超细粉体对水泥基材料力学性能的影响

超细粉体对水泥基材料力学性能的影响 摘要：为了研究超细粉体在水泥基材料中的应用，对掺加不同活性超细粉体的水泥基试件进行了抗压强度和抗折强度的测试，讨论了矿粉A 掺量、硅粉掺量、复掺矿粉A 和硅粉对水泥基材料力学性能的影响。结论表明：活性超细粉体对水泥基试件的抗折和抗压强度有较大影响，尤其是硅粉能够很好地提高试件的抗折强度和抗压强度。通过SEM 形貌分析， 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 掺加的超细粉体能够与水泥基材料内部的不利成分Ca (OH) 2 发生二次水化反应，生成有利的C- S-H 凝胶, 有效改善水泥基材料的微观结构。 关键词：超细粉体；水泥基材料；抗折强度；抗压强度超细粉体作为水泥基复合材料的活性掺合料，可降低水化热和水化热释放速率，改善工作性，增强后期强度，改善内部结构，提高抗腐蚀能力。这是因为超细粉体能够使多孔的水泥基材料中的孔结构变细且不连通，降低孔隙率，而且使水泥水化产物中的不利成分氢氧化钙减少，生成更多有利的水化硅酸钙，从而提高水泥基材料的性能。掺合料对水泥基材料强度增长系数的影响至关重要，掺和料的不同比例以及掺和料的不同种类对强度增长速度的快慢有着很大的影响。本文研究了掺和料对胶砂强度方面的影响，尤其是对于链状纳米硅酸盐材料的矿粉A 进行了不同掺和量和复合其他掺和料的强度变化进行了研究。 1 实验原料及试验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 1.1 原料 水泥：祁连山牌32.5级普通硅酸盐水泥，兰州永 登水泥厂；青海民和镁厂提供加密硅粉；兰州有色金 属研究院提供矿粉A，为活性超细矿粉，28 d抗压强 度比为107%，细度（0.045 mm筛余）为27.6%；ISO 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 砂；拌合用水为自来水。 1.2 试验方案 试验采用胶砂试件是由普通硅酸盐水泥、标准砂、自来水、矿物细掺料配制而成，胶砂试件配合，水泥的各项凝结时间安定性抗压强度抗试验采用试样尺寸为：40 mm×40 mm×160 mm的标准胶砂试件，研究了试件在标准养护条件下3 、28、60 d的抗折强度和抗强度，对比了掺加不同矿物细掺料和基准胶砂试件强度发展的不同，通过矿粉A的不同掺量，复合硅粉的不同掺量，单掺硅粉的不同掺量来研究了活性超细粉体对水泥基强度的影响。 1.3 扫描电镜试样的制备 将水泥基材料试样切出一个平整的断面，试样断面不能用手触摸，以免影响观察效果。断面上有附着物时，不能吹或水洗，以免试样表面碳化。例如，如果水泥试样断面用水洗过，则观察到的是Ca(OH)2碳化后生成的CaCO3结晶层。将试样放进无水乙醇中浸泡7 d 后取出，放进样品袋。利用扫描电子显微镜观察试样，对于非金属试样，就需在表面喷镀导电的薄膜，一般要镀碳膜或重金属膜，本实验是先镀碳膜，再镀金属膜。用自然断口，不必抛光，以免破坏表面上存在物质的形貌。而且，二次电子像就是由电子束在粗糙的表面上扫描得到不同数量信息而造成反差的，表面抛光反而看不出形貌。 2 试验结果与数据分析 2.1 矿粉A掺量的影响 C1 为基准胶砂试件，胶凝材料全部为硅酸盐水泥，抗折强度和抗压强度在3、28、60 d 龄期试强度均较高（见图1）。 (a) 抗折强度(b)抗压强度 图1 矿粉掺量对试件力学性能的影响 从图1(a)看出，掺加矿粉A的试件随着矿粉A掺量的增加抗折强度先增加后降低，图1(b)抗压强度的发展规律与抗折强度的发展规律相同，强度最高的一组试件是C3，在龄期达到60 d的时候强度发展最多。可见矿粉A的掺量不是越多越好，而是存在一个最佳掺量。从所作研究 来看，1.5%的掺量应该为最佳。 2.2 矿粉和硅粉复掺的影响 在复掺硅粉和矿粉A时，28 d抗压强度基本上都比单掺矿粉A要高一些，而抗折强度也较高(见图2)。 