改性廢舊橡膠粉對(duì)水泥膠砂性能的影響

季 節(jié), 王顥翔, 王 琴, 索 智, 苑志凱

(1.北京建筑大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院, 北京 100044; 2.北京未來城市設(shè)計(jì)高精尖創(chuàng)新中心, 北京 100044; 3.北京節(jié)能減排與城鄉(xiāng)可持續(xù)發(fā)展省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心, 北京 100044; 4.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)河北有限公司, 河北 石家莊 050000)

截至2019年年底,中國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量已突破3.48億輛,廢棄輪胎數(shù)量高達(dá)4.03億條,且以每年6%～8%的速度在快速增長(zhǎng).堆積如山的廢棄輪胎不但占用土地資源,而且極易引發(fā)火災(zāi),造成環(huán)境污染等社會(huì)、環(huán)保與安全問題[1].廢棄輪胎中所含有的橡膠仍具有類似于纖維的高彈性,將其應(yīng)用在水泥基材料中,可以吸收體系內(nèi)產(chǎn)生的各種應(yīng)力,減少微裂紋產(chǎn)生,抑制材料的收縮變形,從而阻止或者減緩由此引起的材料斷裂[2],具有良好的應(yīng)用前景.但是,相對(duì)于水泥基材料,廢舊橡膠粉(以下簡(jiǎn)稱膠粉)是彈性體,摻入后會(huì)形成由剛性體和彈性體共同組成的新型復(fù)合材料,材料內(nèi)部不僅形成了許多新的界面,而且其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)也發(fā)生了改變,這直接導(dǎo)致了材料性能的變化[3-4].

隨著膠粉的加入,膠粉水泥膠砂的抗變形性能、抗沖擊韌性、抗凍性、抗裂性及抗?jié)B性能等相對(duì)于普通水泥膠砂均有所提升,但膠粉與水泥膠結(jié)料之間較弱的黏附強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致其強(qiáng)度降低[5-9].這是由于膠粉為有機(jī)高分子材料,表面惰性強(qiáng)、極性低、具有一定的憎水性,而水泥膠砂為無機(jī)非金屬材料,親水性強(qiáng),兩者之間的黏附性差,極易造成膠粉與水泥膠砂的界面連接不密實(shí)、界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu)松散等問題,導(dǎo)致水泥膠砂的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等有所降低.因此,為了盡可能地減少膠粉對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度的不利影響,國(guó)內(nèi)外研究者開始對(duì)膠粉進(jìn)行改性,提高其親水性和極性,增強(qiáng)其與水泥膠砂的界面相互作用及黏結(jié)強(qiáng)度.

改性膠粉的粒徑、摻量以及改性方式會(huì)對(duì)水泥膠砂的綜合性能產(chǎn)生影響,但其中多為單一變量對(duì)綜合性能的影響分析,對(duì)于多因素的綜合影響并沒有得到明確結(jié)論[10-16].與此同時(shí),對(duì)于改性膠粉摻入順序?qū)λ嗄z砂綜合性能的影響機(jī)制研究較少.然而,膠粉的摻入順序會(huì)影響水泥的水化過程以及膠砂整體的均勻性和綜合性能,故本文將膠粉摻入順序作為其中一個(gè)影響因素,設(shè)計(jì)四因素三水平正交試驗(yàn),分析改性膠粉的粒徑、摻量、改性方式以及摻入順序?qū)λ嗄z砂工作性能、力學(xué)性能、干縮性能的影響并確定最優(yōu)組合.其次,對(duì)改性膠粉水泥膠砂進(jìn)行元素和微觀結(jié)構(gòu)分析,通過熱重分析(TG-DSC)、掃描電子顯微鏡(SEM)、壓汞試驗(yàn)(MIP),測(cè)試其元素、CH含量、界面過渡區(qū)形貌及孔隙的變化.最后,從微宏觀角度分析改性膠粉對(duì)水泥膠砂性能的影響規(guī)律,為進(jìn)一步推動(dòng)膠粉在水泥基材料的應(yīng)用提供理論支持.

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

膠粉粒徑分別為950μm(20目)、301μm(60目)、150μm(100目),產(chǎn)自石家莊某膠粉加工廠,技術(shù)指標(biāo)符合JT/T 797—2011《路用廢胎硫化橡膠粉》.水泥為普通P·O 42.5硅酸鹽水泥,產(chǎn)自金隅集團(tuán)有限責(zé)任公司,技術(shù)指標(biāo)符合GB175—2007《通用硅酸鹽水泥》.標(biāo)準(zhǔn)砂選用廈門艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司生產(chǎn)的ISO標(biāo)準(zhǔn)砂.

