偏高岭土火山灰效应对水泥水化热的影响外文翻译资料

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偏高岭土火山灰效应对水泥水化热的影响

M. Friacute;as ^a, M.I. Saacute;nchez de Rojas ^a, J. Cabrera ^b

^aEduardo Torroja Institute (CSIC), c/ Serrano Galvache s/n, 28033 Madrid, Spain

^bSchool of Civil Engineering, University of Leeds, LS2-9JT Leeds, United Kingdom

摘要:

在水泥砂浆和混凝土中添加具有火山灰性质的材料可能会降低水泥的水化热。所以具有火山灰活性的材料取代部分水泥会降低水泥的水化热，但是火山灰效应会相应的增加水泥的水化热。因此，在水泥砂浆和混凝土中加入具有火山灰活性的材料时，可以通过监测水泥水化过程中的水化热，来研究偏高岭土火山灰效应对水泥水化热的影响。在本实验中，主要研究了偏高岭土的火山灰效应对对水泥水化热的影响，同时也用了传统火山灰材料如硅灰与粉煤灰进行了对比。结果表明，与普通的水泥相比，加入了偏高岭土的水泥，其水化热会小幅度的增加，与硅灰与粉煤灰相比，偏高岭土的火山灰效应对水泥水化热的影响作用接近。

关键词：偏高岭土；热；水化热；砂浆；火山灰反应

1 简介

在以前的工作中众多学者研究了不同火山灰材料对水泥水化热产生的影响。这些结果表明，火山灰材料不会减少水泥产生的水化热，这是因为火山灰效应会增加水泥的水化热，补偿了由于火山灰材料取代水泥导致的水化热减少。

火山灰材料与氢氧化钙在普通水泥的反应中，火山灰效应的增加影响了水化热。这个事实越来越明显，相比普通水泥，在加入了高火山灰活性的材料后，如硅粉的实验中，产生的放热增加。在加入了火山灰活性较低材料的材料时，如粉煤灰，可以作为自然火山灰材料来降低水化热反应。

在其他的实验中，对硅灰和粉煤灰分别采用不同方法进行了研究：一个是快速的火山灰活性检测和量化的方法，另一个是控制水泥在一个标准下收集的水化热的Langavant 测量方法。报告的结果表明，这两种方法提供了类似的数据，尽管事实上，它们是不同的方法的基础上观察不同的性能和效果，但因为两者之间有一个良好的相关性，所以可以作为参考依据。

用于生产水泥的添加剂一般包括天然火山灰和人工火山灰，如硅灰和粉煤灰。目前，这些材料的其他替代品正在被调查（即高岭石，蒙脱石，伊利石，可以在700至800摄氏度的温度范围内的热激活脱水）。最典型的例子是，在加热时产生的高岭土、偏高岭土。偏高岭土的性质为火山灰材料的的证据在先前的材料中已报道。同时，对固化反应速率常数和温度对水化阶段和稳定性能的影响进行了研究。研究表明，偏高岭土显示出高火山灰活性，类似于硅灰。出于这个原因，这是在偏高岭土/水泥系统中非常重要的热演化过程。

众所周知，细碎的材料可以加速普通水泥的水化。此外，如果材料具有较高的火山灰活性，混合砂浆比等效的基准砂浆在水化热过程中产生的水是更多的（一个典型的例子是硅灰）。由于这一事实，水化热的增加可能对水泥的性能有负面的影响（耐久性），主要是由于体积变化（收缩）和微裂纹形成。

在掺加了偏高岭土的特殊情况下，偏高岭土似乎具有良好的潜力，这种材料显示出特定的性质，表现在其化学和矿物组成，它可以作为一个对水泥有积极影响的材料，从而用来生产水泥。然而，在早龄期的火山灰反应中形成的，水化阶段产生的物质（C ₂ASH₈和C ₄AH₁₃），往往是表现为亚稳相。在较长的固化时间中，这些水合物转化为水化产物（稳定期）可以预期。这种转变将取决于不同的因素（例如，温度等）。

