杜巍
摘 要:研究超膠凝水泥的在不同體系的混凝土的應(yīng)用效果,建立面向混凝土應(yīng)用的系統(tǒng)體系和關(guān)鍵技術(shù)。力學(xué)性能相當(dāng)?shù)那闆r下,單位體積混凝土中,采用超膠凝水泥和礦粉取代普通水泥,超膠凝水泥摻量為8.33%,水泥用量減少30.00%;采用超膠凝水泥和粉煤灰取代普通水泥,超膠凝水泥摻量為 16.67%,水泥用量減少 25.00%;采用超膠凝水泥、粉煤灰和礦粉取代普通水泥,超膠凝水泥摻量為 8.33%,水泥用量減少 30.00%。研究并分析超膠凝水泥的工業(yè)化應(yīng)用的物料流平衡,并繪制工業(yè)化應(yīng)用流程圖,奠定超膠凝水泥應(yīng)用和推廣的理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)。
關(guān)鍵詞:超膠凝水泥;制備;水化性能研究
通過對不同摻量微研磨介質(zhì)對水泥顆粒的影響及能耗分析,C-0 的 D50 為15.45um,微研磨介質(zhì)處理 5min,摻量為 20%和 30%時,D50 分別為 8.10um 和7.08um,能耗分別為 31.25 千瓦·時和 3571 千瓦·時。對比微研磨介質(zhì)摻量為20%和30%時分別處理 5min時,顆粒單位粒徑減少的能耗分別為4.25千瓦·時/um和4.27千瓦·時/um,選用微研磨介質(zhì)摻量20%時,對水泥的整形效果好。基于水泥顆粒激光粒度分析的結(jié)果,研究固定粉磨時間 5min,表面改性劑Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的最佳摻量分別為0.15%、0.025%、0.10%條件下,不同摻量的微研磨介質(zhì)協(xié)同水泥處理與微研磨介質(zhì)和水泥分別粉磨后混合,兩種方式下對水泥水化程度的影響。編號 CS20-1 表示摻量 20%的微研磨介質(zhì)、0.15%的表面改性劑Ⅰ和水泥混合后粉磨5min。20%S-1 表示摻量20%的微研磨介質(zhì)與摻0.15%的表面改性劑Ⅰ的水泥分別粉磨5min后混合,其中,-后面的數(shù)字分別表示固定摻量的表面改性劑的種類。固定表面改性劑摻量下,水灰比為0.35,分析微研磨介質(zhì)摻量為20%和30%時,表面改性劑種類對水泥水化 24h 水泥水化程度的影響。與微研磨介質(zhì)和水泥混合粉磨后,表面改性劑種類對水泥的水化程度影響大小排序:Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ。
而微研磨介質(zhì)和水泥分別粉磨后,水泥水化程度明顯比協(xié)同粉磨的低。相同外加劑條件下,摻30%微研磨對水泥整形的水泥水化程度比摻 20%微研磨對水泥整形的水泥水化。單獨粉磨水泥與微研磨介質(zhì),水泥摻30%的微研磨介質(zhì)與20%的微研磨介質(zhì)的水化程度大。微研磨介質(zhì)本身吸水性差,在相同水膠比條件下研究,其中,摻微研磨介質(zhì)的量越大,用于水泥水化的水會增加,參與水泥水化反應(yīng)的實際水膠比會增加。固定微研磨介質(zhì)的摻量為20%,水灰比為0.3時,研究表面改性劑摻量對水泥水化的影響。表面改性劑Ⅰ促進(jìn)了水泥的水化,在24h之內(nèi)所有整形后的水泥的水化程度均明顯比C-0高。隨著表面改性劑Ⅰ摻量的增加,在相同水化時間內(nèi),水泥水化的程度對應(yīng)增加。其中表面改性劑Ⅰ摻量為0.15%,水泥24h水化程度最高,接近12%。 分析表面改性劑Ⅱ摻量對超膠凝水泥24h水化程度影響。表面改性劑Ⅱ促進(jìn)了水泥的水化,在24h之內(nèi)所有整形后的水泥的水化程度均明顯比C-0高。隨著表面改性劑Ⅱ摻量的增加,在相同水化時間內(nèi),水泥水化的程度變化規(guī)律不明顯。其中表面改性劑Ⅱ摻量為 0.025%,水泥 24h 水化程度最高,接近14%。表面改性劑Ⅲ促進(jìn)了水泥的水化,在24h之內(nèi)所有整形后的水泥的水化程度均明顯比 C-0 高。
