徐惠

摘 要：超膠凝水泥的應(yīng)用領(lǐng)域是商品混凝土。研究超膠凝水泥-普通水泥、超膠凝、水泥-粉煤灰-普通水泥和超膠凝水泥-礦粉-普通水泥三種體系的砂漿抗折和抗壓強(qiáng)度。并采用超膠凝水泥配制不同膠凝材料的混凝土，研究其坍落度和強(qiáng)度變化規(guī)律，為其工業(yè)化應(yīng)用提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：超膠凝水泥；宏觀；性能

水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法按照 ISO法GBT 17671-2005。膠凝材料與標(biāo)準(zhǔn)砂的比 1：3，水膠比為 0.5，研究三種體系的水泥砂漿強(qiáng)度。其中，超膠凝水泥選用A-Ⅲ水泥和 B-Ⅲ水泥，分別縮寫為 A 和 B。在普通水泥中按照不同比例添加超膠凝水泥后，制備的砂漿的3d、7d和28d抗折和抗壓強(qiáng)度均有所上升，如圖 6-1所示。超膠凝水泥迅速與拌合水發(fā)生反應(yīng)，漿體中的水大量減少，水泥顆粒之間的間距減小，水化產(chǎn)物迅速匯合，密實(shí)度大大提高，抗壓強(qiáng)度大大提高。分析原因如下：一、與普通水泥顆粒相比，超膠凝水泥顆粒中的水泥顆粒較細(xì)，整個漿體的活性結(jié)點(diǎn)增多并能與水充分接觸反應(yīng)，早期水化速度越快，強(qiáng)度有所提高；二、含有惰性的微研磨介質(zhì)，漿體中膠凝材料的比例減少，與其反應(yīng)的自由水比例增大，水泥顆粒能夠充分水化；三、微研磨介質(zhì)微細(xì)，能夠形成晶核，并能聚集或吸收水泥部分水化產(chǎn)物Ca（OH）2，生成C-S-H凝膠，使Ca（OH）2晶體生長受到限制并細(xì)化；四、微研磨介質(zhì)制備的超膠凝水泥的水化產(chǎn)物填充在界面，會改善砂漿的孔結(jié)構(gòu)，使強(qiáng)度有所提高。隨著超膠凝水泥摻量增大，抗折和抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)凸曲線變化趨勢，當(dāng)摻量達(dá)到 50%時，強(qiáng)度有所下降。分析其原因，超膠凝水泥含有更多的微研磨介質(zhì)，造成超膠凝水泥的水灰比增大，后期強(qiáng)度降低。

隨超膠凝水泥的摻量的增加逐漸增加，砂漿強(qiáng)度比粉煤灰水泥提高，甚至超過普通水泥。28d、56d 抗壓強(qiáng)度均超過普通水泥，且隨超膠凝水泥摻量的增加逐漸增大。早期強(qiáng)度增加的原因，主要是超膠凝水泥替代普通水泥，一方面使水泥水化程度增加，另一方面超膠凝水泥引入一部分微研磨介質(zhì)，使與水泥反應(yīng)的水相對增大。對比三種水泥：普通水泥（C）、超膠凝水泥（S）和磷酸鎂水泥（M）的重金屬鉛的固化性能。硝酸鉛（Pb（NO3）2），分析純，無色結(jié)晶，含量≥99.0%，強(qiáng)氧化性，有毒，具刺激性。普通水泥和超膠凝水泥，固定水灰比0.3。超膠凝水泥和磷酸鎂水泥均比普通硅酸鹽水泥凝結(jié)快、早期強(qiáng)度高、黏結(jié)力強(qiáng)。磷酸鎂水泥采用重?zé)难趸V，棕黃色，比表面積213m2/kg。（a）普通水泥摻硝酸鉛水化 3d 的水化產(chǎn)物 XRD 圖譜。隨著普通水泥中硝酸鉛的摻量增加，水化產(chǎn)物中的Ca（OH）2的衍射峰的峰值隨之降低。分析其原因[166-168]：一是硝酸鉛能與水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)Pb（OH）2，此時水泥漿體呈堿性，Pb（OH）2的溶解度在堿性環(huán)境中會升高；二是C-S-H 在堿性條件下對溶解態(tài) Pb2+的吸附很強(qiáng)，Pb（OH）2會在水泥顆粒表面形成一層不透水層，阻礙或延緩水泥的水化。隨著水硝酸鉛摻量的增加，抑制了水泥的水化，延緩了AFt 的生成，水化產(chǎn)物中AFt 的峰（10°左右）有降低。 觀察超膠凝水泥摻硝酸鉛水化3d的水化產(chǎn)物XRD圖譜。隨著超膠凝水泥水化產(chǎn)物中的 Ca（OH）2和 AFt 的衍射峰的峰值，隨硝酸鉛的摻量增加而降低。分析其原因：一是水泥水化產(chǎn)生 Ca（OH）2，漿體呈堿性，硝酸鉛能與Ca（OH）2發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn) Pb（OH）2，Pb（OH）2的溶解度在堿性環(huán)境中會增大；二是C-S-H在堿性條件下對溶解態(tài)Pb2+的吸附很強(qiáng)，Pb（OH）2會吸附在水泥顆粒表面形成不透水層，阻礙或延緩水泥的水化，延緩了AFt 的生成，水化產(chǎn)物中AFt的峰值降低。在相同硝酸鉛摻量條件下，超膠凝水泥的Ca（OH）2峰值比普通水泥的Ca（OH）2峰值大，說明在外界環(huán)境相同情況下超膠凝水泥的水泥水化越充分。