很少有研究掺入偏高岭土的水泥。在以往的实验中，掺入10% 偏高岭土的最高温度是49℃，固化温度20℃。在其他的实验中，加入不同的量的偏高岭土在水泥，观察温度对水化阶段的演化及稳定性的影响。其固化温度在40-60℃之间。根据要求，这是非常重要的，考虑到这样的事实，不同的固化温度可以改变水泥。在大多数情况下，固化温度的选择是随机的或有一定标准，这是用于特定的目标。出于这个原因，有必要统一的固化温度，以建立真正的温度测试。

目前对偏高岭土混合水泥的水化热的报告的数据，通常与其他掺入水泥的火山灰材料相比（粉煤灰和硅灰）。

在本文中所获得的结果是很重要的，因为它们提供的数据，可以评估偏高岭土掺杂在水泥中其砂浆内部温度变化。要特别强调的是，评价偏高岭土掺杂至水泥砂浆中对温度的影响，其影响水泥浆体的工程性能，还有如前面提到的，主要是对耐久性也有影响。

2 实验方法

2.1 试验材料

在这项研究中所使用的材料是：水泥，沙子，硅灰，粉煤灰和偏高岭土。表1显示了这些材料的化学成分。

水泥：据西班牙UNE 80 301标准，水泥是 CEM I / R与42,5水泥，熟料含量等于或高于95%plusmn;5%，。

砂：所用的砂的二氧化硅含量超过98%，最大粒径小于2毫米。

火山灰材料：这些材料进行了表征，用化学和矿物学分析和火山灰特性。

硅灰：使用了商业硅灰。它是由91-92%二氧化硅。X-射线衍射（XRD）图（图1a）表示硅灰的低结晶度，低强度峰主要对应于石英（Q），碳化硅（SiC），和硅（Si）。

表1化学成分

粉煤灰是在燃烧烟煤的发电厂产生的。在点火价值损失（3.3%）反映了其含碳量。主要化学成分为氧化硅（49.5%）、氧化铝（27.9%）和氧化铁（7.82%）。钙含量低（2%）。主要的结晶成分是石英（Q），莫来石（Mu），赤铁矿（HE）（图1b）。

偏高岭土：本品采用高岭土煅烧生产。它有51.60%的SiO ₂和41.30%的Al ₂O₃含量。用XRD进行了研究，发现结晶度低。晶相包括石英（Q）和云母（M），主要是白云母（图1C）。

图1 XRD图谱：（a）硅灰，（b）粉煤灰，（c）偏高岭土

通过激光粒度测定这些材料的细度得到的结果如图2所示。可以验证，偏高岭土的细度介于硅灰和粉煤灰之间。矿物的细度是矿物学在确定火山灰活性的重要因素。

图2 粒度分布曲线：（a）粉煤灰、（b）偏高岭土，（c）硅灰

2.2混合水泥

在高速粉末混合器中制备混合水泥以保证均匀性和分散性。混合物组成的重量以下组成：

水泥/ 硅灰：90 / 10和70 / 30 /

水泥/ 偏高岭土：90 / 10和70 / 30 /

水泥/ 粉煤灰：90 / 10和70 / 30

普通水泥：100

这些混合水泥被用来制备砂浆与砂/水泥比例为3 / 1和水/水泥比为0.5。

2.3 测试方法

对于进行定性或定量的火山灰活性测定，许多实验方法已被开发。然而，他们中的大多数是基于火山灰材料与水泥水化过程中释放的氢氧化钙反应测量。

在这项工作中，如作者所进行的其他研究，加速折旧法是用来研究这些材料的火山灰活性。其次是材料随时间变化。该测试包括将不同的火山灰材料在饱和的石灰溶液中接触，在40 plusmn;1℃中反应2h、1、7、28和90天。在每个阶段结束时，在溶液中的CaO浓度，固定石灰（mm/ L）是通过以下方式获得的。饱和石灰溶液中的浓度和在溶液中接触到的样品在一个给定的周期结束时发现的CaO之间的差异。

