·1192· 工程科学学报，第40卷，第10期 想的掺量. A一钙矾石 D一石英 400 170 B一无水硫酸钙E一莫来石 C一无水石膏 350 日弹性模量 女变形模量 150 30%梅量 300 130度 赵 20%摻量 30 15%掺量 200 90 10%捻量 150 70 5%掺量 101520 纯高水材料 粉煤灰掺量，a/% 15 25 35 45 55 65 75 85 图8高水材料弹性模量和变形模量与粉煤灰掺量的关系 20e9) Fig.8 Relationship between elastic and deformation modulus of high- 图10不同粉煤灰穆量高水材料的X射线衍射图谱 water-content materials and fly ash content Fig.10 Patters of XRD with differing fly ash content 不同粉煤灰掺量下，高水材料弹性模量和单轴 物相的特征峰只发生强度的相对变化，而几乎没有 抗压强度之间的关系如图9所示.图中的线性和指 发生位置的改变，这说明掺杂不同含量的粉煤灰后， 数关系如式(6)和(7)所示.图9及表达式表明，不 没有其他水化产物生成，这也保证了摻杂粉煤灰后 同粉煤掺量下，高水材料的单轴抗压强度和弹性模 高水材料的基本性能几乎不发生改变.从图中还可 量之间有较好的线性相关性和指数相关性 以看出，随着粉煤灰掺量的增加，钙矾石的衍射峰逐 线性相关： 渐减弱，无水硫酸钙和石膏的衍射峰基本保持不变， 0.=10735E-2411.7(R2=0.7426) (6) 石英和莫来石的衍射峰逐渐增加.这表明随着粉煤 指数相关： 灰掺量的增加，钙矾石的生成量逐渐减少，其主要原 0e=12.491ea0137E (R2=0.7634) (7) 因如下：硫铝酸盐水泥的主要矿物成分是无水硫酸 1500 钙3Ca0·3Al,03·CaS04,和二水硫酸钙(CaS04· + s1200 2H,0),当石膏和石灰含量充足时，两种矿物的水化 过程分别如式(8)和(9)所示： 900 3Ca0-3Al,03·CaS0,+2(CaS0,·H20)+34H20→ 600 3Ca0Al,033CaS0432H,0+2(Al2033H20) 300 -线性相关 (8) 一一一·指数相关 Al2033H20+3Ca(0H)2+3(CaS04·2H20)+ 200 250 300 350 400 20H,0→3Ca0·Al,033CaS0432H,0(9) 弹性模量，EPa 而粉煤灰主要发生(10)所示的水化反应2-)： 图9高水材料抗压强度和弹性模量的关系 Fig.9 Relationship between strength and elastic modulus rCa0+H20→Ca(OH)2 SiO,+n Ca(OH)2 +m H2On Ca0-SiO2m H2O 3机理分析 Al2O;+nCa(OH)2 +m2H2On2Ca0.Al2O3'm2 H2O (10) 3.1物相分析 当无粉煤灰掺杂时，高水材料的水化按(8)和 水化凝结产物的种类和含量是影响高水材料物 (9)同时进行：当摻杂粉煤灰后，粉煤灰依次进行式 理力学特性的主要因素，通过对不同粉煤灰掺量的 高水材料进行X射线衍射分析，其X射线衍射图谱 (10)中的水化反应.若粉煤灰摻量较小，活性Si02 和AL,O3二次水化所需要的Ca(OH)2基本能由粉 如图10所示. 煤灰中的Ca0水化产生提供，此时CaS0,2H,0和 从图10中可知，粉煤灰参杂高水材料后其水化 3Ca0·3Al,03·CaS0,的水化过程所受影响较小：但 产物较为复杂，主要有钙矾石(C3A·3CaS0· 当粉煤灰的掺量逐渐增大时，活性SiO2和A山，03的 32H,0)、无水硫酸钙(C4AS)、无水石音(CaS0,)、 含量也逐渐增多，由于粉煤灰中Ca0的含量较低， 石英(Si04)以及莫来石(3A山，03·2Si02).