氟硅酸盐对混凝土增强性能及作用机理的研究.pdf

2 0 1 5 年 第 5期 (总 第 3 0 7 期) Nu m b e r 5 i n 2 0 1 5 l T o t a l No 3 0 7 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助 物料 M ATe R I AL AND ADN I CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 5 0 2 4 氟硅酸盐对混凝土增强性能及作用机理的研究 李伟 。 王高明 ， 余韬 。石宇 ， 王子明 ( 1 江苏奥莱特新材料有限公司， 江苏 南京 2 1 0 0 0 9 ； 2 北京工业大学 材料科学与工程学院， 北京 1 0 0 1 2 4 ) 摘要 ： 当前 ， 由于磷肥厂副产物氟硅酸盐产量大 ， 利用率不高 ， 仅有 1 0 左右的氟硅酸盐可以回收利用， 无经济效益， 只能选择 排放从而造成水污染。 利用磷肥生产企业副产品制备的氟硅酸盐为主要原材料 ， 按照一定的比例掺人到混凝土中可 以有效改善 混凝土的强度和硬度， 进而改善混凝土的耐久性。 从水泥凝结时间、 水泥胶砂流动度及强度 、 混凝土拌合性能及强度等方面研究 了氟硅酸盐对混凝土的增强性能， 并通过 X R D、 S E M 等微观测试手段对氟硅酸盐的作用机理进行 了分析。 关键词： 氟硅酸盐 ； 混凝土 ； 增强 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 5 0 0 9 0 0 3 Re s e a r c h f l u o r o s i l i c a t e f o r t h e e n h a n c e d p e rf or ma n c e a n d me c h a n i s m o f c on c r e t e U We i ， WANG Ga o mi n g ， yU T a o ， SHI Yu ， WANG Zi mi n g ( 1 A I R T N e w Ma t e ri a l s C o L t d ， N a n j i n g 2 1 0 0 0 9 ， C h i n a ； 2 C o l l e g e o f Ma t e ri a l S c i e n c e a n d E n g i n e e ri n g ， B e i j i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， B e ij i n g 1 0 0 1 2 4 ， C h i n a ) Ab st r a c t： Cu e n fl y， flu o s i l i c a t e i s a b yp r o d u c t of p h o s p h a t e f e r t i l i z e r pr od u c tio n， o n l y a b o u t 1 0 o f t h e flu o r o s i l i c a t e C an b e r e c y c l e d， ha s a l a g r e O U t p u t ， l o w u p t a k e， a n d n o e c o n o mi c b e ne fit The o n l y wa y t o d i s p os e i t i s d i s c h a r g e i n g i n t o wa t e r， t h u s c a u s e t h e wa t e r p o l l u tio n F l uo s i l i c a t e i s p r e p a r e d f r o m b yp r o d u c t o f p ho s p h a t e f e r t i l i z e r p r o d u c t i o n a s the b a s i c ma t e r a 1 Th e s t r e n g t h a n d h a r d n e s s o f c o n c r e t e c a n b e e f f e c t i v e l y i mp r o