从图2(a)可以看出，C7 的抗折强度在3 d 到28d龄期的时候正常增加， 在60 d 的时候抗折强度没有发展，甚至回落，C8 的抗折强度随着龄期的发展而不断增长，在28d 强度低于C7 的情况下，后期发展强度超过了C7；从图2(b)中的抗压强度发展规律来看，与抗折强度发展规律相似，C7 的抗压强度在后期均没有很大的发展，而C8的抗压强度始终高于C7的抗压强度，且后期抗压强度发展很好。可见C8 的复合掺量比例要优于C7。 (a) 抗折强度(b)抗压强度 图2 矿粉和硅粉复掺对试件力学性能的影响强度(b)抗压强度 2.3 硅粉掺量的影响 硅粉颗粒尺寸小，比表面积大，表面能大，渗入水泥中能加快水泥诱导期和硬化期的水化反应，使汽－液－固3相通过饱和度达到相应的浓度梯度，改善了水泥凝固的三维结构，同时改善水泥水泥基材料的堆积密度。这样既减少表面水，又减少间隙水，使凝胶产生聚合再聚合的作用，其力学性能发生明显变化[3]试验 (a) 抗折强度(b)抗压强度 图3 硅粉掺量对试件力学性能的影响 图3(a)和图3(b)表明：单掺硅粉的试件，3 d时抗 折和抗压强度就相对较高；而在28d 时，抗压强度就 明显高于其他几组试件，而它的抗折强度也为较高 值；在60 d时，抗折和抗压强度均为所有试件的最高值。掺加硅粉的试件，抗折强度和抗压强度发展规律 相同，均随着龄期的发展而不断增长，C10的抗折强 度和抗压强度几乎一直高于C9，可见掺量越高强度 增长越多。硅粉虽然对强度有着其他掺和料不可比拟 的作用，但是随着硅粉掺量的提高，需水量和自收缩 增大[4~5]，且硅粉造价较高，需综合实际情况酌情使 用。在我国由于产量较低，一般水泥基材料强度地域 80 MPa 时，不考虑掺加硅粉。 2.4 水泥基材料SEM形貌分析 六角薄板层状的Ca(OH)2在水泥浆体中很容易辨 认，其特征是凡露出的角必然是120°，另一特点是层状。当结晶不完好时，也可看出，在成熟的水泥浆体中，Ca(OH)2 往往成层状沉积，有明显平行面，贯穿 在C-S-H 凝胶中。 C-S-H 并不是完全无定形物质，而是由大小为 0.1μm到1μm的细微晶粒组成的近程有序、远程无 序凝胶。S. Daimond 根据电子显微镜观察，把C-SH 分成4 个类型。 图4(a)中照片可以看见试样C1 中明显的六角板 状Ca(OH)2 晶体，且有大孔，孔壁结构疏松，很难看 到结合紧密的C-S-H 凝胶。图4(b)中照片已经看不 到明显的Ca(OH)2，大部分是细小、致密的絮状水化 产物，强化了混凝土中骨料与水泥石的界面区，填充 了混凝土中的大缺陷，可见矿粉A的二次水化产物能 够很好地改善混凝土的界面结构。图4(c)中可以看到 大量致密的水化产物C-S-H 填充了混凝土的断面上 温馨推荐 您可前往百度文库小程序 享受更优阅读体验 不去了 立即体验 的孔隙，辨别不到任何明显的Ca(OH)2 晶体，说明硅 (a) C1(b) C3 粉与强度较低的Ca(OH)2发生二次水化反应，生成强 度较高的水化硅酸钙凝胶，改善了混凝土的内部结 构；同时看到大量更加细小、致密的絮凝状水化产物 均匀地分布于混凝土的断面上，说明这种絮凝状水化 物大量的存在于混凝土的内部。 3 超细粉体强化机理分析 普通硅酸盐水泥发生水化反应: 2(3CaO·SiO2)+6H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+ 3Ca(OH)2 2(2CaO·SiO2)+4H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+ Ca(OH)2 3CaO·Al2O3+6H2O=3CaO·Al2O3·6H2O 4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O=3CaO·Al2O3·6H2O+ CaO·Fe2O3·H2O 