本文研究了硅灰對(duì)水泥凈漿性能的影響，并對(duì)28d水泥凈漿進(jìn)行了SEM分析。
1?試驗(yàn)材料及方法
采用的硅灰來(lái)自上海鐵合金廠:粒徑為0.5～1μm的占81.09%，SiO2含量為94.50%；水泥:32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，大連山水泥廠回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)，安定性合格。原材料化學(xué)成分見表1。
表1 原材料的化學(xué)成分 %
| 原材料 | SiO2 | MgO | Fe2O3 | CaO | Al2O3 | SiO2 | Loss | fCaO |
| 水泥 | 21.30 | 1.43 | 4.71 | 63.02 | 4.96 | 1.70 | 0.40 | 2.48 |
| 硅灰 | 94.50 | 0.97 | 0.83 | 0.54 | 0.27 | 1.90 |
水泥凈漿強(qiáng)度試驗(yàn)使用:2cm×2cm×2cm凈漿試體，固定用水量為27%。
2?試驗(yàn)結(jié)果
2.1?硅灰對(duì)水泥凈漿性能的影響
硅灰對(duì)水泥凈漿抗壓強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間的影響見表2。從表2可見，摻硅灰的水泥凈漿3d抗壓強(qiáng)度隨硅灰摻量的增加逐漸下降，且低于對(duì)比水泥凈漿；28d、90d抗壓強(qiáng)度都接近甚至超過對(duì)比水泥凈漿的強(qiáng)度，且隨硅灰摻量的增加逐漸增大。硅灰的摻入使得凝結(jié)時(shí)間稍有增加。
表2 硅灰對(duì)水泥凈漿抗壓強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間的影響
| 硅灰摻量/% | 抗壓強(qiáng)度/MPa | 初凝時(shí)間/(h:min) | 終凝時(shí)間/(h:min) | ||
| 3d | 28d | 90d | |||
| 0 | 47.29 | 83.22 | 90.70 | 3:10 | 4:56 |
| 2.5 | 46.49 | 82.79 | 89.98 | 3:20 | 5:18 |
| 5 | 45.33 | 92.73 | 93.12 | 3:12 | 5:06 |
| 10 | 43.43 | 95.08 | 98.01 | 3:20 | 5:09 |
早期強(qiáng)度隨摻量增加而降低，是由于硅灰替代水泥，使水泥礦物的相對(duì)數(shù)量減少；但是，由于硅灰極其微細(xì)，具有高火山灰活性，能吸收水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2，生成C-S-H凝膠，使Ca(OH)2晶體生長(zhǎng)受到限制，晶粒細(xì)化，而且硅灰水化產(chǎn)物填充在界面，改善孔結(jié)構(gòu)，使28d強(qiáng)度能趕上或超過對(duì)比水泥凈漿的強(qiáng)度。但是，28d到3個(gè)月強(qiáng)度的增長(zhǎng)幅度，摻有硅灰的不如對(duì)比水泥凈漿大，這主要由于硅灰的活性高，28d時(shí)基本反應(yīng)完全，或被水化凝膠產(chǎn)物包裹，故后期對(duì)強(qiáng)度增長(zhǎng)幾乎沒有貢獻(xiàn)，而水泥礦物28d后仍然能夠繼續(xù)水化。
硅灰對(duì)水泥凈漿抗硫酸鹽、干縮率、抗碳化能力、抗凍性能的影響分別見表3～表6。
表3 水泥凈漿經(jīng)硫酸鹽侵蝕的抗壓強(qiáng)度 Mpa
| 硅灰摻量/% | 淡水 | 3%Na2SO4溶液 | 3%MgSO4溶液 | 模擬海水 |
| 0 | 54.88 | 46.24 | 41.90 | 36.38 |
| 2.5 | 60.03 | 48.39 | 48.08 | 42.96 |
| 5 | 62.22 | 55.00 | 50.86 | 44.71 |
注：模擬海水的組成為：2.7%NaCl+0.32%MgCl2+0.22%MgSO4+0.13%K2SO4，其余為水。
表4 水泥凈漿干縮率度驗(yàn)結(jié)果 %
| 硅灰摻量 | 7d | 14d | 21d | 28d |
| 0 | 0.13 | 0.25 | 0.27 | 0.28 |
| 2.5 | 0.11 | 0.23 | 0.25 | 0.27 |
| 5 | 0.11 | 0.22 | 0.24 | 0.25 |
表5 水泥凈漿抗碳化性能
| 硅灰摻量/% | 碳化抗壓強(qiáng)度/MPa | 水中養(yǎng)護(hù)抗壓強(qiáng)度/MPa | 抗碳化強(qiáng)度比/% |
| 0 | 42.20 | 47.92 | 88.1 |
| 2.5 | 45.07 | 49.60 | 90.9 |
| 5 | 46.18 | 50.12 | 92.1 |
表6 水泥凈漿抗凍性能
| 硅灰摻量/% | 凍融循環(huán)(50次)抗壓強(qiáng)度/MPa | 水中養(yǎng)護(hù)抗壓強(qiáng)度/MPa | 抗壓強(qiáng)度比/% |
| 0 | 47.32 | 56.09 | 84.4 |
| 2.5 | 50.54 | 59.90 | 84.3 |
| 5 | 53.40 | 62.30 | 85.7 |
從表3～表6可以明顯看到:硅灰的摻入對(duì)水泥抗硫酸鹽侵蝕、抗干縮、抗碳化、抗凍等性能都有一定幅度的提高，提高的幅度一般能夠達(dá)到10%～15%；而且硅灰的摻量越多，對(duì)水泥各種耐久性能的改善就越明顯。
2.2?微觀分析
水泥中摻入5%硅灰，對(duì)比不摻硅灰的水泥凈漿，水化28d，通過SEM進(jìn)行水化產(chǎn)物形貌的觀察和分析，結(jié)果分別見圖1和圖2。
圖1顯示，對(duì)比水泥凈漿水化28d后，水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)疏松，還存在沒有水化的水泥顆粒，而且出現(xiàn)大量生長(zhǎng)較大、規(guī)則排列的Ca(OH)2晶體；而在摻硅灰5%的水泥漿體(見圖2)中，水化產(chǎn)物呈凝膠狀，幾乎找不到結(jié)晶完整粗大鈣礬石和Ca(OH)2晶體；水化產(chǎn)物沒有固定的規(guī)則外形，尺寸極其細(xì)??；硬化體呈現(xiàn)整體化結(jié)構(gòu)，凝膠狀的水化產(chǎn)物并不獨(dú)立分散分布。
3?結(jié)論
1)在水泥中摻入2.5%、5%和10%的硅灰，其后期強(qiáng)度能趕上并超過對(duì)比水泥凈漿，摻量越大，增長(zhǎng)越明顯。
2)摻入2.5%、5%的硅灰對(duì)水泥凈漿抗化學(xué)侵蝕性能、抗干縮、抗碳化、抗凍性能等都有一定幅度的提高，而且硅灰摻量越大，對(duì)水泥的性能改善越明顯。
3)與對(duì)比水泥凈漿相比，摻入5%硅灰的水泥水化28d凈漿結(jié)構(gòu)致密，孔隙少，看不到大量明顯的晶體。
