CN109212170A - 一种量化铝酸盐水泥水化产物转变程度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种量化铝酸盐水泥水化产物转变程度的方法，通过CAC体系化学收缩曲线的斜率变化来确定水化产物完全转变所需时间。结合不同的养护温度历程，可直接用于估算不同温度条件下CAC浆体中水化产物的转变度。本发明为预测CAC体系水化产物的晶型转变过程提供了一种简单而实用的方法。
Description
技术领域
本发明涉及铝酸盐水泥体系的水化产物转变过程评估方法，具体涉及一种量化铝酸盐水泥水化产物转变程度的方法。
背景技术
铝酸盐水泥(CAC)是一种高铝酸钙含量(铝酸钙含量超过30％)的特种水泥，迄今已有100多年的发展历史。与大宗硅酸盐水泥相比，CAC具有快硬早强、高耐磨性、耐化学侵蚀性以及耐高温性等诸多优势，因此被广泛应用于低温工程、应急抢修、大坝溢洪道修筑、污水管网修筑、耐火材料等领域。但因其水化产物易受温度影响发生晶型转变而导致强度倒缩，CAC的应用范围及产量仍远不如硅酸盐水泥。
不同于硅酸盐水泥，CAC的水化对温度的敏感性很高，其生成水化产物的种类取决于养护温度——当温度低于23℃时，主要生成的水化产物为CAH10；当温度在23～25℃左右时，其主要水化产物为C2AH8和AH3；而当温度高于35℃时，主要水化产物为C3AH6和AH3。其中，六方晶型的CAH10和C2AH8均为介稳态水化产物，会随龄期延长逐渐转变为稳定的立方晶型水榴子石(C3AH6)。该转变过程属于不可避免的热力学转变，被称为“晶型转变”，即无论环境温度如何，CAC水化产物中所有亚稳相终将转变为稳定状态。而其水化产物从亚稳态到稳态的转变速率取决于其温度历程，高温会加速这种晶型转变过程。
这种晶型转变现象的存在最终会造成CAC体系后期强度的倒缩，即由于晶型转变过程随龄期延长而不断进行，CAC体系的强度会逐渐降低至与晶型转变过程完成时相对应的最低强度。晶型转变一旦完成，CAC体系中尚未水化的CA矿物会在水化时直接形成稳定的C3AH6和AH3，从而使得体系强度有所回升。但实际上，CAC体系的水化产物不可能发生100％完全转变。实际工程应用中，不管是CAC混凝土预制件还是现浇构件，提前估算其在不同龄期时结构内部水化产物的晶型转变程度，可以预测CAC混凝土可达到的最低强度及长期耐久性。但目前尚没有简单有效的方法来预测CAC体系水化产物的转变程度。因此，如何预测CAC在水化期间亚稳态水化产物向稳态水化产物转变的程度成为其面临的关键问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种简便、快速的量化铝酸盐水泥水化产物转变程度的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种量化铝酸盐水泥水化产物转变程度的方法，包括以下步骤：
(1)将待测铝酸盐水泥加水形成浆体，水固比为a，然后将浆体注入若干容器中，称量得到每个容器中浆体的重量为m，加水注满容器，然后用插有毛细刻度管的橡皮塞密封容器；然后将若干容器置于不同温度的恒温养护箱中；
(2)读取毛细刻度管的初始读数，记作V0，每隔一段时间，读取每一个容器中毛细刻度管的液面读数，记作Vt，计算得到化学收缩值St，以St为纵坐标，以得到该St的读取时间t作为横坐标，绘制不同温度下待测铝酸盐水泥的化学收缩测试曲线，当所述化学收缩测试曲线的斜率为0时，记录其对应的时间t(T)为完全转变时间；
(3)以养护箱内的温度T作为横坐标，该温度下浆体的完全转变时间t(T)为纵坐标绘制曲线，拟合试验数据点得到转变度曲线；
