復(fù)合外加劑對水泥凈漿水化熱及砂漿強度的影響

關(guān)鍵詞：復(fù)合外加劑；水化熱；強度

水泥水化熱的大小直接影響混凝土的強度、耐久性等使用性能。商用混凝土的配制，根據(jù)工程需要會加入各種化學(xué)外加劑如：減水劑、引氣劑、調(diào)凝劑等，以改善混凝土的施工條件、養(yǎng)護時間并提高混凝土的強度。此外，混凝土中會加入各種礦物外加劑如：粉煤灰、礦渣等，以利用工業(yè)廢渣并降低成本。明確各種外加劑的作用及相互影響，對于節(jié)約資源，有效使用材料具有重要意義。本文系統(tǒng)考察了復(fù)合外加劑對水泥凈漿水化熱的影響以及對水泥砂漿強度的影響，為高性能混凝土的生產(chǎn)提供科學(xué)的依據(jù)。

1 實驗

1.1 復(fù)合外加劑組分設(shè)計及砂漿配比設(shè)計

為了考察礦物外加劑和化學(xué)外加劑組成復(fù)合外加劑時對水泥水化熱和強度發(fā)展的影響，首先設(shè)計了如表1所示的復(fù)合外加劑的配方組成，砂漿配比見表2。

1.2 水化熱測量

實驗所用原料為525號水泥（湖南石門水泥廠生產(chǎn)的“霸道”牌），Ⅱ級磨細(xì)粉煤灰（湖北應(yīng)城），礦渣（武漢鋼鐵公司），FDN-5型減水劑（武漢鋼鐵公司），糖蜜（工業(yè)廢料），硫酸鈉、碳酸鈉、乙二醇、三乙醇胺、硫酸鋁銨等化學(xué)純試劑。采用直接測定法測定水泥凈漿的水化熱，即在熱量計周圍溫度不變條件下，直接測定熱量計內(nèi)水泥凈漿溫度的變化，計算熱量計內(nèi)積蓄和散失熱量的總和，求得水泥水化7d內(nèi)各齡期的水化熱。

1.3 砂漿強度測量

根據(jù)表2配比制備砂漿試塊，測定試塊不同齡期的抗壓強度，結(jié)果見表4。

2 結(jié)果與討論

2.1 礦物-化學(xué)復(fù)合外加劑對水化熱的影響

2.1.1 粉煤灰與化學(xué)外加劑復(fù)合對水化熱的影響

從表3、圖1可以看出，摻加30%的磨細(xì)粉煤灰及其它化學(xué)外加劑后，3d水化熱都比未摻粉煤灰的低，其水化熱相對百分?jǐn)?shù)為不摻粉煤灰的77.6% - 91.3%，表明摻粉煤灰能明顯降低水化熱和溫升。同時，由于復(fù)合外加劑中含有1.2%的， FDN-5型減水劑，它本身能夠降低水化熱的數(shù)量并延緩熱峰出現(xiàn)時間。摻4#復(fù)合外加劑比摻2#外加劑的水化熱高，這是因為三乙醇胺具有早強作用，能夠提高水化速率并提前熱峰出現(xiàn)時間，結(jié)果使水化熱升高。摻3#復(fù)合外加劑與摻2#外加劑的水泥凈漿的水化熱差不多，說明激發(fā)劑硫酸鋁銨對水化初期的粉煤灰沒有發(fā)生明顯作用。5#復(fù)合外加劑中含有緩凝劑糖蜜與早強劑Na₂SO₄，摻入后水泥凈漿的水化熱最低，水化熱相對百分?jǐn)?shù)僅為摻1#外加劑的水化熱的77.6%，說明同時添加能夠提高水化熱的早強劑與能夠降低水化熱的緩凝劑時，其效應(yīng)基本相互抵消，這兩種不同的外加劑復(fù)合后對水泥凈漿水化熱不會造成很大的影響。其水化熱最低的原因仍然主要是礦物外加劑粉煤灰的貢獻。

