珊瑚砂粉对波特兰水泥浆的性能影响外文翻译资料

 2022-08-05 15:43:36

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摘要:这项研究提出了珊瑚砂粉（CSP）对龄期从1天到90天不等的波特兰水泥浆的水化和力学行为的影响。早期水化动力学通过等温量热法研究了掺有CSP的硅酸盐水泥，水化产物和孔隙结构通过X射线衍射（XRD）和压汞法测定。实验结果表明，CSP可以促进水化加速期的结束。进一步 XRD结果表明CSP可以与铝酸三钙（C3A）反应形成单碳铝酸盐（Mc）和半碳铝酸盐（Hc），它们可以抑制Al相产物的转化（即AFt到AFm）。从MIP结果来看，添加CSP可以改善长龄期的波特兰水泥浆的孔隙结构，尽管可以观察到CSP对总孔隙率的负面影响。低的CSP的替代含量（5 wt％）可提高1天至7天的水泥砂浆的抗压强度。但是，从28天到90天，无论CSP掺量是多少,添加CSP会降低水泥的强度砂浆。

关键词：补水 微观结构 珊瑚砂粉 硅酸盐水泥

  1. 引言

随着海洋勘探的逐步深入，越来越多的现代海洋工业已经进行海上建设。但是，许多海洋项目严重缺乏用于建筑材料，例如水泥，混凝土骨料和纯水[1]。将大量的原材料运输到海岛会增加总成本，也可能增加建筑成本。在不影响环境的情况下，使用合适的当地材料可以降低运输成本，缩短施工周期并减少碳排放[2]。珊瑚礁很丰富热带地区资源丰富，易于开发[3]。在中国，大多数南沙和西沙群岛的许多海滩由珊瑚礁沙组成。

近年来，珊瑚礁砂在海洋混凝土中的应用受到越来越多的关注。但是，珊瑚引起的环境问题也在逐渐兴起。必须提到的是珊瑚礁砂的开发应仅限于岛礁周围的珊瑚礁，避免开发深水环境中的珊瑚礁沙层。

珊瑚礁是珊瑚息肉和零孢子藻分泌的钙质沉积物。它主要由碳酸钙组成[4,5]。珊瑚礁的矿物成分通常为文石，钙矾石（镁质）和一些白云石[3]。珊瑚礁是多孔的，轻质材料。珊瑚礁内的毛孔通常被填充带有贝壳颗粒和珊瑚礁碎屑[6]。数据表明，珊瑚礁的孔隙率接近50％[7]，导致高吸水率和高压碎指标[8]。珊瑚礁的粗糙表面会增加摩擦骨料和水泥浆之间-界面强度过渡区[7]。

表格1

珊瑚礁的常见分类

分类

珊瑚残骸

珊瑚砂

细珊瑚砂

单位重量（g/cm3）

0.89

1.31

1.35

比重（g /cm3）

2.80-2.82

2.80

2.63

孔隙率/%

68

53

45

粒度/mm

20-60

1~2(d50=0.65)

lt;0.60

珊瑚的容重和表观密度大约为900 kg/m3和1800kg/m3。常见的表1显示了珊瑚礁的分类[9]。在随后的研究中，选择珊瑚砂进行调查。

据报道，第二次世界大战以来珊瑚礁已被用作骨料使用到混凝土中。 珊瑚礁通常用作粗骨料，而珊瑚砂则用作细骨料。美国部队采用夸贾伊尔中途岛上的珊瑚砂以及埃尼维托柯岛和西太平洋比基尼岛来大规模维修机场，道路和建筑物[10]。截至目前，其中建筑一些仍在服役。Ehiert [11]研究表明珊瑚混凝土的强度足以满足建筑标准的要求。一直以来研究混凝土中的珊瑚砂，主要侧重于混合料设计和珊瑚混凝土的力学性能。更多的水泥，更低的水灰比和使用高铝含量的抗硫酸盐水泥可以获得足够的工作性能和更高等级的混凝土。

