改性超硫酸盐水泥的水化机理研究

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1、CMYK材料研究与应用改性超硫酸盐水泥的水化机理研究王淑1吴静2余保英1吴雄1杨文1（1中建商品混凝土有限公司；2武汉纺织大学）【摘要】通过研究超硫酸盐水泥的水化放热，分析其水化放热过程和水化机理。通过微观测试分析X射线衍射分析（XRD）和扫描电镜(SEM)分析其水化产物以及水化产物的形貌。试验结果表明：对于超硫酸盐水泥体系，随着龄期的增长，抗压强度都在增长，增长速率逐渐降低。超硫酸盐水泥体系的强度低于普通硅酸盐水泥体系，但是后期强度增长速率明显高于普通硅酸盐水泥体系。超硫酸盐水泥体系的水化放热明显低于普硅水泥配制的混凝土。与普通水泥体系不同，超硫酸盐水泥体系的主要水化产物是“鱼鳞片

2、”状的水化硅酸钙和钙矾石。【关键词】超硫酸盐水泥；水化热；水化产物1前言一步深入揭示其水化机理。改性超硫酸盐水泥是一种以粒化高炉矿渣为主要2原材料与试验设计原料，以石膏为硫酸盐激发剂和以熟料或石灰为碱性激2.1原材料发剂的少熟料或者无熟料水泥。其各组分比例通常为超硫酸盐水泥：复合激发剂和矿粉按照1:4的比例75%～85%的矿渣、10%～20%的硫酸盐类（如二水石膏、无混合，其粒径分布情况如图1，其化学成分如表1所示。水石膏等）和1%～5%的碱性成分（如熟料、氢氧化钙等）其中复合激发剂为自制超硫酸盐水泥复合激发剂，可充[1]。由于改性超硫酸盐水泥以硫酸盐激发为主，也被称分激发矿渣粉潜在

3、活性；矿粉为亚东S95矿粉，矿粉性为石膏矿渣水泥或硫酸盐矿渣水泥。该水泥具有良好的能指标符合《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣》使用性能，且生产工艺简单、成本低，能充分利用工业矿表1超硫酸盐水泥和普硅水泥的渣，属于节能环保型水泥。化学成分的质量百分比（Wt，%）随着超硫酸盐水泥的应用在欧洲各国盛行，全球范成分SSC普硅水泥围内对超硫酸盐水泥的认识和研究兴趣越来越浓。目前Na2O0.2440.083超硫酸盐水泥已经应用到多个领域，如污水处理厂、沼MgO5.1241.360Al2O311.2505.406气池、清水混凝土、工业厂房地坪、混凝土桩及其它大体SiO226.16020.250积

4、混凝土方面，具备很好的销售市场。我国一些学者在P2O50.3450.112研究超硫酸盐水泥方面也没有停息，在20世纪90年代SO312.3903.962武汉理工大学周明帆[1-2]等人研究了硫酸盐激活和碱性K2O0.6021.120CaO41.40063.090激活原理，他们利用工业废石膏、矿渣和少量碱性激活Fe2O31.2493.243剂研制出路面基层专用水泥。目前该专用水泥在多条高loss1.2361.374速公路的建设中得到实践性的使用并获得良好的效果。但是，对超硫酸盐水泥的应用仍处于研究阶段，很多方面很不完善。本研究着力于首先通过研究其力学性能，研究其在混凝土中应用的可行性。

5、由于对超硫酸盐水泥的研究处于初级阶段，其水化过程和水化机理不甚清楚。通过对超硫酸盐水泥水化热进行测试，并与普通硅酸盐水泥体系进行对比，分析其水化放热情况，并分析其水化机理。结合微观测试，对其水化产物进行分型，进图1超硫酸盐水泥和普硅水泥的粒径分布CMYK材料研究与应用GB/T18046-2008要求。增加，折线的斜率逐渐降低，即试样的抗压强度的增长水泥：采用P·O42.5水泥，其化学成分含量如表1速率逐渐降低，因为随着水泥水化的深入，水化产物增所示。其粒径分布情况如图1。由图知，水泥的粒径比超加，从而降低了水化的进一步发展，这符合一般的化学[3]硫酸盐水泥粒径分布很类似，但是水泥稍微

6、细一些。由反应的规律。对比超硫酸盐水泥与普硅水泥两种体系表1知，超硫酸盐水泥的化学成分与普硅水泥类似，同发现，超硫酸盐水泥体系的强度低于普通硅酸盐水泥体样含有较多的氧化钙、二氧化硅和氧化铝，但是含量有系，但是超硫酸盐水泥体系的后期强度增长速率明显高一定的差距。于普通硅酸盐水泥体系，90天的抗压强度与普通硅酸减水剂：西卡PC-5减水剂。盐水泥体系仅仅相差了0.6MPa。这是因为超硫酸盐水拌合水：采用符合《混凝土用水标准》泥体系以矿粉为主要材料，而矿粉就有较高的火山灰活（JGJT63-2006）的要求的拌和用水。性，它的火山灰活性会在后期发挥很大的作用，提高体[4]2.2试验过程系的强度

7、。水灰比对体系的强度的影响是很明显的，按表2中的配合比，成型40mm×40mm×40mm胶砂水灰比越低强度越高。试块，在标准养护条件下养护24h后，脱模。将脱模后的试块放置标准养护条件下养护至3d、7d、28d、90d龄期，分别测试其抗压强度；用小锤子将破坏后的试块敲碎，选取试块中间黄豆粒大小的碎块，浸泡于无水乙醇中，以终止其水化，以便XRD和SEM测试。XRD测试前，将碎块置于60℃下干燥2～3h，将各龄期停止水化后的试块用玛瑙碾钵碾磨成粉末，再将此粉末