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普通硅酸盐水泥中掺入硅灰和石膏对水化反应的影响在混凝土设计中掺加活性矿物替代是一个很重要的环节但这样的使用并不 是总是适合的，由于水化反应放出的热量偶尔会影响混凝土的质量，从而影响h 混凝土结构的耐久性在具有两种不同矿物成分的普通硅酸盐水泥中掺加高达 20%的硅灰的对其的影响是显而易见的添加过多的石膏，三氧化硫的含量就会 达到7.0%在这个研究上最先进的技术是导热量热法和拉蒂尼测试，提供的方法是要设 定时间和x射线衍射结果表明，用硅灰取代水泥的百分数为20%的时会影响水 泥浆体的流动性根据标准稠度和时间来衡量需水量的多少这些效果的发展取 决于熟料的矿物组成二氧化硅会直接和间接的影响水化反应：后者是因为在早 期火山灰质活性的增加，前者是因为它的形态（微小的球体）和比表面积大每 克硅酸盐水泥在早期总的水化热释放量在显著地上升，硅灰被认为对热效应起一 个协同作用，随之而来的风险是产生细小的裂缝在石膏过量的情况下，水化反 应的加快和衰减会使每克硅酸盐水泥产生更大的水化热，特别是在硅酸盐水泥的 C3A的含量大时关键字：石膏，水化热，波特兰水泥，硅灰水泥的研究范围从个人分析到每个组件阶段，研究高度复杂的系统以及他们 所有的变量，联合研究硅酸盐熟料组件与石膏（CaSO .2H O）的交互作用来测量凝4 2结时间，例如，已经发现：在硅酸盐水泥中CA和CA都会与石膏发生反应，但是由于C A更容易与石3 4 3膏反应，所以水泥中大量的CA被很快反应掉。

石膏的用量会受到所设置的凝结3时间的限制，导致所形成的钙矶石会比预期的要少・石膏也加快了钙硅酸盐的水化速率，同时在水花过程中争夺硫酸根离子， 虑到大量的硫酸盐包含在CSH凝胶中2至6%的石膏在加速水化硅酸三钙的形成， 2%至4%在促进水泥石的水化石膏含量高有助于形成大量的钙矶石，然而这会阻止凝结时间和硬化，这些 明显的变化是因为微观结构的膨胀和开裂石膏含量低，反过来，会形成更多的 硫酸盐，降低了水化反应的强度，从而阻碍了 CA的的分解3研究矿物火山灰还补充开发了离散系统的分析，硅灰是一种高度火山灰， 此外，人们已经发现：・三天后，在掺量为5%或10%时，CA的水化反应是缓慢的3・掺量增加5 - 10%，28后CA的水化反应会加快3・最后，在第一次的28天，也会加深C A的水化反应2所有上述的结果是在早期产生更大的水化热,百分数增加从5%提高到到10%， 这一效应会越来越强烈，那是因为硅灰的BET比表面大的原因此外，因为在早 期硅灰中的氢氧化钙的反应会间接地刺激整个效应,来促进物质的生成方面， 硅灰的反应已甚至发生在最初的几天，主要是根据液相时消耗的Ca2+，但也吸收 OH-和k+在另一方面，每克掺杂了硅灰的硅酸盐水泥释放的热量比没掺杂硅灰 的硅酸盐水泥要多。

