稻殼灰-水泥膠凝體系的水化動(dòng)力學(xué)模型*

吳 浪，吳小萍，黃斯蕙銘，沈 健

(江西科技師范大學(xué) 建筑工程學(xué)院, 南昌 330013)

0 引 言

稻谷是我國(guó)主要的農(nóng)作物之一，每年的谷殼產(chǎn)量約為4千多萬(wàn)噸，除了極小部分用于動(dòng)物飼料、釀酒發(fā)酵、田間肥料等外，絕大部分成為了廢棄物或焚燒，這樣既造成了嚴(yán)重環(huán)境污染，也占用了更多的生活空間，其資源化處置問(wèn)題日益突出，如何解決稻殼垃圾已經(jīng)成為了急需解決的問(wèn)題[1]。稻殼灰(RHA)是由稻殼的受控燃燒產(chǎn)生的一種用作高度反應(yīng)性的薄壁材料，作為一種具有潛在資源屬性的廢棄物，稻殼灰在水泥基材料中的綜合應(yīng)用具有重要的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)意義。目前，國(guó)內(nèi)外有許多研究者致力于研究RHA對(duì)水泥和混凝土材料性能方面的顯著改善，已經(jīng)取得了一定成效[2-4]。

國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者[5-6]發(fā)現(xiàn)，稻殼中含有約20%的無(wú)定形硅，在適當(dāng)?shù)臈l件下進(jìn)行焚燒而制備的稻殼灰具有很好的微集料填充效應(yīng)和火山灰活性，具有改善鋁酸鹽水泥漿體微結(jié)構(gòu)的潛質(zhì)，可以取代粉煤灰和RHA，用以解決稻殼資源利用問(wèn)題，也可以很好地改善水泥混凝土的性能。Saraswathy[5]等的研究表明，在水泥基材料中摻入30%的RHA，能夠有效降低氯化物的滲透性，并能提高水泥基材料的強(qiáng)度和抗腐蝕性能。Feng[6]等發(fā)現(xiàn)摻入適量RHA能夠增加混凝土的抗壓強(qiáng)度，并能夠大大降低混凝土的平均孔隙半徑，降低了混凝土中Ca(OH)2的用量。K.Ganesan[7]等的研究表明，稻殼灰是由納米尺度(50 nm)的SiO2凝膠粒子疏松地粘聚而成，其結(jié)構(gòu)包括微米尺度(1～10 μm)的蜂窩孔和由SiO2凝膠粒子非緊密粘聚而形成的納米孔。Zhang[9]等提出稻殼灰是一種高反應(yīng)性的薄壁材料，它能夠改善水泥漿體與高性能混凝土骨料之間界面過(guò)渡區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)。K.Ganesan[7]等的研究表明，稻殼灰的摻量是影響混凝土的關(guān)鍵因素之一，摻15%的稻殼灰水泥的抗壓強(qiáng)度最大，若摻量超過(guò)15%，強(qiáng)度就會(huì)隨之降低。李振國(guó)[10]等研究表明,在水泥中摻入稻殼灰，可以增加復(fù)合膠凝體系的比表面積，降低體系水化過(guò)程的需水量且能夠有效縮短水泥的凝結(jié)時(shí)間。

在研究復(fù)合膠凝體系的理論模型方面，F(xiàn)eng[6]等采用鹽酸預(yù)處理的方法研究了RHA的火山灰性能，提出稻殼灰與石灰混合體系的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與擴(kuò)散控制相一致，可以用Jander擴(kuò)散方程來(lái)表示。Nguyen[11]運(yùn)用了復(fù)合膠凝體系的水化模型，模擬了在水膠比為0.4時(shí)RHA-水泥膠凝體系的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)展和水化過(guò)程中氫氧化鈣含量的變化隨時(shí)間的演化規(guī)律。Narmluk和Nawa[12-13]基于中心粒子水化模型建立了低水膠比的粉煤灰-水泥膠凝體系的水化動(dòng)力學(xué)模型，該模型能夠定量分析粉煤灰-水泥膠凝體系的水化過(guò)程。

