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微硅粉对水泥性能的影响
- 2019-03-30 -

本文研究了硅灰对水泥净浆性能的影响,并对28d水泥净浆进行了SEM分析。
1.试验材料及方法
采用的硅灰来自泉州市威林特实业有限公司:粒径为0.1~0.3μm的占81.09%,SiO2含量为94.50%;水泥:32.5级普通硅酸盐水泥,安定性合格。原材料化学成分见表1。
表1 原材料的化学成分 %

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


水泥净浆强度试验使用:50px×50px×50px净浆试体,固定用水量为27%。

2 试验结果
2.1 硅灰对水泥净浆性能的影响
硅灰对水泥净浆抗压强度和凝结时间的影响见表2。从表2可见,掺硅灰的水泥净浆3d抗压强度随硅灰掺量的增加逐渐下降,且低于对比水泥净浆;28d、90d抗压强度都接近甚至超过对比水泥净浆的强度,且随硅灰掺量的增加逐渐增大。全加密硅粉的掺入使得凝结时间稍有增加。
表2 硅灰对水泥净浆抗压强度和凝结时间的影响

硅灰掺量/%

抗压强度/MPa

初凝时间/(h:min)

终凝时间/(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

早期强度随掺量增加而降低,是由于硅灰替代水泥,使水泥矿物的相对数量减少;但是,由于硅灰极其微细,具有高火山灰活性,能吸收水泥水化产物Ca(OH)2,生成C-S-H凝胶,使Ca(OH)2晶体生长受到限制,晶粒细化,而且硅灰水化产物填充在界面,改善孔结构,使28d强度能赶上或超过对比水泥净浆的强度。但是,28d到3个月强度的增长幅度,掺有硅灰的不如对比水泥净浆大,这主要由于硅灰的活性高,28d时基本反应完全,或被水化凝胶产物包裹,故后期对强度增长几乎没有贡献,而水泥矿物28d后仍然能够继续水化。

微硅粉对水泥净浆抗硫酸盐、干缩率、抗碳化能力、抗冻性能的影响分别见表3~表6。
表3 水泥净浆经硫酸盐侵蚀的抗压强度 Mpa

硅灰掺量/%

淡水

3%Na2SO4溶液

3%MgSO4溶液

模拟海水

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:模拟海水的组成为:2.7%NaCl+0.32%MgCl2+0.22%MgSO4+0.13%K2SO4,其余为水。
表4 水泥净浆干缩率度验结果 %

硅灰掺量

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 水泥净浆抗碳化性能

硅灰掺量/%

碳化抗压强度/MPa

水中养护抗压强度/MPa

抗碳化强度比/%

0

42.20

47.92

88.1

2.5

45.07

49.60

90.9

5

46.18

50.12

92.1


表6 水泥净浆抗冻性能

硅灰掺量/%

冻融循环(50次)抗压强度/MPa

水中养护抗压强度/MPa

抗压强度比/%

0

47.32

56.09

84.4

2.5

50.54

59.90

84.3

5

53.40

62.30

85.7

从表3~表6可以明显看到:硅灰的掺入对水泥抗硫酸盐侵蚀、抗干缩、抗碳化、抗冻等性能都有一定幅度的提高,提高的幅度一般能够达到10%~15%;而且硅灰的掺量越多,对水泥各种耐久性能的改善就越明显。

2.2 微观分析
水泥中掺入5%硅灰,对比不掺硅灰的水泥净浆,水化28d,通过SEM进行水化产物形貌的观察和分析,结果分别见图1和图2。
图1显示,对比水泥净浆水化28d后,水化产物结构疏松,还存在没有水化的水泥颗粒,而且出现大量生长较大、规则排列的Ca(OH)2晶体;而在掺硅灰5%的水泥浆体(见图2)中,水化产物呈凝胶状,几乎找不到结晶完整粗大钙矾石和Ca(OH)2晶体;水化产物没有固定的规则外形,尺寸极其细小;硬化体呈现整体化结构,凝胶状的水化产物并不独立分散分布。
3 结论
1)在水泥中掺入2.5%、5%和10%的硅灰,其后期强度能赶上并超过对比水泥净浆,掺量越大,增长越明显。
  2)掺入2.5%、5%的硅灰对水泥净浆抗化学侵蚀性能、抗干缩、抗碳化、抗冻性能等都有一定幅度的提高,而且硅灰掺量越大,对水泥的性能改善越明显。
  3)与对比水泥净浆相比,掺入5%硅灰的水泥水化28d净浆结构致密,孔隙少,看不到大量明显的晶体。