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碳酸鈣在水泥中的作用?寶雞榮發新材料來分享

所屬分類:公司新聞    發布時間: 2022-09-13    作者:admin
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目前,石灰石粉在部分國家已經成為一種常用的輔助性膠凝材料,加拿大允許在普通硅酸鹽水泥中添加 5%的石灰石粉,歐洲更是將這一限值提高到了 35%。我國也在 2014 年批準發布了《石灰石粉在混凝土中應用規程》(JGJ/T 318-2014),規程給出了石灰石粉的碳酸鈣含量、細度及亞甲藍值等關鍵指標的檢測手段和參考限制,并且明確指出,當水膠比≤0.40且采用普通硅酸鹽水泥配制非預應力混凝土時,石灰石粉占膠凝材料的.大質量百分比不得超過 25%。

2石灰石粉在水泥基材料中的作用機理

石灰石粉主要化學成分是 CaCO3,通常被認為是惰性材料,在混凝土中起填充作用。為了使石灰石粉更好應用在混凝土中,國內外學者在石灰石粉對水泥基材料性能的影響方面做了大量研究。結果表明,石灰石粉在混凝土中并不僅僅是作為惰性填充料來發揮作用的,它還能在混凝土中發生一系列的物理化學反應,對混凝土的水化過程起到一定的貢獻。有研究認為:石灰石粉具有一定的水化活性,CaCO3對C3A與C4AF的水化反應具有加速作用,可以生成單碳鋁酸鹽和半碳鋁酸鹽。同時石灰石粉還可以可作為水化硅酸鈣(C-S-H)的成核基體,降低成核位壘,加速水泥水化。目前,較為公認的石灰石粉對混凝土性能影響的機理主要為以下四個方面。

(1)填料效應

材料的顆粒級配、粒度分布在混凝土研究進程中往往被忽視,尤其是粉體材料的粒度分布問題?;炷劣捎谄洳牧系牧6确植疾缓侠?,級配較差,使得其內部結構孔隙率較大。巖石粉的比表面積比水泥大,顆粒粒徑比水泥小,巖石粉填充在水泥漿基體和界面過渡區的空隙中,使水泥石結構和界面結構更為致密,減小孔隙率和孔徑直徑,改善孔結構,從而提高水泥石強度和界面強度。劉數等通過ESEM環境掃描電鏡發現:摻加石灰石粉漿體的空隙比純水泥漿體要小得多,水泥漿中較大的空隙大多數都被石灰石粉所填充。陳劍雄等也提出水泥顆粒大部分粒徑大于10μm,顆粒間空隙大填充性較差,石灰石粉填充于水泥顆粒之間,改善粉體材料的顆粒級配,提高硬化水泥漿體的致密程度。此外,大量的文獻資料表明:石灰石粉在混凝土具有一定的填料效應。

(2)形貌(稀釋)效應

分布在水泥顆粒間的巖石粉顆粒表面光滑,能夠起到與粉煤灰類似的“滾珠”效應,它們可以稀釋水泥顆粒使其更加分散,從而增大顆粒間距,增加混凝土流動性。同時,表面光滑的巖石粉分散于水泥顆粒之間能夠置換出填充于顆粒間的水分,增加顆粒之間的間隔水層,打開混凝土水化過程中形成的 “絮凝結構”。由于上述替代一般為等質量替代,一方面,水泥用量的降低減緩了整個體系的反應速度;另一方面,巖石粉的摻入改善了混凝土的流動性,表現出一定的減水效果,因此混凝土綜合性能得到改善。

(3)成核效應

當巖石粉摻量適當,石灰石粉中的 CaCO3能夠吸附水泥水化過程中產生的Ca2+離子,使得 CaCO3周圍的 Ca(OH)2優先成核,避免 Ca(OH)2局部生長成為大晶體,細小的石灰石粉顆粒充當了 C-S-H 的成核基體,可降低成核位壘,加快水化反應速度,從而改善水泥水化產物的分布。Bentz等提出石灰石粉的微晶核效應能夠為水泥水化提供晶核,使水化產物依附在CaCO3表面,加速水泥的早期水化進程。Shoude W等[22]發現:摻加礦粉與石灰石粉會提前水泥水化的第二個放熱峰,縮短水泥水化的誘導期。Rahman等發現:摻加 2.5%硅灰、15%石灰石粉、 10%粉煤灰能夠明顯加快自密實混凝土的水化速率。

(4)化學活性效應

石灰石粉的主要成分是CaCO3,在水泥基材料中,其化學活性低但并非完全惰性。隨著水化反應的不斷進行,CaCO3能和水泥中的C3A和C4AF發生反應,生成3CaO· Al2O3· CaCO3· 11H2O或3CaO· Al2O3· 0.5CaCO3· 11H2O具有一定膠凝能力的碳鋁酸鹽復合物,這種水化產物與其他水化產物相互搭接,增加混凝土的密實度,從而提高混凝土的強度和耐久性。陸平等以石灰石粉做摻合料進行混凝土試驗,結果發現了一種新生成相—堿式碳酸鈣。這是由于水泥水化反應生成的 Ca(OH)2晶體聚集在 CaCO3的周圍,將其腐蝕生成堿式碳酸鈣G.Kakali等通過測定 C3A 單礦與不同摻量的石灰石粉反應的28d產物發現:摻入石灰石粉能夠減少混凝土中硫鋁酸鹽的生成,增大強度相對更高的碳鋁酸鹽的生成速度。Kong等提出摻加石灰石粉能夠加速水泥的早期水化生成單碳水化鋁酸鈣,但石灰石粉并不具有火山灰活性

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