從國(guó)內(nèi)外稻殼灰-水泥基材料的研究中可以看出，稻殼灰能夠改善水泥基材料的工作性能、力學(xué)性能、耐久性能，但在RHA-水泥膠凝體系的理論模型的研究方面，研究工作還不夠深入。本文基于前期研究的中心粒子水化模型，通過(guò)考慮稻殼灰對(duì)復(fù)合膠凝體系的稀釋效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、稻殼灰多孔結(jié)構(gòu)對(duì)于水的吸收和釋放等因素，建立了RHA-水泥膠凝體系的水化動(dòng)力學(xué)模型，并以水灰比、環(huán)境溫度，RHA顆粒細(xì)度和摻量等為變化參數(shù)，通過(guò)模型計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果相比較，證明所建立的模型可較好地模擬含RHA-水泥膠凝體系的水化進(jìn)程，可用于預(yù)測(cè)RHA-水泥膠凝體系的水化程度隨齡期的變化規(guī)律。

1 中心粒子水化模型

Tomosawa[14]最早提出了中心粒子水化模型，可用于模擬純水泥漿體的水化過(guò)程。該模型假定水泥顆粒浸沒(méi)在無(wú)限水環(huán)境中，沒(méi)有考慮水灰比這一重要因素的影響，使得模型最終水化程度偏大，并不符合大部分工程實(shí)際情況，且無(wú)法預(yù)測(cè)水泥漿體剛度隨時(shí)間的變化規(guī)律。此后，K.B Park[15]和Maruyama[16]考慮了水泥的礦物組成、水灰比、顆粒直徑和溫度等因素，提出了改進(jìn)后的中心粒子水化模型，可用于模擬純水泥的水化過(guò)程，其水化動(dòng)力學(xué)方程如下式表示：

(1)

(2)

式中：B、C分別表示溫度對(duì)水化速率的影響系數(shù)；B控制初始?xì)さ乃俾剩珻控制殼消失的速率。

水的有效擴(kuò)散系數(shù)De受凝膠孔曲率和半徑的影響，可用下式表示：

(3)

式中：De0表示C-S-H凝膠初始有效擴(kuò)散系數(shù)。

Cw-free表示水泥漿體中可以用于水泥水化的自由水量；其質(zhì)量會(huì)隨著水化過(guò)程的進(jìn)行而改變，它與水化程度的關(guān)系式如下：

(4)

式中：C0、w0為水泥和水按比例混合的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，r是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，表示水化過(guò)程中水進(jìn)入未水化水泥顆粒的難易程度[17-18]。

2 稻殼灰-水泥膠凝體系的水化模型

2.1 稻殼灰-水泥膠凝體系的化學(xué)當(dāng)量計(jì)算

稻殼灰的主要成分為無(wú)定型二氧化硅，RHA的平均粒徑在5～10 μm左右，比硅粉要大得多，由于其顆粒為多孔結(jié)構(gòu)，使得自身具有很大的表面積[19]。由于RHA的反應(yīng)活性會(huì)隨著細(xì)度模數(shù)的增大而提高，且磨細(xì)后的RHA粒徑更小，具有反應(yīng)活性所需的尺寸分布。Bentz[20]等根據(jù)化學(xué)計(jì)量學(xué)的原理，提出了在水化過(guò)程中稻殼灰-水泥膠凝體系中氫氧化鈣當(dāng)量的計(jì)算方法，用以下方程式來(lái)確定：

CH=RCHCEC0α-1.36αRHAmRHA0γs

(5)

