碱激发水泥.docx

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1、碱激发水泥作为一种节能、利废、环保型建筑材料，是利用粉煤灰、矿粉等工业废渣或天然矿物加以一定量的激发剂配制而成，比普通水泥C02排放量降低70%左右1,且碱激发水泥有优越的力学性能和耐久性能，价格相对低廉，是一种绿色环保水泥，是当今建筑材料研究的热点之一。与传统硅酸盐水泥相比，碱激发水泥具有早强高强低水化热高密实度等优点，但也有研究表明，和普通水凝土相比，碱激发水泥碳化较严重23。碳化会降低混凝土碱度，致使钢筋脱钝而开始锈蚀，并最终导致混凝土结构失效。硅酸盐水泥混凝土碳化过程已被深入研究，而碱激发水泥混凝土碳化研究相对较少。PUertaS等4研究发现，用水玻璃作为碱组分时，碳化会加速CSH凝胶

2、脱钙，使浆体孔隙率增加、强度降低；而用NaOH作为碱组分时，碳化后强度有所增加。然而混凝土的实际服役环境不同于加速碳化条件，实际环境中水泥混凝土碳化速率很小，Xu等5用NaCO3Na0H制备的混凝土其碳化深度18年仅为8mm。用加速碳化试验结果预测实际环境中碱激发混凝土的碳化深度比真实值大67。碱激发水泥的水化产物及结构受碱组分影响，而不同的水化产物和结构会产生不同的碳化行为，这使碱激发水泥的碳化过程变得非常复杂。目前对碱激发水泥混凝土的抗碳化性能评价存在争议，未确立有效改善其抗碳化性能的技术途径，因此研究碱激发水泥的碳化过程，分析其碳化机理，并测量实际环境中砂浆碳化深度，对提高碱激发水泥混凝

3、土抗碳化性能和综合评价碱激发水泥混凝土耐久性有现实意义。1 试验1.1 材料用以制备砂浆的碱激发水泥由深圳航天科技创新研究院生产，主要成分为矿渣微粉,激发剂主要成分为偏硅酸钠，密度为2.65gcm3,胶砂28d强度为49.5MPa,标准砂。洁净自来水，矿渣微粉，矿渣微粉主要化学成分见表1表1矿渣微粉化学组成Table1Chemicalamp9,指示剂显示紫色，已碳化区域则显示无色。结果如图1和表2所示。(a) Accelerated 4 d0) Vel and dry cycle 3 monlhsSl砂浆在不同加赫明和眺条件碳化表2不同加速轴和碳化条件下碳化深度TaNe2Carhonation

4、depthindifferentacceleratedageandcarbonationconditionsmmAgeAccelerated4dAccelerated7dNaturesetting10monthsWetanddrycycle3monthsCarbonaiiondepth11.514.54.14.5从表2可以看出碱激发水泥砂浆加速碳化4d碳化深度已经达IL5mm,自然环境条件下放置10个月和模拟海水中干湿循环3个月后，碱激发水泥砂浆的碳化深度约为4mm,可以预测碱激发水泥混凝土可以在恶劣环境中服役。当前，对普通水泥混凝土碳化过程研究较深入，普通混凝土碳化深度和时间、C02浓度。的

5、关系如公式所示。Xc=K式中，XC为混凝土碳化深度；K为与C02扩散系数相关的常数；P为C02浓度。假设该式(1)在碱激发水泥中仍适用，将4d碳化深度代入式(1),计算出7d碳化深度为15.2mm,与实测值相近(14.5mm)。空气中C02含量约为0.03%,而加速碳化时C02浓度为20%,假设K值在两种环境条件下变化较小，将以上数值代入式(1)计算得出自然条件下放置10个月后，碳化深度为3.9mm,与实测值(4.1mm)接近，砂浆保护层厚度为20mm,根据式(1),计算出保护层完全碳化所需时间为21年，平均1年碳化约Imm,与Shi9所述观点一致。2.2碳化对碱激发水泥砂浆强度的影响碱激发水

6、泥砂浆养护至28d时，一部分试样取出烘干后放入碳化试验箱，另一部分试样继续养护作强度对比试验，试验结果如表3所示。表3硬亿对砂浆费施影晌Tahle3Impactingonthestrengthofalkali-activatedmortarsafterbeingCarhonate(I/MPaCarbonationdegree/50100ElexuralstrengthCompressivestrengthElexuralstrengthCompressivestrengthCarbonated5.245,04.232.8Uncarbonated8.346.39.146.8从表3可看出砂浆在碳化

