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负温条件下硫铝酸盐水泥水化及性能的研究

王敬宇  
【摘要】:冬季低温(负温)施工已成为基础设施建设中控制进度的常态措施。实现冬季低温施工的方法主要包括集料暖仓预热、热水拌合、外加剂促凝增强与浆体保温输送、暖棚蓄热浇筑与加热养护等。然而,此类方法工艺繁琐、对场地要求高,并且有可能因保温不到位而造成质量事故,故其应用受到诸多限制。因此,研发负温条件下免加热拌合且强度发展迅速的新型水泥基材料对冬季低温施工,尤其是负温施工具有重要意义。本文将快硬硫铝酸盐水泥熟料与硬石膏混合配制硫铝酸盐水泥,使用无水氯化钙配制低凝固点溶液进行冷物料免加热拌合,通过掺用硼砂等缓凝剂、碳酸锂等早强剂,对负温下硫铝酸盐水泥凝结硬化行为及力学性能进行调控。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(IR)等测试技术,结合水泥水化过程中温度测定,探究了负温对硫铝酸盐水泥水化过程、微结构演变的影响。(1)负10℃,采用质量分数为12.28%、凝固点为-14℃的氯化钙冷溶液拌合冷物料,浆体可快速凝结硬化。该浆体凝结过快,需掺入缓凝剂控制其凝结时间。负20℃,采用质量分数为18.03%、凝固点为-23℃的氯化钙冷溶液拌合冷物料,浆体可正常凝结硬化。该浆体硬化后早期强度过低,需掺入早强剂。(2)0.6%硼砂可使初凝时间延长至25 min,终凝时间延长至28 min,3 d强度达到38.8 MPa,28 d抗压强度达到51.9 MPa。与硼砂相比,葡萄糖酸钠及L(+)-酒石酸对硫铝酸盐水泥的凝结时间影响不明显,但会显著降低强度。硼砂、葡萄糖酸钠、L(+)-酒石酸均会降低硫铝酸盐水泥水化放热速率,但对钙矾石的生成及形态产生不同影响。掺入硼砂的试样中钙矾石早期生成量会减少,而掺入葡萄糖酸钠及L(+)-酒石酸的试样中钙矾石形貌则会改变。0.6%硼砂使1 d钙矾石生成量下降45.9%,葡萄糖酸钠会使钙矾石呈短柱状,而L(+)-酒石酸则使钙矾石呈针状。(3)0.6%碳酸锂可使初凝时间缩短至15 min,终凝时间缩短至33 min,3 d强度提升至9.7 MPa,28 d抗压强度提升至38.0 MPa。与碳酸锂相比,硫酸铝虽然会显著缩短凝结时间,但会导致强度下降。碳酸锂、硫酸铝均会改变硫铝酸盐水泥的早期水化放热行为,但对钙矾石的生成及形貌无明显影响。(4)基于确定的胶凝材料配比,冬季室外环境下(搅拌与浇筑温度为-9℃,昼夜温度范围为-9℃~1℃)配制混凝土,采取拌合溶液润湿物覆盖的养护方式,混凝土可正常凝结硬化,强度可达C50等级。


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