式中：RCHCE為1 g水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣的質(zhì)量；αRHA為稻殼灰中活性相的水化程度；mRHA0為RCH-水泥膠凝體系中RCH的質(zhì)量；γs是稻殼灰中活性二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。在上式，RCHCEC0α表示水泥水化生成的氫氧化鈣量；1.36αRHAmRHA0γs表示在RHA的火山灰反應(yīng)中氫氧化鈣的消耗量。

類(lèi)似于水泥的水化反應(yīng)，隨著RHA火山灰反應(yīng)的開(kāi)始，體系中的一部分自由水將會(huì)吸附在RHA的水化產(chǎn)物中。Jensen和Hansen[21]的研究表明，在活性二氧化硅的硅粉反應(yīng)中，1 g活性二氧化硅反應(yīng)會(huì)消耗0.5 g凝膠水，卻不消耗化學(xué)結(jié)合水，因此，RHA膠凝體系的毛細(xì)水和化學(xué)結(jié)合水的當(dāng)量計(jì)算可由式(6)和(7)方程表示：

wcap=w0-0.4C0α-0.5αRHAmRHA0γs

(6)

wchem=0.25C0α

(7)

式中，wcap和wchem分別是毛細(xì)管水和化學(xué)結(jié)合水的質(zhì)量；0.4C0α表示由于在水泥的水化過(guò)程中毛細(xì)管水的消耗量；0.5αRHAmRHA0γs表示在RHA火山灰反應(yīng)中導(dǎo)致的毛細(xì)管水的消耗量。

2.2 RHA-水泥膠凝體系中水的吸收和釋放

由于RHA是一種多孔材料，在RHA-水泥膠凝體系中，水分會(huì)被RHA的多孔結(jié)構(gòu)所吸附，當(dāng)水化反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，其吸收的水分將可以釋放出來(lái)，并參與水泥的水化過(guò)程。由于RHA孔隙的尺寸范圍較大，因此RHA的內(nèi)所吸附的固化水分可以有效的減少高性能混凝土在早期和后期的自收縮[20-21]。

Bentz[20]等的研究只考慮了水化過(guò)程所消耗的毛細(xì)水，并沒(méi)有考慮RHA結(jié)構(gòu)的吸收和釋放水的作用。本文考慮了混合水的吸收和釋放，對(duì)Bentz等研究的研究結(jié)果進(jìn)行修正，計(jì)算毛細(xì)管水的化學(xué)當(dāng)量由下式計(jì)算：

(8)

(9)

(10)

當(dāng)體系中RHA的吸收水量高于體系的化學(xué)收縮時(shí)，毛細(xì)水wcap采用式(9)來(lái)計(jì)算。0.0625C0α≤表示由于水泥水化產(chǎn)生的化學(xué)收縮反應(yīng)所吸收的水量，0.22αRHAmRHA0γs表示由于RHA反應(yīng)[23]的化學(xué)收縮反應(yīng)吸收的水量。當(dāng)RHA中所吸收的水含量小于RHA-水泥膠凝體系的化學(xué)收縮時(shí)，假定從RHA中釋放的水的質(zhì)量為零。另外，方程式(8)到(10)只對(duì)水泥混合水的吸收和釋放進(jìn)行了近似建模。除了RHA的化學(xué)收縮和總孔體積外，吸收水的釋放也與其他因素有關(guān)，包括RHA-水泥膠凝體系的初始水膠比、RHA的飽和度，RHA的吸附水和釋放水，RHA的粒徑和孔徑分布，反應(yīng)產(chǎn)物的相對(duì)濕度梯度，液體水分和蒸汽的質(zhì)量和動(dòng)量守恒[18,22]。因此，要精確模擬RHA-水泥膠凝體系的水化動(dòng)力學(xué)過(guò)程需要考慮RHA顆粒對(duì)于水分的吸收和釋放。