1.2 樣品制備

1.2.1改性膠粉制備

本文分別采用物理清洗法和化學(xué)反應(yīng)法對(duì)膠粉進(jìn)行改性,試劑來自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司.其中物理清洗法和化學(xué)反應(yīng)法采用的試劑分別為5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),文中涉及的摻量、含量等除特別說明外均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)或者質(zhì)量比)NaOH溶液和硅烷偶聯(lián)劑KH-550.

物理清洗法：將膠粉與5%NaOH溶液于燒杯中混合均勻,將燒杯放在磁力攪拌器上攪拌10min后靜置1h,然后過濾并用清水反復(fù)清洗;最后將過濾物在80℃烘箱中烘干4h直至恒重,即制得改性膠粉.

化學(xué)反應(yīng)法：首先取800mL 70%的乙醇溶液,加入2%膠粉質(zhì)量的KH-550,在磁力攪拌器上攪拌10min后,靜置水解1h備用;然后將膠粉與備好的溶液混合,放在磁力攪拌器上攪拌10min,再靜置1h 后過濾,并用清水反復(fù)清洗;最后將過濾物在80℃ 烘箱中烘干4h直至恒重,即制得改性膠粉.

1.2.2水泥膠砂制備

依據(jù)JTG E30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》,按m(水泥)∶m(標(biāo)準(zhǔn)砂)=1∶3,水灰比mW/mC=0.5的配合比,成型尺寸為40mm×40mm×160mm的棱柱型水泥膠砂試件,其中外摻膠粉摻量分別為水泥+水+標(biāo)準(zhǔn)砂質(zhì)量之和的1.0%、1.5%、2.0%.

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了確定改性膠粉的摻入順序、粒徑、摻量以及改性方式對(duì)水泥膠砂性能的影響,設(shè)計(jì)了四因素三水平正交試驗(yàn),以膠粉摻入順序Order(前、中、后)、膠粉粒徑d(950、301、150μm)、膠粉摻量w(1.0%、1.5%、2.0%)、改性方法Type(無、物理、化學(xué))為四因素及三水平.其中摻入順序分別記作前、中、后3種水平,如圖1(a)～(c)所示.性能試驗(yàn)依據(jù)JTGE30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行測(cè)定.

圖1 膠粉的不同摻入順序Fig.1 Different mixing order of rubber powder

1.3.2熱重分析

將養(yǎng)護(hù)28d的棱柱型水泥膠砂試件敲碎,取規(guī)格滿足長(zhǎng)×寬不大于3mm×3mm的中間部分試樣置于試管中,倒入無水乙醇以終止水化,過程持續(xù)48h.將終止水化的試樣放于60℃烘箱中烘干12h且質(zhì)量達(dá)到恒重后,放入干燥密封試管中保存(其余試驗(yàn)水化樣均采用此方法制備).采用MettlerTG-DSC3+型同步熱分析儀測(cè)試試樣中的CH含量,升溫速率為10℃/min,氮?dú)鈿夥?測(cè)試溫度為25～600℃.CH約在400～500℃熱分解,與其他成分的熱分解溫度范圍相對(duì)獨(dú)立,有利于進(jìn)行定量分析,試驗(yàn)方法參照GB/T 27761—2011《熱重分析儀失重和剩余量的試驗(yàn)方法》.

1.3.3掃描電子顯微鏡觀察

將養(yǎng)護(hù)28d的棱柱型水泥膠砂試件敲碎,取最大直徑不大于35mm,表面相對(duì)平整的中間部分試樣.采用可變壓力SEM觀察試樣界面過渡區(qū)的微觀形貌,放大倍數(shù)區(qū)間為5～300000倍,分析前對(duì)試樣進(jìn)行噴金處理,試驗(yàn)方法參照GB/T15074—2008《電子探針定量分析方法通則》.

1.3.4壓汞試驗(yàn)

將養(yǎng)護(hù)28d的棱柱型水泥膠砂試件敲成直徑為5～8mm的顆粒,取中間部分.采用AutoporeLv9510型壓汞儀,分析試樣的空隙分布情況,試驗(yàn)方法參照GB/T21650.1—2008《壓汞法和氣體吸附法測(cè)定固體材料孔徑分布和孔隙度.第1部分:壓汞法》.

