葡萄糖酸钠改善加气混凝土废渣-水泥体系性能及其硬化体微观结构研究.pdf

2 0 1 5年第 4期 4月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 01 5 No ． 4 Ap ril 葡萄糖酸钠改善加气混凝土废渣一 水泥体系 性能及其硬化体微观结构研究 沈玉华 ， 史星祥 ， 潘 志华 。 1 ． 中国建材检验认证集团苏州有限公司， 2 1 5 0 0 0 ； 2 ．苏州混凝土水泥制品研究院， 2 1 5 0 0 4 ； 3 ． 南京工业大学材料科学与工程学院 ， 2 1 0 0 0 9 摘 要 以加气混凝土 A L C 废渣 作为水泥混合材 ， 通过掺 加 少量缓 凝剂葡 萄糖 酸钠 ， 来改善 A L C渣一水泥体 系流动性 和力学性 能， 并且使 用 X KD、 T G DS C、 MI P 、 S E M 等来分析硬化体的水化产物 和微观 结构。结果表 明， 葡 萄糖酸钠可 以明显改善体 系流 动性 ， 在 A L C 渣掺 量为 5 ％的条件 下， 掺加 O ． 0 4 ％葡萄糖酸钠 ， 体 系流动度为 2 3 0 c m， 达到纯水泥试样性能指标 ； 2 8 d抗压 强度为 5 9 ． 9 MP a ，较 不掺加 葡萄糖 酸钠 时略 有提 高。同时 ， X t L D、 T G DS C与 S E M 测试表 明， 掺 加葡萄糖 酸钠 的试样有 更多的 C a OH 与 c s H 凝胶生成 ， 水化产 物间 隙减 少且相互 交接 在一 起 ， 体 系密 实性提 高 ； MI P结果显示 ， 葡萄糖 酸钠 有利于降低体 系的孔隙率 ， 改善孔 结构 。 关键 词 加 气混凝土废渣 ； 葡萄糖 酸钠 ； 密 实性 Ab s t r a c t T h e i mp r o v e me n t e f f e c t o f s o d i u m g l u c o n a t e o n t h e fl u i d i t y a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f a u t o c l a v e d l i g h t w e i g h t c o n c r e t e A L C w a s t e - c e m e n t s y s t e m w a s s t u d i e d ， a n d t h e h y d r a t i o n p r o d u c t s a n d m i c r o s t r u c t u r e o f t h e h a r d e n e d ce me n t p a s t e we r e c h a r a c t e r i z e d b y XRD，TGDSC，MI P a n d S E ． M．T| l e r e s ul t s s ho w t h a t a p p r o pr i a t e c o n t e nt o f s o di u m g l u c o n a t e c a n s i g n i f i c a n t l y i mp r o v e t h e fl u i d i t y o f t h e s y s t e m． W h e n t h e c o n t e n t o f AL C wa s t e i s 5 ％ ． t h e f l u i d i t y o f t h e s y s t e m i s 2 3 0 c m b y a d d i n g 0 ．O 4 ％ s o d i u m g l u c o n a t e ． w h i c h c a n me e t t h e p e r f o r ma n c e i n d e x o f p u r e c e me n t ．a n d i t s 2 8 d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h c a n r e a c h t o 5 9 ． 