天然硬石膏对水泥基胶凝体系性能的影响

天然硬石膏对水泥基胶凝体系性能的影响试验部分1原材料

1.1华新普通硅酸盐水泥，其抗压强度抗压强P-

042.57d

30.1MPa,28d度

50.2MPa；S95级矿粉，其7d活性指数79%,28d活性指数97%；II级粉煤灰,其7d活性指数71%,28d活性指数79%；自磨石灰石粉，其7d活性指数64%,28d活性指数68%；一级天然硬石膏；细骨料为黄沙，细度模数

2.6；粗骨料为连续级配石灰岩碎石；武汉建材科技有限公司产型高性能减水剂各原材料的物理性能见表SY1表原材料的物理性能1试验方法

1.2净浆安定性及凝结时间试验参考《水泥标准用GB/T1346—2011水量、凝结时间、安定性检验方法》进行，安定性试验采用冷浸由图可知，水化产物中的晶体部分主要有水泥水化生成的、4Ca0H2钙矶石、未完全水化的及粉煤灰中引入的未反应的莫来石、石C2s英以及石灰石粉引入的CaC03在三掺体系胶凝材料中掺入天然硬石膏，主要衍射峰的位置未发生明显变化，但部分衍射峰的峰强有一定变化，这说明天然硬石膏对水化产物种类的影响不大，但对各矿物水化进程有不同作用Ca0H2衍射峰随天然硬石膏掺量的增加而逐渐降低，这表明天然硬石膏能够增加的消耗量；衍射峰随天然硬石膏掺量的增加变化Ca0H2C2S不大，这说明至龄期时水泥熟料中矿物仍未反应完全，且28d C2S天然硬石膏对反应速率影响不大；衍射峰随天然硬石膏C2S Ettringite掺量的增加有所升高，而未见石膏类晶体衍射峰，这说明三掺体系中掺入一定量的天然硬石膏能够完全反应并生成更多的钙0%~7%,矶石；衍射峰在天然硬石膏掺量较高时有一定降低，这可能是CaC03由于与水泥矿物反应生成了碳铝酸盐水化物CaC03C3A图净浆水化产物图谱428cl XRD由图可知，净浆水化产物表面已较为致密，大量钙矶5G528d石聚团生长于凝胶表面及其孔隙间还能观测到部分边缘模糊C-S-H的未完全水化的水泥颗粒和球体仍完整但表面已开始水化的粉煤灰颗粒，以及少量穿插于孔隙间的氢氧化钙晶体从水化产物整体来看，密实的凝胶体表面已无明显孔洞，大量针棒状钙矶石晶体相互交织，与其他部分结晶程度较好的晶体、未水化的胶凝材料颗粒等一同穿插于凝胶之间，并与其紧密相连这种密实的微观结构为硬化水泥石提供较优的力学性能，大量的钙矶石生成则是掺天然硬石膏的三掺体系体积膨胀的内在原因图组净浆水化产物图谱5G528d SEM掺天然硬石膏的三掺体系净浆微观测试结果表明，天然硬石膏能够与水泥矿物的初步水化产物进行进一步反应生成大量钙矶石，C3A填充于孔隙间，提高硬化体密实程度并提供体积膨胀；还能够激发三掺体系中矿粉、粉煤灰等的水化活性，消耗并降低的富集Ca0H2程度，同时生成凝胶类产物；石灰石粉也能够参与水化反应，C-S-H在大量钙矶石存在的前提下，石灰石粉发生反应，可能的水化产物为水化碳铝酸钙，但由于该类水化物较少且与钙矶石类产物较接近，因而在本试验条件下，未能发现水化碳铝酸钙存在的证明结论使用雷氏夹冷浸法测得三掺体系中掺入的天然硬石膏掺量1W7%时，安定性合格，同时，对三掺体系凝结时间影响不大，硬石膏掺量时，甚至有微弱促凝效果25%三掺体系混凝土中掺入天然硬石膏，能够产生一定的体积膨胀，2增大混凝土密实程度，同时显著提升混凝土、抗压强度，混凝3d7d土后期强度则受硬石膏掺量影响减弱，但并未出现显著的强度劣化现象止匕外，一定掺量的天然硬石膏还能够显著改善三掺3%~5%体系混凝土抗水渗透、抗氯离子渗透、抗硫酸盐侵蚀等耐久性能天然硬石膏能够在矿粉-粉煤灰-石灰石粉三掺水泥基体系中反应3生成大量钙矶石，产生体积膨胀；能够激发三掺体系中矿粉、粉煤灰等的水化活性，促进其与的反应并生成凝胶类产物，Ca0H2C-S-H改善力学性能及耐久性；在一定量的天然硬石膏参与反应时，石灰石粉也能够参与水化反应法混凝土强度试验参照《普通混凝土力学性能试验方GB/T50081-2016法标准》，成型义试件，分别在标养条件150mm150mm X150mm（温度20℃,相对湿度95%）下养护至3d、7d、28d、56d,并测试各龄期抗压强度混凝土限制膨胀率试验参照《混凝土膨胀剂》,成GB/T23439—2017型带纵向限制器的的混凝土试件,拆100mm X100mm X300mm16h模并测初长，后置于20℃水养条件下养护至3d、7d、14d28d、56d龄期并测试其各龄期混凝土限制膨胀率混凝土抗渗性、抗氯离子渗透、抗硫酸盐侵蚀性能试验参照规范GB/T《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行，50082—2009混凝土抗渗性试验以渗透高度比方法测试混凝土抗渗性能；混凝土抗氯离子渗透性能使用型混凝土氯离子扩散系数电通CABR-RCMP6量测定仪进行混凝土电通量试验；混凝土抗硫酸盐侵蚀试验，循环龄期设置为、、、30d60d90d120do微观测试样品使用标准稠度用水量成型净浆试20mmX20mmX20mm件，养护至龄期，取试件中心部分颗粒，以无水乙醇浸泡终止28d水化，至测试前烘干并制样，颗粒样用于测试，SEM粉样用于测试XRD结合多元体系配合比设计方法［］及本地预拌混凝土工程配合比,试11验确定了三掺体系净浆和胶砂试验胶凝材料配合比，以及强度等C30级三掺体系混凝土配合比，见表、表23表三掺体系净浆试验胶凝材料配合比2表三掺体系混凝土配合比3c30结果与讨论2天然硬石膏掺量对三掺体系净浆安定性及凝结时间的影响

