改性磷石膏基超硫酸盐水泥及其C40混凝土的配制.pdf

中国科技核心期刊 新 彘巍粉 改性磷石青基超硫酸盐水泥 及其 C 4 0混凝土帕配制 余保英 ， 王军 ( 中建商品混凝 土有 限公 司， 湖北 武汉4 3 0 0 7 4 ) 摘要 ： 通过对超硫酸盐水泥中原样磷石膏的改性处理， 制备出7 d 、 2 8 d 强度分别达 2 9 4 M P a 、 4 8 5 M P a 的超硫酸盐水泥； 采 用雎 汞法 、 扫描 电镜及 x射线衍射分析仪对其水化产物进行了分析。结果表 明： 改性磷石膏基超硫酸盐水泥硬化浆体体系致密 ， 水 化产 物主要为水化 硅酸钙、 钙矾石及少量石 膏晶体 ； 在 此基 础上， 利用该水泥制备 出工作性能 、 力 学性 能 良好 的 C 4 0超硫酸 盐水泥 混凝土， 为高性 能超硫酸 盐水泥及其混凝 。t的研制提供了思路。 关键词： 改性磷石膏； 超硫酸盐水泥； 水化产物相； 孔径分布； 孔隙枣 中图分类号： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 4 ) 0 2 0 0 3 4 0 4 Th e p r e p a r a tio n o f mo d i fie d p h o s p h o g y ps u m - b a s e d s u p e r s u l p h a t e c e m e n t a n d i t s C4 0 c o n c r e t e yU B a o y i n g ， WANG J u n ( C hi n a Co n s t r u c t i o n Re a d y Mi x e d Co n c r e t e Co L t d ， ， Wu h a n 4 3 0 0 7 4， Hu b e i ， Ch i na ) Abs t r ac t ： Ba s e d o n mo d i f y i n g t r e a t me n t o f p h o s p h o g y p s u m j n s u p e r s u l p h a t e c e n e n t ( S S C) r S S C wi t h t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h 2 94 MP a a t 7 d a y s ， 48 5 MP a a t 2 8 d a y s wa s s u c c e s s f u l l y d e v e l o p e d S S C h y d r a t i o n p r o d u c t s we r e a n a l y z e d b y me r c u r y i n t rus i o n p o r o s i me t r y ( MI P )， s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p y ( S EM) a n d X r a y d i f f r a c t i o n a n a l y z e r ( XRD) Re s u l t s s h o w e d h a r d e n i n g p a s t e o f mo d i fi e d p h o s p h o g y p s u m b a s e d SS C i s d e n s e r t h a n t h a t o f u n t r e a t e d p h o s p h o g y p s u m b a s e d S SC， h y d r a t i o n p r o d u c t s o f S S C a r e ma i n l y c a l c i u m s i l i c a t e h y d r a t e ， e t t r i n g i t e a n d a s ma l l a mo u n t o f g y p s u m c r y s t a l s On t h i s b a s i s ， C4 0 s u p e r s u l p h a t e c e me n t c o n - c r e t e wi t h g o o d wo r k i n g a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s we r e s u c c e s s f u l l y p r e p a r e d ，wh i c h p r o v i d e s o me g u i d a n c e f o r t h e g r e e n d e v e l o p me n t o f h i g h p e r f o r ma n c e S S C a n d i t s c o n c r e t e