9 MP a ， wh i c h i s h i g h e r t h a n t h a t o f t h e s a mp l e s wi t h o u t s o d i u m g l u c o n a t e ． Me a n w h i l e ， t h e r e s u l t s o f X R D ， T G D S C a n d S E M i n d i c a t e t h a t mu c h m o r e C a O H 2 a n d C - S - H g e l ， s m a l l e r g a p a n d h i g h e r c o m p a c t H e s s a p p e a r i n t h e h y d r a t i o n p r o d u c t s o f t h e s a mp l e s w i t h s o d i u m g l u c o n a t e ． 1 1h e MI P r e s u l t s h o ws t h a t s o d i u m g l u c o n a t e i s f a v o r a bl e t o r e du c e t he p o r o s i t y a nd i mpr o v e t h e po r e s t r uc t u r e o f AL C wa s t e c e me nt s y s t e m． Ke y wo r d s Au t o c l a v e d l i g h t w e i g h t c o n c r e t e wa s t e ； S o d i u m g l u c o n a t e ； C o mp a c t n e s s 中图分类号 T U 5 2 8 ． 0 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 6 3 7 2 0 1 5 0 4 0 9 0 5 0前 言 加气混凝土 A L C 废渣是加气混凝土生产 中成 品切削 中排 出的下脚料和废弃物l 】 】 ， 主要矿物组成 是不同结 晶程度 的托勃莫来石、 无定形 的水化硅酸 钙 以及部分未反应的超细石英砂 。通过粉磨处理 后 ， 部分 A L C废渣可 以做水 泥的晶种 ， 使化学结 晶 过程中体系的成核能降低 ，加速水泥的水化反应 ； 也可充 当微细集料 ， 均匀分 布在体 系中 ， 改善体系 的孔结构和密实度 ， 从而促进强度 的发展[2 -- 3 ] 。然而 A L C渣呈多孔状 ， 具 有较强 的吸水性 ， 经过磨细处 理后 ，比表面积的增大会进一步增加体系的需水 量 ， 因此 ， 有必要寻找一种可 以改善体系流动性且 有利于体系强度发展的外加剂。 葡萄糖酸钠是一种缓凝剂 ， 可 以延缓水泥早期 水化产物形成 ， 降低水化温峰值 ， 其结构 中的羟基 基团具有较强 的固液表面活性 ， 能吸附在水泥矿物 颗粒表面形成溶剂化吸附层 ， 阻碍凝胶颗粒 的接触 和凝聚 ， 从而破坏水泥的絮凝结构 ， 使游离水增多 ， 改善水泥浆体的流动性 。本试验尝试使用 A L C渣 作为水泥混合材 ，研究葡萄糖酸钠对 A L C渣一 水泥 体 系流动性 以及 力学性能 的影响 ，并通 过 XR D、 T G D S C、 S E M、 MI P等手段 ，分 析硬化体 的微观结 构 。 1 原 材 料与试 验 方法 1 ． 1 原材 料 水 泥 P Ⅱ5 2 ． 5级硅 酸盐 水泥 。 A L C渣 南京某新 型建筑材料有限公 司提供 ， 其化学组成见表 1 。 A L C渣矿物成分分析见图 1 。 由表 1 和图 1 可知 ， A L C渣的化学成分主要是 S i O 和 C a O， 矿物成分主要是石英和托勃莫来石 。 外加剂 六偏磷酸钠 助磨剂 、 葡萄糖酸钠 改 一 9 一 2 0 1 5年第 4期 混凝土与水泥制品 总第 2 2 8期 1 O 2 0 3 0 4 O 5 O 6 O 7 U 8 U 2 0 ／ 。 