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

以流動(dòng)度、28d強(qiáng)度(抗壓強(qiáng)度σc、抗折強(qiáng)度σf和折壓比σf/σc)和28d干縮率為指標(biāo)，對(duì)四因素三水平正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,其中以不摻入膠粉的水泥膠砂為基準(zhǔn)組,以摻入未改性膠粉的水泥膠砂為對(duì)比組(以摻入未改性膠粉中綜合性能最好的試驗(yàn)組-9進(jìn)行分析),結(jié)果見表1.由表1可見：(1)在力學(xué)性能方面,主要影響因素為膠粉摻量及膠粉摻入順序.與基準(zhǔn)組相比,摻入改性膠粉后水泥膠砂試件的抗壓強(qiáng)度平均降低了18.7%、抗折強(qiáng)度平均降低了10.7%,折壓比平均提高了10.0%.其中改性膠粉摻量對(duì)水泥膠砂試件強(qiáng)度的影響最為顯著,這是因?yàn)殡S著膠粉摻量的提高,單位體積膠砂中實(shí)際水泥和標(biāo)準(zhǔn)砂體積含量會(huì)不斷減少,而膠砂中的砂作為細(xì)骨料與水泥一同在進(jìn)行抗壓試驗(yàn)時(shí)起支撐作用,膠粉的加入使得這種支撐作用減弱[16].同時(shí),試件發(fā)生脆性斷裂后,膠粉周圍的膠砂發(fā)生的應(yīng)力集中會(huì)加速試件的破壞,且膠粉的彈性模量較小,更多的膠粉會(huì)帶來更多的伸長(zhǎng)量,從而使膠砂內(nèi)部的黏結(jié)面分離,造成內(nèi)部的空洞,降低試件的抗折強(qiáng)度.膠粉的摻入順序?qū)λ嗄z砂試件的韌性影響最為顯著,這是因?yàn)殡S著摻入順序的推后,水泥膠砂混合均勻后再加入膠粉,限制了膠粉的吸水,膠砂的和易性相對(duì)有所提升,成型后密實(shí)度相對(duì)較好,且較晚加入膠粉可以降低引氣效果帶來的負(fù)面影響,降低了膠砂內(nèi)凝膠孔比例,從而大大提高了膠砂試件的折壓比.隨著膠粉摻量的增加,膠粉的韌性先增加后有小幅度減小,膠粉摻量過多會(huì)對(duì)其強(qiáng)度產(chǎn)生較大影響,進(jìn)而對(duì)水泥膠砂試件的韌性有所影響.(2)在干縮性能方面,主要影響因素為膠粉的改性方法.與基準(zhǔn)組相比,加入改性膠粉后水泥膠砂試件的干縮率平均降低了16.7%,其中加入未改性膠粉、物理改性膠粉和化學(xué)改性膠粉水泥膠砂試件的干縮率平均下降了8.7%、19.2%和22.4%.這表明加入膠粉可以從一定程度上抑制水泥膠砂的干縮開裂,膠粉由于自身的彈性作用,可以使水泥膠砂中的漿體在吸附水消失時(shí)抑制裂縫產(chǎn)生和已有微裂縫的擴(kuò)展,減小裂紋寬度及數(shù)量,明顯地改善水泥膠砂的干燥收縮開裂.且與加入未改性膠粉相比,改性膠粉親水性得到提高,與水泥漿體結(jié)合更為緊密,孔隙率降低,密實(shí)度提高,進(jìn)而使得干縮性能有較大的提升.(3)在工作性能方面,改性膠粉摻量及粒徑對(duì)水泥膠砂流動(dòng)度的影響較大.隨著膠粉摻量的增加,改性膠粉水泥膠砂的流動(dòng)度越來越小,膠粉摻量為2.0%時(shí)的流動(dòng)度較基準(zhǔn)組平均降低了25.7%,這是由于改性膠粉表面凹凸不平,加入后會(huì)吸附拌和水,從而降低水膠比,進(jìn)而影響流動(dòng)度;隨著改性膠粉粒徑的增加,改性膠粉水泥膠砂流動(dòng)度先增加后降低,當(dāng)改性膠粉粒徑為301μm時(shí)流動(dòng)度最高,但較基準(zhǔn)組平均降低了15.9%.這是由于膠粉粒徑越小,比表面積越大、黏聚力越小,容易填充在水泥和砂之間,有效改善細(xì)骨料的級(jí)配,這有利于膠砂的流動(dòng).但膠粉粒徑越小,比表面積越大,要得到同樣的流動(dòng)度,就需要增加用水量,在理論水膠比相同的情況下,相同摻量粒徑較小的膠粉,實(shí)際水膠比減小,進(jìn)而影響流動(dòng)度,301μm膠粉綜合平衡了兩方面因素影響,達(dá)到了最大流動(dòng)度.