最近，潮湿空气、海水甚至珊瑚砂携带的氯离子也引发的钢筋锈蚀问题也引起了人们的关注。为了防止氯化物进入混凝土，已经提出了许多解决方案，并且已经取得了一些成功。 Tehada [16]研究了钢筋腐蚀和氯化物在珊瑚混凝土中的迁移，发现珊瑚混凝土的钢筋腐蚀速率高于相同水灰比条件下的普通混凝土钢筋混凝土的钢筋腐蚀速率。作者将此结果归因于珊瑚中的氯盐。在其他研究成果中也可以找到类似的结果[17,18]。李[19]讨论了极化电位之间的关系珊瑚混凝土和钢筋的极化和极化时间普通混凝土。发现珊瑚砂可以加速内部钢筋腐蚀。在Wattanachai的研究中，界面过渡区（ITZ）与氯化物之间的关系对扩散率进行了定量评估[20]。珊瑚混凝土形成的ITZ厚度大于其他粗骨料，这是因为珊瑚的特殊化学成分。

基于上述文献，对珊瑚砂的研究主要侧重于珊瑚混凝土的力学性能和氯化物的传输特点。 但是，仍然有许多问题需要解决。 例如，目前尚不清楚珊瑚粉是否可以参与水泥水化。 珊瑚粉怎么影响水泥-珊瑚粉二元体系的微观结构发展。这里，珊瑚粉在水泥水化过程中的作用在这项研究中进行了实质性的调查。 珊瑚砂被磨细成粉作为珊瑚砂粉（CSP）。然后是CSP作为矿物掺合料添加到水泥中，以部分替代水泥，替代量分别为5％，15％和25％。 CSP对波特兰水泥90天龄期内的水化和力学性能影响分别通过等温量热测试、X射线衍射法（XRD）、压汞法（MIP）和力学性能测试表征。

  1. 实验
    1. 材料

本研究中使用的水泥是PII 525波特兰水泥（PC），珊瑚砂是从中国南海获得的。实验室内利用珊瑚制备砂粉（CSP）：在实验室球磨机中研磨半小时，然后通过150微米筛孔。 图1显示了珊瑚砂和CSP的图像。这CSP和PC的粒度分布如图2所示。CSP和PC的d50分别为33.76 mm和18.48mm。 图3显示CSP的XRD模式。 可以看出CSP的主要矿物相是CaCO3和（Ca，Mg）CO3，与Bullen发现一致 [3]。 表2总结了CSP和波特兰水泥（PC）的化学成分组成。由表2计算得出的CSP中的CaCO3（包括（Ca，Mg，CO3）是90％以上。

    1. 标本制备

CSP的替换量为总胶体量的0％，5％，15％和25%。在此使用的混合比例研究结果示于表3。在配比中，将CSP与PC混合12 h。对于所有混合物，使用的水/胶比保持在0.5。为XRD和压汞准备的水泥浆样品符合欧洲标准的侵入孔隙率法（MIP）测试EN197-1。将所有标本保存在密封的塑料瓶中，在20plusmn;2 C下。在1天，3天，7天，28天和90天，将品脱模从塑料瓶中捣碎成小块。将碎片在酒精中浸泡24小时，然后在60摄氏度下干燥12小时在真空干燥箱中40°C。将一些干燥的样品磨碎直到粉末，其完全通过80毫米筛。制备粉末用于XRD分析。将其他样品切成颗粒MIP测试的尺寸为3至6毫米。铸造水泥砂浆样品以提高抗压强度测试。样品浇铸在矩形模具中，尺寸为40times;40times;60 mm3，然后在20plusmn;2 C和95％相对温度下湿度24小时。 24小时后，从模具在20plusmn;2 C的水中，直到3、7、28、56和90天。

2.3。 实验测试

2.3.1。 等温量热法

8通道等温量热仪（TAM Air;测温瑞典AB）用来记录水泥浆与CSP混合。 4克粘合剂和2克去离子将水在标准塑料瓶中混合。立即将其置于等温量热仪中， 热流在恒定温度下记录的曲线72小时20C。

2.3.2。 XRD分析

带有CuKa辐射的Rigaku SmartLab 3000A衍射仪光源（波长= 0.154 nm）用于表征变化水泥水化过程中的相组成。 测试的加速电压和加速电流为40 kV和分别为35 mA。数据收集范围为5–65以每分钟5的速度以0.01的步长的速度移动。

2.3.3。 MIP测试

MIP评估水泥浆的孔结构。MIP测试原为在Quanta镀铬PoreMaster GT60压汞仪上进行的（在140–420 kPa的高压下）且在1.5-350 kPa的低压范围内）。这项研究中，孔径为0.007至200 mm。获得的数据由测试得出的是水泥浆的累积孔体积和孔径分布。为了更准确表征孔结构，累积的孔体积可以转换为孔隙率。

