碱激发矿渣粉煤灰水泥早期水化及收缩特性研究

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碱-激发胶凝材料具有早强高强、低水化热、耐酸碱腐蚀性好、抗氯离子腐蚀性强和抗渗抗冻性良好等特性,但也存在着诸如快凝、收缩大、易产生裂缝和可能潜在碱骨料反应危害等问题。其中由于收缩导致的混凝土开裂会影响耐久性,这也成为制约其应用和发展最主要的原因。碱-激发胶凝材料的水化和收缩性能受到胶凝组分的特性和激发剂的种类与掺量等多种因素的共同影响。而粉煤灰的加入对其水化发展历程和收缩变形特性都有很大影响。配比设计良好的碱-激发矿渣/粉煤灰水泥能在保证强度的同时降低费用并提高成型质量,但是目前对其水化和收缩特性的研究还不够系统。本文旨在针对Me2O–MeO–Me2O3–SiO2–H2O和Me2O–Me2O3–SiO2–H2O两个体系研究水玻璃模数、矿渣掺量和温度对碱-激发矿渣/粉煤灰水泥水化放热特性的影响,并对其进行动力学分析和表征;同时研究自收缩和干燥收缩的影响因素及其影响规律,探究最佳的减缩方式。研究结果表明:碱-激发矿渣/粉煤灰水泥在不同水化阶段的水化放热速率不同。水化初期矿渣和粉煤灰中的钙硅离子逐渐溶出,水玻璃则水解生成NaOH和Si(OH)4。当反应进行到0.5~6h时,第一个水化放热峰出现,温度越高,水化初期和第一个峰的出峰时间跨度越短。继续水化到1~12h,可能出现第二个水化放热峰。在相同的水化温度下,碱-激发矿渣/粉煤灰水泥的水化放热速率随着矿渣掺量的增多和水玻璃模数的增加而逐渐加快。水化动力学计算得出其表观活化能也随着配比的不同而呈现一定的变化规律。NaOH激发的矿渣/粉煤灰水泥自收缩相对较小,水玻璃激发的则较大,且在水玻璃模数为0.5~1.5范围内,随着水玻璃模数的增加,自收缩随之减小,变化速率也逐渐减慢。而在相同的水玻璃模数下,自收缩随着矿渣掺量的减少而减小。碱-激发矿渣/粉煤灰水泥的干燥收缩率随着矿渣掺量的增加而减小,随着水玻璃模数的增大而增大。指数函数式的回归方程对干缩随龄期变化的曲线的拟合较好,能有效预测不同龄期的干燥收缩率。随着矿渣掺量的减少,碱-激发矿渣/粉煤灰水泥56天内的质量损失不断增大。NaOH激发的矿渣/粉煤灰水泥的干缩值和质量损失呈线性关系,且矿渣掺量越大,直线的斜率越大。掺氧化烯醇类的减缩剂对减少碱-激发矿渣/粉煤灰水泥砂浆干燥收缩的效果明显,而氧化镁膨胀剂的减缩效果稍差。
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