t e c h n o l o gy Ke y wo r ds： mo d i f i e d p h o s p h o g y p s u m； s u p e r s u l p h a t e c e me n t ( S SC )； h y d r a t i o n p r o d u c t ph a s e ： p o r e s i z e d i s t r i b u t i o n ； p o r o s i t y 超硫酸盐水泥( S S C ) 中石膏的掺量为 1 5 左右， 石膏的 掺入不仅可以调节超硫酸盐水泥的水化硬化进程，更可以起 到对矿渣的硫酸盐激发效果，促进超硫酸盐水泥各龄期强度 的发展_ 】 I 。然而， 正是由于石膏在该S S C体系中掺量过多， 导 致其凝结时间缓慢， 早期强度低。 针对石膏引起胶凝体系凝结 时间缓慢、 早期强度发展低的问题， 国内外众多学者采取各种 方式对其改性处理， 取得了定的研究成果 。 本文在借鉴国内外学者研究成果的基础上，对石膏进行 一 定方式的改性处理， 对比研究了原样磷石膏、 改性磷石膏制 备的S S C 净浆的力学性能， 并对相应的S S C体系水化机理进 行分析。在此基础上， 利用该水泥制备工作性能、 力学性能良 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 7 1 2 作者简介： 余保英 ， 女 ， 1 9 8 5年生， 江西九江人， 助理工程师 ， 主要 从事 绿色低 碳水泥混凝 土的技术研究 。 地 址： 武汉市洪 山区珞狮南路2 4 8 号技术 和心 2 0 7室， E - ma i l ： y b y 2 8 7 2 1 6 3 e o m。 3 4 新型建筑材料 2 0 1 4 2 好的混凝土，为解决超硫酸盐水泥早期强度发展低的问 题提 供参考， 同时也为超硫酸盐水泥及其混凝土的研究提供思路。 l 试验材料及试验方法 采用华新水泥股份有限公司生产的5 2 5 R强度等级的硅 酸盐水泥熟料，以及湖北宜化集团生产的工业废石膏磷 石膏并掺入适量矿渣、 粉煤灰制备超硫酸盐水泥， 超硫酸盐水 泥的主要化学成分见表 1 。 表 1 2 种超硫酸盐水泥的主要化学成分 表 1 中S S C 一 1 为原样磷石膏基超硫酸盐水泥， S S C 一 2 为 改性磷石膏基超硫酸盐水泥，其中磷石膏的改性方式为8 0 0 c c 煅烧 1 h 。 超硫酸盐水泥混凝土试验中所用外加剂为高性能 聚羧酸减水剂， 固体含量为 1 0 3 ， 密度为1 0 3 g c m ； 砂为通 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 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余保英， 等： 改性磷石膏基超硫酸盐水泥及其 C 4 0混凝土的配制 2 - 4 净浆性能结果分析 比较 S S C 一 1 与S S C 一 2体系的强度、 孔结构、 X R D及S E M 测试结果可知， 磷石膏经过改性处理后， 制备的S S C 一 2硬化 浆体总孔隙率减小， 凝胶孔比例增大， 有害孔向无害孔转化， 孔分布趋于细化， 微观结构变得更加致密； 同时强度明显增 加， 说明磷石膏改性处理对于提高S S C性能是有效的。关于 改性磷石膏增强作用机理可能有以下2 个方面： 首 先， 改 性处理 提高了 磷 石膏的活 性。 改 性过程促 使二水 石膏中结晶水的脱去， 在晶体内部留下空腔， 使晶格产生畸变； 晶型转变是原晶型结构破坏和新晶型结构形成的过程， 新生成 的晶体结构比较松弛， 结构缺陷多， 晶格常数大， 晶粒尺寸小， 活性大【5 7 。从X R D图谱及扫描电镜测试结果可以看出， 在 S S C体系中，改性后的磷石膏可以发挥更好的硫酸盐激发效 果， 有利于水化产物钙矾石和C S H凝胶进一步形成。 其次， 改 性磷石膏 所含的 酸性杂质如磷酸盐、 可溶性三氧 化硫等较少， 能 够有效调整水泥体系的碱度， 有利于矿渣活性 的激发。 改性后的磷石膏晶体更易均匀分散于净浆体系中， 一 方面被生成的水化硅酸钙和钙矾石包裹，参与组成结构骨 架、 贡献基体强度； 另一方面对于维持钙矾石的稳定更加有利。 3 C 4 0 超硫酸盐水泥混凝土的配制 3 1 C 4 0超硫酸盐水泥混凝土配合 比设计 在了解改性磷石膏基S S C力学性能及作用机理的前提 下， 进行不同水胶比C 4 0 超硫酸盐水泥混凝土的工作性及力 学性能研究， C 4 0 超硫酸盐水泥混凝土的设计配合比见表5 。 表 5 C 4 0超硫酸盐水泥混凝土的试验配合比 3 2 C 4 0超硫酸盐水泥混凝土的配制和强度 测试结果 保持2 种超硫酸盐水泥混凝土坍落度在2 1 0 2 3 0 m m 、 扩 展度均在5 5 0 m m以上， 其抗压强度测试结果见表6 。 