论文部分内容阅读
在环保意识逐渐提高的当下,怎样降低普通硅酸盐水泥生产过程中不可再生资源及矿物燃料消耗量大、温室气体及粉尘排放量大的问题,成为了全球可持续建筑行业急需解决的难题。与硅酸盐水泥中的“两磨一烧”制备过程相比,碱激发胶凝材料具有能耗少、强度高、绿色环保的优点。碱激发胶凝材料通常是使用碱性激发剂（Na2Si O3、Na2CO3、Na2SO4或Na OH等）激发工业废渣（粒化高炉矿渣、火山灰和钢渣等）而获得。但快速凝结硬化制约了碱激发矿渣胶凝材料广泛应用。常规情况下碱激发胶凝材料的初凝时间小于30min,严重限制了其在工程领域的应用。碱激发胶凝材料被推广应用到建筑行业各个领域最大的困难是初凝时间不能满足施工要求（搅拌、运输、振捣、浇注）。所以,适宜的凝结时间对于碱激发胶凝材料在工程上的应用是非常有必要的。“一步法”碱激发胶凝材料主要是将固体激发剂研磨成粉末进行激发,使用方法和普通硅酸盐水泥类似—只需将胶凝组分和水混合搅拌形成浆体。与处理大量粘性、腐蚀性和危险的化学激发剂相比,利用固体碱激发剂来制备碱激发胶凝材料更加简便安全。此外,利用“一步法”激发方式可以避免化学液体激发剂现场搬运以及储存困难等问题。本文根据碱激发胶凝材料的水化特点及水化产物形成规律,探究了不同缓凝剂对碱激发复合胶凝材料（ACCM）水化动力学的影响规律,具体研究内容如下所示:1.采用速溶硅酸钠作为激发剂,研究了不同激发剂模数（M）对于ACCM砂浆试件力学性能的影响。结果发现,当M=1.2、激发剂掺量为5wt%时,80℃蒸养24h砂浆试件的抗折强度达到同激发剂掺量下最高9.1 MPa,ACCM的抗压强度增长变化不明显;当M=1.2、激发剂掺量为7.5wt%时,80℃蒸养24h ACCM抗折强度最大值为15.3MPa,抗压强度最大值达到59.7MPa。试件的抗压强度和抗折强度随着M从1.0增加到1.2也逐渐增大;当ACCM试件的抗压强度和抗折强度随着M继续提高则出现不同程度的下降。2.采用单一变量法确定ACCM胶凝组分及其配比。结果表明,不同配比的ACCM砂浆力学强度随着水化龄期的增长而变大,尤其是激发剂掺量为7.5wt%时,强度发展速率快,标准养护3d抗压强度最高达到54.5MPa。当粉煤灰（FA）掺量一定时,所有ACCM砂浆试件强度随着激发剂掺量增加呈现出先增加后降低的走势。当激发剂掺量从5wt%增加至7.5wt%时,ACCM砂浆的水化反应进程加快,所有配比的砂浆试块强度明显增加,ACCM砂浆28d抗压强度和抗折强度分别为69.9MPa和16.9MPa。当激发剂掺量从7.5wt%增加到12.5wt%时,ACCM早期力学性能出现增加趋势,后期强度反而下降,出现了明显的强度倒缩现象。当粒化高炉矿渣/粉煤灰（GGBS/FA）为7:3时,激发剂掺量为从7.5wt%增加到12.5wt%时,3d抗压强度从40.6MPa增加到44.5MPa,28d抗压强度从69.9MPa降低至55.5MPa。3.采用XRD、FTIR、SEM、EDS等方法对ACCM砂浆进行水化产物以及水化机理和微观结构分析。结果表明,ACCM砂浆的水化产物主要是水化硅酸钙凝胶（C-S-H凝胶）和水化硅铝酸钠/钙凝胶[C-（N）-（A）-S-H凝胶],并包含少量晶体结构和未水化的粒化高炉矿渣、粉煤灰颗粒。除此之外,碱激发胶凝材料水化3d时,原料表层颗粒水化,颗粒间形成无定形网络状水化产物将原料包裹在其中;当ACCM砂浆养护7d、28d时,随着养护龄期的不断增加,微观结构进一步密实,且存在凝胶状水化产物。原材料化学成分对于ACCM砂浆有一定的影响,其中高钙组分降低GGBS和FA的聚合程度、增加了水化反应结构的无序性。当养护龄期相同时,激发剂掺量为7.5wt%、FA掺量为10wt%时,ACCM砂浆水化程度、水化产物生成数量和浆体体系密实度相对其他组都为最好。4.研究了不同缓凝剂[硼砂（B）、蔗糖（CHO）、葡萄糖酸钠（SG）、磷酸（HP）]及不同掺量对ACCM最佳配比（激发剂掺量7.5wt%、FA掺量为10wt%）凝结时间的影响。结果发现,不论添加何种缓凝剂,ACCM均有不同程度的缓凝效果,其中CHO对于ACCM试样的缓凝效果显著,当CHO掺量逐渐增加时,ACCM的初凝时间和终凝时间均呈现增加态势,当CHO掺量为0.3wt%时,初凝时间最长达到303min,终凝时间最长达到393min＞390min,达到普通硅酸盐水泥对于凝结时间的要求。ACCM凝结时间和流动性随着B掺量增多均有不同程度增加。当B掺量为6wt%时,ACCM试样初凝时间最高达到147min,终凝时间最长达到358min。SG和HP随着掺量的增加,使得初凝时间均增大,但终凝时间先减小后增大。5.本文对掺加缓凝剂（硼砂、蔗糖、磷酸）后,ACCM砂浆的水化动力学及缓凝机理进行了研究。结果发现,掺入硼砂后,复合胶凝材料水化诱导前期对于放热峰的影响不大,但对于诱导后期出现的水化加速形成的放热峰出现明显的延后现象,说明硼砂的加入能有效延缓ACCM的凝结硬化;掺入蔗糖对于诱导前期的放热峰影响不大,但对于诱导后期的第二个峰有明显的延后现象;掺入磷酸浓度为0.05mol/L时,对于ACCM诱导前期没有太大影响,但对诱导后期后出现放热峰一定的延后,有一定的缓凝效果。掺入0.07mol/L和0.09mol/L磷酸,诱导前期提前,对于诱导后期后出现的水化加速形成的放热峰没有明显的延后现象。