2.3 RHA-水泥膠凝體系的水化動(dòng)力學(xué)方程

和硅灰相比，稻殼灰的平均粒徑要大得多。Nguyen[11]通過(guò)試驗(yàn)研究了RHA-水泥膠凝體系的等溫水化過(guò)程，結(jié)果表明，該反應(yīng)與硅灰-水泥膠凝體系的水化過(guò)程不同，存在初始休眠期。在本文中，假設(shè)RHA的反應(yīng)包括3個(gè)過(guò)程：初始休眠過(guò)程、相邊界反應(yīng)過(guò)程和擴(kuò)散過(guò)程。本文基于水泥漿體的中心粒子水化模型，通過(guò)考慮稀釋效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、混合水對(duì)水的吸收和水化過(guò)程中吸收水的釋放等因素，建立了稻殼灰-水泥膠凝體系的水化模型，其水化動(dòng)力學(xué)方程如下式表示：

(11)

(12)

(13)

式中mCH(t)為RHA-水泥膠凝體系中水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣質(zhì)量，νRHA是化學(xué)計(jì)量學(xué)的比例，以質(zhì)量為單位;rRHA0是RHA粒子的半徑;kdRHA是休眠期的反應(yīng)速率系數(shù)；De0RHA是初始擴(kuò)散系數(shù);krRHA是反應(yīng)速率系數(shù)。

當(dāng)RHA摻入水泥膠凝體系中，水化過(guò)程隨之發(fā)生變化，一方面，RHA中的非晶態(tài)相會(huì)發(fā)生火山灰反應(yīng)，并對(duì)水泥水化的影響。另一方面，RHA摻入膠凝體系后，隨著摻量的增大，對(duì)水泥水化的過(guò)程產(chǎn)生稀釋效應(yīng)。在本文的模型中，可以根據(jù)水泥水化程度和稻殼灰反應(yīng)程度來(lái)計(jì)算RHA-水泥膠凝體系的氫氧化鈣，毛細(xì)學(xué)結(jié)合水含量隨時(shí)間的變化規(guī)律。

3 RHA-水泥膠凝體系的水化動(dòng)力學(xué)算例

為了驗(yàn)證本文的RHA-水泥膠凝體系的水化動(dòng)力學(xué)模型，采用了文獻(xiàn)[11]中的數(shù)據(jù)，其各相礦物組分的含量及模型參數(shù)如表1 所示。

表1 水泥和稻殼灰的各相礦物組成百分含量(%)[11]

將表1中的數(shù)據(jù)代入RHA-水泥膠凝體系的水化動(dòng)力學(xué)方程，可以得到RHA-水泥膠凝體系水化模型的反應(yīng)系數(shù)，如表2所示。

表2 RHA-水泥膠凝體系的水化模型反應(yīng)系數(shù)

3.1 RHA-水泥膠凝體系的水化動(dòng)力學(xué)曲線分析

3.1.1 不同水灰比情況下RHA-水泥膠凝體系的名義水化程度隨時(shí)間的變化規(guī)律

假定溫度為20 ℃，分別取水膠比(w/b)為0.3、0.4、0.5，RHA的平均粒徑分別為10 μm，將表1和表2中的數(shù)據(jù)代入(5)式，則可以得到RHA-水泥膠凝體系的氫氧化鈣當(dāng)量，根據(jù)(11)～(13)式，則可以得到RHA的水化動(dòng)力學(xué)表達(dá)式，分別取RHA的摻量為15%和30%，繪制出不同水膠比情況下RHA-水泥膠凝體系的水化動(dòng)力學(xué)曲線，并與文獻(xiàn)[11]中的試驗(yàn)結(jié)果比較，如圖1所示。

