石灰石粉在水泥基材料中的作用及其機(jī)理初探

摘 要：作為混凝土外加劑的石灰石粉是開(kāi)發(fā)綠色混凝土的有效途徑。這篇文章評(píng)論了石灰粉在水泥基材猜中的功用和機(jī)理的估測(cè)。評(píng)論了石灰石細(xì)度對(duì)水泥基資料的抗壓強(qiáng)度和后期抗壓強(qiáng)度的影響。結(jié)果標(biāo)明，石灰粉促進(jìn)了水泥水化的前期水合效果。粉末對(duì)水泥砂漿強(qiáng)度的貢獻(xiàn)首要來(lái)自其活躍效果，即碳水化合物的碳含量，強(qiáng)度和耐久性。

關(guān)鍵詞：石灰石粉；綠色混凝土；摻量；水泥基資料

自從20世紀(jì)以來(lái)，尤其是在30時(shí)代，混凝土主要以粉煤灰為外加劑，不只下降了水泥用量，還前進(jìn)了混凝土的強(qiáng)度，前進(jìn)了混凝土的耐久性。但是，這些年跟著水電建造的迅速發(fā)展，工業(yè)和剛果民主共和國(guó)的需要急劇增加，常常求過(guò)于供。在這種情況下，尋求一種簡(jiǎn)略取得，高質(zhì)量和廉價(jià)混合材是勢(shì)在必行的。國(guó)內(nèi)的研討結(jié)果標(biāo)明，在加工的進(jìn)程中，石灰石粉直徑小于0.16毫米，水泥和石灰粉的制備高功用詳細(xì)的抱負(fù)資料之一。石灰石粉中的硅含量小于0.045毫米。一定強(qiáng)度的鈣顆粒水化產(chǎn)品，添補(bǔ)混凝土孔隙，使混凝土孔隙細(xì)化，混凝土孔隙率下降，改進(jìn)混凝土的孔構(gòu)造，并提出了詳細(xì)的函數(shù)。結(jié)果標(biāo)明，摻入15%?20%的石灰石，花崗巖和石英巖混凝土可進(jìn)步混凝土的抗壓強(qiáng)度和不滲透性。

1 石灰石粉加速水泥水化的機(jī)理

1.1 CSH凝膠形成的推動(dòng)力

水泥的水化進(jìn)程閱歷了一系列十分復(fù)雜的物理和化學(xué)進(jìn)程。但是，從熱力學(xué)的觀念來(lái)看，結(jié)果標(biāo)明，CSH凝膠構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)力是相變前后的自由能的下降。

ΔGT，P≤0式中，ΔGT，P<0標(biāo)明該進(jìn)程是自覺(jué)的，CSH生成很多的凝膠。ΔGT，P=0這個(gè)進(jìn)程現(xiàn)已達(dá)到了平衡，即是，當(dāng)一個(gè)微型小存在時(shí)，粒子的溶解度遠(yuǎn)高于平面狀況，因?yàn)榱Ｗ拥木藜?xì)，顆粒在平衡溫度下被溶解。

1.2 石灰石粉加速水泥水化的機(jī)理

當(dāng)外部條件改動(dòng)時(shí)，體系的特定期間處于亞穩(wěn)態(tài)，而且存在改動(dòng)的傾向。假設(shè)相變的驅(qū)動(dòng)力足夠大，這種改變將從相對(duì)較大的動(dòng)搖開(kāi)始。CSH的第一步是構(gòu)成核，其分為均勻成核和不均勻成核。在水泥水化進(jìn)程中，核一般由身體外表和別的區(qū)域的聚集體（細(xì)骨料和微聚會(huì)體）構(gòu)成。假設(shè)核附著在石灰粉末的外表上，高能核心和液體之間的界面是低能量的，而且成核基質(zhì)（石灰石粉末外表）被成核勢(shì)壘替代。