(4)确定铝酸盐水泥使用时的平均恒定温度T1，然后通过转变度曲线获取T1温度下的完全转变时间t(T1)，然后确定铝酸盐水泥在养护龄期为t1时的转变程度C(t1)为：
优选的，所述浆体的水固比为0.4～0.6。
优选的，所述的毛细刻度管的底部穿过橡皮塞，并插入容器中的水中，橡皮塞密封后，向毛细刻度管中注水直至液面到达毛细刻度管最大量程处。
优选的，橡皮塞密封容器后，所述的毛细刻度管顶部通过石蜡油密封，该设置可以防止水从毛细刻度管顶部蒸发，避免影响体积变化。
更优选的步骤(1)的操作为：将干燥并冷却后的铝酸盐水泥加水形成浆体，然后将适量浆体分别装入质量为m0的开口软胶瓶中，注意避免气泡的产生，称量得到两者总质量为m1，则m＝m1-m0；将装有浆体的软胶瓶分别置于广口玻璃瓶中，缓慢加水至广口瓶瓶颈处，然后分别用插有刻度管的橡皮塞密封瓶口；再用一次性注射器通过刻度管分别向各装置内注水至液面接近刻度管的最大量程处；将该若干实验装置分别置于不同温度的恒温养护箱中。
所述St的计算公式如下：
即为体积改变量与浆体中铝酸盐水泥的质量之比。
优选的，所述的恒温养护箱的养护温度为30～80℃。。温度太低，浆体完全转化所需的时间太长，随着温度上升，浆体完全转化所需时间逐渐减少，但当温度大于80℃时，在较短的时间就能完全转化，测试精度大幅度减小，因此将温度定在30～80℃，并在这范围每隔5℃或10℃设一个实验组。
读取毛细刻度管中液面的时间间隔为10min～2h。具体读数时间间隔根据养护温度而定，且试验开始阶段的读数时间间隔较短，一般来说，低温下1～2h；高温下10～20min。间隔时间越短，所得的点越多，真实度越高，但由于时间短，毛细刻度管的液面变化不明显，读数误差带来的影响较大；反之，间隔时间越长，读数误差带来的影响小，但曲线的真实性降低。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
通过CAC体系化学收缩曲线的斜率变化来确定水化产物完全转变所需时间，可直接用于估算不同温度条件下CAC浆体中水化产物的转变度，方法简单、快速，且所得结果基本与真实情况保持一致。
附图说明
图1为实施例1中40℃温度下的化学收缩测试曲线；
图2为实施例1所得转变度曲线；
图3为实施例1中40℃和50℃温度下转变度与养护龄期之间的关系图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
实验所用水泥为凯诺斯铝酸盐技术有限公司生产的CA50级铝酸盐水泥。其化学成分和矿物组成分别如表1和表2所示。拌合水为自来水，水灰比固定为0.5。
表1铝酸盐水泥的化学成分/％
表2铝酸盐水泥的矿物组成/％
(1)首先将适量的CAC浆体分别装入12个已称重的开口软胶瓶中，然后称量两者总重，再将装有浆体的软胶瓶分别置于12个广口玻璃瓶中，注意软胶瓶四周不与广口瓶接触；接着向广口瓶中缓慢加水至瓶颈，并排除气泡；再用插有刻度管的橡皮塞盖紧瓶口，用石蜡分别密封刻度管与橡皮塞接触处以及橡皮塞与瓶口接触处以保证整套实验装置的密闭性；接着用一次性注射器向刻度管内注水至液面接近刻度管最大量程处，并向刻度管中滴加一滴石蜡油以防止水分蒸发。
(2)2套实验装置为一组，6组样品分别置于30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃的恒温养护室中进行养护。待液面稳定时首先读取初始读数，然后记录不同龄期时的液面读数，根据上述公式计算各读数龄期对应的化学收缩值，每组样品的最终结果取两套装置所得的平均值。
以40℃为例，按照2h、4h、6h、8h、10h、12h、24h、36h、48h、72h、84h、96h、120h、168h的龄期读取刻度管读数，计算化学收缩值St，然后以St为纵坐标，时间t为横坐标，绘制化学收缩测试曲线，其结果如图1所示。从图中我们可以看出，在40℃温度下，水化产物的完全转变时间为85h。