ve d a c c o r d i n g to a c e r t a i n a mo u n t o f flu o r o s i l i c a t e mi x e d i n t h e c o n c r e t e， the mb y i mp r o v i n g the d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e T h e e n h anc e d p e r f o r ma n c e o f fl u o r o s i l i c a t e wa s s t u d i e d f r o m the s e t ti n g t i me o f c e me n t ， fl u i d i ty a n d s t r e n g th o f mo r t a r mi xi n g p e rfo r ma n c e a n d s t r e n g th o f c o n c r e t e Tl 1 e e n hanc e d me c h an i s m o f f l u o r o s i l i c a t e i n c o n c r e t e t wa s s t u d i e d b y me an s of XRD a nd S EM a n d S O o n Ke y wo r d s： f l u o s i l i c a t e ； c o n c r e t e ； s tr e n g the n O 引言 盐的作用机理进行了分析。 氟硅酸盐 作为一种外加剂掺入混凝土 中， 可 以改 善混凝土 的工作性能 、 力学性能 、 耐久性能 以满 足施 工 的 要求 。 氟硅酸盐的发展和应用在国外受到重视 ， 早于 2 0世 纪 5 0年代就开始了氟硅酸盐的生产 、 研制和应用 。 国内对 氟硅酸盐 的应用 也有很 多 ， 包 括应用在缓凝剂 、 表面增强 剂、 速凝剂 、 防水剂 、 抗 冻剂 、 固化剂、 防火剂等方面。 韩 国 学者 K i m s M 等人研究发现 ， 在一定掺量范围内氟硅酸 盐可以显著延长水泥凝结时间， 降低水化热。 美国学者 D e n n i s J H a c k e r 6 等人利用碱土金属氯化物 ， 硅酸钙 ， 氟硅 酸钠 ， 硅酸钠等组分发 明了一种混凝土 自硬化材料 。 国 内 学者王立久 等人以氟硅酸盐 ， 铝硅酸盐和过度元素为主 要成分 ， 开发出一种新型超缓凝剂 ， 缓凝 时问超过 4 2 h ， 2 8 d强度与基准混凝土基本相 同。 国内学者施 昌亚 等人利 用氟硅酸盐 、 表面活性剂和酸性染料研究 了一种混凝土表 面增强剂。 笔者从水泥凝结时间、 水泥胶砂流动度及强度 、 混凝土拌合性能及 强度 等方面研究了氟硅酸盐对混凝土 的增强性能， 并通过 X R D、 S E M 等微观测试手段对氟硅酸 收稿 日期： 2 0 1 4 1 0 1 8 9 O 1 试 验 1 1原材料 试验所用水 泥选 自南京 中联水 泥 有 限公 司 的 P 0 4 2 5级水泥， 物理性能见表 1 ； 粉煤灰选 自南京秦源热电 有限公司的 I I 级粉煤灰 ， 物理性 能见表 2 ； 细集料选 自江 西赣江河砂 ， 细度模数 2 6 ； 粗集料选用 5 - 2 5 r n n连续级 配碎石 ； 减水剂选 自江 苏奥莱特 新材料有 限公 司 A R T J R型聚羧酸减水剂 ； 氟硅 酸盐选用分析纯氟硅酸盐镁 ， 相 对密度为 1 7 8 8 。 表 1 水泥物理性能 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2测 试 方 法 按照 G B T 1 3 4 6 2 0 l 1 水 泥标 准稠度用水量 、 凝结 时 间检验 方 法 测定 水 泥 凝 结 时 间； 按 照 G B T 2 4 1 9 2 0 0 5 水泥胶砂 流动度测定方法 测定水泥 胶砂流动度 ； 按照 G B T 1 7 6 7 1 -1 9 9 9 ( 水泥胶砂强度检验方法 测定水 泥胶砂强度； 按照 G B T 5 0 0 8 o - - 2 0 0 2 ( 普通混凝土拌合物 性能试验方法 测定混凝土坍落度和凝结时间； 按照 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性能试验方法 测定混凝土 抗压强度 。 