復(fù)合外加劑對(duì)水泥凈漿水化熱及砂漿強(qiáng)度的影響

關(guān)鍵詞：復(fù)合外加劑；水化熱；強(qiáng)度

水泥水化熱的大小直接影響混凝土的強(qiáng)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(huì)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(hù)時(shí)間并提高混凝土的強(qiáng)度。此外，混凝土中會(huì)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(duì)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(duì)水泥凈漿水化熱的影響以及對(duì)水泥砂漿強(qiáng)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(shí)驗(yàn)

1.1 復(fù)合外加劑組分設(shè)計(jì)及砂漿配比設(shè)計(jì)

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(shí)對(duì)水泥水化熱和強(qiáng)度發(fā)展的影響，首先設(shè)計(jì)了如表1所示的復(fù)合外加劑的配方組成，砂漿配比見(jiàn)表2。

1.2 水化熱測(cè)量

實(shí)驗(yàn)所用原料為525號(hào)水泥（湖南石門(mén)水泥廠生產(chǎn)的“霸道”牌），Ⅱ級(jí)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?cè)噭?。采用直接測(cè)定法測(cè)定水泥凈漿的水化熱，即在熱量計(jì)周?chē)鷾囟炔蛔儣l件下，直接測(cè)定熱量計(jì)內(nèi)水泥凈漿溫度的變化，計(jì)算熱量計(jì)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(qiáng)度測(cè)量

根據(jù)表2配比制備砂漿試塊，測(cè)定試塊不同齡期的抗壓強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)表4。

2 結(jié)果與討論

2.1 礦物-化學(xué)復(fù)合外加劑對(duì)水化熱的影響

2.1.1 粉煤灰與化學(xué)外加劑復(fù)合對(duì)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(duì)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(shí)，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(shí)間。摻4#復(fù)合外加劑比摻2#外加劑的水化熱高，這是因?yàn)槿掖及肪哂性鐝?qiáng)作用，能夠提高水化速率并提前熱峰出現(xiàn)時(shí)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(shuō)明激發(fā)劑硫酸鋁銨對(duì)水化初期的粉煤灰沒(méi)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(qiáng)劑Na₂SO₄，摻入后水泥凈漿的水化熱最低，水化熱相對(duì)百分?jǐn)?shù)僅為摻1#外加劑的水化熱的77.6%，說(shuō)明同時(shí)添加能夠提高水化熱的早強(qiáng)劑與能夠降低水化熱的緩凝劑時(shí)，其效應(yīng)基本相互抵消，這兩種不同的外加劑復(fù)合后對(duì)水泥凈漿水化熱不會(huì)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(xiàn)。

2.1.2 礦渣與化學(xué)外加劑復(fù)合對(duì)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(shí)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(qiáng)劑的增加，緩凝劑降低水化熱和推遲熱峰出現(xiàn)時(shí)間的效應(yīng)逐漸被早強(qiáng)劑提高水化熱和提前熱峰出現(xiàn)時(shí)間的效應(yīng)所代替，早強(qiáng)劑的效應(yīng)逐漸占主導(dǎo)地位，導(dǎo)致水化熱相對(duì)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(qiáng)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(duì)砂漿強(qiáng)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(qiáng)度相比較，摻加礦物外加劑以后，砂漿的早期強(qiáng)度都比未摻礦物外加劑的要低，但后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，有的甚至28d就超過(guò)了未摻礦物外加劑的砂漿的強(qiáng)度（見(jiàn)表4）。這是因?yàn)?/SPAN>FDN-5型減水劑的引入能夠提高水泥制品各齡期的強(qiáng)度，尤其是早期強(qiáng)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(qiáng)度和密實(shí)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(shí)間，在水化早期粉煤灰活性還沒(méi)有充分發(fā)揮出來(lái)，粉煤灰顆粒與水泥凝膠體之間存在著空隙，需要進(jìn)一步水化生成凝膠體來(lái)填充。經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)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(shí)，砂漿強(qiáng)度隨齡期延長(zhǎng)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(shí)性。礦渣的作用原理與粉煤灰相類(lèi)似。比較摻2#、3#、4#、6#、8#、9#復(fù)合外加劑砂漿強(qiáng)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(qiáng)度比依次提高。而隨著早強(qiáng)劑的引入及含量增加，摻加50%礦渣的砂漿28d強(qiáng)度已經(jīng)接近或超過(guò)未摻礦渣的強(qiáng)度。由此可見(jiàn)，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(shí)度，提高混凝土的后期強(qiáng)度，這對(duì)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(qiáng)劑等構(gòu)成復(fù)合外加劑時(shí)，能更有效地降低水化熱和溫升。緩凝劑和早強(qiáng)劑同時(shí)使用時(shí)，緩凝劑降低水化熱和溫升，延緩熱峰出現(xiàn)時(shí)間的效應(yīng)與早強(qiáng)劑提高水化熱和溫升，提前熱峰出現(xiàn)時(shí)間的效應(yīng)在一定程度上相互抵消，但相對(duì)而言早強(qiáng)劑對(duì)水化熱的影響更為敏感，通過(guò)調(diào)整兩者的比例，可以控制熱峰出現(xiàn)的時(shí)間。激發(fā)劑能夠激發(fā)礦物外加劑的活性，對(duì)砂漿的強(qiáng)度發(fā)展有益。合理?yè)郊拥V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(qiáng)度。