在不同摻量的硝酸鉛對磷酸鎂水泥水化影響不大。磷酸鎂水泥的反應(yīng)機(jī)理實(shí)質(zhì)是酸堿中和反應(yīng)[165]。當(dāng)磷酸鎂水泥與水混合后，MgO顆粒溶于水后生成Mg2+ KH2PO4在水中迅速溶解并離子化生成 K+、H+和 PO43-，Mg2+與 K+及 PO43-反應(yīng)生成鎂磷酸鹽絡(luò)合物水化凝膠（MgKPO4·6H2O）。分析不同種類的水泥水化 3d 的水化產(chǎn)物的 SEM 照片，普通水泥的水化產(chǎn)物很少，部分顆粒表面生成了一些短小的簇狀 C-S-H 凝膠和針狀鈣礬石。與C-0 的相比，摻硝酸鉛后，水化產(chǎn)物尺寸減小。膠凝水泥水化漿體中含有的氣孔明顯減少，結(jié)構(gòu)致密，存在大量 C-S-H 凝膠和針狀的鈣礬石晶體 C-S-H 凝膠填充于水泥顆粒之間的空隙，細(xì)小針狀的鈣礬石晶體結(jié)晶相互交聯(lián)呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)如圖。摻硝酸鉛的超膠凝水泥水化產(chǎn)物的針狀物明顯減。未摻加硝酸鉛的磷酸鎂水泥組水化產(chǎn)物呈有少量的呈六方的規(guī)則的結(jié)晶體，晶體平均大小約為0.3μm寬，1.3μm長，水化產(chǎn)物有很多空隙存在 6-5（e）。摻硝酸鉛的M-Pb1 水泥試塊水化產(chǎn)物表面變得不規(guī)則，呈現(xiàn)針狀物如圖6-5（f）。分析不同種類的水泥抗壓強(qiáng)度如圖6-6所示，三種水泥的 3d、7d和28抗壓均隨硝酸鉛摻量的增加而降低，但都大于 25MPa 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于危險廢棄物填埋的抗壓強(qiáng)度（5MPa）。在普通水泥和超膠凝水泥中與水化產(chǎn)生的Ca（OH）2，溶液呈堿性，硝酸鉛與Ca（OH）2發(fā)生反應(yīng)，生成Pb（OH）2，在堿性環(huán)境 Pb（OH）2的溶解度會升高。

根據(jù)超膠凝水泥配制的砂漿，研究了超膠凝水泥對界面過渡區(qū)的影響。分析超膠凝水泥應(yīng)用于不同體系的混凝土，對于減少單位體積水泥用量，保證混凝土的工作性能和力學(xué)性能，對水泥行業(yè)節(jié)能減排發(fā)揮重要的作用。通過水泥進(jìn)行加工，提高水泥的膠凝效率，減少高資源、能源消耗、高碳排放的水泥工業(yè)熟料的用量，改善混凝土界面過渡區(qū)，提升混凝土耐久性。水泥超膠凝化低碳制備技術(shù)，有顯著的節(jié)能減排效果、其高性能和耐久性的保證和提升是事關(guān)國家戰(zhàn)略可持續(xù)發(fā)展的重大課題。 1、超膠凝水泥迅速與拌合水發(fā)生反應(yīng)，漿體中的水分大量減少，水泥顆粒之間的間距減小，水化產(chǎn)物迅速匯合，密實(shí)度大大提高，水化產(chǎn)物之間存在化學(xué)鍵，抗壓強(qiáng)度大大提高。A 組 3d、7d 和 28d 抗折和抗壓強(qiáng)度分別分別比普通水泥提高 10.86%、7.22%、6.53%、23.82%、12.59%和 12.16%。B 組 3d、7d 和28d 抗折和抗壓強(qiáng)度分別比普通水泥提高 11.03%、7.50%、4.31%、17.81%、11.24%和9.37%。 2、隨超膠凝水泥的摻量的增加逐漸增加，砂漿強(qiáng)度比普通水泥-粉煤灰、普通水泥-礦粉提高，甚至超過普通水泥。28d、56d抗壓強(qiáng)度均超過普通水泥，且隨超膠凝水泥摻量的增加逐漸增大。 3、力學(xué)性能相近的情況下，單位體積混凝土中，采用方案 CK1 取代現(xiàn)有配合比CK0，超膠凝水泥摻量為8.33%，水泥用量減少30.00%；采用方案CF2 取代現(xiàn)有配合比CF0，超膠凝水泥摻量為16.67%，水泥用量減少 25.00%；采用方案CFK2 取代配合比 CFK0，超膠凝水泥摻量為 8.33%，水泥用量減少30.00%。 4、對比普通水泥和磷酸鎂水泥，研究超膠凝水泥對重金屬硝酸鉛的固化研究，超膠凝水泥的顆粒比普通水泥的小，比表面積大，金屬離子可能吸附在超膠凝水泥表面，浸出毒性明顯比普通水泥的低。超膠凝水泥的浸出毒性與磷酸鎂水泥的接近。