表1 正交試驗(yàn)結(jié)果

各個(gè)性能指標(biāo)對(duì)應(yīng)的因素最優(yōu)水平組合見表2.對(duì)表2依據(jù)四原則進(jìn)行各因素最優(yōu)水平的確定,最終選擇的最優(yōu)組合為：采用化學(xué)改性的301μm膠粉,以1.0%摻量按照后摻入的順序摻入水泥膠砂中時(shí),其綜合性能最好.

表2 最優(yōu)組合的確定

將最優(yōu)組改性膠粉水泥膠砂(試驗(yàn)組-8)的性能與基準(zhǔn)組以及對(duì)比組進(jìn)行比較,結(jié)果見表3.

由表3可見：(1)與基準(zhǔn)組相比,最優(yōu)組改性膠粉水泥膠砂試件的折壓比提高了14.8%,干縮率降低了21.9%,說明其韌性和干縮性能得到大幅提升.流動(dòng)度、抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別下降了6.4%、3.2%和15.8%,其中抗折強(qiáng)度和流動(dòng)度均達(dá)到規(guī)范要求,抗壓強(qiáng)度達(dá)到規(guī)范要求值的85.6%.(2)與對(duì)比組相比,最優(yōu)組改性膠粉水泥膠砂試件的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和流動(dòng)度分別提升了14.3%、9.4%和16.1%,折壓比提升了5.4%,干縮率下降了14.0%,說明其力學(xué)性能、干縮性能和工作性能均有大幅度提升.

表3 基準(zhǔn)組、對(duì)比組與最優(yōu)組合組改性膠粉水泥膠砂的性能對(duì)比

2.2 熱重結(jié)果分析

對(duì)各試驗(yàn)組進(jìn)行TG-DSC測(cè)試,分析CH含量并表征水泥水化程度,研究水泥水化程度對(duì)水泥膠砂性能的影響.在DSC曲線上根據(jù)400～500℃之間的吸熱峰的起點(diǎn)和終點(diǎn)[17],確定CH分解的溫度區(qū)間,然后將起點(diǎn)和終點(diǎn)對(duì)應(yīng)到TG曲線上,其2點(diǎn)的差值即為CH含量,結(jié)果見表4.由表4可見：(1)與基準(zhǔn)組相比,摻加膠粉后水泥膠砂的CH含量平均降低了25.2%,這表明改性膠粉的加入抑制了CH的產(chǎn)生.相對(duì)于摻加2.0%改性膠粉的水泥膠砂,摻加1.0%改性膠粉水泥膠砂的CH含量平均降低了22%.這是因?yàn)槟z粉為有機(jī)材料,相對(duì)于砂石,水向膠粉表面遷移的速度和體積減小,故過多膠粉的加入會(huì)使膠粉與水泥石界面區(qū)的水灰比減小;與此同時(shí),由于集料與水泥石界面區(qū)中Ca2+向膠粉內(nèi)部發(fā)生遷移的速度較快,水泥石基體中的Ca2+向界面區(qū)遷移的速度較為緩慢[18],這便導(dǎo)致?lián)郊幽z粉后膠砂內(nèi)界面區(qū)的Ca2+含量降低,這2個(gè)原因使得在水泥膠砂中加入膠粉后,水化產(chǎn)物CH的生成量減少,膠砂內(nèi)集料與水泥石間的界面穩(wěn)定性提升,水泥膠砂的工作性能有所增強(qiáng).水泥水化程度降低,C-S-H 凝膠聚合度降低,造成膠粉與水泥石界面處的界面強(qiáng)度比砂石與水泥石形成的界面強(qiáng)度低,這種界面的薄弱性使得水泥膠砂的強(qiáng)度有一定程度的減弱.(2)與對(duì)比組相比,摻加物理改性膠粉后,水泥膠砂的CH含量幾乎無變化,摻加化學(xué)改性膠粉后水泥膠砂的CH含量平均減少了17.9%,這是因?yàn)榕悸?lián)劑的加入阻礙了CH的形成[19],KH-550水解會(huì)消耗一部分水,使得改性膠粉周圍的水灰比降低,減緩了CH的發(fā)育程度,從而減小了CH的生成量,同時(shí)化學(xué)改性膠粉表面較為粗糙,有助于水化產(chǎn)物與其更好的結(jié)合,而未改性膠粉表面相對(duì)光滑,雖然CH生成量及晶體粒徑減小,但CH不能很好地與其結(jié)合,對(duì)界面區(qū)的厚度影響較小.因此,在水泥膠砂水化反應(yīng)的初期階段,各水化產(chǎn)物在化學(xué)改性膠粉表面組成的空間結(jié)構(gòu)物所占據(jù)的空間相對(duì)更小[20],有助于縮小界面過渡區(qū)的厚度,這種結(jié)構(gòu)上的有利影響強(qiáng)于強(qiáng)度較低的CH含量變化帶來的不利影響,這可能是導(dǎo)致化學(xué)改性膠粉水泥膠砂的強(qiáng)度沒有隨著CH含量降低而降低的原因之一,與此同時(shí)更小的界面過渡區(qū)厚度使得水泥膠砂的韌性及抗干縮性能有所增強(qiáng).