在液相中的Ca(OH) 2 浓度达到饱和时，铝酸三 钙依下式水化: 图3 硅粉掺量对试件力学性能的影响 Fig.3 Effect of amount of silica fume on mechanical properties (a) 抗折强度(b)抗压强度 图4 试样的SEM照片 Fig.4 SEM images of samples 3CaO·Al2O3+Ca(OH)2+12H2O=4CaO·Al2O3· 13H2O 在加入超细粉体的水泥基材料中，由于超细粉 能取代一部分水泥，从而减少了水泥带入的铝酸三钙 含量，相应减少一部分Ca(OH)2生成；同时粉体中的 活性成分SiO2 和部分Al2O3 与水泥水化产物Ca(OH)2 发生二次水化反应: x Ca(OH)2 +Al2O3+m H2O=x CaO·Al2O3·n H2O x Ca(OH)2 +SiO2+m H2O=x CaO·SiO2·n H2O 生成大量的C-S-H 无定形凝胶，填充了水泥基 材料中的孔隙，使水泥基材料更加致密，从而提高水 泥基材料的力学性能。 4 结论 (1)超细粉体对水泥基材料的抗折强度和抗压强 度均有明显影响; (2)掺加矿粉A并不是越多越好，而是存在一个 最佳掺量，这个规律适用于多数超细矿粉; (3)超细粉体中的硅粉活性较高，对水泥基材料的 强度提高最多，但由于造价高，广泛应用受到限二次水化反应，生成大量的C-S-H 凝胶，较好地改 善水泥基材料的微观结构，提高材料的力学性能。 参考文献(References): [1] 石明霞，谢友均，刘宝举.水泥-粉煤灰复合胶凝材料抗硫酸盐结 晶侵蚀性[J].建筑材料学报,2003,6(4): 350-355. SHI Ming-xia,XIEYou-jun, LIU Bao-ju. Resistance to sulfate salt crystallization of cement pastes containing ultra-fine fly ash[J]. Journal of building materials, 2003,6(4),350-355 .(in Chinese) [2] 乔宏霞. 高性能混凝土抗硫酸盐侵蚀试验研究[D].兰州：兰州理 工大学,2003. QIAOHong-xia. Investigationofhigh-performance concrete sustaining in sulphate environment[D]. Lanzhou: Lanzhou University of Technology, 2003. (in Chinese) [3] 魏智强，王政军，乔宏霞. 纳米技术在建筑材料中的发展与应用 [J]. 中国粉体技术,2005,11(1): 45-48. WEI Zhi-qiang,WANG Zheng-jun ,QIAO Hong-xia. Application and development of nano-technology in construction materials [J]. China Powder Science and Technology, 2005, 11(1):45-48. (in Chinese) [4] 吴中伟，廉慧珍. 高性能混凝土材料[M]. 北京：中国铁道 出版社,1999.74-78. WU Zhong-wei, LIAN Hui-zhen. High Performance Concrete [M]. Beijing: China Railway Press, 1999: 74-78 (in Chinese) [5] Thomas M D A, Bamforth P B.Modelling chloride diffusion in concrete: Effect of fly ash and slag[J]. Cem Concr Res, 1999,29：制;