由 表6 可见， 随着水胶比的 增大， 2 种超硫酸盐水泥混凝 土的抗压强度均呈下降趋势； 相同水胶比、 相同龄期时， 使用 S S C 一 1 与S S C 一 2 超硫酸盐水泥的混凝土早期强度差异较大， A 1 A 3 各试样早期( 3 d ) 强度发展最低， 仅有4 8 M P a ； 而C 1 一 表 6 2种超硫酸盐水泥混凝土的抗压强度 C 3 各试样早期( 3 d ) 强度均在2 0 M P a以上； 至7 d时， A 1 A 3 强度也均低于C 1 C 3同水胶比试样同龄期强度约 1 0 M P a ； 2 8 d 强度差别不大， 均在5 4 - 4 6 2 9 M P a 。 4 结语 在研究原样磷石膏与改性磷石膏制备的超硫酸盐水泥力 学性能及水化机理的基础上， 用改性前后的超硫酸盐水泥制 备出工作性良 好、 强度发展合格的C 4 0 超硫酸盐水泥混凝土。 ( 1 ) 改性磷石膏有利于超硫酸盐水泥各龄期强度的发展， 相对于原样磷石膏制备的超硫酸盐水泥体系，各龄期强度提 高均在5 8 M P a 。采用改性磷石膏S S C 一 2 试样的7 d 、 2 8 d 强 度分别达3 1 4 M P a 、 4 8 5 M P a ， 较采用原样磷石膏的S S C 一 1 试 样分别提高了6 7 M P a 、 6 4 M P a 。 ( 2 ) 浆体水化产物相及孔结构分析结果显示： 超硫酸盐水 泥硬化浆体体系主要是钙矾石、 水化硅酸钙等产物交错成的 网 状结 构， 其中 改性石膏基超硫酸盐 水泥硬化浆体形成了 更 多的水化产物， 小于5 0 n m的孔分布明显增多， 孔隙率更小， 结构更加致密。 ( 3 ) 超硫酸盐水泥制备的C 4 0混凝土具有优良的拌合物 性能和较好的强度发展，其中改性磷石膏基超硫酸盐水泥混 凝土3 d强度均在 2 0 M P a以上， 7 d强度在3 6 1 4 0 9 M P a ， 各龄期强度均高于原样磷石膏超硫酸盐水泥混凝土，是一种 符合强度发展和环保要求的绿色高性能混凝土。 参考文献： 【 1 】 G r u s k o v n j a k A ， L o t h e n b a c h B， Wi n n e f e l d F ， e t o L H y d r a t i o n m e c h a n i s ms o f s u p e r s u l p h a t e d s l a g c e me n t J C e m e n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 0 8， 3 8( 7 )： 9 8 3 9 9 2 2 】 张克， 钱觉时 ， 苏柳铭， 等 石膏种类对水泥应用性能 的影响 J 】 材 料 导报 ， 2 0 1 2 ， 2 6( 2 ) ： 6 1 6 4 【 3 工业和信息化部 工 业和信息化部 关于工业副产石膏综合利用的 指 导意见 R 2 0 1 1 ( 下转第 5 9页) N E W BUl L Dl NG M ATE Rl AL S 3 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 董健苗， 等： 剑麻纤维增强矿粉一 粉煤灰水泥基砌块力学性能的研究 2 2 1 剑麻纤维掺量对于抗折强度的影响 从图2 可以看出，在长度分别为 1 O 、 2 0 、 3 0 m m的条件 下， 剑麻掺量为0 5 k g C m 的试件2 8 d 抗折强度较空白样分别 提高了3 7 9 9 、 5 7 4 6 、 3 8 4 1 ； 剑麻掺量为 1 0 k g m s 的试件 2 8 d 抗折强度分别提高了5 2 8 5 、 5 7 5 2 、 3 0 7 4 ； 剑麻掺量 为 1 5 k g m 的试件 2 8 d抗折强度分别提高了3 7 5 1 、 5 7 3 4 、 5 7 9 4 ； 剑麻掺量为2 0 k g m 3 的试件 2 8 d 抗折强度 分别提高了5 1 3 5 、 6 7 7 7 、 4 9 6 1 。 由以上分析可知， 随着剑麻纤维掺量的增加， 试件的抗 折强度总体是上升的， 但是剑麻纤维掺量的增加对于试件强 度的提高呈逐渐放缓的趋势， 并且使得成本快速增加。 实际生 产中应根据工程实际或产品需求来调整剑麻纤维的掺量。 2 2 2 剑麻纤维长度对于抗折强度的影响 从图2 可以看出， 剑麻纤维长度为1 0 m m的试件相对空 白样的2 8 d 抗折强度分别提高了3 7 9 9 、 5 2 8 5 、 y 5 1 、 5 1 3 5 ； 长度为2 0 m m的 试件2 8 d 抗折强度分别提高了5 7 4 6 、 5 7 5 2 、 5 7 3 4 、 6 7 7 7 ； 长度为3 0 m m的试件2 8 d 抗折强 度分别提高了3 8 4 1 、 3 0 7 4 、 5 7 9 4 、 4 9 6 1 。 综合比较得 出2 0 m m长度的 剑麻纤维比1 0 m m和3 0 m m的 剑麻纤维有 着更高而且较为稳定的提高幅度。 