隨著表面改性劑Ⅲ摻量<0.10%的時候,隨摻量的增加,在相同水化時間內(nèi),水泥水化的程度增加當(dāng)摻量>0.10%時,水化水化程度趨于穩(wěn)定。其中表面改性劑摻量Ⅲ為0.10%,水泥24h水化程度最高,超過15%。以上分析結(jié)果與第四章中不同表面改性劑對分形維數(shù)、ζ 電位、剪切應(yīng)力和黏度的分析,得出以下結(jié)論相同:表面改性劑Ⅰ的最佳摻量為0.15%;表面改性劑Ⅱ的最佳摻量為0.025%;表面改性劑Ⅲ的最佳摻量為0.10%。采用兩種磨機(jī)(SM-500 水泥試驗?zāi)?,S 和 ZM-2 振動磨,Z)對 C、M 和 CM三種物料(分別為普通水泥、微研磨介質(zhì)和摻微研磨介質(zhì)的水泥混合物),通過激光粒度分析、分形維數(shù),研究不同物料顆粒變化,如表5-1所示,C-0的D50為15.45,分形維數(shù)D為2.0285。觀察球磨機(jī)處理的三種物料的激光粒度 D50 和分形維數(shù) D 均出現(xiàn)規(guī)律性變化:隨處理時間的延長 D50 減小,分形維數(shù) D 增大。而采用振動磨處理的物料的激光粒度 D50 和分形維數(shù) D 變化規(guī)律不明顯。為便于后期工業(yè)化生產(chǎn),在實驗室前期研究基礎(chǔ)上,采用球磨機(jī),不采用振動磨對水泥進(jìn)行處理。根據(jù)分析微研磨介質(zhì)摻量和能耗之間的關(guān)系,SCM30%-5min、SCM20%-10min、SCM10%-15min 與 SC-20min 的 D50 接近,顆粒 D50 在 7um左右,能耗分別為 35.71 千瓦·時、62.50 千瓦·時、83.33 千瓦·時和 100 千瓦·時。SCM20%-5min、SCM5%-10min和SC-15min的 D50 接近,顆粒集中在8um,能耗分別為31.25千瓦·時、52.63千瓦·時和75.00千瓦·時。通過分析比較,采用的微研磨介質(zhì)摻量控制在SCM20%-5min和SCM30%-5min的每噸用電量分別比SC-15min和SC-20min減少43.75 千瓦·時和64.29千瓦·時。根據(jù)對水泥顆粒D50 及能耗綜合分析,整形時間控制在 5min。1、通過整形方式、整形時間、表面改性劑摻量、微研磨介質(zhì)摻量及摻入方式的優(yōu)選,優(yōu)化超膠凝水泥的制備方案:采用球磨機(jī),整形時間控制在 5min,表面改性劑Ⅰ的最佳摻量為 0.15%;表面改性劑Ⅱ的最佳摻量為 0.025%;表面改性劑Ⅲ的最佳摻量為0.10%,微研磨介質(zhì)摻量20%,微研磨介質(zhì)與水泥混合粉磨。 2、對超膠凝水泥粒度進(jìn)行分析,SA-Ⅰ、SA-Ⅱ、SA-Ⅲ顆粒的 D50 分別為摻入表面改性劑Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ后 D50 粒徑分別為6.92um、683um、6.85um,均小于7um。觀察超膠凝水泥SEM 形貌發(fā)現(xiàn)水泥顆粒的形貌更加圓滑,并研究超膠凝水泥凝結(jié)時間與標(biāo)稠用水量,分析超膠凝水泥力學(xué)性能。 3、分析超膠凝水泥的水化過程、水化熱特點,研究其水化理論,建立超膠凝水泥水化模型,總結(jié)超膠凝水泥膠凝性評價方法。微研磨介質(zhì)在超膠凝水泥漿體中有稀釋效應(yīng)、顆粒級配的改善效應(yīng)、異相成核的表面效應(yīng)。表面改性劑在超膠凝水泥中會對水泥顆粒有分散作用,使水泥顆粒發(fā)生分散。 4、通過超膠凝水泥水化熱、水化產(chǎn)物熱分析、化學(xué)結(jié)合水及水化產(chǎn)物 XRD和SEM 分析水泥的水化程度。
超膠凝水泥的第二個放熱峰與普通水泥相比,水化熱第一個放熱峰峰值均提高 2mW/g,第二個放熱峰明顯增大 4mW/g 并提前 3h 左右。實驗條件下,與普通水泥相比,超膠凝水泥水化 3d 的 Ca(OH)2含量增加 9.99%,化學(xué)結(jié)合水量增加2.43%,水化程度增加2204%。超膠凝水泥在水化1d的水化程度明顯提高19.05%,超膠凝水泥在水化 3d 的水化程度提高 22.04%,水化 180d 的水化程度提高達(dá) 21.25%。超膠凝水泥水化產(chǎn)物中 Ca(OH)2的特征衍射峰峰值強度增加,水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)更加致密。