固体丙烯酸钙镁与硅灰复合对水泥性能的影响

李强 李梅(山东水泥厂有限公司， 山东 济南 250116）

0 引言

硅酸盐水泥作为人类社会的主要建筑材料，抗压强度仍然是衡量水泥混凝土耐久性的主要标准。通过一些实例中我们看出，破坏水泥混凝土的主要原因通常都不是机械应力，而是多种物质对水泥混凝土制品的腐蚀或是水泥自身内部发生了化学反应。

目前，提高水泥抗腐蚀能力最简单可行的方法是向水泥浆中添加外加剂及合理的设计水泥浆体系，以此来改善水泥的各种性能。有机物材料具有良好的柔韧性、抗冲击和抗腐蚀性，恰好弥补了水泥材料的不均质脆性、抗拉强度低和抗蚀性差等缺陷。丙烯酸盐与水泥具有良好的互溶性及粘结性，且其浆液也有粘度低、易聚合成膜、凝胶体抗挤出能力强等优点。硅灰是在冶炼硅铁合金和工业硅时产生的SiO2和Si气体与空气中的氧气迅速氧化并冷凝而形成的一种超细硅质粉体材料，掺入硅灰可以提高水泥、砂浆、混凝土的强度。

1 试验研究

(1)试验主要原材料指标 ①水泥:普通硅酸盐水泥(P.O 42.5 级)济南市山水水泥厂生产，化学组成如下表。

表1 普通硅酸盐水泥(P.O 42.5 级）化学组成(%)

⑵硅灰

表2 硅灰的化学成分%

(2)试验方法和仪器 实验主要分为两个部分，第一部分主要研究丙烯酸盐、硅灰及助剂对水泥性能的影响，包括不同龄期水泥净浆强度的测试。第二部分主要XRD 和 SEM 分析研究丙烯酸盐、硅灰对水泥水化进程、水化产物形貌的影响。

按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》和GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行试验。

(3)丙烯酸钙与丙烯酸镁溶液的制备 首先用量筒量好一定量的丙烯酸，加入到水中稀释，然后称量过量的碳酸钙(镁）粉末分若干次充分缓慢地加入到丙烯酸溶液中，待到加入的少量碳酸钙(镁）反应一段时间后在加入下一部分，使其充分反应。其次，为了避免产生大量的热导致生成的丙烯酸盐在溶液中发生聚合反应，而使性能与质量下降。反应完全后，过滤。将丙烯酸盐在标准恒温恒湿养护箱中，在40℃温度下烘干，用研磨充分磨细，过200目筛，避光保存，待用。

(4)丙烯酸钙、丙烯酸镁及硅灰对水泥性能的影响 ①丙烯酸钙、丙烯酸镁及硅灰配比对水泥抗压强度的影响。向水泥中加入不同配比的丙烯酸钙丙烯酸镁及对应不同的硅灰掺量，分别测得1d、3d、28d抗压强度，如下表3。

表3 不同配比对水泥力学性能的影响

从表2中分析，当丙烯酸钙与丙烯酸镁的配比恒定不变时，测得的试样1d、3d强度都随着硅灰掺量的增加而呈降低趋势，28d强度随着硅灰掺量的增加而升高。丙烯酸钙和丙烯酸镁配比为5:5时,1d、3d、28d的强度都是最大的。硅灰掺加量分别为5%、7%、9%，丙烯酸钙与丙烯酸镁配比分别为3∶7、7∶3、5∶5,混合后与对比样相比较都提高了抗压强度，改善了水泥性能。

②丙烯酸钙、丙烯酸镁及硅灰不同配比对水泥凝结时间和标准稠度的影响。

表4 标准稠度需水量和凝结时间

从表4中分析可得:硅灰掺加量一定，不同丙烯酸钙丙烯酸镁配比的试样初终凝时间、标准稠度、水灰比之间都相差不大，与对比样对照，初终凝时间、标准稠度需水量都稍有增加，水灰比减小。随着硅灰掺加量的增大，丙烯酸钙、丙烯酸镁一定的情况下，初凝时间、终凝时间、标准稠度需水量稍微增大，水灰比逐渐减小。