非均勻成核的臨界位壘ΔGk*與接觸角θ的聯(lián)絡(luò)為：

ΔGk*=ΔΔGk*。f（θ）

式中ΔGk*——非均勻成核時(shí)自由能的改變（臨界成核位壘）；

ΔGk——均勻成核時(shí)自由能的改變。f（θ）為：

f（θ）=

不均勻成核要害屏障ΔGk*與接觸角θ之間的聯(lián)絡(luò)標(biāo)明，當(dāng)核在成核基體上構(gòu)成時(shí)，成核勢(shì)壘應(yīng)隨接觸角θ減小而減小。若θ=180°，則ΔGk*=ΔGk；若θ=0°，則ΔGk*=0。因?yàn)?f（θ）≤1，所以非均勻成核比均勻成核的位壘低，析晶進(jìn)程簡(jiǎn)略進(jìn)行。因此，恰當(dāng)摻量的石灰石粉充當(dāng)了CSH的成核基體，下降了成核位壘，加快了水泥的水化。

2 活性效應(yīng)

2.1 活性效應(yīng)展示

Detwiler與Tennis發(fā)現(xiàn)，假設(shè)水泥富含相當(dāng)量的鋁酸鹽相，則會(huì)發(fā)作必定量的滲鋁鋁酸鹽絡(luò)合物。

數(shù)據(jù)閃現(xiàn)了石灰石粉的活躍效果。從研討數(shù)據(jù)看，咱們看不到石灰石粉的細(xì)度和抗壓強(qiáng)度之間的聯(lián)絡(luò)。因此，后期（28天后）石灰石粉對(duì)水泥砂漿的貢獻(xiàn)首要來(lái)自其活躍效果，即水泥中石灰石粉與鋁的反響，發(fā)作具有必定凝膠化才能的碳酸鋁酸鹽絡(luò)合物。細(xì)度的貢獻(xiàn)將不復(fù)興主導(dǎo)效果，乃至可以忽略不計(jì)。

2.2石灰石粉和鋁相的反響

研討標(biāo)明，石灰石粉末不完全懶惰，而且可以在水合進(jìn)程中與C3A和C4AF反響，生成水合硅鋁酸鈣，然后進(jìn)步水泥基資料的一些功用。為了研討鋁酸鹽沉積物和石灰石粉末的水化機(jī)理，G.Kakali?S. Tsivilis?E.Aggeli和M. Bati測(cè)量了增加0%，10%，20%和35%的石灰石粉末28天后的水合物天水合。可以看出，C3A單晶水合，產(chǎn)品主要為3CaO·Al2O3·Ca（OH）2·18H2O和Ca3Al2O6?CaSO4?13H2O。石灰石粉摻入后，水合物閱歷了嚴(yán)重改變。第一個(gè)是鋁土礦的外觀，石灰石粉的數(shù)量越多，Ca4Al2O6?CO3，11H2O，Ca4Al2O6，（CO3）0.5（OH），11.5H2O的衍射峰愈顯著。另一方面，3CaO，Al2O3，Ca（OH）2，18H2O，Ca3Al2O6， CaSO4，13H2O的衍射峰跟著石灰石粉摻量的增大而減小。據(jù)指出，因?yàn)樘妓猁}比硫酸鹽更安穩(wěn)，石灰石粉末的摻入按捺了硫鋁酸鹽的構(gòu)成和現(xiàn)在增加的碳酸鈣。水合鋁硅酸鹽可以與別的水合產(chǎn)品堆疊，使水泥構(gòu)造更細(xì)密，然后進(jìn)步水泥的強(qiáng)度和耐久性。

3 結(jié)論

石灰石在水泥基資料粉末中的效果可歸因于加快，活性和顆粒形狀。在前期水化進(jìn)程中，作為CSH基體成核的石灰石粉末的量減少了成核勢(shì)，加快了水泥的水合。在后期，一定量的這些復(fù)合物滲碳鋁酸鹽絡(luò)合物彼此堆疊，使水泥構(gòu)造更緊湊，進(jìn)步強(qiáng)度和耐久性。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋軍偉，王露，劉數(shù)華，等.石灰石粉在超高性能水泥基材料中的作用機(jī)理[J].硅酸鹽通報(bào)，2016，35（12）：4104-4109.

作者簡(jiǎn)介：

林生鐘（1966- ），男，漢，中專，研究方向：水泥專業(yè)，現(xiàn)工作于福建興田城市建設(shè)投資有限責(zé)任公司，任助理工程師。