3.结果与讨论

3.1CSP对水泥水化放热的影响

CSP对PC水化热的影响如图1所示。从图4中可以看出，CSP的添加减少了总水化热，负面影响显着增加CSP掺量。如图2所示， CSP粒径的大小比PC的大。当CSP与水泥中，CSP较少，可以用作比较水合物的非均质沉淀和生长用更细的填料[21,22]。 CSP占用太多空间，应该被水化产物填充[23]。此外，用CSP代替水泥可减少水泥的用量。胶凝材料，导致水合作用减少[24]。尽管添加CSP会降低热流PC的主要放热峰，即加速期结束提前。这可能归因于以下原因：CSP掺入会增加水泥水的有效水量，因此促进成核作用并加速水泥的水合作用[25]。此外，第二个热峰之后的肩峰也向前移动，这是由于C3A与CSP中的碳酸钙（CC）将在3.2节中讨论。

3.2。 与CSP混合的水泥浆的水化产品。

不同掺CSP水泥浆的XRD图谱。龄期如图5所示。扫描范围从5°到45°，可以更好地进行比较。 如图5所示，特征峰为AFt，硅酸盐（CH），硅酸三钙（C3S），硅酸二钙（C2S）和方解石（CC）。此外，半碳铝酸盐（Hc，2h = 10.7）和单碳铝酸盐（Mc，2h = 11.7）也可以是在图5中观察到。据报道，CC可以与铝酸三钙（C3A）（2h = 33.2）反应形成Hc和Mc（请参见公式（2）和等式（3））[26,27]，有助于CSP对C3A消耗的影响。 在此过程中，C3A相为Al的形成提供了Hc和Mc的来源[28]。 在一定的固化时间后，Hc将与CC进一步反应，形成Mc（请参阅公式（4））。 在对照样品中，Hc和Mc相也观察到，这是由于在波特兰水泥生产。 为了充分讨论影响二元体系中CSP对Hc和Mc形成的影响。图6显示了从7到16的低角度的XRD图[27]。

3.3。 掺CSP水泥浆的孔结构

众所周知，硬化水泥浆是一种多孔材料[34]。通过MIP测试，总孔隙度为可以确定掺有CSP的水泥浆，相应的结果如图7所示。样品随着固化时间的增加而减少。 那是由于水泥持续水化导致微观结构的致密化。CSP的添加会增加总孔隙率，当CSP替换水平为5％至25％时。水泥浆的含量治愈年龄从1天到90天不等。 但是15％的珊瑚粉具有最小的总孔隙率，而Coral-15％接近空白样品。 这意味着15％的珊瑚具有比其他两种混合物对水泥水化的效果更好。

孔径差异分布也是重要的孔讨论水泥浆孔结构的参数。图8显示了在不同固化年龄下所有样品的不同孔径分布。水泥浆的孔径可分为三种类型：lt;10 nm，10–50 nm和50 nm-10 nm，分别表示为凝胶孔，中等毛细管孔和大毛细管毛孔分别[35,36]。从图8可以看出，随着水合反应的进行大毛细孔逐渐发展为中等毛细孔，毛孔逐渐逐渐增加。 如第3.2节所述，添加CSP会产生更多AFt和Mc。 此过程还导致水化产物数量增加（根据式（5）和（6））[32]。 水化产物填充毛细血管中的大毛细孔。固相和优化的孔结构。介质量计算出较大的毛细孔，并相应地结果显示在表4中。从表4中，孔的体积从1天到90天，Coral-5％和Coral-25％的大毛细孔高于Blank和Coral-15％。 孔体积空白毛细孔的大毛细孔和中等毛细孔珊瑚15％接近。临界孔宽度定义为孔直径观察到引入的孔体积曲线变化的最大值。临界孔宽度的值也显示在表4中。临界从1天到90天，珊瑚15％的孔隙宽度与空白相似。养护90天后，所有样品的临界孔径都在0.03到0.04 nm之间。 据报道，AFt和Mc的体积分别大于AFm和Hc [37]。表示AFt和Mc比AFm和Hc占据更多的孔隙空间。CSP和C3A之间的反应可以优化孔和水泥浆的结构。

从以上所有方面来看，CSP对15％的负面影响可忽略不计水泥浆的孔结构。 在长龄期，CSP和C3A之间

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