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低水灰比对硅酸盐水泥水化程度的影响 封孝信 孙晓华 （河北理工大学材料学院，河北，唐山市 063009） 摘 要：研究了低水灰比硅酸盐水泥的水化程度，并利用XRD和SEM分析了其水化产物的微观结构。结果表明在低水灰比条件下，水泥的水化程度较低，其硬化水泥浆体中存在较多的未水化水泥；同时由于自身的密实性增强和体系的低孔隙率，使水泥水化产物的结晶、生长情况也受到影响。 关键词：水化程度；低水灰比；水化产物；微观结构 1．引言 在混凝土设计和配制时，降低水灰比已经成为提高混凝土性能的主要技术措施，高性能混凝土的水灰比一般≤0.38[1]。而依据Powers和Brownyard提出的水泥水化理论[2]，当水灰比小于0.42时，水泥就不能完全水化。在低水灰比条件下，水泥的水化环境与普通水灰比条件下不同，水化性能与微观结构都有其特殊性。基于此，本文主要针对低水灰比（W/C≤0.38）条件下水泥的水化程度进行研究，并对水泥水化产物的微观结构进行分析。 2．原材料与试验方法 2.1 试验用原材料 本实验用的水泥是自制硅酸盐水泥，水泥熟料和石膏混合（石膏掺量6%），在球磨机中粉磨31min，其物理性能如表1所示： 2.2 试验方法 采用水泥净浆研究水泥水化性能和浆体结构，成型3cm×3cm×5cm的低水灰比水泥净浆试体，在20℃、相对湿度大于90%的标准养护箱中养护24小时脱模后，置于（20±1）℃的不流动水中养护至相应龄期。到达龄期后，破碎，将碎块立即浸泡在无水乙醇中终止水化，经过真空干燥后进行相关测试。 表1 水泥的物理性能 细度 (%) 比表面积(m2/kg) 安定性 凝 结 时 间 (min) 抗压强度 (MPa) 抗折强度(MPa) 初凝 终凝 3天 28天 3天 28天 1.9 347 合格 115 150 36.7 60.0 5.8 9.2 3．试验结果与讨论 3.1 低水灰比条件下硅酸盐水泥的水化程度 在低水灰比体系中，水泥的水化与普通水灰比体系不同，主要是水分的供给和扩散迁移都受到限制，外界水分的渗入和水分在体系内的扩散都较高水灰比条件下困难和缓慢，这些都将影响水泥的水化进行。水化程度是水泥水化的基本参数之一，表示任一时刻已发生水化作用的水泥量与初始水泥量的比值。本部分将用化学结合水法[3]对各龄期低水灰比体系水泥的水化程度进行测定，从而研究低水灰比条件下水泥的水化特性。各龄期水泥的水化程度如表2所示。 由表中数据可以看出，在相同龄期条件下，水灰比越低，水泥的水化程度越低。表明其体系中含有的未水化水泥颗粒越多，这些未水化水泥熟料颗粒填充于水化产物之间，起到微集料的作用。同时，随着龄期的增加，水泥的水化程度不断增加，但不同水灰比其水化程度增加的幅度不同。水灰比越低，水泥的水化程度后期增加越少。其主要原因是水灰比越低，水泥浆体越密实，孔隙率较小，并且孔径也较小，而水泥水化的后期主要受水分扩散的影响，包括水从外界扩散到水泥内和水泥内部水分的迁移扩散。由于受扩散限制，因此，水灰比较低的致密水泥石结构中水泥的水化速度随着时间的延长将减慢。 在水泥水化过程中，水化产物的体积要大于熟料矿物的体积。据计算每1cm3的水泥水化后约需占2.2cm3的空间，即约45％的水化产物处于水泥颗粒原来的周界之内，而55％的水化产物占据原来充水的空间[4]。从上述实验结果可见，在低水灰比条件下，水化龄期一年时仍有大量的未水化水泥存在，而此时的水泥浆体已非常密实，未水化的熟料颗粒继续水化所产生的体积膨胀对混凝土的性能有什么影响，还待深入的研究。 3.2 XRD分析 本实验对低水灰比0.24，0.36与普通水灰比0.50，龄期为28d的水泥浆体进行了XRD衍射分析，其XRD图谱如图所示。通过分析这些图谱中各种矿物的特征峰的高度及其变化，可以判断这些浆体中的矿相组成以及胶凝材料的水化进程情况。 表2 硅酸盐水泥不同龄期的水化程度 W/C 龄期 0.24 0.28 0.32 0.36 14d 0.46 0.50 0.53 0.56 28d 0.54 0.60 0.64 0.68 56d 0.60 0.67 0.71 0.76 90d 0.63 0.72 0.77 0.83 120d 0.64 0.74 0.80 0.87 180d 0.66 0.76 0.82 0.90 360d 0.68 0.79 0.85 0.94 图1 W/C=0.24，28d 的水泥水化产物XRD图谱 图2 W/C=0.36，28d 的水泥水化产物XRD图谱 图3 W/C=0.50 ，28d 的水泥水化产物XRD图谱 XRD定性分析表明，无论是低水灰比还是高水灰比的水化浆体中均存在未水化的C3S，C2S，同时生成了AFt、CH和