石膏對阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥水化程度及漿體組成的影響

摘要:利用前期合成的阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥，應(yīng)用XRD、SEM-EDS等研究了隨石膏摻量的改變對新型膠凝材料阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥水化程度及水化漿體組成的影響。研究結(jié)果表明:隨石膏摻量增加，水化漿體的水化程度大致趨勢是先增加后降低;阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥最佳鋁硫比為1.0/1.0，此時硬化漿體在標準稠度加水量下1d、3d和28d齡期的水化程度分別達到48.3%、57.6%和75.3%。XRD及SEM-EDS分析表明在最佳鋁硫比1d、3d齡期時水化產(chǎn)物就已大量形成，結(jié)構(gòu)致密。

關(guān)鍵詞:阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥 石膏 水化程度 漿體

以硅酸鹽礦相為主的硅酸鹽水泥早期強度偏低，后期強度較高;以硫鋁酸鋇鈣為主導(dǎo)礦相的含鋇硫鋁酸鹽水泥早期強度高，但后期強度較低，程新[^1-3]等報道了系列含鋇硫鋁酸鹽水泥的研制并合成了兼具兩種水泥優(yōu)良性能于一體的阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥，蘆令超^[4-7]等采用正交試驗的方法詳細研究該水泥熟料的制備技術(shù)及其組成與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。本文在此基礎(chǔ)上，通過調(diào)整石膏摻加量，改變阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥組成的鋁硫比，測試水泥水化程度，應(yīng)用XRD、SEM-EDS研究阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥水化硬化漿體組成。

1 阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥水化程度研究

1.1實驗方法

在熟料中摻加不同量的石膏，改變水泥組成Al₂O₃和總SO₃量的比值即Al₂O₃/SO₃，測試不同Al₂O₃/SO₃水泥在標準稠度(水灰比為0.255)下各齡期的水化程度。水化程度測試方法參考楊東生^[8]編著的《水泥工藝實驗》。

1.2實驗結(jié)果與分析

注:C、M、A、B是組成相同的熟料，A(B、C、M)1(3、28)D編號分別表示A(B、C、M)組水泥水灰比為0.255水化1(3、28)天齡期試樣。

表1是阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥水化漿體不同齡期不同Al₂O₃/SO₃水化程度。從表1可以看出，隨著水泥中石膏摻量(Al₂O₃/SO₃減小)增加，水化程度先增加后降低，說明石膏的加入影響水泥的水化速度。在石膏摻量最低的C組試樣中，1d水化程度最低，基本上是石膏摻量稍高的M組水化程度的50%，3d齡期時C組水化程度有較大幅度的增加，但仍較M組的低，28d齡期時C組水化程度繼續(xù)增加，基本上達到了M組的水化程度。當(dāng)水泥中Al₂O₃/SO₃為1.0/1.0時，不同齡期的水化程度都達到最高值。

2阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥水化漿體組成XRD分析

圖1至圖4是A、B、C、M四組水化樣的XRD分析?？梢钥闯觯瑘D1和圖2的衍射譜相似，圖3和圖4的衍射譜相似。對比圖1、2和圖3、4可以發(fā)現(xiàn)，圖1、2可以明顯檢測出鈣礬石衍射峰，而圖3、4鈣礬石衍射峰很弱，圖1、2試樣中石膏的摻加量要高于圖3、4中試樣，足量石膏存在是鈣礬石在硬化水泥漿體中結(jié)晶析出和大量生成的條件之一，可以推測在A、B組中鈣礬石的生成量要明顯高于C、M組。在A、B組和C、M組XRD衍射圖譜中除了鈣礬石衍射峰有明顯區(qū)別外，Ca(OH)₂衍射峰的變化規(guī)律也不同，C、M組1d齡期的Ca(OH)₂衍射峰強度較低，3d后衍射峰強度有較大提高，基本上與28d齡期有相同的衍射峰值，而在A、B組Ca(OH)₂衍射峰強度在1d、3d和28d齡期時基本相同。Ca(OH)₂衍射峰強度的變化一定程度上說明了C、M組和A、B組相同齡期內(nèi)水化程度的不同，這點與水化程度測試分析是一致的。當(dāng)石膏摻加量較低時，水泥漿體的水化程度較低，適量增加石膏摻量對提高漿體水化程度是有益的。硬化水泥漿體中除了上述晶態(tài)物質(zhì)外，還有C-S-H凝膠、鋁膠等，嚴格意義上說它們不屬于晶態(tài)的物質(zhì)，XRD衍射峰背底較高，呈“饅頭”狀，A、B、C和M組都有不同程度的非晶態(tài)物質(zhì)的衍射峰出現(xiàn)，這些物質(zhì)大都是隨著水化齡期的延長，其衍射峰變得更為明顯或者趨于尖銳，說明其數(shù)量在增加或者結(jié)晶程度在改善。

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3 阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥水化漿體SEM-EDS分析

圖5至圖13是CO試樣和AO試樣硬化漿體的SEM-EDS分析，其中CO試樣Al₂O₃/SO3為1.0/0.3，水灰比為0.255(標準稠度加水量)，AO試樣Al₂O_3/SO₃為1.0/1.0，水灰比也是標準稠度加水量。從圖5可以看出，CO試樣水泥1d齡期的水泥熟料顆粒清晰可見，水泥顆粒之間只有少量的膠狀物質(zhì)相聯(lián)，結(jié)構(gòu)較為松馳，水化程度不高，3d齡期時(圖6)，膠體狀物質(zhì)明顯增多，不再能清晰見到水泥熟料顆粒，到了28d齡期(圖7)，晶膠交錯連成一片，結(jié)構(gòu)緊湊，水化程度高。對C組水化樣，不論是1d齡期還是3d齡期和28d齡期其晶態(tài)物質(zhì)較少，而凝膠狀物質(zhì)較多。對AO試樣1d齡期時發(fā)現(xiàn)有鈣礬石(圖8)和結(jié)晶較好的氫氧化鈣晶體(圖9)，膠體狀物質(zhì)較多，3d齡期時(圖10至圖12)，膠體繼續(xù)增多，鈣礬石晶體成片分布，28d齡期時(圖13)，膠體連成一體并將鈣礬石和Ca(OH)2等晶體包裹起來，使其成為硬化漿體重要組成成分。

4結(jié)論

1)阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥隨石膏摻量的增加水化程度先增加，后降低，最佳鋁硫比為1.0/1.0，此時硬化漿體在標準稠度下1d、3d和28d齡期的水化程度分別達到48.3%、57.6%和75.3%。2)XRD及SEM-EDS分析表明阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥水化漿體在最佳石膏摻量條件下1d、3d齡期時水化產(chǎn)物大量形成，結(jié)構(gòu)致密，與水化程度分析結(jié)果一致。

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