硅酸鹽水泥-硅灰復(fù)合膠凝材料低溫水化特征研究.pdf

1、混凝土在冬季施工中如果遭受早期凍害會(huì)使混凝土的物理力學(xué)性能指標(biāo)遭受嚴(yán)重?fù)p害，對(duì)混凝土耐久性十分不利，混凝土早期凍害是低溫混凝土研究的重要問題之一。本文從混凝土在低溫條件下的早期性能研究為切入點(diǎn)，以硅酸鹽水泥為基礎(chǔ)組分，以硅灰為膠凝材料摻加組分，利用亞硝酸鈉維持低溫溶液活性，選定5℃～-10℃的低溫環(huán)境，以力學(xué)性能、水化產(chǎn)物組分、水化產(chǎn)物含量、微觀形貌、孔徑特征以及水化速率六個(gè)指標(biāo)作為復(fù)合膠凝材料早期水化性能的表征參數(shù)，建立復(fù)雜因素下硅酸

2、鹽水泥-硅灰復(fù)合膠凝材料低溫水化特征的分析方法，完善從低溫復(fù)合材料的前端起始反應(yīng)開始進(jìn)行其內(nèi)部水化過程的動(dòng)態(tài)研究方法并建立低溫水化動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)一步闡明低溫混凝土中復(fù)合膠凝材料的水化反應(yīng)機(jī)理，為低溫混凝土的研究奠定理論基礎(chǔ)。論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)研究不同硅灰摻量（0、2％、5％、8％、10％和12％）對(duì)復(fù)合膠凝材料水化性能的影響，結(jié)果表明，硅灰的摻入可以有效地提高復(fù)合膠凝材料在低溫條件下的力學(xué)性能，促進(jìn)Ca(OH)2

3、的消耗，有效改善水化產(chǎn)物分布，填補(bǔ)結(jié)構(gòu)中的孔隙，降低復(fù)合膠凝材料的總孔隙率，這種改善效果隨著硅灰摻量增加而越加明顯，在硅灰摻量達(dá)到8％時(shí)，效果最佳，如抗壓強(qiáng)度可以提高16％、總孔隙率降低7％，當(dāng)硅灰摻量超過8％以后，改善效果逐漸減弱，所以低溫下硅酸鹽水泥中的硅灰摻量不宜過大。
　　(2)研究不同溫度（5℃、0℃、-5℃和-10℃）對(duì)復(fù)合膠凝材料水化性能的影響，結(jié)果表明，溫度的降低不僅會(huì)帶來復(fù)合膠凝材料抗壓和抗折強(qiáng)度的顯著下降，水化

4、產(chǎn)物中Ca(OH)2含量的降低，而且還會(huì)使復(fù)合膠凝材料總孔隙率增加，有害孔數(shù)量增大，晶體之間的連接薄弱，尤其是從5℃降低到0℃時(shí)，復(fù)合膠凝材料的上述性能指標(biāo)變化最為明顯，7d抗壓強(qiáng)度降低率可達(dá)29％，多害孔數(shù)量增加率達(dá)到27％，同時(shí)還會(huì)抑制硅灰的火山灰活性，溫度越低情況越明顯。
　　(3)研究不同溶液環(huán)境（8.5％亞硝酸鈉溶液和純水溶液）對(duì)復(fù)合膠凝材料水化性能的影響，結(jié)果表明，在5℃水化初期時(shí)，復(fù)合膠凝材料在純水溶液環(huán)境下的抗壓及

5、抗折強(qiáng)度均要高于在亞硝酸鈉溶液環(huán)境中的，而在水化14d時(shí)，同硅灰摻量的復(fù)合膠凝材料在亞硝酸鈉溶液環(huán)境中的Ca(OH)2含量卻均高于在純水溶液環(huán)境中的，但復(fù)合膠凝材料在亞硝酸鈉溶液環(huán)境中的水化產(chǎn)物較純水溶液環(huán)境中的要薄、顆粒大、之間的連接不均勻，總孔隙率較大，結(jié)構(gòu)密實(shí)度較小。雖然亞硝酸鈉摻量較大時(shí)會(huì)增加溶液的表面張力，但是可以維持5℃～-10℃時(shí)水的活性，利于復(fù)合膠凝材料的水化，尤其是動(dòng)力學(xué)研究。
　　(4)通過測(cè)試低溫下復(fù)合膠凝材

6、料的水化放熱量，研究鹽溶液環(huán)境中不同條件下復(fù)合膠凝材料水化反應(yīng)的動(dòng)態(tài)特征，優(yōu)選水化動(dòng)力學(xué)方程及計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算反應(yīng)速率常數(shù)K、反應(yīng)級(jí)數(shù)n和表觀活化能Ea，建立低溫下復(fù)合膠凝材料的水化動(dòng)力學(xué)模型，結(jié)果表明，低溫下，硅酸鹽水泥-硅灰復(fù)合膠凝材料水化過程可以劃分為三個(gè)階段NG、I和D，不同硅灰摻量的復(fù)合膠凝材料的反應(yīng)級(jí)數(shù)n均是介于1.2～1.6之間的非整數(shù)，表示低溫下的復(fù)合膠凝材料的水化反應(yīng)為復(fù)雜的為基元反應(yīng);而硅灰的摻入可以降低水化后期的放

7、熱總量，增加加速期的水化放熱速率，減小反應(yīng)級(jí)數(shù)n，增大不同階段的水化速率常數(shù)K;溫度的降低卻會(huì)使復(fù)合膠凝材料的水化誘導(dǎo)期延長，二次放熱峰降低、滯后，反應(yīng)級(jí)數(shù)n和速率常數(shù)K值也隨著降低;而不同硅灰摻量的復(fù)合膠凝材料的不同水化階段表觀活化能差值均較小。
　　本文采用宏觀性能測(cè)試和微觀結(jié)構(gòu)分析相結(jié)合、水化產(chǎn)物的定性分析與定量分析相結(jié)合及水化過程的分析與動(dòng)力學(xué)方程建立相結(jié)合的方式，對(duì)復(fù)雜因素下硅酸鹽水泥-硅灰復(fù)合膠凝材料低溫水化特征進(jìn)行分