第5期 伏程红等：矿渣一粉煤灰基高性能混凝土专用胶凝材料 ·611· 表7混凝土的物理力学性能 Table 7 Physical and mechanical properties of the concrete 混凝土配合比/(kg·m3) 坍落 编号 碳化28d抗压碳化14d抗压 碳化后 W/C 胶凝材料 砂 石子 外加剂 水 度/cm 强度/MPa 强度/MPa 强度比 表4中配方6 518.3 538.3 1256.7 5.18 155.5 0.30 15.6 60.94 65.32 1.07 OPC 518.3 538.3 1256.7 5.18 155.5 0.30 13.7 59.83 62.24 1.04 同时测定了配方6胶凝材料制备的混凝土试件 50℃)，在研钵里研磨成过80m筛的粉末进行 在碳化3、7和14d龄期后的碳化深度，并与普通硅 XRD分析.利用SEM观测并分析胶凝材料的水化 酸盐水泥的混凝土试件进行对比，试验结果见图4. 产物的表面形态 0.6 复合高性能胶凝材料净浆试样1、3、7和28d龄 期水化产物的XRD谱图分析见图5. 0.5 14d 月0.4 700 ·水钙沸石·水化硅酸二钙 ·钙矾石·二水石膏 600 0.3 。石英 。莫来石 500 200 配方6 OPC 配合比编号 100 图4不同胶凝材料制备混凝土的碳化深度 20 30 40 50 60 70 Fig.4 Carbonization depths of different concretes 20） 从图4可以看出，配方6的混凝土碳化深度与 图5水化产物的XRD谱图 普通硅酸盐水泥接近，说明配方6的混凝土同样具 Fig.5 XRD patterns of the hydration products 有较好的抗碳化性能.原因可能是由于OP℃的水 从图5中可以看出，在各个龄期下都有一个类 化产物主要是高碱性水化硅酸钙、C-S一H凝胶和 似“凸包”的形态(20=30°附近的弥散峰)，说明胶 Ca(OH)2,其中Ca(OH),和C02生成碳酸钙或其 凝硬化体中存在大量的非晶态物质和结晶度极低的 他物质加快碳化反应：配方6的混凝土掺加了大量 物质.1d龄期的水化产物中，除了未反应的二水石 的活性掺合料，导致结构致密，抗水和抗空气的渗透 膏(CaS0,2H,0)以外，主要的水化产物水钙沸石 能力增强，这可使碳化速度比较缓慢，但由于粉煤灰 （(Ca,Na2,K2)Al2Si1o02a·7H20),还能观察到水化 的二次水化反应可能降低氢氧化钙的含量，使得配 硅酸二钙(Ca,Si0,·H,0)晶体、莫来石(3Al,03· 方6的混凝土也表现出和OP℃配比相近的碳化深 2Si0,)和石英(Si02)的衍射峰，钙矾石(Ca6A山 度，其次由于配方6的混凝土的水化产物主要是水 (S0),(0H)226H20)的峰并不明显.3d龄期水 钙沸石、CS-H凝胶和低碱度水化硅酸钙，有可能 化产物是水钙沸石、水化硅酸二钙晶体和钙矾石. 是水化过程中氢氧化钙的状态极不稳定，迅速加速 由于矿渣的分散作用加速了硅酸二钙等矿物的水化 形成了钙矾石，从而提高了混凝土的性能，减缓了碳 及矿渣的二次水化反应加速了Ca2+的消耗，水化过 化速度. 程中形成了钙矾石，从而使水化产物数量的增加较 2.6矿渣粉煤灰复合胶凝材料的水化产物与微观 大，进一步促进胶凝材料强度的提高.7d龄期的水 结构 化继续生成大量水钙沸石、水化硅酸二钙晶体和钙 对矿渣粉煤灰复合胶凝材料净浆的微观结构、 矾石，石膏峰减弱较为明显.养护28d龄期的样品 水化产物进行了进一步的研究，讨论矿渣粉煤灰复 继续水化形成大量水钙沸石和水化硅酸二钙晶体， 合胶凝材料的力学性能和耐久性能.按照GB/ 钙矾石的晶体衍射峰增强较为明显，莫来石和石膏 T346一2001标准制备净浆试块.制成20mm× 参与反应，其衍射峰较弱：同时可以观察到石英峰几 20mm×20mm的长方体试件，在温度为20±1℃、 乎不变，说明石英未参与水化反应.随着水化龄期 相对湿度约90%的条件下养护至适当龄期，立即浸 增长，水化的结果形成更多的水钙沸石、水化硅酸二 泡无水乙醇溶液中终止水化，放入烘箱烘干（温度 钙晶体和钙矾石晶体，以及大量的C-S一H凝胶，从第 5 期 伏程红等: 矿渣--粉煤灰基高性能混凝土专用胶凝材料 表 7 混凝土的物理力学性能 Table 7 Physical and mechanical properties of the concrete 编号 混凝土配合比/( kg·m － 3 ) 胶凝材料 砂 石子 外加剂 水 W/C 坍落 度/cm 碳化 28 d 抗压 强度/MPa 碳化 14 d 抗压 强度/MPa 碳化后 强度比 表 4 中配方 6 518. 