引言

硅酸鹽水泥中摻入石膏是調(diào)控水泥凝結(jié)時(shí)間的重要措施，但是在有的地區(qū)，石膏儲(chǔ)量低或者品質(zhì)差(如脫硫石膏中氯離子含量過(guò)高)，制約了硅酸鹽水泥的生產(chǎn)。采用其他材料替代石膏調(diào)控硅酸鹽水泥的凝結(jié)時(shí)間，制備無(wú)石膏硅酸鹽水泥是解決此類問(wèn)題的途徑之一。無(wú)石膏水泥具有獨(dú)特的性質(zhì)，也可做特殊用途，如用木質(zhì)素磺酸鈣-碳酸氫鈉混合物替代石膏制備的硅酸鹽水泥，可以降低水泥標(biāo)稠需水量，并有利于提高與萘系外加劑的適應(yīng)性。無(wú)石膏水泥還可用于固化處理Pb2+、Cr⁴、CI等有害離子。但采用其他化學(xué)組分完全取代石膏制備的無(wú)石膏水泥，存在水化產(chǎn)物與普通硅酸鹽水泥差異大，質(zhì)量不穩(wěn)定，成本過(guò)高等弊端，在 生產(chǎn)中無(wú)法推廣應(yīng)用，其研究目前較少。而除了無(wú)石膏水泥，采用少加石膏，利用緩凝劑調(diào)節(jié)緩凝效果，制備緩凝劑少石膏水泥(retarder low gypsum cement，RLGC)，可以在不改變水泥水化產(chǎn)物種類的基礎(chǔ)上，對(duì)其性能進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足缺石膏或石膏品質(zhì)差地區(qū)水泥生產(chǎn)的需要，但目前有關(guān)此 方面的研究還鮮有報(bào)道。

通過(guò)試驗(yàn)制備了性能滿足GB 175-2007標(biāo)準(zhǔn)要求的緩凝劑少石膏硅酸鹽水泥，采用緩凝劑少石膏水泥和P·O 42.5R水泥分別配制C40混凝土，對(duì)其流動(dòng)性、強(qiáng)度和耐久性進(jìn)行了對(duì)比分析，為緩凝劑少石膏水泥的應(yīng)用提供借鑒。

1.1 原材料及配合比

所用水泥為自制緩凝劑少石膏水泥(RLGC)和冀東海德堡(涇陽(yáng))水泥有限公司生產(chǎn)的P·O 42.5R水泥，其化學(xué)組成和性能分別見(jiàn)表1和表2。

混凝土所用石子為1~3碎石，砂為Ⅱ區(qū)中砂，減水劑為陜西科之杰新材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸減水劑。

為對(duì)比兩種水泥對(duì)混凝土性能的影響，分別拌制C40混凝土，配合比見(jiàn)表3。

1.2 試驗(yàn)方法

混凝土坍落度和擴(kuò)展度按GB/T50080-2016測(cè)試，混凝土抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度按GB/T50081-2002測(cè)試，混凝土碳化和電通量實(shí)驗(yàn)按GB/T50082-2009測(cè)試。

采用日立SU8010型掃描電鏡(SEM)觀察不同齡期試樣的微觀形貌。

2.1 水泥性能

緩凝劑少石膏水泥(RLCC)與P·O 42.5R水泥性能的比較在表2中列出。從表2可以看出，RLGC水泥的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間略有提前，與P·O 42.5R水泥非常接近。

而RLGC水泥的3d和28d抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均比P·O 42.5R水泥低，但兩者相差不大。同時(shí)，兩種水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量基本相同，安定性均合格。由此可以看出，所配制的RLGC水泥各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合GB 175-2007標(biāo)準(zhǔn)的要求，可以用于混凝土的配制。

2.2 混凝土拌合物流動(dòng)性

采用RLGC水泥和P·O 42.5R水泥分別拌制混凝土，測(cè)定混凝土拌合物的初始和60min的坍落度和擴(kuò)展度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1和圖2。

從圖1可以看出，RLGC水泥配制的混凝土初始坍落度比P·O 42.5R水泥配制的混凝土略低，但是60min時(shí)，其坍落度保留值高于P·O 42.5R水泥拌制的混凝土。從圖2中也可看出，RLGC水泥配制的混凝土初始擴(kuò)展度與P·O 42.5R配制的混凝土基本相同，但是60min時(shí)，其擴(kuò)展度保留值高于P·O 42.5R水泥拌制的混凝土。這說(shuō)明RLGC水泥具有更好的流動(dòng)性保持能力。分析其原因，可能是由于RLGC水泥石膏含量較低，因此早期生成的鈣礬石數(shù)量少，而生成鈣礬石時(shí)需要結(jié)合大量的結(jié)晶水(每個(gè)分子含有32個(gè)結(jié)晶水71)；另一方面，RLGC水泥中本身含有緩凝成分，可以延緩初期水泥的水化，也具有提高流動(dòng)度保持能力的作用。