圖1 不同水膠比情況下的RHA-水泥膠凝體系的水化動(dòng)力學(xué)曲線

圖1(a)和(b)分別為RHA摻量為15%和30%時(shí)RHA-水泥膠凝體系的名義水化程度隨時(shí)間的變化規(guī)律。在相同齡期的情況下，體系的名義水化程度會(huì)隨水膠比的增大而增大。而高RHA摻量(30%)情況下，水膠比對(duì)RHA-水泥膠凝體系水化過(guò)程的影響比低RHA摻量(15%)情況下要小，這是因?yàn)?，水膠比的增大會(huì)增加復(fù)合膠凝體系孔隙的收縮和孔隙度，增強(qiáng)孔隙的連通性，使得水更容易通過(guò)水化產(chǎn)物進(jìn)入未水化水泥顆粒內(nèi)部。

3.1.2 不同溫度情況下RHA-水泥膠凝體系的名義水化程度隨時(shí)間的變化規(guī)律

假定水膠比為0.4，溫度分別為20、30和40 ℃，RHA的平均粒徑分別為10 μm，將表1和2中的數(shù)據(jù)代入(5)式，則可以得到RHA-水泥膠凝體系的氫氧化鈣當(dāng)量，根據(jù)(11)～(13)式，則可以得到RHA的水化動(dòng)力學(xué)表達(dá)式，分別取RHA的摻量為15%和30%，可以得到不同水膠比情況下RHA-水泥膠凝體系的水化動(dòng)力學(xué)曲線，并與文獻(xiàn)[11]中的試驗(yàn)結(jié)果比較，如圖2所示。

圖2(a)和(b)分別為RHA摻量為15%和30%時(shí)RHA-水泥膠凝體系在不同溫度下早齡期的名義水化程度隨時(shí)間的變化規(guī)律。結(jié)果表明，溫度在RHA-水泥膠凝體系的水化過(guò)程中起著非常重要的作用。在不同的溫度情況下，模型預(yù)測(cè)結(jié)果和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的吻合較好，與實(shí)際水化動(dòng)力學(xué)過(guò)程較為接近。對(duì)比低RHA摻量組(15%)，高RHA摻量組(30%)絕大部分時(shí)期隨著水膠比的改變，水化過(guò)程改變得更加顯著。

圖2 不同溫度情況下的RHA-水泥膠凝體系的水化動(dòng)力學(xué)曲線

3.2 RHA-水泥膠凝體系的水化過(guò)程機(jī)理分析

3.2.1 RHA的火山灰反應(yīng)

在純水泥漿體的水化過(guò)程中，氫氧化鈣的量隨著水化過(guò)程的持續(xù)增大，直到達(dá)到峰值。而RHA-水泥膠凝體系CH的量取決于兩個(gè)因素，即水泥水化所產(chǎn)生CH的量和火山灰反應(yīng)消耗CH量。在水化初期，由于RHA尚未參與反應(yīng)，水泥水化生成CH為主導(dǎo)過(guò)程，隨著水化過(guò)程的進(jìn)行，火山灰反應(yīng)消耗CH量逐漸增大，當(dāng)其消耗的CH量大于水泥水化生成CH量時(shí)，CH量達(dá)到峰值并開(kāi)始下降。假定水膠比(w/b)為0.4，環(huán)境溫度分別為20和40 ℃，將表1和表2中的數(shù)據(jù)代入(5)式，則可以得到RHA-水泥膠凝體系的氫氧化鈣當(dāng)量，分別取RHA的摻量為10%、20%和30%，可以得到不同RHA摻量情況下RHA-水泥膠凝體系的CH含量的變化規(guī)律，并與文獻(xiàn)[11]中的試驗(yàn)結(jié)果比較，如圖3 所示。

圖3 不同摻量情況下的RHA-水泥膠凝體系的CH含量變化曲線

如圖3所示，CH量最初增加，達(dá)到最大值，然后減少。模型計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。在相同齡期情況下，氫氧化鈣含量隨著RHA摻量的增大而降低。

3.2.2 RHA的稀釋效應(yīng)

假定水膠比為0.3，溫度分別為20℃，分別取RHA的摻量為0、10%、20%，依據(jù)上述模型計(jì)算，可以得到不同摻量情況下RHA-水泥膠凝體系的水化程度隨水化程度的變化規(guī)律，并與文獻(xiàn)[11]中的試驗(yàn)結(jié)果比較，如圖4所示。