给出了确定的标准的水化热的测试方法，方法是基于langavant量热法。使用杜瓦瓶，或更准确地说，一个热隔离瓶，这种半绝热方法量化了水泥水化过程中产生的热量。由于外部条件非常有影响力的，所以测试是在一个恒温（20 plusmn;2℃）条件中进行

加热（℃）测试砂浆和惰性砂浆（至少3个月）温度之间的差异。加热的这个值被用来计算由试样形成的水化热。

测量超过5天，因为在较短的时间内观察到的热增加是非常低的，并且由于测量的相对误差增加超过该时间。

图3 火山灰活性材料CaO固定量

3 结果与讨论

得到的结果如图3所示的火山灰活性。2小时后，硅灰和偏高岭土显示出较高的火山灰活性，而粉煤灰由于样品中有大量的钙离子，由于其在早期阶段的活性较小，所以很难显示前28天的火山灰反应。

图4显示了加入不同材料的水泥放热的演变分析。得到的结果显示，最大放热发生在约15至20小时，并取决于加入材料的类型。粉煤灰相较于普通水泥，对放热的影响有所下降。而硅灰，特别是当加入量为10%，对放热的影响最大。在加入偏高岭土的情况下，加入10%和30%的 偏高岭土，放热是大于的普通水泥砂浆，但10%和30%之间的差距不明显。

这些结果表明，水泥的放热要考虑材料不同的效果：一方面，是火山灰活性的高低，另一方面，是不同材料替代普通水泥所占百分比的影响，这可能只是降低普通水泥水化作用（稀释效应）或可能加速普通水泥水化。在粉煤灰的情况下，相对于普通水泥，掺加了不同含量粉煤灰的水泥，观察到没有温度上升。在硅灰的情况下，相对于普通水泥，掺入 10% 硅灰水泥的水化热有所增加。而混合了30% 硅灰的水泥，相对于普通水泥，水化热有一个轻微的减少。

与偏高岭土火山灰材料相比（10和30%）（图4c），观察到的是一个相对于其他材料不同的影响，这是一个典型的例子。火山灰材料的火山灰效应对水泥的影响是通过稀释效应补偿（30% 偏高岭土）。与文献中报道的结果有一些差异。在20小时观察偏高岭土/水泥。水化热达到最高温度

偏高岭土/水泥在38 – 40℃时。相对于普通水泥，火山灰材料通常会增加水化热。在测试的第一个阶段，即在5-12小时之间，水泥的反应是强烈放热，这使得曲线的上升斜率非常陡峭，在48小时后的水化热反应开始稳定，释放的热量开始减少。

图4 水化热随时间、温度变化：（a）硅灰，（b）粉煤灰，（c）偏高岭土

图5显示了不同材料对水化热的影响。硅灰是高火山灰活性的物质，而 粉煤灰的情况反而相反（图5A）。在这种情况下，用10% 硅灰砂浆产生最高的水化热，其次由普通水泥砂浆。30%硅灰的水化热最少。

在早龄期，稀释效应是占主导地位，普通水泥在很长一段时间（130小时）不减少水化热。在早龄期水化热的降低可能是由于CH。

正如以前提到过，由于稀释效应，火山灰材料可以降低水泥水化热。最低的水化热是由水泥与30%粉煤灰产生的，其次是用10%替代，普通水泥砂浆最高（图5b）。

偏高岭土替代水泥产生中间效应（图5C）。掺入偏高岭土的水泥的水化热是类似与普通水泥砂浆。重要的是要表明，在18和30小时，这两个偏高岭土（10和30%）产生的水化热略有增加。这种加入偏高岭土后水泥水化热的变化是与一些其他作者获得的结果一致。如：J. Cabrera和M. Friacute;的研究。偏高岭土最大的火山灰效应发生12小时和30小时之间，固化温度60℃

图5 不同材料对水化热的影响：（a）硅灰，（b）粉煤灰，（c）偏高岭土

图6表示水泥砂浆与不同的火山灰材质的材料混合后，它们之间水化热的变化。此图涵盖了最初的78小时的测试，当火山灰材料与

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