胶相(AH3);水化程度;强度
【作 者】常钧;张洋洋;尚小朋;赵九野;余鑫
【作者单位】大连理工大学土木工程学院,辽宁大连116024;大连理工大学土木工程学院,辽宁大连116024;大连理工大学土木工程学院,辽宁大连116024;大连理工大学土木工程学院,辽宁大连116024;大连理工大学土木工程学院,辽宁大连116024
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ172.1
硫铝酸盐水泥被广泛应用于快速抢修、海工、冬季施工等特殊工程[1-2].硫铝酸钙1))作为硫铝酸盐水泥熟料中最重要的组成部分，对其性能起着至关重要的作用[3].既有的研究主要集中单矿物水化[4]及其复配石膏H2)或石灰(CH)后的水化等方面[4-5].关于AH3与水泥强度之间的关系研究较少，对H2影响水泥强度的机理研究也未见报道.文献[3]表明，随着石膏系数M的增加，水泥石中的水化产物从以AFm为主向以AFt为主转变，通过调节M大小可获得早强高强、膨胀、自应力及低碱度等不同品种的硫铝酸盐水泥.文献[2]研究发现，H2可加速的
水化，其水化产物中晶相为AFt，剩余相为AH3，并且随着掺量的提高，AFt不断增加，AH3逐渐减少[3].文献[6-7]表明，适量掺加H2可提高硫铝酸盐水泥强度.
本文以实验室烧成的为熟料，根据文献[8]来调节水化产物中AH3和AFt的比例，同时，掺加不同量的H2，研究分析了AH3和H2对硫铝酸盐水泥强度的影响.
的烧成
的烧成反应见式(1).将分析纯CaCO3，Al2O3，CaSO4按照反应式(1)中的摩尔比称量，放入ND7型行星式球磨机中湿磨，烘干，压制成φ5.0×1.5cm圆柱体，然后将其置于DK200型高温电炉中升温至1350℃并保温2h，取出熟料急冷，再将其粉磨至80μm方孔筛全通过，并放入密闭容器瓶中备用[9].经过激光粒度仪的粒径分布分析，熟料中的d10，d50，d90分别为4.9，14.8，35.3μm.
1.2 试件制备
生成AH3，AFt，AFm的水化反应见式(2)，(3).不同x，y值试件的物相组成见表1.将按照表1中的摩尔比混合均匀，成型尺寸为20mm×20mm×20mm试件，并立即放入养护箱中养护(
S1～S4的温度为20℃，RH为50%；S5～S8的温度为20℃，RH为95%，且1d后脱模，并将RH调节为50%)，以确保各龄期试件外形完整，无明显裂纹.
智能手机解锁1.3 测试与表征
采用D8 Advance型X射线衍射仪对水化样进行物相分析，并使用TOPAS 4.2软件进行定量计算；采用梅特勒-托利多TGA/DSC1型综合热分析仪对试件进行热分析，气氛为N2，温度为40～600℃，升温速率为10℃/min.
含量检测
图1为的XRD谱图，其中Rwp表示拟合数据的精确度，当Rwp<15%时，说明拟合数据比较合理.经过Rietveld全谱拟合方法定量分析，熟料中的含量(质量分数)分别为95.56%，2.62%，0.95%，0.88%.
2.2 AH3含量对硫铝酸盐水泥石强度的影响
2.2.1 S1～S4的抗压强度
图2为不同龄期S1～S4的抗压强度.图2显示，随着掺量的增加，试件的抗压强度逐渐下降，28d时，S1～S4的抗压强度分别为22.6，16.1，14.7，9.5MPa.
2.2.2 XRD和TG分析
图3为水化28d后S1～S4的XRD谱图.由图3可见，试件的水化产物主要为AFt晶相，在S1～S4 中，AFt的含量(质量分数)依次为46.5%，64.4%，72.8%和80.2%(见表2)，呈逐渐增加趋势.
图4为水化28d后S1～S4的TG-DTG测试结果.图4显示，从S1到S4，AH3的含量逐渐减小，经过定量计算，S1～S4中的AH3含量(质量分数)依次为18.4%，14.8%，12.7%，10.9%(见表2).
由图2～4还可以看出，AH3含量越低，AFt含量越高，水泥石的抗压强度就越小.这是由于AH3的比表面积可达285m2/g[10]，其黏聚力较大.，CH水化时，AFt最先生成，此时其骨架结构较疏松，但随着水化的不断进行，AH3开始形成，并逐渐填充在AFt的网络骨架中，从而使硫铝酸盐水泥石结构致密.可见，AH3可显著影响硫铝酸盐水泥的强度.
gtem小室
2.3 石膏对硫铝酸盐水泥石强度的影响
AH3的摩尔数虽然不会随着H2掺量的增加而改变(见式(3))，但是，H2的增加会使其在水化产物中的含量呈下降趋势，从理论上看，这可导致硫铝酸盐水泥石抗压强度降低.然而，研究[2,7,11]发现，在硫铝酸盐水泥中掺加少量H2后，其抗压强度明显提高.