2.1.2 礦渣與化學(xué)外加劑復(fù)合對水化熱的影響

從表3、圖2可以看出，摻加50%的磨細(xì)礦渣及其它化學(xué)外加劑后，水泥凈漿的3d水化熱都比未摻復(fù)合外加劑的水泥凈漿的水化熱低得多，其水化熱值為不摻礦渣的65.3% - 78.0%，主要原因是礦渣取代了50%的水泥用量，制品中參與水化的礦物總量顯著降低，因而水化熱和溫升相應(yīng)地降低。在同時摻50%礦渣和1.2% ， FDN-5型減水劑的條件下，隨著緩凝劑糖蜜的減少和早強劑的增加，緩凝劑降低水化熱和推遲熱峰出現(xiàn)時間的效應(yīng)逐漸被早強劑提高水化熱和提前熱峰出現(xiàn)時間的效應(yīng)所代替，早強劑的效應(yīng)逐漸占主導(dǎo)地位，導(dǎo)致水化熱相對百分?jǐn)?shù)逐漸提高。摻9#復(fù)合外加劑的水化熱高于摻6#的水化熱，這是由于早強劑. Na₂SO₄ 摻量提高并掩蓋了緩凝效應(yīng)的緣故，而Na₂SO₄能夠明顯提高3d水化熱。

2.2 復(fù)合外加劑對砂漿強度的影響

與摻1#外加劑（僅引入單一的FDN-5型減水劑）的水泥砂漿的強度相比較，摻加礦物外加劑以后，砂漿的早期強度都比未摻礦物外加劑的要低，但后期強度增長較快，有的甚至28d就超過了未摻礦物外加劑的砂漿的強度（見表4）。這是因為FDN-5型減水劑的引入能夠提高水泥制品各齡期的強度，尤其是早期強度。而摻入大量的粉煤灰代替水泥以后，在水化早期，水泥凝膠體的強度和密實性都要比未摻粉煤灰的水泥石差一些。由于粉煤灰的活性激發(fā)需要一定時間，在水化早期粉煤灰活性還沒有充分發(fā)揮出來，粉煤灰顆粒與水泥凝膠體之間存在著空隙，需要進一步水化生成凝膠體來填充。經(jīng)過較長齡期后，粉煤灰顆粒表面發(fā)生大量的水化反應(yīng)，使水泥石結(jié)構(gòu)更加密實，砂漿強度隨齡期延長而迅速增加。球形粉煤灰顆粒在水泥石中作為微細(xì)填料填充水泥凝膠體的微孔中，減少Ca(OH)₂晶體的數(shù)量，從而提高水泥石的體積穩(wěn)定性和密實性。礦渣的作用原理與粉煤灰相類似。比較摻2#、3#、4#、6#、8#、9#復(fù)合外加劑砂漿強度數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，隨著激發(fā)劑硫酸鋁銨含量的增加，粉煤灰的活性被激發(fā)，28d強度比依次提高。而隨著早強劑的引入及含量增加，摻加50%礦渣的砂漿28d強度已經(jīng)接近或超過未摻礦渣的強度。由此可見，在混凝土中摻入一定量的礦物外加劑，不僅能減少水泥用量，降低水化熱和溫升，而且可以改善水泥硬化體結(jié)構(gòu)的密實度，提高混凝土的后期強度，這對提高混凝土的耐久性等均有良好的作用。

3 結(jié)論

粉煤灰和礦渣等礦物外加劑都能降低水泥的水化熱和溫升，與減水劑、激發(fā)劑、緩凝劑、早強劑等構(gòu)成復(fù)合外加劑時，能更有效地降低水化熱和溫升。緩凝劑和早強劑同時使用時，緩凝劑降低水化熱和溫升，延緩熱峰出現(xiàn)時間的效應(yīng)與早強劑提高水化熱和溫升，提前熱峰出現(xiàn)時間的效應(yīng)在一定程度上相互抵消，但相對而言早強劑對水化熱的影響更為敏感，通過調(diào)整兩者的比例，可以控制熱峰出現(xiàn)的時間。激發(fā)劑能夠激發(fā)礦物外加劑的活性，對砂漿的強度發(fā)展有益。合理摻加礦物外加劑和化學(xué)外加劑不僅能降低水化熱和溫升，而且可以提高混凝土的后期強度。