图 1 A L C渣试样的 X R D衍射图谱 善 流动性 。 1 ． 2 试验方 法 1 ． 2 ． 1 水 泥砂 浆流 动度测 试方 法 按照 G B ／ T 2 4 1 9 2 o o 5 水泥胶砂流动度测定方 法 进行。 1 ． 2 ． 2 水泥 砂浆抗 压 强度试 验方 法 水 泥胶砂 强度 的测定 按照 G B ／ T 1 7 6 7 1 1 9 9 9 水泥胶砂强度试验方法 I S O法 进行 。水灰 比为 0 ． 5 ，胶砂 比 1 3 ，砂 浆试样 尺寸为 4 0 m mx 4 O mmx 1 6 0 mm。试样成型后先在 2 0 2 ℃、 相对湿度大于 9 0 ％的条件下带模养护 2 4 2 h ，脱模后立即放入 2 0 1 ℃的水 中养护至 3 d 、 2 8 d龄期时取 出测定其 抗折 、 抗压 强度 。 1 ． 2 ． 3 微观结构测试方法 将成型好的水泥试样放入标准养护室 中养护 ， 1 d后拆模并放入水中养护 ， 至规定 的龄期 ， 将水泥 硬化浆体敲成小碎片 ，浸泡在无水 乙醇 中终止水 化。试验时将试样从无水乙醇中取出烘干 ， 制样 、 分 别进行 X R D、 S E M、热分析与孔结构等微观方 面的 测试 ，通过测试结果分析 A L C渣一 水泥的微观结构 与水化产物 。 2试验 结果 与分析 2 ． 1 葡萄糖酸钠对 A L C渣一 水泥体系性能的影响 该部分试验中所用原料为 A L C渣 、 水泥 、 葡萄 糖酸钠 ， A L C渣为在掺加 0 ． 1 ％助磨剂六偏磷酸钠的 作用下粉磨 3 0 m i n所得 ， AL C渣在水泥中的掺量分 别为 5 ％和 l 0 ％ ， 进 行胶 砂试 验 ， 结 果列 于表 2 。 从表 2可以看出， A L C渣掺量为 5 ％时， 随着葡 萄糖酸钠掺量的增加 ， 体系流动性逐渐增大。掺量 一 1 0 0 ． 0 4 ％时， 体系的流动度为 2 3 0 ra m， 达到纯水泥胶砂 试样的流动度。同时 3 d和 2 8 d抗折和抗压强度均 有所增大 ， 2 8 d抗压强度为 5 9 ． 9 MP a ， 较不掺加时提 高 3 ． 6 MP a ，接 近 纯 水 泥 试 样 的 2 8 d抗 压 强 度 61 ． 8MP a。 表 2 掺加葡萄糖酸钠后 A L C渣一 水泥体系的 流动度和砂浆试样强度 A．L C渣掺量为 1 0 ％，不掺加葡萄糖酸钠时 ， 体 系的流动度为 2 0 2 mm，添加 0 ． 0 7 ％的葡萄糖 酸钠 后 ， 体系的流动度提高到 2 2 9 m m。3 d和 2 8 d 抗折和 抗压强度均有所增大 ，其中， 3 d和 2 8 d抗压强度分 别 比不加葡萄糖酸钠时增大 2 ． 3 MP a和 3 ． 6 MP a ， 但 由于 A L C渣掺量较大 ，与纯水泥 2 8 d抗压强度相 比， 降低了 5 ． 3 MP a 。 葡萄糖酸钠是一种缓凝剂 ， 可以降低早期水泥 水化热 ， 延缓放热峰 ， 有利于提高体系的流动性 ， 也 可以使水泥颗粒及其周 围溶液中 C S H等水化产 物分布得更加均匀 ，有利于水泥颗粒的充分水化 ， 促 进水 泥 中后 期强 度 的发 展嘲 。同 时有 试验 证 明 ， 葡萄糖酸钠掺量过大 ， 会降低 水泥强度 ， 主要是 由 于过度缓凝导致水泥长时间不凝结 ， 造成水泥试样 内部水分过量 的蒸发和散失 ， 使得水化反应过缓甚 至停止 ， 水化程度低 ， 不利于强度的发展。因此 ， 只 有正确掌握葡萄糖酸钠的性质和变化规律 ， 才能使 其合理利用。 2 ． 2 AL C渣一 水泥体系微观结构分析 2 ． 2 ． 1 AL C渣一 水泥体系的 X R D分析 图 2为 A L C渣掺量 5 ％，未添加葡萄糖酸钠和 葡萄糖酸钠 0 ． 0 4 ％的水泥硬化体试样 X R D图谱 。 图 3为 A L C渣掺量 l 0 ％， 未添加葡萄糖 酸钠和葡萄糖 酸钠 0 ． 0 7 ％的水泥硬化体试样 X R D图谱。 