氧化钙类膨胀剂对水泥浆体变形的影响

1本科学生毕业论文（设计）氧化钙类膨胀剂对水泥浆体变形的影响系别_____化学与材料科学系_____专业___无机非金属材料科学工程届别__2011届学生姓名__________李振_____________学号_________07004102__________指导老师李红职称________高级工程师________2完成时间2011年5月10日摘要摘要：水泥浆体由于水泥中游离氧化钙水化会导致体积膨胀。研究发现，浆体的体积膨胀除与f.CaO的含量和活性有关外，还与浆体的结构和性能密切相关，f.CaO水化形成Ca（OH）2时，不仅固体体积增加，而且空隙体积也增加。f.CaO在浆体硬化结构形成后水化，且其水化产物成堆积时才会导致浆体体积膨胀。关键词：游离氧化钙，水化，水泥浆体，体积膨胀Abstract：Hydrationoflimeoftenleadstoavolumetricexpansionofcementpastes.Theresearchresultsindicatethatthisexpansioncorrespondsnotonlywiththecontentandreactivityoffreelimebutalsowiththestructureandperformanceofpastes.TheformationofCa（OH）2bythehydrationoffreelimeresultsintheincreaseenthesolidvolumeasinthevoidvolume.Onlywhenthehydrationoffreelimetakesplaceaftertheformationofpastesstructureandtheportlanditehydrateaccumulateleadtoavolumetricexpansionofthepaste.Keywords：freelime,hydration,paste,volumetric,expansion3氧化钙类膨胀剂对水泥浆体变形的影响李振巢湖学院化学与材料科学系.安徽巢湖238000摘要：水泥浆体由于水泥中游离氧化钙水化会导致体积膨胀。研究发现，浆体的体积膨胀除与f.CaO的含量和活性有关外，还与浆体的结构和性能密切相关，f.CaO水化形成Ca（OH）2时，不仅固体体积增加，而且空隙体积也增加。f.CaO在浆体硬化结构形成后水化，且其水化产物成堆积时才会导致浆体体积膨胀。关键词：游离氧化钙，水化，水泥浆体，体积膨胀Abstract：Hydrationoflimeoftenleadstoavolumetricexpansionofcementpastes.Theresearchresultsindicatethatthisexpansioncorrespondsnotonlywiththecontentandreactivityoffreelimebutalsowiththestructureandperformanceofpastes.TheformationofCa（OH）2bythehydrationoffreelimeresultsintheincreaseenthesolidvolumeasinthevoidvolume.Onlywhenthehydrationoffreelimetakesplaceaftertheformationofpastesstructureandtheportlanditehydrateaccumulateleadtoavolumetricexpansionofthepaste.Keywords：freelime,hydration,paste,volumetric,expansion引言经典的文献中常认为，高温死烧的f.CaO结构致密，水化速度慢，往往在加水数天后才水化，由于f.CaO水化生成Ca（OH）2时固相体积增加，因而导致浆体体积膨胀，把浆体体积膨胀全部归因于固相体积增加。实际上，石灰水化时外观体积增大的机理迄今仍未有定论，还需要进一步实践和研究[1]。显然，水泥中f.CaO的水化远比石灰-水体系复杂得多。大量的实验也已表明，混凝土中水泥水化时游离石灰就释放出来，事实上水泥中的f.CaO并不总是造成安定性不良[2]。对f.CaO的膨胀机制更需要进一步广泛深入的研究。本文试验研究了硬化水泥浆体由于水泥中f.CaO水化所产生的体积膨胀，分析探讨了f.CaO水化导致体积膨胀的机制，旨在掌握f.CaO的本征特性和更好地利用这一潜在活性矿物实现水泥材料的设计和改性，以及防止和减少因之引起的工程质量事故绪论膨胀剂最初主要应用于水泥浆体的修补、灌浆和刚性结构自防水!现在已逐步推广到大体积结构混凝土的防裂、抗渗、超长结构无缝设计施工、高性能混凝土以及大型水利工程!因4使用条件发生了很大的变化!产生的大量水化热将导致膨胀剂的水化特点、膨胀量、膨胀速率、水化产物的稳定性等性能发生相应的改变。现代大体积混凝土或高层建筑的地下基础、墙体、屋盖等所处的环境、结构特点、引起的收缩因素差别较大!使用标准规定的膨胀剂是否合适是值得探讨的!探讨膨胀剂在不同环境下的膨胀特点是必要的。（一）实验内容1、试验方法原理本实验主要是通过研究水泥浆体由于水泥中fCaO水化所产生的体积膨胀，进而探讨了fCaO水化导致体积膨胀的机制，从而来说明氧化钙类膨胀剂对水泥浆体的影响。2、实验目的通过掌握氧化钙类膨胀剂的本征特性和更好的利用其特性实现水泥材料的设计和改性，以及防止和减少因之所引起的工程质量事故。3、主要原材料525硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣。