本文研究了硅灰對水泥凈漿性能的影響，并對28d水泥凈漿進行了SEM分析。
1 試驗材料及方法
采用的硅灰來自上海鐵合金廠:粒徑為0.5～1μm的占81.09%，SiO2含量為94.50%；水泥:32.5級普通硅酸鹽水泥，大連山水泥廠回轉窯生產(chǎn)，安定性合格。原材料化學成分見表1。
表1 原材料的化學成分 %
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原材料
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SiO2
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MgO
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Fe2O3
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CaO
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Al2O3
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SiO2
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Loss
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fCaO
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水泥
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21.30
|
1.43
|
4.71
|
63.02
|
4.96
|
1.70
|
0.40
|
2.48
|
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硅灰
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94.50
|
0.97
|
0.83
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0.54
|
0.27
|
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1.90
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水泥凈漿強度試驗使用:2cm×2cm×2cm凈漿試體，固定用水量為27%。
2 試驗結果
2.1 硅灰對水泥凈漿性能的影響
硅灰對水泥凈漿抗壓強度和凝結時間的影響見表2。從表2可見，摻硅灰的水泥凈漿3d抗壓強度隨硅灰摻量的增加逐漸下降，且低于對比水泥凈漿；28d、90d抗壓強度都接近甚至超過對比水泥凈漿的強度，且隨硅灰摻量的增加逐漸增大。硅灰的摻入使得凝結時間稍有增加。
表2 硅灰對水泥凈漿抗壓強度和凝結時間的影響
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硅灰摻量/%
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抗壓強度/MPa
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初凝時間/(h:min)
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終凝時間/(h:min)
|
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3d
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28d
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90d
|
|
0
|
47.29
|
83.22
|
90.70
|
3:10
|
4:56
|
|
2.5
|
46.49
|
82.79
|
89.98
|
3:20
|
5:18
|
|
5
|
45.33
|
92.73
|
93.12
|
3:12
|
5:06
|
|
10
|
43.43
|
95.08
|
98.01
|
3:20
|
5:09
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早期強度隨摻量增加而降低，是由于硅灰替代水泥，使水泥礦物的相對數(shù)量減少；但是，由于硅灰極其微細，具有高火山灰活性，能吸收水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2，生成C-S-H凝膠，使Ca(OH)2晶體生長受到限制，晶粒細化，而且硅灰水化產(chǎn)物填充在界面，改善孔結構，使28d強度能趕上或超過對比水泥凈漿的強度。但是，28d到3個月強度的增長幅度，摻有硅灰的不如對比水泥凈漿大，這主要由于硅灰的活性高，28d時基本反應完全，或被水化凝膠產(chǎn)物包裹，故后期對強度增長幾乎沒有貢獻，而水泥礦物28d后仍然能夠繼續(xù)水化。
硅灰對水泥凈漿抗硫酸鹽、干縮率、抗碳化能力、抗凍性能的影響分別見表3～表6。
表3 水泥凈漿經(jīng)硫酸鹽侵蝕的抗壓強度 Mpa
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硅灰摻量/%
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淡水
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3%Na2SO4溶液
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3%MgSO4溶液
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模擬海水
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0
|
54.88
|
46.24
|
41.90
|
36.38
|
|
2.5
|
60.03
|
48.39
|
48.08
|
42.96
|
|
5
|
62.22
|
55.00
|
50.86
|
44.71
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注：模擬海水的組成為：2.7%NaCl+0.32%MgCl2+0.22%MgSO4+0.13%K2SO4，其余為水。
表4 水泥凈漿干縮率度驗結果 %
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硅灰摻量
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7d
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14d
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21d
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28d
|
|
0
|
0.13
|
0.25
|
0.27
|
0.28
|
|
2.5
|
0.11
|
0.23
|
0.25
|
0.27
|
|
5
|
0.11
|
0.22
|
0.24
|
0.25
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表5 水泥凈漿抗碳化性能
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硅灰摻量/%
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碳化抗壓強度/MPa
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水中養(yǎng)護抗壓強度/MPa
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抗碳化強度比/%
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|
0
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42.20
|
47.92
|
88.1
|
|
2.5
|
45.07
|
49.60
|
90.9
|
|
5
|
46.18
|
50.12
|
92.1
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表6 水泥凈漿抗凍性能
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硅灰摻量/%
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凍融循環(huán)(50次)抗壓強度/MPa
|
水中養(yǎng)護抗壓強度/MPa
|
抗壓強度比/%
|
|
0
|
47.32
|
56.09
|
84.4
|
|
2.5
|
50.54
|
59.90
|
84.3
|
|
5
|
53.40
|
62.30
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85.7
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從表3～表6可以明顯看到:硅灰的摻入對水泥抗硫酸鹽侵蝕、抗干縮、抗碳化、抗凍等性能都有一定幅度的提高，提高的幅度一般能夠達到10%～15%；而且硅灰的摻量越多，對水泥各種耐久性能的改善就越明顯。
2.2 微觀分析
水泥中摻入5%硅灰，對比不摻硅灰的水泥凈漿，水化28d，通過SEM進行水化產(chǎn)物形貌的觀察和分析，結果分別見圖1和圖2。
圖1顯示，對比水泥凈漿水化28d后，水化產(chǎn)物結構疏松，還存在沒有水化的水泥顆粒，而且出現(xiàn)大量生長較大、規(guī)則排列的Ca(OH)2晶體；而在摻硅灰5%的水泥漿體(見圖2)中，水化產(chǎn)物呈凝膠狀，幾乎找不到結晶完整粗大鈣礬石和Ca(OH)2晶體；水化產(chǎn)物沒有固定的規(guī)則外形，尺寸極其細??；硬化體呈現(xiàn)整體化結構，凝膠狀的水化產(chǎn)物并不獨立分散分布。
3 結論
1)在水泥中摻入2.5%、5%和10%的硅灰，其后期強度能趕上并超過對比水泥凈漿，摻量越大，增長越明顯。
2)摻入2.5%、5%的硅灰對水泥凈漿抗化學侵蝕性能、抗干縮、抗碳化、抗凍性能等都有一定幅度的提高，而且硅灰摻量越大，對水泥的性能改善越明顯。
3)與對比水泥凈漿相比，摻入5%硅灰的水泥水化28d凈漿結構致密，孔隙少，看不到大量明顯的晶體。