2.3.1 S5～S8的抗压强度
图5为不同龄期S5～S8的抗压强度.从图5可以看出，在中掺加适量H2后，硫铝酸盐水泥石的抗压强度明显升高.不过，28d时，除S5外，S6，S7，S8的抗压强度相比其7d的抗压强度明显下降，表明H2的掺加可导致硫铝酸盐水泥石后期抗压强度下降.这与其水化后期的微膨胀有关[7].
2.3.2 XRD和TG分析
扬声器结构
图6为水化7，28d后S5～S8的XRD谱图，图7为水化28d后S5～S8的TG-DTG分析结果.由图6可见，在不同龄期，S5中AFm的存在形式有所不同.7d 时，其主要以AFm-12，AFm-10.5的形式存在，而28d时，AFm-10.5消失，出现了AFm-14，这可能是由于养护的湿度较
低，初期水化生成的AFm结合水分子的能力较小，容易形成AFm-10.5，随着养护龄期的延长，AFm吸收环境中的水分逐渐形成AFm-14.从图7可以看出，随着H2掺量的增加，水化产物中AH3的含量逐渐减小.
在S6，S7的XRD谱图中之所以未出现H2，是因为在水化初期，最先发生反应，生成AFm和AH3，之后由H2溶解出来的迅速与AFm结合形成AFt，由于消耗了AFm，从而进一步促进了的水化.Winnefeld等[13]的研究也表明，H2的掺加可缩短水化反应诱导期，从而促进了的水化.
图8为水化28d后S5～S8的水化程度与AH3含量.由图8可见，H2可促进的水化，28d时，S5～S8中的水化程度分别为62.8%，65.8%，68.5%和81.2%.虽然水化产物中AH3含量分别为29.3%，23.8%，22.9%和22.8%，呈不断减小趋势，但是，较快的水化反应足以弥补其不足，并且会导致水泥石结构更为致密，因此，S5～S7的抗压强度逐渐提高.至于S8的抗压强度较S7有所降低，则是由于较快的水化反应只能在一定范围内弥补AH3含量减小造成的强度损失.试验结果表明，当水化程度对强度的影响与AH3含量对抗压强度的影响达到平衡或H2)为3/4(即H2的质量分数为27.32%)时，硫铝酸盐水泥石的抗压强度最大.
(1)按照反应式中的摩尔比将与H2，CH复配制成硫铝酸盐水泥，水化后其产物中只有AFt，AH3及未反应的H2.在水化产物中，AH3含量越高，AFt含量越低，硫铝酸盐水泥的强度就越大.
H2能够促进的水化，28d时，在 掺量为0%，15.82%，27.32%，36.06%的硫铝酸盐水泥石中，的水化程度分别为62.8%，65.8%，68.5%，81.2%，且水泥石的抗压强度随着H2掺量的增加呈先升后降趋势，当水化程度对抗压强度的影响与AH3含量对抗压强度的影响达到平衡或为3/4(即 的质量分数为27.32%)时，硫铝酸盐水泥石的抗压强度最大.
纯铝酸钙水泥【相关文献】
[1] CHEN I A,HARGIS C W,JUENGER M C G.Understanding expansion in calcium sulfoaluminate-belite cements[J].Cement and Concrete Research,2012,42(1):51-60.
[2] SHARP J H,LAWRENCE C D,YANG R.Calcium sulfoaluminate cements—Low-energy cements,special cements or what?[J].Advances in Cement Research,1999,11(1):3-13.
[3] 王燕谋，苏慕珍，张量.硫铝酸盐水泥[M].北京:北京工业大学出版社,1999:33-124. WAN
G Yanmou,SU Muzhen,ZHANG Liang.Sulphoalumninatecement[M].Beijing:Beijing University of Technology Press,1999:33-124.(in Chinese)
[4] KAPRLIK I,HANIC F.Phase relations in the subsystem H2-CH-H2O of the system -H2O referred to hydration of sulphoaluminate cement[J].Cement and Concrete Research,1989,19(1):89-102.
[5] HARGIS C W,KIRCHHEIM A P,MONTEIRO P J M,et al.Early age hydration of calcium sulfoaluminate(synthetic ) in the presence of gypsum and varying amounts of calcium hydroxide[J].Cement and Concrete Research,2013,48:105-115.
[6] 建筑材料科学研究院水泥研究所.硫铝酸盐水泥水化、硬化及其特性[J].硅酸盐学报，1978，6(3):123-140. Cement Research Division,Research Institute of Building Materials.Hydration and hardening of sulfoaluminate cement and its properties[J].Journal of the Chinese Ceramic Society,1978,6(3):123-140．(in Chinese)
>触摸按键
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议