2.3 混凝土強(qiáng)度

用RLGC水泥和P·O 42.5R水泥配制混凝土，成型立方體混凝土試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7d、28d和60d后，分別測(cè)試抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

從圖3可以看出，RLGC水泥配制的混凝土7d、28d和60d抗壓強(qiáng)度均低于P·O 42.5R水泥配制的混凝土。7d抗壓強(qiáng)度偏低8.9%，但28d和60d兩種水泥配制混凝土的抗壓強(qiáng)度差距逐漸縮小。這是由于RLGC水泥中含有一定的緩凝組分，與減水劑存在協(xié)同效應(yīng)，會(huì)延緩水泥的早期水化，使混凝土的早期強(qiáng)度降低，而后期隨著水化程度的不斷發(fā)展，新形成的水化硅酸鈣凝膠數(shù)量不斷增多，兩者的強(qiáng)度逐漸接近。

2.4 混凝土耐久性

滲透性和抗凍性是反映混凝土耐久性能的重要指標(biāo)。分別測(cè)試RLGC水泥和P·O 42.5R水泥配制混凝土的電通量和130次凍融循環(huán)質(zhì)量損失率，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4可以看出，與P·O 42.5R水泥相比，RLGC水泥配制混凝土的電通量至稍有增大，但均加幅度為16%，說(shuō)明其抗離子滲透性略差。從表4還可以看出，與P·O 42.5R水泥相比，RLGC水泥配制混凝土130次凍融循環(huán)質(zhì)量損失率略有稍大，說(shuō)明其抗凍性也略差。因此，RLGC水泥在用于有抗離子滲透性要求和抗凍性要求的工程時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎使用。

對(duì)RLGC水泥和P·O 42.5R水泥配制的混凝土，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后，分別測(cè)定不同碳化時(shí)間的碳化深度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

從圖4可以看出，碳化時(shí)間7d時(shí)，RLGC水泥配制的混凝土碳化深度明顯高于P·O 42.5R水泥配制的混凝土。但碳化時(shí)間為14d和28d時(shí)，兩者的碳化深度差異顯著縮小，最終趨于相同。說(shuō)明RLGC水泥配制的混凝土早期抗碳化能力較差。

孔結(jié)構(gòu)是影響混凝土耐久性的重要因素，測(cè)定水化RLGC水泥和P·O 42.5R水泥制備水泥凈漿試件7d和60d的掃描電鏡照片，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

從圖5可以看出， RLGC水泥石7d時(shí)孔隙數(shù)量明顯多于P·O 42.5R水泥石，而到60d時(shí)兩者密實(shí)度差異不大。這是因?yàn)镽LGC水泥中的緩凝組分使混凝土早期水化延緩，因此早期結(jié)構(gòu)中孔隙增多，使環(huán)境中的二氧化碳和水分更容易滲入混凝土內(nèi)部較深的地方，因此導(dǎo)致混凝土早期碳化值顯著增大。而隨著水泥礦物成分的不斷水化，新生成的水化硅酸鈣等水化產(chǎn)物不斷堵塞毛細(xì)孔隙，同時(shí)，已經(jīng)碳化部分形成的碳酸鈣也會(huì)堵塞混凝土中未完全充滿水的毛細(xì)孔隙，這兩方面的原因使碳化速度減慢，最終與對(duì)比混凝土試件的碳化速度趨于相同。

通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)研究了RLGC水泥與P·O 42.5R水泥對(duì)混凝土拌合物性能、力學(xué)性能和耐久性影響的差異，從研究中可以得到以下結(jié)論：

(1)RLGC水泥對(duì)混凝土拌合物初始流動(dòng)性影響不大，但60min時(shí)具有更高的坍落度和擴(kuò)展度保留值；

(2)與P·O 42.5R水泥混凝土相比，RLGC水泥配制的混凝土7d抗壓強(qiáng)度偏低，但不到10%，隨著齡期發(fā)展，兩者抗壓強(qiáng)度差距逐漸縮小，60d時(shí)RLGC水泥混凝土的抗壓強(qiáng)度已經(jīng)接近P·O 42.5R水泥混凝土；

(3)RLGC水泥配制的混凝土滲透性和抗凍性與P·O 42.5R水泥混凝土差異不大，碳化7d時(shí)碳化深度顯著高于P·O 42.5R水泥混凝土，但碳化時(shí)間超過(guò)14d后，兩者碳化深度趨于相同。

作者：楊勇1，張林1，伍勇華2，齊昭棟2，姜春英1

所屬：1冀東海德堡(涇陽(yáng))水泥有限公司；2西安建筑科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

來(lái)源：《中國(guó)水泥》

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