圖4 不同摻量下的RHA-水泥膠凝體系的水化程度變化曲線

圖4顯示了對(duì)不同RHA摻量情況下的RHA-水泥膠凝體系中水泥水化程度的變化規(guī)律。如圖4(a)所示，當(dāng)水膠比為0.3時(shí)，隨著RHA摻量的增加，體系中水泥量隨之減少，從而使水灰比增大，這種稀釋效應(yīng)導(dǎo)致高摻量情況下RHA-水泥膠凝體系的水化程度要高于低摻量情況下RHA-水泥膠凝體系的水化程度。

此外，由于RHA具有多孔結(jié)構(gòu)，在水化初期，RHA顆粒會(huì)將一部分游離水吸收到毛細(xì)孔中[10,22]，體系可用于水化反應(yīng)的水分減少，致使與能與水泥顆粒發(fā)生水化反應(yīng)的水分不足，從而降低了水泥早期的水化速率，特別是在低水膠比的情況下。隨著水泥的水化進(jìn)程的推移，體系中水泥漿體的水分越來(lái)越少，相對(duì)濕度隨之降低，這時(shí)RHA顆粒吸收的孔隙水會(huì)逐漸釋放出來(lái)，以促使水泥水化過(guò)程的進(jìn)行。因此，水泥的水化程度在后期有所增大。由于本文提出的模型考慮了混合水的吸收和釋放過(guò)程，它可以重現(xiàn)UHPC中水泥水化程度的交叉現(xiàn)象如圖4(b)。

此外，在圖實(shí)驗(yàn)4(a)中，對(duì)于水膠比為0.3，摻量為20%的RHA-水泥膠凝體系，模型計(jì)算結(jié)果略低于早期的試驗(yàn)結(jié)果，這是因?yàn)樵撃Ｐ秃雎粤薘HA對(duì)水泥水化的成核作用。研究表明，RHA能夠促進(jìn)氫氧化鈣的成核，從而加速水泥的水化進(jìn)程[17,22]。

3.3 混合比例、化學(xué)成分和細(xì)度對(duì)RHA反應(yīng)性影響的參數(shù)研究

3.3.1 混合比例對(duì)RHA反應(yīng)性的影響

稻殼灰的反應(yīng)程度與水膠比和RHA的摻量有關(guān)。在其他條件相同的情況下，高水膠比會(huì)使RHA有較高的反應(yīng)活性，而且RHA的摻量越大，其反應(yīng)性也越強(qiáng)。

圖5的研究結(jié)果表明，水膠比和RHA摻量對(duì)RHA反應(yīng)性的影響。在該模型中，RHA摻量為20%時(shí)，水膠比分別取0.4、0.3、0.2，如圖5(a)所示，隨著水膠比的增大，體系具有更多的空間來(lái)水化產(chǎn)物。因此，RHA的反應(yīng)程度也隨之增大。當(dāng)水膠比為0.2時(shí)，RHA摻量分別取10%、20%、30%，如圖5(b)所示，隨著RHA摻量的增大，水泥的堿性激化作用降低，導(dǎo)致RHA的反應(yīng)程度也隨之降低。

圖5 不同混合比例情況下的RHA反應(yīng)程度變化曲線

3.3.2 化學(xué)成分對(duì)RHA反應(yīng)性的影響

稻殼灰(αRHA×γs)的反應(yīng)程度與其化學(xué)成分和非晶態(tài)相RHA(γs)含量的有關(guān)。在RHA中，無(wú)定形SiO2是主要反應(yīng)相，可與CH反應(yīng)生成C-S-H。Vagelis和Wang[24-27]的研究表明，除非晶態(tài)相RHA(γs)外，RHA中的其他成分為惰性成分。