3 538. 3 1 256. 7 5. 18 155. 5 0. 30 15. 6 60. 94 65. 32 1. 07 OPC 518. 3 538. 3 1 256. 7 5. 18 155. 5 0. 30 13. 7 59. 83 62. 24 1. 04 同时测定了配方 6 胶凝材料制备的混凝土试件 在碳化 3、7 和 14 d 龄期后的碳化深度，并与普通硅 酸盐水泥的混凝土试件进行对比，试验结果见图 4． 图 4 不同胶凝材料制备混凝土的碳化深度 Fig． 4 Carbonization depths of different concretes 从图 4 可以看出，配方 6 的混凝土碳化深度与 普通硅酸盐水泥接近，说明配方 6 的混凝土同样具 有较好的抗碳化性能． 原因可能是由于 OPC 的水 化产物主要是高碱性水化硅酸钙、C--S--H 凝胶和 Ca( OH) 2，其中 Ca( OH) 2 和 CO2 生成碳酸钙或其 他物质加快碳化反应; 配方 6 的混凝土掺加了大量 的活性掺合料，导致结构致密，抗水和抗空气的渗透 能力增强，这可使碳化速度比较缓慢，但由于粉煤灰 的二次水化反应可能降低氢氧化钙的含量，使得配 方 6 的混凝土也表现出和 OPC 配比相近的碳化深 度，其次由于配方 6 的混凝土的水化产物主要是水 钙沸石、C--S--H 凝胶和低碱度水化硅酸钙，有可能 是水化过程中氢氧化钙的状态极不稳定，迅速加速 形成了钙矾石，从而提高了混凝土的性能，减缓了碳 化速度． 2. 6 矿渣粉煤灰复合胶凝材料的水化产物与微观 结构 对矿渣粉煤灰复合胶凝材料净浆的微观结构、 水化产物进行了进一步的研究，讨论矿渣粉煤灰复 合胶凝 材 料 的 力 学 性 能 和 耐 久 性 能． 按 照 GB / T346—2001 标准制备净浆试块． 制 成 20 mm × 20 mm × 20 mm 的长方体试件，在温度为 20 ± 1 ℃、 相对湿度约 90% 的条件下养护至适当龄期，立即浸 泡无水乙醇溶液中终止水化，放入烘箱烘干( 温度 50 ℃ ) ，在研钵里研磨成过 80 μm 筛的粉末进行 XRD 分析． 利用 SEM 观测并分析胶凝材料的水化 产物的表面形态． 复合高性能胶凝材料净浆试样 1、3、7 和 28 d 龄 期水化产物的 XRD 谱图分析见图 5． 图 5 水化产物的 XRD 谱图 Fig． 5 XRD patterns of the hydration products 从图 5 中可以看出，在各个龄期下都有一个类 似“凸包”的形态( 2θ = 30°附近的弥散峰) ，说明胶 凝硬化体中存在大量的非晶态物质和结晶度极低的 物质． 1 d 龄期的水化产物中，除了未反应的二水石 膏( CaSO4 ·2H2O) 以外，主要的水化产物水钙沸石 ( ( Ca，Na2，K2 ) Al2 Si10O24 ·7H2O) ，还能观察到水化 硅酸 二 钙( Ca2 SiO4·H2O) 晶 体、莫 来 石 ( 3Al2O3· 2SiO2 ) 和 石 英 ( SiO2 ) 的 衍 射 峰，钙 矾 石 ( Ca6 Al2 ( SO4 ) 3 ( OH) 12 ·26H2O) 的峰并不明显． 3 d 龄期水 化产物是水钙沸石、水化硅酸二钙晶体和钙矾石． 由于矿渣的分散作用加速了硅酸二钙等矿物的水化 及矿渣的二次水化反应加速了 Ca 2 + 的消耗，水化过 程中形成了钙矾石，从而使水化产物数量的增加较 大，进一步促进胶凝材料强度的提高． 7 d 龄期的水 化继续生成大量水钙沸石、水化硅酸二钙晶体和钙 矾石，石膏峰减弱较为明显． 养护 28 d 龄期的样品 继续水化形成大量水钙沸石和水化硅酸二钙晶体， 钙矾石的晶体衍射峰增强较为明显，莫来石和石膏 参与反应，其衍射峰较弱; 同时可以观察到石英峰几 乎不变，说明石英未参与水化反应． 随着水化龄期 增长，水化的结果形成更多的水钙沸石、水化硅酸二 钙晶体和钙矾石晶体，以及大量的 C--S--H 凝胶，从 ·611·