表4 各試驗(yàn)組CH含量

2.3 掃描電子顯微鏡觀察結(jié)果

對(duì)基準(zhǔn)組、對(duì)比組、最優(yōu)組這3組試樣進(jìn)行SEM測(cè)試,從微觀角度研究摻加改性膠粉后水泥膠砂性能變化的原因(見圖2).

由圖2可見：(1)基準(zhǔn)組中,砂與水泥石之間存在細(xì)小的裂紋,其界面過渡區(qū)主體是尺寸較大的AFt和片狀CH層疊構(gòu)成的骨架,C-S-H凝膠零星填充在其中,AFt、CH與左側(cè)水泥石區(qū)域連接緊密.水泥石中C-S-H凝膠較多,AFt和CH晶體相對(duì)較少,結(jié)構(gòu)密實(shí)度高.C-S-H凝膠是水泥石強(qiáng)度的主要來源,CH與之相比強(qiáng)度很低.因此,界面過渡區(qū)的結(jié)構(gòu)較為疏松,孔隙率也比較大,是水泥膠砂內(nèi)部的薄弱區(qū)域.(2)與基準(zhǔn)組相比,對(duì)比組中膠粉與水泥石之間存在明顯的裂縫,膠粉被水泥石松散的包裹,界面過渡區(qū)水化產(chǎn)物較少,僅有少量的AFt針棒狀晶體和CH晶體,同時(shí)存在很多大孔隙.這說明未改性膠粉與水泥石結(jié)構(gòu)之間的黏結(jié)及密實(shí)度較差,正是這種薄弱的膠粉-水泥石界面導(dǎo)致了其力學(xué)性能的下降.(3)與對(duì)比組相比,最優(yōu)組合改性膠粉水泥膠砂中膠粉與水泥石之間幾乎沒有裂縫,膠粉與水泥基體的黏結(jié)比未改性膠粉更為緊密,孔隙更少,膠粉周圍水泥水化產(chǎn)物主要是針棒狀的AFt晶體,短柱狀或者片狀的CH晶體含量極少.在改性膠粉表面有水泥水化產(chǎn)物覆蓋在上面,說明化學(xué)改性膠粉與水泥基體之間界面結(jié)合情況良好,更少的水化產(chǎn)物及粗糙的附著環(huán)境使得界面過渡區(qū)的厚度減小,且KH-550具有氨丙基R和乙氧基,氨丙基為非水解的有機(jī)官能團(tuán),由于氨丙基R與膠粉表面形成了化學(xué)鍵合,乙氧基水解形成的硅醇能和水泥膠砂表面的羥基反應(yīng)生成Si—O鍵,這時(shí)偶聯(lián)劑一端氨丙基R連接著膠粉,另一端連接著與水泥石界面,化學(xué)鍵的能量遠(yuǎn)大于分子間作用力,同時(shí)形成的Si—O鍵可以和界面區(qū)的Si結(jié)合形成Si—O—Si鍵,因而能使膠粉和水泥很好地黏結(jié)在一起,改善其界面黏結(jié)性.這種良好的界面結(jié)合情況使摻化學(xué)改性膠粉的水泥膠砂力學(xué)性能和干縮性能得以顯著提高.