大量试验证明， 纤维长度太短， 粘结面积过小， 容易从基 体中拔出而破坏， 不能充分发挥纤维的强度优势； 较长的纤维 增强增韧以及阻裂效果较为明显，这是因为在相同的粘结强 度下， 长度较大的 纤维与基体接触面积较大， 因 而有较好的 粘 结性能； 但是纤维长度太大， 易导致纤维拌合不均匀， 而出现 结团现象， 影响拌和工作性闼 。在工程应用中应选择适当长度 的纤维，在本试验的条件下， 2 0 m m的 剑麻纤维是最适合矿 粉一 粉煤灰水泥基砌块的长度。 2 3 折压 比对 比研究 根据G B 5 0 5 7 4 -2 0 1 0 的要求， 强度等级为M U 3 0 的承重 砖2 8 d 折压比应不小于0 1 6 。本试验空白样2 8 d 折压比为 0 1 2 ，未能符合该规范要求，而利用剑麻纤维进行增强的矿 粉一 粉煤灰水泥基砌块 2 8 d 折压比全部超过了O 1 6 ，可见利 用剑麻纤维来改善矿粉一 粉煤灰水泥基砌块的折压比以满足 规范要求是可行的。 3 结论 ( 1 ) 剑麻纤维作为一种廉价可再生的天然植物纤维与混 凝土具有良 好的粘结性能，其优异的力学性能可改善水泥的 抗折性能， 进而满足规范对于承重砖折压比的要求。 ( 2 ) 剑麻纤维的掺入对于矿粉一 粉煤灰水泥基砌块的抗 压强度并无明显的影响， 增幅与降幅均在 8 以内， 故可以忽 略其对于砌块抗压强度的影响。 ( 3 ) 剑麻纤维在较低掺量( 1 0 k g m s ) 时即可显著提升水 泥基砌块的抗折性能， 在进一步增加剑麻纤维掺量时， 试件抗 折强度可进一步提升， 但增幅放缓， 故应根据成本要求以及工 程的实际 需要来确定剑麻纤维的掺 量。 ( 4 ) 剑麻纤维的长度对于矿粉一 粉煤灰水泥基砌块抗折 强度的增幅以及增长的稳定性有影响， 在本试验的条件下， 2 0 m m为剑麻纤维的较佳长度。 参考文献： 1 】1 胡曙光 先进水泥 基复合材 料【 M】 北京 ： 科学 出版社， 2 0 0 9 【 2 】 沈荣熹 ， 王璋水 ， 崔玉忠 纤 维增 强水泥与纤维增强混凝土 M】 北 京： 化学工业出版社 ， 2 0 0 6 A ( 上接第 3 7页) 4 N u r h a y a t D e g i r me n c i U t i l i z a t i o n o f p h o s p h o g y p s u m a s r a w a n d c a l c i n e d m a t e r i al i n ma n u f a c t u r i n g o f b u i l d i n g p r o d u c t s【 J 1 C o n s t r u c t i o n a n d Bu i l di n g Ma t e r i als ， 2 0 08 ， 2 2： 1 8 5 7 -1 8 62 【 5 】 Ma n j i t S i n g h T r e a t i n g w a s t e p h o s p h o g y p s u m f o r c e m e n t a n d p l a s t e r ma n u f a c t u r e J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 2 ， 3 2 ： 1 0 3 31 0 3 8 【 6 Ma n j i t S i n g h ， Mfi d u l Ga r g Ma k i n g o f a n h y d fi t e c e me n t f r o m w a s t e g y p s u m 【 J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 0 ， 3 0： 5 7 1 - 5 7 7 7 李东旭， 吴学权 石膏种类对矿渣水泥性能的影响【 J 水泥工程， 1 9 9 9( 1 )： 1 6 1 9 8 崔素萍， 顾雪慈 ， 王子 明， 等 石 膏种类对硅 酸盐水泥性能的影 响 叨 水泥技术 ， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 2 9 3 2 【 9 】 Wu N al k T R P r o p e r t i e s o f c o n c r e t e p r o d u c e d f r o m mu l t i - e o m p o n e n t b l e n d e d c e m e n t J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e ar c h ， 2 0 0 2 ， 3 2( 1 2 ) ： 1 2 3 7 1 9 4 2 A N E W B UI L DI NG MAT E R I AI 5 5 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m