从 图 2 、 图 3可 以看 出 沈玉华 ， 史星祥 ， 潘志华 葡萄糖酸钠改善加气混凝土废渣一 水泥体系性能及其硬化体微观结构研究 1 0 2 O 3 0 4 0 5 0 6 O 7 O 8 0 2 0 ／ 。 图 2 AL C渣 掺 量 为 5 ％的试 样 XR D 分 析 1 3 d 、 2 8 d试样的 XR D中 ， 随着养护龄期 的延 长 ， C a O H z 峰强均增加 ， C ， S和 C S衍射峰均降低 ， 说明随着时间的延长 ， 水泥逐步水化放出 C a O H 。 2 在 A L C渣一 水泥体系中掺加葡萄糖酸钠后 ， 3 d和 2 8 d硬化体内 C a O H 含量较同龄期不掺加 葡萄糖酸钠时明显增多 ， 说 明添加葡萄糖酸钠后体 系的水化反应更加充分 ， 有利于强度的发展 。此外 ， 石英的衍射峰基本保持不变 ， 说明 AL C渣中的细石 英仅起到微集料效应 ，并不参与 A L C渣一 水泥体系 的反应 。 3 不论 A L C渣的掺量是 5 ％还是 1 0 ％， A L C 渣一 水泥体系水化 3 d时均可看到微量托勃莫来石 ， 但水化 2 8 d时并不能看到 ， 原因可能是托勃莫来石 以晶核形式被包裹在 C S H凝胶体内。 2 ． 2 ． 2 A L C渣一 水泥体系的综合热分析 ， 热重测试方法不仅可以验证 X R D分析所测到 的物相 ，还可以进一步分析 X R D分析所不能测到 的物相 ， 比如 C S H凝胶相等非晶态物质[ 6 - 7 1 。 P 1和 P 2为 3 d龄期 A L C渣掺量 5 ％， 未掺和掺 葡 萄糖 酸 钠 0 ． o 4 ％的试 样 ； P 3和 P 4为 2 8 d龄期 A L C渣掺量 5 ％，未掺和掺葡萄糖酸钠 0 ． 0 4 ％的试 样。试样的总质量损失和各吸热峰处 的质量损失结 果列 于表 3 。 表 3 AL C渣 水 泥 硬 化 体 试 样 在 加 热 过 程 中 的总 质 量 损 失 及各 吸热峰处 的质量损失 图 4 、 图 5是 A L C渣掺量为 5 ％， 添加 0 ． 0 4 ％葡 萄糖酸钠 ，在标准养护条件下养护 3 d和 2 8 d试样 上 jI- 。二 ．蛩石 l A 。 二 竺 。 d 1 O 2 O 3 0 4 0 5 0 6 O 7 0 8 0 2 0 ／ 。 图 3 A L C渣掺量 为 1 0 ％的试样 X R D分析 的 T G D S C测 定结 果 。 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 00 温度／ ℃ d 0．2 0 一 O ． 2 0 ．4 一0 ． 6巨 一 0． 8 一 1 ．O 自 一 1 ．2 1 ．4 1 ．6 图 4 A I 渣掺量为 5 ％时水化 3 d的试样 综合 热分析 0 2 o o 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 o 温度／ 图 5 AL C渣 掺 量 为 5 ％时 水 化 2 8 d的 试 样 综 合 热 分 析 由表 3数据可知 ， 3 d和 2 8 d时 ，掺加葡萄糖酸 钠后试样 的总质量损失均 比不掺加时大 ， 分别增加 了 0 ． 3 9 ％和 1 ． 2 4 ％。再 由图 4和 图 5的水 化 产 物差 热 曲线看 出， 图中曲线 1 1 0 ℃、 4 4 5 ℃和 7 1 0 ℃附近都 出现吸热峰 ， 1 1 0 ℃附近是 自由水蒸发而产生的吸热 峰 ； 4 4 5 ℃附近是 C a O H 2 的脱水和分解 ， 3 d的试样 掺加葡萄糖酸钠与未掺加时 的吸热峰相差并不是 很 明显 ，两 者 在此 吸热 峰下 质量 损 失差 值 只有 0 ． 3 6 ％； 2 8 d的试样掺加葡萄糖酸钠试样的吸热峰比 一 1 1一 鳃％舛 踞； 8 ． 跎鲫 一 M Ⅲ／ g一 ∞ 。 一 一 一 一 一 一 一 一 ％％ 鼯 跖 ∞ 2 0 1 5年第 4期 混凝土与水泥制品 总第 2 2 8期 未掺加 的 吸热 明显 ， 同时质量 损失 增加 1 ％。