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        干冰對水泥流動度、凝結(jié)時間和強度的影響

        2022-11-09 08:34:50申達葛凱莉
        廣東建材 2022年10期
        關(guān)鍵詞:礬石干冰膠砂

        申達 葛凱莉

        (沈陽建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院)

        0 引言

        隨著社會工業(yè)化程度的日益加深,能源、化工、材料等生產(chǎn)加工行業(yè),釋放大量CO2氣體。在水泥制造產(chǎn)業(yè)中,每生產(chǎn)1 噸普通水泥,平均釋放出近1 噸CO2,為了改善CO2過多的問題,急切需要對水泥產(chǎn)業(yè)實行二氧化碳減排,有不少專家學(xué)者提出了“綠色水泥”、“低碳水泥”的概念[1]。

        目前,二氧化碳在水泥基材料中的應(yīng)用集中在二氧化碳養(yǎng)護、二氧化碳強化再生骨料等[2,3]方面,而針對二氧化碳直接加入到水泥基材料中的研究[4,5]較少。因此本試驗將二氧化碳以干冰形式加入水泥中,探究干冰對普通硅酸鹽水泥物理性能的影響。

        1 原材料與試驗

        1.1 原材料

        ⑴水泥:普通硅酸鹽水泥(P.O 42.5),山東山水水泥集團生產(chǎn)。

        ⑵砂子:普通河砂,細度模數(shù)2.5。

        ⑶水:城市自來水,水溫(20±2)℃。

        ⑷干冰:3mm 顆粒狀。

        1.2 試驗方法

        ⑴凝結(jié)時間、擴展度及強度測試。

        凝結(jié)時間:按照GB/T 1346-2011《水泥標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》進行測試。

        凈漿擴展度:按照GB/T 8077-2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》進行測試。

        水泥強度:按照GB17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO 法)》進行。

        ⑵微觀測試。

        利用S-4800 掃描電子顯微鏡觀察加入干冰的1d凈漿試樣的微觀結(jié)構(gòu)。

        利用Empyrean X 射線衍射儀對加入干冰的28d 凈漿試樣進行測試。

        2 結(jié)果及分析

        2.1 流動度

        干冰對水泥流動度的影響如圖1 所示。由圖1 可見,干冰摻量增加,水泥流動度先增大后減小。當干冰摻量為0.2%時,水泥流動度最大。以干冰摻量為0%作為基準組。當干冰摻量為0.2%、0.4%、0.8%時,流動度較基準組增大了3.16%、1.90%、1.27%;干冰摻量為1.2%、1.6%、2.0%時,流動度較基準組減小了3.80%、8.86%、17.72%。

        這是由于干冰的加入,加速了早期鈣礬石的形成,特別是當其摻量大于0.6%后加速效果更顯著[5]。干冰加入后體系溫度降低,阻礙了凈漿流動度,且鈣礬石交叉生成,形成骨架結(jié)構(gòu),共同作用下水泥漿體流動度下降。

        2.2 凝結(jié)時間

        干冰對水泥凝結(jié)時間的影響如圖2 所示。由圖2 可見,加入干冰后,水泥凝結(jié)時間總體呈延長趨勢。但在過程中存在略微降低情況。以干冰摻量為0%作為基準組,隨干冰摻量的的增加,初凝、終凝時間較基準組延長,在摻量為0.6%時,初凝時間顯著縮短,為254min,較基準組降低2.68%。當摻量為1.5%時,初凝、終凝時間均最長,較基準組延長16.86%和14.86%。當摻量為0%時,終凝時間最短,為323min。

        這是由于干冰的加入會阻礙C3S 的早期水化,并隨摻量的增多,效果越明顯,因此凝結(jié)時間呈逐漸增長趨勢[5]。同時,由于AFt 會轉(zhuǎn)化為單硫鋁酸鈣(AFm),但隨著干冰的加入,干冰在一定程度上阻止了AFt 向AFm 的轉(zhuǎn)化[5]。因此凝結(jié)過程中存在凝結(jié)時間略微降低情況。

        2.3 力學(xué)性能

        水泥膠砂的抗壓強度由圖3 所示。由圖3 可見,隨干冰摻量增加,水泥膠砂的3d 抗壓強度略微降低;7d、28d 抗壓強度先增大后減小,隨著齡期增長,水泥膠砂強度逐漸增大。當干冰摻量為0.8%時,水泥膠砂3d 抗壓強度最低,為24.40MPa,較基準組降低5.02%。當干冰摻量在0%~1.0%時,水泥膠砂7d 強度逐漸增加,摻量大于1.0%時,抗壓強度逐漸減小。干冰摻量為1.0%時的7d 抗壓強度最大,為35.88MPa,較基準組提高7.55%。當干冰摻量為0%~0.6%時,水泥膠砂28d 強度逐漸增大,摻量大于0.6%時,強度逐漸減小。干冰摻量為0.6%時的28d 抗壓強度最大,為46.89MPa,較基準組提高6.45%。

        2.4 微觀分析

        2.4.1 XRD 分析

        試樣XRD 分析結(jié)果如圖4、圖5 所示。由圖4 可見,未摻入干冰的水泥凈漿28d 試樣衍射圖譜中存在明顯的鈣礬石、氫氧化鈣及水化硅酸鈣的衍射峰。此外衍射圖譜中也看到一定量的碳酸鈣生成。由圖5 可見,在摻入干冰后,28d 的衍射圖譜中顯示出鈣礬石以及碳酸鈣隨干冰的加入而增加;氫氧化鈣及水化硅酸鈣的衍射峰也出現(xiàn)降低情況。說明干冰的摻入,改變了硅酸鹽水泥28d 的水化作用。同時干冰也與水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣及水化硅酸鈣反應(yīng)生成一定量的碳酸鈣,進而在一定程度上改變了硅酸鹽水泥的物理性能。

        2.4.2 SEM 分析

        試件SEM 掃描電鏡結(jié)果如圖6、圖7 所示。由圖6可見,未摻入CO2的水泥凈漿試樣在水化初期,內(nèi)部有部分絮凝狀的水化產(chǎn)物生成。由圖7 可見,加入2%干冰的水泥凈漿試樣內(nèi)部雖也已生成部分絮凝狀水化產(chǎn)物,但整體結(jié)構(gòu)相較基準組疏松,且有更大空隙。這是由于加入過大摻量的干冰阻礙了C3S 的早期水化以及AFt的早期形成。同時也可能由于氣體引入,影響水泥早期絮狀搭接的形成,進而影響了早期水化進程以及力學(xué)性能。

        3 結(jié)論

        ⑴隨著干冰摻量的增加,加快了鈣礬石的早期形成,但當摻量過大后,則不利于鈣礬石的早期形成,因此水泥流動度先增大后減小。干冰摻量為0.2%時,水泥凈漿的流動度高于其他組。

        ⑵干冰摻入后,水泥凝結(jié)時間隨摻量增加而逐漸延長。當摻量為1.5%時,初凝、終凝時間均最長。

        ⑶隨著干冰摻量的增加,干冰會與C3S 的水化產(chǎn)物Ca (OH)2及水化硅酸鈣反應(yīng)生成碳酸鈣,進而阻礙C3S的水化。因此水泥膠砂3d 抗壓強度降低;7d、28d 抗壓強度先增大后減小。當干冰摻量為1.0%時,7d 強度高于其他試驗組;當干冰摻量為0.6%時,28d 強度高于其他試驗組。

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