硅灰對水泥性能的影響

硅灰對水泥性能的影響
本文研究了硅灰對水泥凈漿性能的影響，并對28d水泥凈漿進行了SEM分析。
1　試驗材料及方法
　　采用的硅灰來自上海鐵合金廠:粒徑為0.5～1μm的占81.09%，SiO2含量為94.50%；水泥:32.5級普通硅酸鹽水泥，大連山水泥廠回轉窯生產，安定性合格。原材料化學成分見表1。
表1 原材料的化學成分 %


原材料 SiO2 MgO Fe2O3 CaO Al2O3 SiO2 Loss fCaO
水泥 21.30 1.43 4.71 63.02 4.96 1.70 0.40 2.48
硅灰 94.50 0.97 0.83 0.54 0.27
1.90
　　水泥凈漿強度試驗使用:2cm×2cm×2cm凈漿試體，固定用水量為27%。
2　試驗結果
　　
2.1　硅灰對水泥凈漿性能的影響
　　硅灰對水泥凈漿抗壓強度和凝結時間的影響見表2。從表2可見，摻硅灰的水泥凈漿3d抗壓強度隨硅灰摻量的增加逐漸下降，且低于對比水泥凈漿；28d、90d抗壓強度都接近甚至超過對比水泥凈漿的強度，且隨硅灰摻量的增加逐漸增大。硅灰的摻入使得凝結時間稍有增加。
表2 硅灰對水泥凈漿抗壓強度和凝結時間的影響


硅灰摻量/% 抗壓強度/MPa 初凝時間/(h:min) 終凝時間/(h:min)
3d 28d 90d
0 47.29 83.22 90.70 3:10 4:56
2.5 46.49 82.79 89.98 3:20 5:18
5 45.33 92.73 93.12 3:12 5:06
10 43.43 95.08 98.01 3:20 5:09
　　早期強度隨摻量增加而降低，是由于硅灰替代水泥，使水泥礦物的相對數量減少；但是，由于硅灰其微細，具有高火山灰活性，能吸收水泥水化產物Ca(OH)2，生成C-S-H凝膠，使Ca(OH)2晶體生長受到限制，晶粒細化，而且硅灰水化產物填充在界面，孔結構，使28d強度能趕上或超過對比水泥凈漿的強度。但是，28d到3個月強度的增長幅度，摻有硅灰的不如對比水泥凈漿大，這主要由于硅灰的活性高，28d時基本反應，或被水化凝膠產物包裹，故后期對強度增長幾乎沒有貢獻，而水泥礦物28d后仍然能夠繼續水化。
　　硅灰對水泥凈漿抗硫酸鹽、干縮率、抗碳化能力、抗凍性能的影響分別見表3～表6。
表3 水泥凈漿經硫酸鹽侵蝕的抗壓強度 Mpa


硅灰摻量/% 淡水 3%Na2SO4溶液 3%MgSO4溶液 模擬海水
0 54.88 46.24 41.90 36.38
2.5 60.03 48.39 48.08 42.96
5 62.22 55.00 50.86 44.71


注：模擬海水的組成為：2.7%NaCl+0.32%MgCl2+0.22%MgSO4+0.13%K2SO4，其余為水。
表4 水泥凈漿干縮率度驗結果 %


硅灰摻量 7d 14d 21d 28d
0 0.13 0.25 0.27 0.28
2.5 0.11 0.23 0.25 0.27
5 0.11 0.22 0.24 0.25
表5 水泥凈漿抗碳化性能


硅灰摻量/% 碳化抗壓強度/MPa 水中養護抗壓強度/MPa 抗碳化強度比/%
0 42.20 47.92 88.1
2.5 45.07 49.60 90.9
5 46.18 50.12 92.1
表6 水泥凈漿抗凍性能


硅灰摻量/% 凍融循環(50次)抗壓強度/MPa 水中養護抗壓強度/MPa 抗壓強度比/%
0 47.32 56.09 84.4
2.5 50.54 59.90 84.3
5 53.40 62.30 85.7
　　從表3～表6可以明顯看到:硅灰的摻入對水泥抗硫酸鹽侵蝕、抗干縮、抗碳化、抗凍等性能都有幅度的提高，提高的幅度一般能夠達到10%～15%；而且硅灰的摻量越多，對水泥各種耐久性能的就越明顯。
2.2　微觀分析
　　水泥中摻入5%硅灰，對比不摻硅灰的水泥凈漿，水化28d，通過SEM進行水化產物形貌的觀察和分析，結果分別見圖1和圖2。
　　
　　圖1顯示，對比水泥凈漿水化28d后，水化產物結構疏松，還存在沒有水化的水泥顆粒，而且出現大量生長較大、規則排列的Ca(OH)2晶體；而在摻硅灰5%的水泥漿體(見圖2)中，水化產物呈凝膠狀，幾乎找不到結晶完整粗大鈣礬石和Ca(OH)2晶體；水化產物沒有固定的規則外形，尺寸其細??；硬化體呈現整體化結構，凝膠狀的水化產物并不獨立分散分布。
3　結論
　　1)在水泥中摻入2.5%、5%和10%的硅灰，其后期強度能趕上并超過對比水泥凈漿，摻量越大，增長越明顯。
　　2)摻入2.5%、5%的硅灰對水泥凈漿抗化學侵蝕性能、抗干縮、抗碳化、抗凍性能等都有幅度的提高，而且硅灰摻量越大，對水泥的性能越明顯。
　　3)與對比水泥凈漿相比，摻入5%硅灰的水泥水化28d凈漿結構致密，孔隙少，看不到大量明顯的晶體。