其成分如下：试样LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOS03石灰石42.40.581.120.2954.550.02——粉煤灰4.5550.3031.058.682.190.970.69矿渣——32.4914.071.3242.155.031.00粉煤灰的品质指标如下：比表面积/㎡/kg45μm筛余量/％密度/g/c㎡需水量比/％28d抗压强度比/％563682.3091894、试验仪器高温炉、膨胀仪、膨胀自动测定仪5、试验步骤（1）先根据原料在高温炉内煅烧制取含高f.CaO的熟料。（2）制备净浆体。其规格为10㎜×10㎜×50㎜，有效长度为40㎜。（3）在标准养护制度下湿气养护6h后拆模。（4）移入膨胀仪内在水养护条件（20±2℃）下测量膨胀值。5（5）水泥胶沙的膨胀率参照GB751—81和JC313—82进行测定，胶砂试体规格为30㎜×30㎜×280㎜，有效长度为250㎜。试体经振捣成型、湿气养护24h脱模测定初始值。采用联合养护制度，先在20±2℃水中养护3d后改为湿气养护。养护龄期为1、3、7、14、28d和4个月。（6）记录并整理试验数据。6、注意事项注意实验室温度、养护箱的温度，以及养护的条件、净浆体的规格和膨胀率的参照标准。7、试验数据处理试验的数据主要是浆体的膨胀率和反应体系的体积变化，分别记录数据绘成表图的形式。（二）实验结果与讨论1、浆体的膨胀率水泥浆体的膨胀率的测定结果可以绘成图的形式把数据输入到上图中，可得到一下内容:无论水泥品种如何，过量fCaO的水化总会导致浆体体积膨胀，水泥中fCaO含量增大时，浆体的膨胀值也增.早期强度高的浆体，其早期粘结应力亦大，因而其膨胀率就低。多组分体系的混凝土中由于集料的存在，膨胀组分比例相对减少；集料与浆体间界面的存在，降低了体系内粒子相互间的粘结应力；此外，刚性集料在某种程度上又限制了浆体的膨胀；以及其它多种复杂因素的综合交互作用，可以导致混凝土与净浆膨胀行为的差别。从胶砂试体膨胀率曲线可知，胶砂试样的膨胀发展较慢，到28d[3]时膨胀才趋近定值，即使4个月后膨胀也几乎不再增加。但胶砂试样的膨胀规律与净浆完全一致，也是PFACPBSCPC。即使考虑试件的尺寸效应[4]，胶砂试样的膨胀值仍远低于净浆。因此可以断定，混凝土的膨胀值会更低，混凝土要获得显著膨胀需要更大量的过烧fCaO.2、反应体系的体积变化试验表明，无论是净浆还是砂浆，只要水泥中fCaO含量超过一定程度，浆体膨胀率％时间/d6必然产生宏观体积增加。水泥水化过程中，无水的熟料矿物转变为水化产物，固相体积总是逐渐增加，但体系的总体积却是不断减少的，CaO与水反应时，固相体积虽比反应前增加了97.92%，但就整个CaO-H2O体系来说，反应后绝对体积却是减少了4.51%，并没导致总体积增加[5]。水化后固相体积增加是所有熟料矿物的共性，并非CaO特有，但其它熟料矿物水化后一般不会产生体积膨胀。显然，fCaO水化引起水泥石膨胀并非仅是固相体积增加所为。从砂浆的孔结构研究可发现,fCaO含量高的浆体与一般低fCaO水泥的浆体相比，早期有相似的孔结构，28d时前者0.05μm左右的孔较多，3～10nm的孔较少。3～10nm的凝胶孔的减少可能就是CH晶体产生固相体积膨胀，使这部分孔的孔径增大，成为毛细孔[6].文献中常把fCaO水化引起体积膨胀归之于其在水泥石硬化后水化才导致固相体积增大。实际上，熟料矿物总有相当一部分是在水泥浆体硬化以后还在继续水化，但并不会产生外观体积膨胀，无破坏作用，而是起加固增强作用。显然，这取决于原始矿物的性质及其水化产物的形貌和结构。在水泥石中，部分水存在于毛细孔隙中。fCaO水化时，由于具有大的表面能，毛细孔中的水被吸附出来与之进行反应，形成Ca（OH）2。由于形成的Ca（OH）2晶体的形状和尺寸等因素，使得一些CH相无法进入原来水分子所占据的微小空间，导致fCaO水化时产生的体积变化实际上大于理论计算值，因而产生表观体积膨胀。（三）结论1、由高fCaO水泥浆体的膨胀除与fCaO的含量和活性有关外，还与硬化水泥浆体的结构和性能有关。在fCaO含量和活性相同时，不同品种水泥浆体的膨胀值不同。2、水化物固相体积增加是所有熟料矿物的共性，在水泥浆体硬化结构形成后水化也并非fCaO特有，水化导致水泥浆体体积膨胀与否与熟料矿物的本征性质及其水化产物的形状、结构等有关.3、fCaO水化导致浆体体积膨胀的主要原因是其反应产物在局部堆积并引起空隙体积增加，膨胀与Ca（OH）2晶体的尺寸、形貌、聚集情况、存在位置等有关。结束语本论文得以完成要感谢我的导师李红老师，她严谨认真的教学作风，积极向上的治学态度，都深深的影响了我，在我的论文的写作与试验中给了我很多无私的帮助与指导。在这里要深深的感谢。参考文献[1]袁润章，胶凝材料学.武汉：武汉工业大学出版社，1989.35[2]TThorvalson.Chemicalaspectsofdurabilityofcementproducts.In:Proceedingsofthe3rdInternationalSymposiumontheChemistryofCement.London,1952.436～466[3]施惠生，游离氧化钙对水泥性能的影响。水泥，1992，（10）：27～32[4]刘江宁，不同限制条件下膨胀混凝土变形行为、力学特性及微观结构的研究（博士论文）。北京：中国建筑材料科学研究院，1991[5]沈威，黄文熙，闽盘荣.水泥工艺学.武汉：武汉工业大学出版社，1991.317，216，1957[6]WKURDOWSKI.膨胀水泥.第七届国际水泥化学议论文集.北京：中国建筑工业出版社,1985.449～459