实验目的鉴于要考虑石膏和硅灰这些物质，现在研究的目标是分析两种不同成分的硅 酸盐水泥水化反应的整体效应，以限制他们在高性能混凝土中的使用材料和方法选择两种不同矿物组成的硅酸盐水泥为研究对象一种CA的含量高，称为3PC1；另一种是CA含量最低（1%）和CA含量最大，称为PC2;其他成分是一个3 3非常活跃的火山灰质矿物（硅灰）和丰富的地面天然石膏蒸馏水用于砂浆中表 1中给出了波特兰水泥的化学成分、密度和BET比表面从硅酸盐水泥的化学成分分析找到了其组成：PC1中的组成是CS (1%)、CS (16%)、CA (14%)、CAF3 2 3 4(5%) ;PC2中的组成是 CS (79%) ,CS(2%),CA(0%)、CAF(10%)3 2 3 4不同的化学和矿物成分的两种硅酸盐水泥主要差别表现在密度不同他们的 细度，相反，是可比的比例系数是：90%的Sio ,88.64%的Sio是活性的，然而比2 2石英(2.7 )的密度要低得多，但是比表面积却非常大图一是它的衍射图，揭 示了方英石的存在他指示性的物质的扩散模式主要是玻璃的性质200silica fume1601208040-0 I I I I I5 15 25 35 45 5520/degree由硅酸盐水泥混合的每个样品，混合比例大致在90/10和80/20，石膏含量 较少时，其SO3的含量大致在7%。

表2给出了500g样本的凝结时间和需水量，按 照欧洲标准EN 196,第三页执行水的多少对形态有很大的影响硅酸盐水泥颗粒可以增加水泥水化的的反应 面积此外，鉴于其密度和比表面积，此外，硅灰的组成比硅酸盐水泥粒子数量 更大，这也极大的增加了水的需求火山灰活性是由弗拉蒂尼化学测试来评定的对于一个给定的一段时间，在 40°C温度下，通过比较氢氧化钙在水溶液中的溶解量(在这个实验中，规定时 间是48h)，氢氧化钙在碱性溶液在相同的温度下的溶解度等温线这个火山灰活 性的被定义为一个较低的氢氧化钙浓度的样品溶液要超过溶解度等温线，这是由 于它在火山灰反应中被吸收(图二)热量的释放模式确定是通过热传导的方式在25°C进行了测量，记录在第一 个48小时内的水化热和总的热释放量的数据，是通过计算面积不同下热量释放率 的曲线这种方法被广泛用于监控纯硅酸盐水泥中的水化以及含有矿物添加粘合 剂获得同样可行的样品，纯硅酸盐水泥水胶比为0.5；硅灰掺量为10%时的混合物的水胶比为0.75，硅灰掺量为20%时的混合物的水胶比为0.65.结果与讨论图二显示了 OH-和CaO在48小时后的数量，注意，火山灰的活性是在48小时内。

在PC1的实验中，代替的硅灰的掺量是10%,在PC2中代替的硅灰的掺量在15%以上这些数据未能显示在那个时间段里火山灰的水化反应的速度是如此之高以至于它无法反驳或补 偿由固定的氢氧化钙产生的热量35 -3025 -I2015 -105 -Jsuvoeu—solubility isotherm0% SF • blends PCI, without 7.0% SO310% SF . o blends PC2, without 7.0% SO320% s卞 -■- blends PCI, with 7.0% SO3'、、 -9- blends PC2, with 7.0% SO30% SF ■\ n 0% SF1O%SF^io% SF20% SFo0 6 20 40 60 80 100 120OH /mM L 1当石膏添加到样品中时，由于CaO部分溶解于水中，所以OH-下降，由于部 分稀释的原因，在第一个48小时内火山灰质硅酸盐水泥活性并没有体现出来图三和图四分别显示PC1和PC2在48h的热量曲线第一阶段为诱导期，图 三显示了热量释放速率高是因为C A的初始水化反应两小时后第一个峰出现时,3速率下降到0.91W/kg。

紧随其后的是水化反应的加速与CSH凝胶的开始沉淀，由 于C S的存在，曲线出现第二个峰值时是在11： 12,速率达到了2.97W/kg3当反应开始加速，PC1开始消耗13小时以后，水化反应速度开始下降这个阶 段发生铝化反应，SO /Al O的比例小于3 （这个实验是0.69）但最突出的效应3 2 3是反应放出巨大的热量当速率上升到3.33W/kg时，热量释放曲线出现第三个 峰值最后，水化反应开始变慢，保持在一个较低的速率987 6 54 3220% SF, without 7.0% SO320% SF, with 7.0% SO310% SF, without 7.0% SO310% SF, with 7.0% SO3PCI, without 7.0% SO3PCI,with 7.0% SO3o . , . ,0 10 20 30 40Age/h48小时候实验完成，把热量释放曲线的第三个峰值作为参考50虽然在PC1中加10%和加20%的硅灰相对于纯PC1来说热量的本质是一样的， 但是还是发现有些差异的在第一个阶段，例如速率在0.83和0.88之间时，硅灰 粒子的效果是稀释硅酸盐水泥然而，与此同时，当它们混合时水化反应会增强， 第一个峰出现的时间要比纯PC1要早。

