【文献解读】碱-激发矿渣砂浆在加速碳化作用下的微观孔隙结构演变

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试验主要选用某钢铁公司所产的玻璃质磨粒高炉矿渣和P.I 42.5硅酸盐水泥。采用X-ray技术X射线荧光来测定矿渣和水泥的主要化学成分，具体可见下表。

采用激光粒度分析仪测定所选材料的粒度分布，详见下图。

图1 水泥与碱激发矿渣的粒度分布曲线

此外，采用最大粒径2.36mm，细度模数2.75，表观密度为2530kg/m3的河砂用于制备砂浆试样，选用工业级颗粒状NaOH（纯度99±1%）和硅酸钠溶液为碱性活化剂（主要成分8.3% Na2O、26.5% SiO2和65.2% H2O）。正式开始试验24h前分别制备0、0.5、1.0、1.5摩尔模量（SiO2/Na2O摩尔比）的碱性活化剂溶液。

图2 碱-激发矿渣试样与水泥砂浆试样配合比分组

图3 试样制备流程图

为阐述PC和AAS砂浆碳化前后的微观孔隙结构变化，采用纽迈分析的MacroMR12-150H-I低场核磁共振分析系统，对碳化前后的40×40×40mm砂浆样品进行了核磁共振测试。首先，将样品置于60°C的烘箱中24 h。然后冷却至室温（20°C），使用真空饱和装置使砂浆样品饱和。

图4 AAS与PC砂浆碳化前后的抗压强度

从图中可以看出，碳化作用使PC混凝土的抗压强度有所提高，这主要是由于碳化作用于水泥水化的产物发生二次反应，所生成的微小的晶体，可以填充基体中的孔隙，减少孔隙，起到一定的密实作用，从而使得抗压强度有所提高。

相反地，对于碱激发矿渣水泥砂浆来说，碳化作用使得不同浓度下的样品的抗压强度有所降低。目前主要从以下两方面来解释：一是碳化过程中碳酸钙结晶速率较低有关，碳酸钙结晶速率较低，在硬化碱活性渣中，C-S-H的低Ca/Si能抑制CaCO3的形成；第二种说法认为：尽管具有高耐久性的C-SH凝胶的低Ca／Si，一旦发生脱钙，C-S-H凝胶损伤更快，凝胶的凝聚力降低。

本试验以体积变化、干样信号和孔隙率为研究对象，利用低场核磁共振技术研究了碳化前后对AAS和PC样品孔隙率的影响。具体可如表3所示.

可以看出，在碳化前后，PC和AAS的体积、干样品信号和孔隙率存在较大差异。结果表明，碳化过程对所有试样的收缩效应，但PC试样的收缩率较低。这主要与Ca(OH)2膨胀转化为CaCO3有关，有研究表明，碳酸钙的形成使体积增加了11.8%。另一方面，当采用0、0.5、1、1.5三种模量时，水玻璃模量的增加使收缩率分别提高了7.43%、7.67%、9.98%和11.53%。这可能是由于随着水玻璃模数的增加，C-S-H的形成阻碍了碳酸钙的结晶。此外，碳化过程中水滑石的形成也可能对碳酸钙结晶产生干扰作用。

图5  碳化作用前后各样品的核磁共振伪彩图像