利用同样的方法，得到其余各组的完全转变时间如表3所示。
表3不同温度条件下的完全转变时间
以上述温度为横坐标，完全转变时间为纵坐标绘制成转变度曲线，其结果如图2所示。从图中可知，当养护温度低于40℃时，完全转变时间随温度降低呈指数增长；养护温度高于60℃后，完全转变时间随温度升高呈指数下降。并通过计算机模拟，得到这种关系的数学表达式如下：
t(T)＝2.17867×1012·T-6.4971
根据上述数学表达式，可以得到不同温度条件下的外推完全转变时间，结果如表4所示。
表4不同温度条件下的外推完全转变时间
根据图2，并通过公式可以计算出不同温度条件下不同龄期对应的转变度。例如，在40℃下养护1h对应的转变度为1.18％(1/85)；而在60℃下养护1h的转变度为16.67％(1/6)。如图3所示，40℃下，CAC水化产物在72h内的转变度几乎呈线性增加；48h时，转变度已经达到了56.47％。温度升高，转变度随龄期延长增长速率变大，这意味着水化产物晶型转变速率加快。50℃下，在龄期为20h时就基本上达到了完全转变水平。
经实际验证，该铝酸盐水泥在40℃和50℃时的完全转变时间分别为89h左右及22h左右，与本发明所得结论基本一致。
由上述实施例可见，本发明所涉及的一种量化铝酸盐水泥水化产物转变程度的方法，能够简单便捷地预测铝酸盐水泥中水化产物的晶型转变程度，对铝酸盐水泥的研究及应用具有一定的指导意义。
Claims (7)
1.一种量化铝酸盐水泥水化产物转变程度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将待测铝酸盐水泥加水形成浆体，水固比为a，然后将浆体注入若干容器中，称量得到每个容器中浆体的重量为m，加水注满容器，然后用插有毛细刻度管的橡皮塞密封容器；然后将若干容器置于不同温度的恒温养护箱中；
(2)读取毛细刻度管的初始读数，记作V0，每隔一段时间，读取每一个容器中毛细刻度管的液面读数，记作Vt，计算得到化学收缩值St，以St为纵坐标，以得到该St的读取时间t作为横坐标，绘制不同温度下待测铝酸盐水泥的化学收缩测试曲线，当所述化学收缩测试曲线的斜率为0时，记录其对应的时间t(T)为完全转变时间；
(3)以养护箱内的温度T作为横坐标，该温度下浆体的完全转变时间t(T)为纵坐标绘制曲线，拟合试验数据点得到转变度曲线；
(4)确定铝酸盐水泥使用时的平均恒定温度T1，然后通过转变度曲线获取T1温度下的完全转变时间t(T1)，然后确定铝酸盐水泥在养护龄期为t1时的转变程度C(t1)为：
2.根据权利要求1所述的一种量化铝酸盐水泥水化产物转变程度的方法，其特征在于，所述浆体的水固比a为0.4～0.6。
3.根据权利要求1所述的一种量化铝酸盐水泥水化产物转变程度的方法，其特征在于，所述的毛细刻度管的底部穿过橡皮塞，并插入容器中的水中，橡皮塞密封后，向毛细刻度管中注水直至液面到达毛细刻度管最大量程处。
4.根据权利要求1所述的一种量化铝酸盐水泥水化产物转变程度的方法，其特征在于，橡皮塞密封容器后，所述的毛细刻度管顶部通过石蜡油密封。
5.根据权利要求1所述的一种量化铝酸盐水泥水化产物转变程度的方法，其特征在于，所述St的计算公式如下：
6.根据权利要求1所述的一种量化铝酸盐水泥水化产物转变程度的方法，其特征在于，所述的恒温养护箱的养护温度为30～80℃。
7.根据权利要求1所述的一种量化铝酸盐水泥水化产物转变程度的方法，其特征在于，读取毛细刻度管中液面的时间间隔为10min～2h。
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