7、近半和完全碳化时，抗折、抗压强度均有不同程度的降低，其中抗折强度降低较明显，为37%和54%；抗压强度在碳化约50%时变化不明显，而完全碳化时降低30%。碳化后碱激发砂浆的强度降低，结构混凝土若使用碱激发水泥，须采取措施，提高碱激发混凝土的抗碳化性能，以保证混凝土的使用年限。2.3碳化对碱激发水泥砂浆收缩的影响养护6个月碱激发水泥胶砂收缩试样，置于碳化试验箱3d(T=(203),RH=(655)%,C02=0),目的是砂浆自生收缩和环境变化引起收缩可以忽略,测量初始值，待试样长度稳定后通C02气体，每天测量1次收缩值直至稳定，碳化后砂浆收缩和碳化前后试样光学显微镜观察结果如图2所示。图2碳化对

8、砂浆4斓飕响从图2(a)可以看出碱激发水泥砂浆碳化后收缩率为0.17%。，常见普通水泥砂浆早期Md收缩率约为0.3%。，普通水泥砂浆碳化后几乎无收缩，可见碳化对碱激发水泥体积稳定性影响较大。集料与水泥浆体结合处称之为界面过渡区，制备过程中的微泌水作用，引起界面过渡区的不均匀性10,它是混凝土或砂浆的薄弱环节，当收缩应力达一定值时导致界面过渡区处首先开裂；由图2(b)、图2(c)可以看出碳化后碳化区域内细集料周围出现裂纹，而未碳化区域内水泥浆体与集料结合较致密，未出现裂纹，结合图2(a)可知裂纹是碳化收缩所致,裂纹的出现致使砂浆强度的降低，与碳化对砂浆强度影响试验结果一致，裂纹的出现增大了C02

9、在砂浆内的扩散系数。2.4加速碳化前后XRD分析碱激发水泥砂浆试样加速碳化前后XRD测试结果如图3所示。2伙。)图3砂浆碳化前后XRD分析由图3可看出碱激发水泥碳化后有较多CaCO3和Na2(C03)2生成，未碳化试样也检出少量CaCO3,可能是碱激发水泥易碳化，取样和检测过程中与空气接触,试样发生了部分碳化所致。碱激发水泥水化产物中未检出Ca(OH)2,因此其孔隙液中Ca2+较少，其碳化过程与普通水泥不同，碳化产物中CaC03主要是由CSH凝胶脱钙所致，凝胶脱钙后会导致孔隙率增加11,进而C02扩散系数增大，所以碱激发水泥碳化速率大于普通混凝土。2.5加速碳化前后FTlR分析加速碳化前后碱激

10、发水泥试样FTIR分析如图4所示。由图4可以看出碳化前出现CO23离子振动吸收峰(1.450cm1.875cm1),碳化后Co23离子振动吸收峰强度明显增大，说明碳化后试样内碳酸盐含量明显增多，与XRD分析结果相符。碳化前后Si0键振动吸收峰从999cm1偏移至1040cmL是因为碳化使孔隙液中Ca2+浓度降低，CSH凝胶脱钙补偿所致4WQDnmtrwn图4眇浆般化嗣7TIH分析2.6碳化前后SEM分析碱激发水泥浆体碳化前后SEM测试结果如图5所示。比较图5(a)和图5(b)可看出碳化前浆体较致密，碳化后由于CSH凝胶脱钙，促使浆体问粘结力降低，而变得较分散，浆体内孔隙率变大。比较图5(C)和

11、图5(d)不难看出碳化后出现CaeO3白色圆形小颗粒12,是碱激发水泥的碳化产物，与XRD分析结果相符。(c)Uncarlionated(d)Carbonated图5砂浆碳化曲后SEM分析3结论a.碱激发水泥砂浆碳化速率较普通水泥砂浆快，且碳化后抗折、抗压强度有不同程度降低，尤其是砂浆完全碳化后，抗折强度下降50%以上。b.碱激发水泥碳化后有CaCO3和Na2Ca(C03)2生成，碳化使孔隙液中Ca2+浓度降低，C-S-H凝胶脱钙补偿。c.碳化会导致碱激发水泥砂浆产生较大收缩，导致集料周围出现较多微裂纹，且碳化会使浆体孔隙率增大，增大砂浆C02的扩散系数。碱激发水泥由于具有独特的性能，越来越广泛地被用于实际工程中，碳化是碱激发水泥的薄弱之处。目前对碱激发水泥碳化的研究还不够深入，待充分研究后，针对性地改进碱激发水泥体系，并结合防腐剂的使用，有望将碱激发水泥混凝土的碳化寿命提高到100年以上。