吸热峰 相差越 明显 ， 质量损失越 大 ， 说明掺加葡萄糖酸钠 后有更多 C a O H 生成 ， 也间接说 明该掺量下葡萄 糖酸钠可以使 A L C渣一 水泥体系水化反应更加充 分 ； 7 1 0 C 附近出现的吸热峰为 C a O H z 碳化生成的 C a C O ， 分 解引 起 。 2 ． 2 - 3 A L C渣一 水泥体系的孔结构分析 各种尺寸的孔也是 A L C渣一 水泥硬化体的一个 重要组成 ， 总孑 L 隙率和孔径分布 ， 都是硬化体 的重 要结构特征 ， 其测试结果列于表 4 。 从 表 4及 图 6 、 图 7可 以看 出 ， 两 组 试验 2 8 d试 样总孔隙率均低于 3 d试样 ， 同时随着龄期 的增大 ， 大孔 比例减少 ， 小孔 比例增多 ， 尤其 以孔径在 0 ． 1 ～ 0 ． 0 1 m范围内的小孔明显增多， 说 明随着养护龄期 的延长 ， 大孔逐渐被填充减小 ， 总的孔隙率相应 降 低 ， 试样更加密实， 这与强度提高相对应 。 同时 ， 相同龄期条件下 ， 掺加葡 萄糖酸钠 比未 掺加试样 的总孔隙率要低 ， 3 d与 2 8 d龄期分别降低 了0 ． 4 4 ％与 0 ． 4 8 ％。而且在 0 ． 1 0 ． 0 1 D m范围内的小 孔比例均增多 ， 分别增大了 7 ． 0 9 ％、 5 ． 2 8 ％， 说明该掺 表 4孔隙率及孔径分布 0 ． 1 4 O ． 1 2 O． 1 O 0．0 8 O．0 6 0．0 4 0 ．0 2 O 0 ． 0l 0 ． 1 4 0 ． 1 2 O ． 1 O 0 ． O 8 O ． O 6 0 ． 0 4 0．0 2 O 0． 1 l 1 0 1 0 0 0 ． 0 l 直径／ D m 图 6 AL C渣 掺 量 为 5 ％试 样 的 孔 径 分 布 量下的葡萄糖酸钠可以降低 A L C渣一 水泥体 系的孔 隙率 ， 提高密实度 ， 进而改善体系的强度 。 2 ． 2 ． 4 AL C渣一 水泥体系硬化体的 S E M观察 样品的 s E M图反映试样的形貌 、 组成和晶体结 构。图 8 a 、 图 8 b 为 A L C渣在水泥中掺量为 5 ％ 的试 样 3 d 、 2 8 d扫 描 图 ， 图 8 c 、 图 8 d 为 A L C渣 掺量为 5 ％、同时掺加 0 ． 0 4 ％葡萄糖酸钠的 3 d 、 2 8 d 扫描 图 。 从 图 8中可 以看出 ，未添加葡萄糖酸钠 的 3 d 样品中， 有部分凝胶状 C S H生成 ， 硬化体有一定 间隙 ， 表 明水泥有一定程度 的反应 ， 但仍有大量未 反 应 的颗粒 ， 密 实 度 较 低 ； 养 护龄 期 为 2 8 d的 样 品 中， 有更多的水化产物生成 ， 且水化产物 间的连接 更加密实 ， 水泥硬化体 明显致密化。添加葡萄糖酸 钠后 ， 3 d样 品有更多的 C S H凝胶生成 ， 且间隙较 不掺加时要少 ； 水化 2 8 d后 ， 有大量纤 维状 C S H 一 1 2 0 ． 1 1 1 O l 0 O 直径／ m 图 7 A L C渣掺量为 5 ％、 葡萄糖酸钠 0 ． 0 4 ％试样的孔径分布 凝胶和 C a O H 。 晶体生成 ， 水化产物间相互穿插搭 接 ， 纵横交错在一起 ， 紧密结合 ， 使水泥硬化体结构 具有较高强度 。说明该掺量下的葡萄糖酸钠对体系 强度的发展有一定促进作用 ，这与 X R D分析结果 和强度 测试结 果是 基本 一致 的 。 AL C渣 主 要 矿 物组 成 为不 同结 晶程 度 的托 勃 莫来石 、 无定形的水化硅酸钙以及部分未反应 的超 细石英砂等。C S H微晶具有较高 的表面 自由能 ， 将其分散于水泥中， 可 以大大降低水泥水化成核反 应的势垒 ， 加速水泥水化 ， 从而使结构变得更加均 匀 密实 ， 起 到一 定 的 晶种效 应 ； 同时 ， 超 细石 英 砂 填 充在水化产物空 隙中， 起 到微集料效应 ， 提高体系 的密实度 ， 改善强度。适 当掺量的葡萄糖酸钠 ， 在降 低水泥早期水化热 、 提高体系流动性 的同时 ， 可以 使得水泥颗粒 、 磨细 A L C渣 以及部分水化产物分布 得更加均匀 ， 有利于水泥颗粒 的充分水化 ， 对 A L C