圖2 基準(zhǔn)組、對(duì)比組與最優(yōu)組水泥膠砂的SEM圖Fig.2 SEM photos of control, unmodified and optimal groups

2.4 壓汞試驗(yàn)結(jié)果

為了分析加入改性膠粉后,水泥膠砂的孔隙結(jié)構(gòu)及不同孔徑體積變化對(duì)其性能的影響,對(duì)養(yǎng)護(hù)28d 的膠砂試樣進(jìn)行MIP試驗(yàn),結(jié)果如表5所示.

表5 不同孔徑范圍所占比例

根據(jù)孔徑,可以將孔隙分為凝膠孔(1～10nm)、過渡孔(10～100nm)、毛細(xì)孔(100～1000nm)和大孔(>1000nm),其中凝膠孔主要影響水泥膠砂的干縮性能,大孔主要影響水泥膠砂的強(qiáng)度.為了進(jìn)一步探究不同因素水平對(duì)凝膠孔、大孔體積的影響,對(duì)不同試樣的凝膠孔、大孔體積進(jìn)行極差分析,圖3為相應(yīng)的因素-指標(biāo)趨勢(shì)圖.

圖3 孔體積隨因素水平的變化Fig.3 Change of pore volume with factor level

由圖3可見：(1)與基準(zhǔn)組相比,加入膠粉后水泥膠砂中凝膠孔的體積平均減小了49.2%,但大孔體積平均增大了136.9%,這種趨勢(shì)與這與SEM觀察到加入膠粉后界面過渡區(qū)孔隙增大的趨勢(shì)是一致的.這可能是因?yàn)槟z粉表面水化程度較低,水化產(chǎn)物中C-S-H凝膠較少,只有少量的AFt和CH晶體構(gòu)成的骨架,所以大孔較多,凝膠孔較少.另一方面膠粉表面凹凸不平,里面會(huì)包裹氣體,膠粉與膠砂拌和時(shí),極易引入空氣.同時(shí)膠粉本身為有機(jī)化合物,具有較強(qiáng)的憎水性,膠粉分子對(duì)水分子的吸引力不夠強(qiáng),使得水不能很好的潤(rùn)濕膠粉,進(jìn)而造成引氣效果[21].(2)與對(duì)比組相比,加入改性膠粉后水泥膠砂中凝膠孔和大孔的體積平均減小了6.2%和7.2%,化學(xué)改性膠粉減小幅度大于物理改性膠粉.這是因?yàn)槟z粉改性后,親水性得到提高,與水泥石結(jié)合更為緊密,膠砂內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為致密,凝膠孔及大孔減少,干縮性能、抗壓強(qiáng)度得到提升.這也說明加入改性膠粉后,除水化進(jìn)程的變化外,孔結(jié)構(gòu)的變化也是影響水泥膠砂性能的另一個(gè)重要方面,凝膠孔體積越小,干縮性能越好,大孔體積越小,強(qiáng)度越高.

3 結(jié)論

(1)采用KH-550改性的301μm膠粉,以1.0%摻量按后摻入的順序摻入水泥膠砂時(shí),其綜合性能最好.

(2)與普通水泥膠砂相比,摻入改性膠粉后,水泥膠砂中膠粉與水泥石界面區(qū)的水灰比降低,水化進(jìn)程受阻,界面區(qū)的凝膠孔體積以及不穩(wěn)定的CH含量降低,界面穩(wěn)定性提升,韌性及干縮性能提高.但界面區(qū)只有少量的AFt和CH晶體構(gòu)成的骨架,使得大孔體積提高,水泥膠砂的強(qiáng)度降低.

(3)與對(duì)比組相比,加入化學(xué)改性膠粉后,膠粉與水泥石界面區(qū)的水灰比以及不穩(wěn)定的CH含量更低.同時(shí),由于改性膠粉具有較好的親水性,降低了水泥膠砂內(nèi)凝膠孔及大孔體積,提升了界面穩(wěn)定性.化學(xué)改性膠粉表面的乙氧基與膠砂上的羥基脫水縮合成Si—O—Si鍵,使膠粉和水泥石更緊密地黏附在一起,減小了界面過渡區(qū)的厚度,提高了水泥膠砂的力學(xué)性能及干縮性能.