Page 40 - 理化检验-物理分册2022年第二期
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杨为江, 等: 密度测量法在硅酸盐水泥水化过程分析中的应用
图 1 不同水灰比条件下水泥的密度、 比容和相对体积变化率随龄期的变化曲线
导致水化速率减慢 [ 23 ] 。在 7~14d 龄期, 相对体积
变化率较大, 这是由于水化反应生成的氢氧化钙沉
降, 钙离子浓度降低, 水化反应速率由离子穿过水化
产物的速率来决定 [ 24 ] 。水泥水化时的体积变化规
律较好地反映了水化过程不同时期的各个物理化学
反应, 这就表明, 水泥水化时的体积变化规律可以很
好地表征水泥的水化过程。
当水灰比较大时, 孔隙率也较大, 空腔体积大会
导致浆体的比容较大, 所以其比容曲线位于低水灰
比净浆试样的上方, 且其相对体积变化率曲线位于 图 2 水灰比为 0.37 的水泥试样水化 3d和 10d的 XRD 谱
低水灰比净浆试样的下方, 两者相差约为 2% 。这 二钙的含量仅有较小的降低, 因为硅酸三钙反应速
和水泥水化反应速率与水灰比成正比的规律相一致 率快, 但硅酸二钙的反应速率缓慢很多 [ 29 ] ; 氢氧化
[ 25-26 ] 钙的含量随着龄期的延长增加较快。水泥净浆试样
( 水灰比为 0.2~0.6 ) 。因为水灰比增大会使水
泥试样单位质量中水泥的供水量增加, 所以水化速 发生了水化反应, 且水化反应会引起化学收缩现象,
造成试样内气孔发生变化, 这将导致净浆试样的体
率增大。水化反应基本结束时, 上述水灰比为 0.37
与 0.42 的水泥试样的体积收缩率分别为 9.97% 与 积减小, 而图 1 中的比容及其相对体积变化率随龄
12.05% 。 期的变化曲线与此结论完全符合。
试验结果表明: 密度测量分析法不仅可精确定 2.3 比容与抗压强度的关系
量表征水泥的水化过程, 而且还可得到浆体水化的 对于水泥基材料, 随着水化反应的进行, 材料内
物理化学信息, 这种分析方法有望成为表征水泥水 部的孔洞会逐渐减小, 并且反应产生的水化产物会
为试样提供一定的强度, 因此试样的强度随着水化
化特性的一种新的测试分析方法。
2.2 XRD 物相分析 龄期延长而变大, 而以上研究表明水泥净浆试样的
水泥净浆试样在发生水化反应时, 会产生大量 比容与龄期存在一定关系。
氢氧化钙、 钙矾石等结晶相, 试样发生化学收缩, 试 以下均采用水灰比为 0.42 , 相对湿度为( 95±
样的比容发生变化。 5 ) % , 温度为( 20±20 ) ℃ 制备的试样, 在相同龄期
进行测试, 获得水泥试样在 1~22d 龄期内的比容
对水灰比为 0.37 的水泥试样水化 3d 和 10d
的 XRD 谱如图 2 所示。由图 2 可知, 未水化时, 试 与抗压强度的关系( 见图 3 )。
样的主要物相为水泥熟料, 即硅酸三钙、 硅酸二钙, 由图 3 可知, 对应于水化过程的不同时期, 比容
此外还存在一定量的碳酸钙。文献资料表明 [ 27 ] , 熟 与抗压强度之间均存在较好的分段线性 关系。式
料中添加碳酸钙起到惰性填充料的作用, 会使水泥 ( 1 ),( 2 ) 分别为根据试验数据进行回归分析得到的
的微观结构更加密实, 从而提高其早期的抗压与抗 水化过程 不 同 时 期 的 线 性 方 程, 相 关 系 数 分 别 为
折强度。烟卫等 [ 28 ] 的工作能够初步判断水泥试样 0.9359 和 0.9945 。
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在不同龄期时的物相配比。水化反应后, 硅酸三钙 y 1 =- 4.7×10 x 1 +0.586 ( 1 )
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的含量随着水泥水化龄期的延长显著下降, 而硅酸 y 2 =- 2.92×10 x 2 +0.666 ( 2 )
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