圖6給出了不同含量非晶態(tài)相(γs)的RHA-水泥膠凝體系的模擬結(jié)果。在這個(gè)模擬中，水膠比為0.4，RHA摻量為0.2，RHA的非晶態(tài)相(γs)分別為0.7、0.8和0.9。模擬結(jié)果表明，無(wú)定型SiO2含量較高的RHA有較高的反應(yīng)活性(圖6(a))，消耗了較多CH(圖6(b))。Escalante[28]等人通過(guò)試驗(yàn)，研究了不同成分礦渣的反應(yīng)程度。研究結(jié)果表明，隨著玻璃相含量的增加，礦渣的反應(yīng)性也隨之增加，這與本文的研究結(jié)果相類(lèi)似。

3.3.3 粒徑大小對(duì)RHA反應(yīng)性的影響

RHA的粒徑大小會(huì)影響它的火山灰反應(yīng)，并導(dǎo)致體系中的CH含量發(fā)生變化。在RHA化學(xué)成分相同的情況下，粒徑較小的RHA的活性更高。

圖7給出了不同尺寸的RHA-水泥膠凝體系的模擬結(jié)果。在該模型中，假定水膠比為0.4，RHA摻量為0.2，RHA顆粒分別為5、10和15 μm。如圖7所示，粒徑較小的RHA有較高的反應(yīng)活性，并消耗較多的CH。另外，可以觀察到研磨過(guò)程決定了RHA的顆粒大小。密集研磨導(dǎo)致了RHA顆粒的塌縮及其多孔結(jié)構(gòu)。Antiohos[29]等測(cè)量堿度、抗壓強(qiáng)度，以及混合后的氫氧化鈣含量含有不同細(xì)度的RHA的混凝土。他們發(fā)現(xiàn)RHA的反應(yīng)性隨著RHA細(xì)度的增加而增強(qiáng)。

圖7 不同粒徑大小下的RHA反應(yīng)程度及CH含量變化曲線

4 結(jié) 論

基于前期研究的復(fù)合膠凝體系的水化動(dòng)力學(xué)模型，考慮了稻殼灰對(duì)水泥水化的稀釋效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)，考慮了水膠比、RHA摻量、RHA內(nèi)部孔隙中的吸收水、RHA的細(xì)度等因素的影響，以及RHA-水泥膠凝體系水化過(guò)程中非晶態(tài)SiO2的含量，建立了稻殼灰-水泥膠凝體系的水化動(dòng)力學(xué)模型，該模型考慮了混合水的吸收和釋放過(guò)程，得到的結(jié)論如下：

(1)與水泥的水化反應(yīng)相似，RHA活性成分的反應(yīng)也分為3個(gè)過(guò)程，即初始休眠期、相邊界反應(yīng)過(guò)程和擴(kuò)散過(guò)程。

(2)該模型考慮了RHA-水泥膠凝體系水化過(guò)程中氫氧化鈣的產(chǎn)生和消耗，并根據(jù)氫氧化鈣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)反推反應(yīng)系數(shù)，通過(guò)系統(tǒng)中可用的氫氧化鈣量和可用的毛細(xì)管水量來(lái)考慮水泥水化反應(yīng)與RHA反應(yīng)之間的相互作用。

(3)在低水膠比例情況下，在早期階段，RHA-水泥膠凝體系中水泥的水化程度低于控制波特蘭水泥漿料中水泥的水化程度。這是因?yàn)樵诨旌线^(guò)程中，RHA粒子可能會(huì)吸收一定數(shù)量的游離水進(jìn)入它們的毛孔。另一方面，當(dāng)水泥過(guò)程的水化過(guò)程進(jìn)行時(shí)，水泥漿體中的相對(duì)濕度下降，RHA中的吸收水被釋放，以促進(jìn)水泥的水化，水泥的水化程度在后期進(jìn)一步增大。