2019-03-18 13:50:07, 小K 苏州纽迈分析仪器股份有限公司
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导读
大家好,小K又㕛叒叕和您见面啦!本学期小K将继续为大家推送低场核磁共振技术在更多专业领域的应用案例。本期给大家带来一篇基于LF-NMR技术研究在加速碳化作用下的碱-激发矿渣砂浆微观孔隙结构演变方面的应用案例。更多精彩,感谢您的关注。
碱-激发矿渣水泥(Alkali-Activated Slag,AAS )
是以干燥的粒化高炉矿渣(矿渣、粉煤灰等具有潜在活性)为主要原料加入适量的硅酸盐水泥熟料和少量的二水石膏及适量的碱性激发剂混合磨细制成的水硬性胶凝材料,其中矿渣占总量的80%~85%,碱激发剂占总量的5%~10%,其余为水泥熟料。碱激发胶凝材料不仅是一种节能、环保型建筑材料,且具有优越的力学性能和耐久性能,且价格相对低廉,是一种绿色环保水泥,是当今建筑材料领域研究的热点之一。
——文献总结小K
白日不到处,青春恰自来。
核心观点
碱-激发水泥的水化产物及结构受碱组份影响程度较大,而不同的水化产物和结构会产生不同的碳化行为,这就使得碱-激发水泥的碳化过程变得尤为复杂。目前国内外对碱-激发水泥碳化反应速率和机理方面的研究较多,对于碳化反应后AAS的微观孔隙结构演变方面的关注较少。因此,研究加速碳化作用下碱-激发矿渣水泥砂浆的碳化过程,分析其内部孔隙结构演变规律,对研究AAS的碳化机理,提高碱-激发矿渣水泥砂浆(混凝土)的抗碳化性能和综合评价碱-激发矿渣水泥混凝土的耐久性具有现实意义和工程价值。
试验方法01
试验原材料
试验原材料
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。
02
试验配合比与试样制备
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
03
微观孔隙结构检测
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。
试验结果01
碳化前后对试样抗压强度的影响
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。
02
碳化前后对试样孔隙率的影响
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。
03
碳化前后对试样孔隙结构的影响
图5 碳化作用前后各样品的核磁共振伪彩图像
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