蒸汽养护条件下硬石膏粉对掺矿渣粉水泥砂浆力学性能的影响研究

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摘要： 硬石膏粉是将硬石膏磨细而得到的一种新型的掺合料，在水泥混凝土制品的应用中，大掺量硬石膏粉单独掺入水泥混凝土制品中会导致其强度过低，但其与矿渣粉等矿物掺合料同时掺入水泥混凝土制品中，可激发矿渣粉在水泥混凝土制品中的活性。同时可大幅度提高水泥混凝土制品的早期强度、实现节能减排、降低生产成本、改善生产工艺和提高脱模强度等。本文试验研究了蒸汽养护条件下硬石膏粉对掺矿渣粉水泥砂浆性能的影响，通过试验分析硬石膏粉激发矿渣粉在复合胶凝材料体系中的活性。试验结果表明：通过蒸养，硬石膏粉能更好地激发矿渣粉在水泥中的活性；在蒸养条件下，适量的硬石膏粉有利于水泥砂浆抗折强度和抗压强度的发展。

关键词： 硬石膏粉；矿渣粉；活性激发；水泥砂浆；力学性能

硬石膏粉是将硬石膏磨细而得到的一种新型的掺合料，它是一种惰性材料，掺入混凝土中有可能导致延迟钙矾石结构（DEF）的生成[1-3]。延迟钙矾石结构的形成是一种钙矾石在硬化后的混凝土中积累，并最终导致混凝土膨胀和破坏的现象。1990年及其后由这种现象导致的混凝土劣化被报道在美国和欧洲发生。据报道，这种现象倾向于出现在硫酸盐成分含量高并且受到蒸汽养护的混凝土中。而且，DEF只在过量的硫酸盐、高温蒸汽养护和充足的水分提供这三个条件都符合的情况下才会产生[4]。综上可知，硬石膏在混凝土中的应用存在一定的风险。前人对于激发硬石膏活性已做了大量的研究[5-10]，但研究主要集中在通过粉磨增加细度、煅烧增加晶格畸变以及添加化学外加剂激发硬石膏的活性，而对于硬石膏水化硬化过程研究甚少。本文主要通过将硬石膏与矿渣粉等矿物掺合料同时掺入水泥砂浆中，研究蒸汽养护条件下硬石膏粉对矿渣粉等矿物掺合料活性的激发，具有一定的可行性，因此，有必要开展硬石膏在水泥混凝土中应用性能评价研究。

1. 试验原材料与方法

1.1 原材料

本试验采用的水泥是海螺P・Ⅱ52.5普通硅酸水泥，砂为天然河砂，掺合料主要有硬石膏粉矿渣粉，硬石膏粉为南京志拓生产的，细度为300目；矿渣粉采用的是宝钢公司生产的矿渣粉。减水剂为聚羧酸减水剂，聚羧酸减水剂固含量为30%，减水率为25%-30%。

1.2 试验方案

选定300目硬石膏粉与聚羧酸高效减水剂，研究蒸养条件下对掺矿渣粉的水泥砂浆性能的影响，基准配合比见表1。

1.3 试验方法

蒸汽养护时间为10小时，升温4小时（从20℃升至75℃），恒温2小时，降温4小时（从75℃降至20℃），相对湿度保持99%不变。

2. 结果与讨论

本节讨论了蒸汽养护条件下不同掺量硬石膏粉对掺矿渣粉砂浆性能的影响，测试了在蒸汽养护条件下，矿渣粉掺量分别为0，10%，30%，50%硬石膏粉掺量分别为0，5%，10%的水泥砂浆的抗折强度和抗压强度，试验结果如表2所示。

由表2可以看出，在蒸养条件下，对基准砂浆而言，掺入硬石膏粉后，水泥砂浆的抗折强度和抗压强度呈增大的趋势。同时还可以看出，当与矿渣粉一起掺入时，随着硬石膏粉掺量的增大，水泥砂浆的抗折强度和抗压强度呈先增大后减小的趋势。

通过分析比较，当矿渣粉掺量为30%，硬石膏粉掺量分别为5%，10%时，水泥砂浆有较好的抗折强度和抗压强度，试验结果如图1（a）和（b）所示。

（a）抗折强度 （b）抗压强度

图1 不同硬石膏粉掺量对掺30%矿渣粉砂浆力学性能的影响

由图1（a）和（b）可见：在蒸养条件下，当矿渣粉掺量一定时，掺入硬石膏粉后，对于1d、3d、7d、28d抗折强度和抗压强度，在给定龄期下，其抗折强度和抗压强度呈增大的趋势。同时还可以看出，在蒸养条件下，当矿渣粉掺量一定时，随硬石膏粉掺量增大，对于1d、3d、7d、28d抗折强度和抗压强度，在给定龄期下，其抗折强度和抗压强度呈先增大后减小的趋势，并可看出，5%的硬石膏粉掺量仍然为最佳掺量。

3. 结论

（1）在蒸汽养护条件下，对于掺矿渣粉的水泥砂浆，硬石膏粉的掺入较标养条件下会更好的激发胶凝材料的水化活性，其掺量在5%左右时激发作用更明显。

（2）在蒸汽养护条件下，对于掺矿渣粉和硬石膏粉的水泥砂浆，不但可以获得较高的早期强度，而且后期强度依然高于标养条件下的砂浆强度，并且强度发展稳定。

参考文献

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