C12A7-CaSO4复合胶凝体系改性技术研究

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自流平材料由于便捷的施工特性而被广泛应用。目前石膏基自流平材料存在不耐水、耐磨性差和体系低碱性等缺点,通过在其中加入C12A7改变水化产物来实现改性,但是目前存在两者水化过快使得体系粘度过大,气泡不易排出而影响外观和后期强度明显降低等问题。本课题在原胶凝材料配合比的基础上,采用重钙粉、轻钙粉和粉煤灰对其进行改性和优化,以期更加合理的水化产物和更优异的材料性能。本文研究了C12A7与不同掺量的石膏的水化特性和三种改性材料之间的水化反应。在掌握了改性物质对于C12A7影响后,将改性物质掺入C12A7-CaSO4体系中,探究改性材料在复合体系中发挥的的作用和机理,得到以下研究结果:(1)C12A7-CaSO4二元体系水化放热主要更集中在2 h-6 h,40%石膏时单位质量C12A7多释放129 J的热量;石膏增加使得初凝和终凝时间缩短至20 min内;在0.40水胶比下28 d后由于石膏持续反应,AFt大量的生成,会导致试件开裂并破坏;0.50水胶比下由于早期水化充分,后期未出现开裂情况,且抗压强度随着掺量和龄期增加而升高,石膏掺量低于30%时由于体系发生AFt分解成SO4-AFm反应,在28 d后强度发生倒缩。(2)重钙粉加入C12A7-CaSO4体系中由于其“晶核加速”作用增大水化放热速率,增大单位质量体系的放热量;体系早期反应是以C12A7-CaSO4为主,在40%石膏时加入25%重钙粉初凝和终凝时间分别延长2 min和3 min;在40%石膏时,15%重钙粉在28 d强度达到60.2 MPa;重钙粉由于增加实际水胶比会抑制后期试件开裂,掺量超过15%时效果明显;在28 d-210 d时,继续有大量AFt生成组,会造成试件开裂,在210 d会出现明显倒缩,而重钙粉可在其中形成CO3-AFm相同时填充空隙使得强度下降受到抑制。(3)轻钙粉由于细度大,成型需要0.50水固比,并会与C12A7反应生成CO3-AFm;在C12A7-CaSO4体系中掺入25%的轻钙粉,对各个龄期强度都有明显的提高作用;在20%石膏掺量加入轻钙粉后体系中水化产物是AFt与CO3-AFm,其强度会随着龄期发展不断增加;在掺量大于等于40%石膏时,强度发展主要在28 d前,加入轻钙粉后会使得AFt稳定,同时避免被碳化迹象。(4)粉煤灰会加速C12A7水化放热,会缩短凝结时间;35%的粉煤灰在7 d时会形成少量的片状C2ASH8,同时会推迟发生相转化的时间,但是由于自身活性低,其力学性能随着掺量增加而降低;加入到二元体中,粉煤灰与C12A7反应会受到抑制,而会在石膏激发作用下与其生成AFt;粉煤灰的加入会使得强度随龄期增加不断增加,尤其在28 d后增加较为明显;粉煤灰的水化同时会降低体系碱度,在TG-DTG中结果可以看到被碳化。综合来看,三种物质都能提高复合体系的1 d强度,其中轻钙粉在5%使提高58.0%;两种碳酸钙的胶凝特性与C12A7有关,而粉煤灰则主要与CaSO4有关;两种碳酸钙在石膏掺量不足时形成CO3-AFm+AFt的复合产物,其中AFt含量对于早期强度影响大,而CO3-AFm会使得后期强度不断发展,能够避免后期强度下降;粉煤灰会在石膏足量时发挥活性,28 d后作用较为明显。在实际应用中可以考虑加入轻钙粉来实现改性。
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