初步反应开始紧追其后的是水化反应的加 速，在第二阶段反应时间在7:54—10:12之间，CS的凝胶形成了也就是说，两3个最小值出现的时间要早于纯PC1第一个波谷和第二个波谷之间的间隔也要比 10%和20%硅灰含量要窄这证明了硅灰的掺入促进了水化反应的进行，这个效应 进一步证实了混合了硅灰的PC1比普通的PC1的有更高的热释放速率随后，两 种不同的混合物中SO /Al O比例的下降促进了铝酸盐的形成结果在11:34—14：3 2 324之间第三个峰值出现，10%和20%掺量的混合物还是要高于纯PC1此外，它们 第三个峰的率值分别为4.77w/kg和8.20w/kg,同样要高于纯的PC1结果再次证 明要刺激水化反应要在PC1中加入硅灰简而言之，在PC1和所有的混合物中第一个峰值出现的比较早，时间相当 所有的混合物中第二个和第三个峰值的出现比纯PC1要出早而且反应强度要比 纯PC1高当把石膏加入到PC1中时，热量释放曲线会大幅度衰减，伴随着的是第三个 峰的消失当石膏掺入到硅灰或者硅灰和PC1的混合物中时，曲线中波峰的出现 会推迟而且峰值会减少对于纯PC1第三个峰则会完全消失图二为PC2的第一阶段或者称为诱导期，由于水化反应的初始阶段，有很高的的热量释放速率。

1.37小时以后，速率降低到0.65—lw/kg之间紧随其后的 是水化反应的加速，开始形成CSH凝胶沉淀，直到7.39h时第二个波峰出现，峰 值为3.25w/kgPC2在设置的时间内放热速率开始加速（表二）之后的反应，水 化反应速率开始降低，速率值开始下降实验的时间实在48h内完成，当热量释 放曲线出现第二个波峰时读取数据当PC2中CA的含量为零时，在这种情况下3就没有铝酸盐的形成了4.03.5 - 3.0 f2.5 -2.0 -1.5 - 1.0 -0.5 -0.00 10 20 30 40 50Age/h虽然在PC2中加10%和加20%的硅灰相对于纯PC1来说热量的本质是一样的， 但是还是发现有些差异的在第一个阶段，例如速率在0.27和0.26之间时，硅灰 粒子的效果是稀释硅酸盐水泥然而，与此同时，当它们混合时水化反应开始减 弱，观察到在1:15—2:27h之间出现低谷在第一个峰和第二个峰之间水化反应 持续的时间较长第二个峰出现在8:55—9:24之间对于用10%和20%替代用那个 平来说，比PC2持续的时间要短，但是第一个波峰和第二个波峰之间的间隔时间 要比PC2长设置的开始时间和结束时间也要设置的更长。

然而，在这个阶段， 硅灰会刺激硅酸盐水泥的水化反应，混合物的第二个峰值的速率值等于或大于 PC2的速率值同理，第三个阶段中PC2没有铝酸盐生成的阶段总之，混合物中无论是第一个波峰和第二个波峰被推迟还是被率值降低，但 是观察到PC1混合物的水化强度明显要高明确的迹象表明，CA的含量决定了3水化反应的强度在PC2中添加石膏明显会影响硅酸盐水泥热量释放曲线的第一个波峰和第 二个波峰，同事也会增大第一个波峰和第二个波峰之间的间隔时间每克硅酸盐水泥在48小时内释放的水化热的比例在图五中显示出来人们会 注意到在硅酸盐水泥中添加两种不同的矿物对水化热的影响80-6011%/ 5-4—>。