且掺杂粉 此时CaO水化产生的Ca(OH)2已不能满足活性 煤灰后高水材料各物相的特征峰基本能重合，即各 Si02和AL,03的二次水化反应，且由于Si02和工程科学学报,第 40 卷,第 10 期 想的掺量. 图 8 高水材料弹性模量和变形模量与粉煤灰掺量的关系 Fig. 8 Relationship between elastic and deformation modulus of high鄄 water鄄content materials and fly ash content 不同粉煤灰掺量下,高水材料弹性模量和单轴 抗压强度之间的关系如图 9 所示. 图中的线性和指 数关系如式(6)和(7)所示. 图 9 及表达式表明,不 同粉煤掺量下,高水材料的单轴抗压强度和弹性模 量之间有较好的线性相关性和指数相关性. 线性相关: 滓c = 10735E - 2411郾 7 (R 2 = 0郾 7426) (6) 指数相关: 滓c = 12郾 491e 0郾 0137E (R 2 = 0郾 7634) (7) 图 9 高水材料抗压强度和弹性模量的关系 Fig. 9 Relationship between strength and elastic modulus 3 机理分析 3郾 1 物相分析 水化凝结产物的种类和含量是影响高水材料物 理力学特性的主要因素,通过对不同粉煤灰掺量的 高水材料进行 X 射线衍射分析,其 X 射线衍射图谱 如图 10 所示. 从图 10 中可知,粉煤灰掺杂高水材料后其水化 产物 较 为 复 杂, 主 要 有 钙 矾 石 ( C3A·3CaSO4· 32H2O)、无水硫酸钙(C4A3 ( S)、无水石膏(CaSO4 )、 石英(SiO4 )以及莫来石(3Al 2O3·2SiO2 ). 且掺杂粉 煤灰后高水材料各物相的特征峰基本能重合,即各 图 10 不同粉煤灰掺量高水材料的 X 射线衍射图谱 Fig. 10 Patterns of XRD with differing fly ash content 物相的特征峰只发生强度的相对变化,而几乎没有 发生位置的改变,这说明掺杂不同含量的粉煤灰后, 没有其他水化产物生成,这也保证了掺杂粉煤灰后 高水材料的基本性能几乎不发生改变. 从图中还可 以看出,随着粉煤灰掺量的增加,钙矾石的衍射峰逐 渐减弱,无水硫酸钙和石膏的衍射峰基本保持不变, 石英和莫来石的衍射峰逐渐增加. 这表明随着粉煤 灰掺量的增加,钙矾石的生成量逐渐减少,其主要原 因如下:硫铝酸盐水泥的主要矿物成分是无水硫酸 钙 3CaO·3Al 2O3·CaSO4 , 和二水硫酸钙 ( CaSO4· 2H2O),当石膏和石灰含量充足时,两种矿物的水化 过程分别如式(8)和(9)所示: 3CaO·3Al 2O3·CaSO4 + 2(CaSO4·H2O) + 34H2O寅 3CaO·Al 2O3·3CaSO4·32H2O + 2(Al 2O3·3H2O) (8) Al 2O3·3H2O + 3Ca (OH)2 + 3(CaSO4·2H2O) + 20H2O寅3CaO·Al 2O3·3CaSO4·32H2O (9) 而粉煤灰主要发生(10)所示的水化反应[12鄄鄄13] : CaO + H2O寅Ca(OH)2 SiO2 + n1Ca(OH)2 + m1H2O寅n1CaO·SiO2·m1H2O Al 2O3 + n2Ca(OH)2 + m2H2O寅n2CaO·Al 2O3·m2H2 ì î í ïï ïï O (10) 当无粉煤灰掺杂时,高水材料的水化按(8) 和 (9)同时进行;当掺杂粉煤灰后,粉煤灰依次进行式 (10)中的水化反应. 若粉煤灰掺量较小,活性 SiO2 和 Al 2O3 二次水化所需要的 Ca(OH)2 基本能由粉 煤灰中的 CaO 水化产生提供,此时 CaSO4·2H2O 和 3CaO·3Al 2O3·CaSO4 的水化过程所受影响较小;但 当粉煤灰的掺量逐渐增大时,活性 SiO2 和 Al 2O3 的 含量也逐渐增多,由于粉煤灰中 CaO 的含量较低, 此时 CaO 水化产生的 Ca (OH)2 已不能满足活性 SiO2 和 Al 2O3 的 二 次 水 化 反 应, 且 由 于 SiO2 和 ·1192·