2.1有研究表明，掺入硬石膏的胶凝体系可能由于其中的过量及缓SO3慢溶解等问题导致延迟性钙矶石的生成，进而导致体系破坏风险，而水化硫铝酸钙在煮沸过程中会分解，因此本试验使用冷浸条件下的雷氏夹安定性检验方法测试安定性将装满净浆的雷氏夹标准养护后，不经过煮沸，置于水中养护至各龄期,测量各龄期指针Id20C尖端距离与初始距离的差值是否超过以此来判断安定性是否合5mm,格不同天然硬石膏掺量的三掺体系胶材净浆配合比及冷浸法安定性检验结果见表4；不同天然硬石膏掺量的三掺体系净浆凝结时间如图所示1表不同天然硬石膏掺量的三掺体系净浆配合比及安定性测试结果4图不同天然硬石膏掺量的三掺体系净浆凝结时间1由表可知，随着胶凝材料中含量的上升，雷氏夹针尖间距离4S03差值显著提升当含量不高于时，距离差值自起即保持S

034.11%3d不变，说明当胶凝材料中含量较低时，虽有水化硫铝酸钙等膨S03胀性水化产物的产生，硬化体体积也会产生膨胀，但该部分膨胀性水化产物并不会引起胶凝材料安定性不良当含量为时，S

035.24%针尖距离差值随着水养龄期增加略有增加，但至时，差值仍在56d之内，安定性合格当含量升至时，针尖距离差值5mm S

036.37%显著提升，时距离已至至距离仍在持续增大，安定性28d6mm,60d不合格，即当三掺体系中天然硬石膏掺量不高于时，胶凝材料安7%定性合格由图可知，天然硬石膏对矿粉-粉煤灰-石粉三掺水泥基体系凝结1时间影响较小，并不会造成显著的缓凝效果，且在掺量提升至后，5%反而对体系初凝时间有一定的促进作用其原因在于天然硬石膏的掺入，能够与的初步水化产物进一步反应生成大量钙矶石，反C3A而促进了体系的凝结硬化天然硬石膏掺量对三掺体系混凝土性能的影响

