冯波等：粉煤灰改性高水材料力学性能试验研究及机理分析 ·1193· Al203的活性较强，其二次水化反应将会争夺CaSO,· 大倍数下的电镜扫描图.由以上物相分析可知，掺 2H,0水化反应中的Ca(0H)2,导致CaS04·2H20 杂粉煤灰前后高水材料的主要物相均为钙矾石，从 水化反应将会严重受阻，因而钙矾石的生成量减少， 图11中可以清晰地看出钙矾石的微观形貌是枝柱 所以表现为钙矾石衍射峰逐渐减弱.由于钙矾石决 状和枝网状结构，且相互搭界，交错无序，正是由于 定高水材料力学性质的主要矿物[4-6)，因此钙矾石 钙矾石晶体支柱之间的相互搭接形成的这种类似 的生成量减少，也就意味着高水材料抗压强度逐渐 “钢筋网”的结构，保证了钙矾石晶体的整体性，使 降低.同时，随着粉煤灰二次水化的逐渐进行，大量 得高水材料具有相对较高的强度.钙矾石晶体的这 的SiO,和AL,0,在碱性环境下逐渐合成莫来石 种枝状结构和网状结构正是高水材料具有较高含水 (3A山2032Si02),所以莫来石和Si0的含量逐渐增 率的特征结构，这主要是由于枝网状结构之间的空 加，其衍射峰表现为逐渐增强.而高水材料中另一 隙可以吸附大量结合水，同时钙矾石具有较强的吸 矿物C4AS的水化过程基本没有受粉煤灰活性的 附水能力，可吸附约两倍自身质量的水，因此高水材 影响，水化反应正常进行，因此3Ca03A山，03·CaS0, 料具有较高的含水率。同时随着水化反应的不断进 和CaSO,的含量基本不变，因此其衍射峰也就维持 行，钙矾石数量增多，尺寸长大，钙矾石晶体这种以 稳定 细小晶粒呈刺猬状突出的结构也不断发展，产生了 3.2微观形貌分析 膨胀应力，这也是高水材料具有膨胀作用的重要 图11为5%粉煤灰掺量的高水材料在不同放 原因. 图11不同放大倍数下高水材料的微观形貌图 Fig.11 Microstructure of high-water-content material at different magnifications 图12分别展示了粉煤灰掺量为0、5%、10%、 证了高水材料具有较高的强度.随着粉煤灰参量的 15%、20%和30%的高水材料微观形貌图，从图中增加，钙矾石晶体支柱之间的搭接变得越来越稀疏， 可以看出.随着粉煤灰参量的增加，枝网状物质钙矾 相互之间不能形成紧密的整体结构，“钢筋网”结构 石的数量逐渐减少，絮凝状物质无水硫酸钙基本不 也越来越不均匀，如图12(e)所示，当粉煤灰掺量为 变，而莫来石和石膏逐渐增多，这与物相分析中各水 20%时，钙矾石支柱之间的搭接十分混乱，整体性较 化产物的衍射峰强度的变化规律是吻合的.同时还 差，因此其强度较低 可以发现，钙矾石枝网状结构的均匀性和整体性发 4结论 生了改变，如图12(a)为纯高水材料的微观形貌图， 从图中可以看出，此时钙矾石晶体支柱之间紧密连 对不同粉煤灰掺量的高水材料进行基本物理力 接成一个完整的集合体，且支柱之间的搭接十分均 学参数的测定，并通过物相和微观结构进行机理分 匀，形成的“钢筋网”结构具有较好的整体性，这保 析，得到如下结论：冯 波等: 粉煤灰改性高水材料力学性能试验研究及机理分析 Al 2O3 的活性较强,其二次水化反应将会争夺 CaSO4· 2H2O 水化反应中的 Ca (OH)2 ,导致 CaSO4·2H2O 水化反应将会严重受阻,因而钙矾石的生成量减少, 所以表现为钙矾石衍射峰逐渐减弱. 由于钙矾石决 定高水材料力学性质的主要矿物[14鄄鄄16] ,因此钙矾石 的生成量减少,也就意味着高水材料抗压强度逐渐 降低. 同时,随着粉煤灰二次水化的逐渐进行,大量 的 SiO2 和 Al 2O3 在碱性环境下逐渐合成莫来石 (3Al 2O3·2SiO2 ),所以莫来石和 SiO 的含量逐渐增 加,其衍射峰表现为逐渐增强. 而高水材料中另一 矿物 C4A3 S 的水化过程基本没有受粉煤灰活性的 影响,水化反应正常进行,因此 3CaO·3Al 2O3·CaSO4 和 CaSO4 的含量基本不变,因此其衍射峰也就维持 稳定. 3郾 2 微观形貌分析 图 11 为 5% 粉煤灰掺量的高水材料在不同放 大倍数下的电镜扫描图. 由以上物相分析可知,掺 杂粉煤灰前后高水材料的主要物相均为钙矾石,从 图 11 中可以清晰地看出钙矾石的微观形貌是枝柱 状和枝网状结构,且相互搭界,交错无序,正是由于 钙矾石晶体支柱之间的相互搭接形成的这种类似 “钢筋网冶的结构,保证了钙矾石晶体的整体性,使 得高水材料具有相对较高的强度. 钙矾石晶体的这 种枝状结构和网状结构正是高水材料具有较高含水 率的特征结构,这主要是由于枝网状结构之间的空 隙可以吸附大量结合水,同时钙矾石具有较强的吸 附水能力,可吸附约两倍自身质量的水,因此高水材 料具有较高的含水率. 同时随着水化反应的不断进 行,钙矾石数量增多,尺寸长大,钙矾石晶体这种以 细小晶粒呈刺猬状突出的结构也不断发展,产生了 膨胀应力,这也是高水材料具有膨胀作用的重要 原因. 图 11 不同放大倍数下高水材料的微观形貌图 Fig. 11 Microstructure of high鄄water鄄content material at different magnifications 图 12 分别展示了粉煤灰掺量为 0、5% 、10% 、 15% 、20% 和 30% 的高水材料微观形貌图,从图中 可以看出,随着粉煤灰掺量的增加,枝网状物质钙矾 石的数量逐渐减少,絮凝状物质无水硫酸钙基本不 变,而莫来石和石膏逐渐增多,这与物相分析中各水 化产物的衍射峰强度的变化规律是吻合的. 同时还 可以发现,钙矾石枝网状结构的均匀性和整体性发 生了改变,如图 12(a)为纯高水材料的微观形貌图, 从图中可以看出,此时钙矾石晶体支柱之间紧密连 接成一个完整的集合体,且支柱之间的搭接十分均 匀,形成的“钢筋网冶结构具有较好的整体性,这保 证了高水材料具有较高的强度. 随着粉煤灰掺量的 增加,钙矾石晶体支柱之间的搭接变得越来越稀疏, 相互之间不能形成紧密的整体结构,“钢筋网冶结构 也越来越不均匀,如图 12(e)所示,当粉煤灰掺量为 20% 时,钙矾石支柱之间的搭接十分混乱,整体性较 差,因此其强度较低. 4 结论 对不同粉煤灰掺量的高水材料进行基本物理力 学参数的测定,并通过物相和微观结构进行机理分 析,得到如下结论: ·1193·