采用 R i g a k u D m a x 2 5 5 0型 x 射线衍 射仪测定 水化 产物衍射峰， 其中以C u 、 K e t 为辐射源， 镍滤波片， 加速电压 为 4 0 k V， 电流为 2 0 0 m A。 采用 日本电子公司生产的 J S M 一 5 9 0 0型的扫描电镜对水泥水化产物的形貌进行观察。 2结果与讨论 2 1 氟硅 酸盐对水泥性 能的影响 2 1 1 凝结时间 图 1 为不 同掺量氟硅酸盐镁 的水 泥凝结 时间变化规 律 。 从 图 l 可 以看出， 随着氟硅酸镁掺量的增大 ， 水泥凝结 时间基本呈现先增加再 减少的趋势 ， 在 掺量 ( 0 0 5 ) 的 范围内， 氟硅酸镁可以大幅度的延长水泥的凝结时间， 但 随 着掺量的继续提高 ， 缓凝效果逐渐变小甚至产生促凝效果。 U U 1 U 1 ， Z U 2 j U 掺量， 图 1 氟硅酸镁对水泥凝结时间的影响 2 1 2 胶砂流动度 图 2为不 同掺量氟硅酸盐镁 的砂浆流动度变化规律 。 从 图 2可以看 出， 随着氟硅酸镁掺量 的增大 ， 砂浆流 动度 基本呈现先增大再 减少 的趋 势 ， 且 在掺量 ( 0 0 5 ) 的范 围内， 砂浆流动度增长较为明显。 童 帽 媛 0 0 5 1 U 1 5 2 U 2 5 3 U 掺量， 图2氟硅酸镁对胶砂流动度的影响 2 1 3 胶砂强度 图 3为不同掺量氟硅酸 盐镁 的砂浆抗压 强度变化规 律 。 从 图 3可以看出 ， 随着氟硅酸镁掺量的增大 ， 砂浆抗压 强度基本呈现先增大再减少 的趋 势 ， 且在掺 量为 0 5 时 ， 砂浆 的抗压 强 度 达 到最 大 值 ， 其 3 d强度 高 于 空 白样 2 1 8 ， 7 d强度高 于空 白样 2 1 4 ， 2 8 d强度高于空 白样 1 3 8 。 掺量 图 3 氟硅酸镁对胶砂强度的影响 2 2 氟硅 酸盐对混凝土性能的影响 表4为不同掺量氟硅酸盐镁的混凝土坍落度测试结 果 。 从表 4可以看出 ， 随着氟硅酸镁掺量的增大 ， 混凝 土坍 落度基本呈现先增大再减少的趋势 ， 这与胶砂流动度的变 化趋势相近。 图4为不 同掺量氟硅酸盐镁的混凝土抗压强 度变化规 律。 从 图 4可 以看 出， 在 一 定 掺 量范 围 内 ( 0 0 5 ) ， 氟硅 酸镁对混凝土早期 、 后期强度的增长起到一定 的贡献作用。 表 3 氟 硅酸 镁对 混凝 土拌合 性能 的影 响 水泥 粉煤灰 细集料 粗集料 水 氟硅酸 坍落度 ( k g m ) ( k g m ) ( m ) ( k g m ) ( m ) 镁 mm 2 7 0 9 0 7 6 7 1 0 5 0 1 7 0 0 0 1 90 2 7 0 9 0 7 6 7 1 0 5 0 1 7 0 0 3 1 95 2 7 0 9 0 76 7 1 0 5 0 1 7 0 04 2 0 0 2 7 0 9 0 7 6 7 1 0 5 0 1 7 0 0 5 21 0 2 7 0 9 0 7 6 7 1 0 5 0 1 7 0 1 0 1 8 0 2 7 0 9 0 76 7 】0 5 0 1 7 0 20 1 50 掺 量 ， 图 4 氟 硅酸 镁对 强度 的影 响 从 图 1 4 、 表 4中还 可 以发 现 ， 氟硅 酸镁 在低 掺量 ( 0 - 0 5 ) 下 ， 不但延长了水泥 的凝结时 间， 增大 了砂浆流 动度和混凝土坍落度， 而且砂浆和混凝土的早期、 后期抗 压强度也有一定程度 的增长 ， 这种趋势在早期 ( 3 、 7 d ) 较 为明显。 原 因可能是 由于氟硅酸镁在低掺量 的情况下 ， 氟 硅酸镁水解产物与水泥水化产物 C a ( O H) ： 发生化学反应 生成某些晶体物质覆盖在水 泥水化产物表面 阻止 了水化 反应 的迁移起到缓凝 作用。 随着水化 的进行 ， 覆 盖层 逐渐 被破坏 ， 水泥水化继续正常进行。 根据法国学者 J o i s e l 的 研究结论 ， 一价阴离子降低 S i O 一 和 A 1 ( O H) 一 的溶 91 4 2 0 8 6 4 2 匣富 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m