2.2分别选取、、掺量的天然硬石膏，等质量取代水泥，将制3%5%7%作的混凝土试件养护至各龄期，并测试其力学性能、限制膨胀率、抗水渗、抗氯离子渗透、抗硫酸盐侵蚀等耐久性能混凝土试件的配合比及抗压强度测试结果见表5o表不同天然硬石膏掺量的三掺体系混凝土配合比及抗压强度5C30由表可知，不同掺量的天然硬石膏对三掺体系混凝土早龄期抗压5强度有一定的促进作用，、时混凝土抗压强度随硬石膏掺量的3d7d上升而有所增加，分析原因，一是天然硬石膏的掺入，能够与C3A的初步水化产物进一步反应生成钙矶石，初期即大量生成的钙矶石能够填充于孔隙间，并提供一定的膨胀，使硬化体结构更为密实；二是天然硬石膏的掺入还能够激发矿粉、粉煤灰等掺合料的水化活性，加快其反应速率，在水化初期即生成凝胶等产物，因此，C-S-H混凝土强度有所提升此后继续养护至硬石膏对强度的增强作用56d,减小，可能的原因在于，硬石膏引起混凝土体积膨胀，对后期力学强度不利，但混凝土中粗、细骨料对水泥浆体的约束作用使得混凝土的体积变形能力较小，抵抗由膨胀性水化产物产生的膨胀应力的能力要强，由此产生的力学性能劣化也随之减弱因此，三掺体系C30混凝土中掺入较高掺量的天然硬石膏（3%〜7%）未引起后期抗压强度的大幅降低根据表成型不同硬石膏掺量三掺体系混凝土限制膨胀率试件,测试5混凝土体积变形性能，结果如图所示2图天然硬石膏掺量对三掺体系混凝土限制膨胀率的影响2由图可知，掺天然硬石膏的三掺体系混凝土体积均有不程度的膨2胀，其限制膨胀率均随天然硬石膏掺量增加而上升，且其前期膨胀率增长较快，龄期后膨胀减缓，且当硬石膏掺量达以上时，三7d5%掺体系混凝后限制膨胀率有回落趋势天然硬石膏引起混凝土±28d体积膨胀的原因在于，首先，水化初期硬石膏自身会水化生成二水石膏，反应过程理论固相体积增大约58%；此后石膏能够与水泥水化产物继续反应生成钙矶石，该反应理论固相体积增大约因此，120%,龄期前混凝土体积快速膨胀；在后续水化过程中，硬石膏掺量过7d高（达时），仍可能引起延迟钙矶石现象产生，因此，在限制条7%件下，混凝土限制膨胀率有所回落天然硬石膏掺量对三掺体系混凝土耐久性的影响

2.3根据表配合比制备混凝土试件测试其抗渗性能，结果如图所示，53抗氯离子渗透试验电通量测试结果见表抗硫酸盐侵蚀试验结果见6,表7o由图可知，一定掺量的天然硬石膏等质量替代水泥掺入三掺体系3混凝土中，能够显著提升混凝土的抗渗性能标养后各组混凝28d土抗压强度接近的前提下，掺天然硬石膏组混凝土渗透高度显著降低，组混凝土渗透高度为组的组渗透高度仅为组G3G055%,G5G0的组渗透高度与组接近混凝土的抗渗性能主要由体系41%,G7G5中连通的孔隙决定，孔隙率越低，混凝土抗渗性能越优在三掺体系混凝土中掺入天然硬石膏，不仅能够促进矿物掺合料的水化活性，提高凝胶类水化产物的生成量，更能够反应生成大量钙矶石，填充于孔隙间，降低混凝土孔隙率，进而提高混凝土抗渗性能图不同天然硬石膏掺量的三掺体系混凝土渗透高度3由表可知，所有配合比混凝土电通量均小于属于氯离子渗61000C,透“非常低”级别这是由于三掺体系混凝土中掺入了大量矿粉、粉煤灰、石粉等优质掺合料微粉，优化了胶凝材料粒径分布，使得对照组混凝土密实程度本就较高，因此，未掺天然硬石膏的三掺GO体系混凝土组已有较优的抗氯离子渗透性能而掺入一定C30GO量的天然硬石膏后，混凝土电通量有所减小，但减小幅度不大，最终电通量仍处于“非常低”级别即天然硬石膏对三掺体系混C30凝土抗氯离子渗透性能有所提升，但提升幅度不大表不同天然硬石膏掺量的三掺体系混凝土总电通量6由表7可知，

（1）随着侵蚀龄期的上升，各组混凝土抗压强度及抗压强度耐蚀系数均呈先升高后降低的趋势，循环至次时,各组混60凝土抗压强度及耐蚀系数均到峰值，此时，组耐蚀系数最高，为G0循环至次，各组混凝土耐蚀系数均出现不同程度的下降，128%,120但仍高于即各组三掺体系混凝土抗硫酸盐侵蚀等级均不低75%,C30于KS120；

（2）在硫酸盐侵蚀初期（＜60次），耐蚀系数增大，增大幅度随天然硬石膏掺量的上升而减小，至侵蚀后期（＞60次），各组混凝土耐蚀系数均从峰值开始下降，但下降幅度据天然硬石膏的掺量不同而有所差异，当天然硬石膏掺量时，随天然硬石膏W5%掺量提升，下降幅度有所减缓，至循环龄期时、组耐蚀120d G3G5系数均高于组，但天然硬石膏掺量达后，耐蚀系数迅速下降G07%至低于组即天然硬石膏掺量不高于时，能够提升三掺体系G05%混凝土抗硫酸盐侵蚀性能表不同天然硬石膏掺量的三掺体系混凝土抗硫酸盐耐蚀系数7天然硬石膏在三掺水泥基胶凝体系中的微观作用机理

2.4微观测试试件采用与各配比混凝土胶凝材料同配比的净浆试件,使用及等微观测试手段，探究天然硬石膏对三掺水泥基胶凝体XRD SEM系水化产物及微观结构的影响不同天然硬石膏掺量的三掺体系净浆水化产物图谱如图所示，XRD4组净浆水化产物图谱如图所示G528d SEM5。