(5)物相组成和微观结构分析

为进一步研究固体丙烯酸钙对水泥水化产物的影响，采用SEM和XRD对所研究试样进行分析。

如图4.2是G0、G3号试样水化一天的XRD分析，有两处Ca(OH)2衍射峰,即水化1d掺加硅灰和丙烯酸钙丙烯酸镁的水泥试样在一定程度上抑制了硅酸盐矿物水化的进行，G3号试样的AFt衍射峰、C-S-H凝胶衍射峰都高于G0号试样，说明在水泥中掺加硅灰和丙烯酸盐丙烯酸钙促进了AFt、C-S-H凝胶的形成。同时，从图4.1硅灰XRD分析谱图中可以看出，硅灰中大量的SiO2都是无定型晶体，具有高活性，通过吸收水化产物Ca(OH)2，生成C-S-H凝胶，抑制Ca(OH)2的生长。

如图4.3是G0、G3号试样水化3d的XRD分析， G0号试样的Ca(OH)2衍射峰高于G3号试样，但G3号试样的Ca(OH)2衍射峰稍有增加，碱性介质中的Ga2+易于与丙烯酸钙生成不稳定的络合物，但在水泥水化后期，Ca2+与丙烯酸钙形成的不稳定络合物会发生分解。G3号试样C3S+C2S的衍射峰稍有降低但仍高于G0号试样，即水化3d掺加硅灰和丙烯酸钙丙烯酸镁的水泥试样在一定程度上仍抑制了硅酸盐矿物水化的进行。

从图4.7可以看出，水化产物Ca(OH)2晶体排列规则，数量多，生长较大，还存在未水化的水泥颗粒。从图4.8可以看出，水化产物结构密实，因为水化龄期增长，硅灰具有火山灰效应，活性大，在水化28d时开始起作用，与粗大的水化产物Ca(OH)2晶体反应，减少了水化产物Ca(OH)2晶体，并生成了无定形的C-S-H凝胶，提高了水泥的强度。其次，由于丙烯酸钙丙烯酸镁在各种助剂的作用下，在水泥颗粒表面形成致密的薄膜，减小了空隙率，而且填充了有害空隙，提高了水泥的强度。对比图4.8、4.9可看出图4.10的结构更加致密，因为丙烯酸钙对水泥的改性，加上当掺加丙烯酸镁时，会引入镁离子，使得硅酸钙凝胶分解或降低其胶结性。图4.8试样水化28d的SEM图结构最好，当丙烯酸钙丙烯酸镁等量掺加时对水泥改性最好。

2 结语

由试验结果看出，随着丙烯酸钙、丙烯酸镁、硅灰的掺量的增加，水泥的标准稠度需水量增加，G9组的标准稠度需水量最大，比空白样增加了4.88%；

丙烯酸钙、丙烯酸镁的掺入有利于提高后期水泥石的力学性能，降低早期水泥石的力学性能。得到的最优方案为:丙烯酸钙、丙烯酸镁掺量相等时，对水泥时改性最好，即G9组，其抗压强度比空白样增加了13.1%。

通过微观机理分析，掺加丙烯酸钙、丙烯酸镁、硅灰以后，因其在水泥水化过程中形成的聚合物网络体系填充有害孔隙，降低孔隙率，增加了试样的致密度，提高力水泥石压力性能。

[1]洪乃丰.水环境腐蚀与混凝土的耐久性[J].腐蚀与防护，2006，27(4），174-177.

[2]S Pascal, A Alliche, Ph Pilvin.Mechanical behaviour of polymer modified mortars[J].Materials Science and Engineering, 2004(380):1-8.

[3]钟世云.硫酸和硫酸钠混合溶液对砂浆的腐蚀作用[J].建筑材料学报，2006(6）:1-5.

[4]袁大伟.聚合物水泥若干问题探讨[J].中国建筑防水，2001(4）:22-24.

[5]Y,Qiao，J K Deliwala，et al.High-temperature tensile properties of a polymer intercalated/exfoliated cement.Materials Letters，2005，59:3616-3619.