外文翻译（中文）掺有粉煤灰、硅灰的硅酸盐水泥的热分析和微观结

掺有粉煤灰、硅灰的硅酸盐水泥的热分析和微观结构

Arnon Chaipanich .Thanongsak Nochaiya

摘要：热分析与扫描电镜可以一起用来研究掺有粉煤灰、硅灰的硅酸盐水泥的水化产物及它们的微观结构。水化硅酸钙，钙矾石，钙铝黄长石（C2ASH8）,氢氧化钙（Ca(OH)2）以及碳酸钙（CaCO3）相可以在混合料中检测到。混合料中添加硅灰时，氢氧化钙（Ca(OH)2）含量与参考掺粉煤灰水泥浆体相比会随着增加硅灰量在5%和10%而降低，相应的水化硅酸钙凝胶量会增加。

关键词：热分析 ，微观结构，粉煤灰，硅灰，水化

正文

粉煤灰，火力发电厂的一种副产品，已经由于它的环境效益和工程效益而被看着一种重要的结构材料（产生少量的水化热，增强可使用性，改善对化学侵蚀如氯化物和硫酸盐的耐久性，全世界广泛地用其作水泥的替代材料。然而，众所周知,粉煤灰是一种火山灰质材料，会与氢氧化钙反应形一种与硅酸盐水泥加水形成的相似的粘合物质。这种与氢氧化钙反应的火山灰质反应缓慢，是由于氢氧化钙首先是硅酸盐水泥的水化产物，而且常用的粉煤灰粒径比硅酸盐水泥的粗糙。根据ASTM C618, 与平均粒径在10到15微米的硅酸盐水泥相比，具有代表性的粉煤灰的粒径60%到100%的通过45微米的筛径或不多于34%的留在这种大小的筛上。

硅灰作为硅铁合金和金属硅工业的副产品，一方面，其平均粒径大约100纳米。有报道指出它的高反应性对混凝土的强度有益,能显著地增加混凝土的强度,就其本分可以作为水泥的替代材料。硅灰作为添加材料的应用在混有粉煤灰的水泥的混合料，已经引起了人们的关注，主要是因为其强度和耐久性在结构材料方面的效益。然而，这种混合料在水化浆体系统的水化研究是有限的。在前24小时内，掺粉煤灰、硅灰的硅酸盐水泥浆体的水化产物的氢氧化钙量减少。然而，很少有人知道其后的影响，热重分析和差热分析也没有充分的证明。在这项工作中，粉煤灰和硅酸盐水泥混合来生产粉煤灰水泥浆体，硅灰，作为一高活性材料，用来生产三元水泥浆料。热分析就热重分析和差热分析而言，已经和扫描电镜技术用来一起研究掺硅灰和粉煤灰混合料的水化进程和微观结构。硅灰以5%和10%掺入粉煤灰水泥，作为这项研究的一部分，三元混合料的压缩强度也进行相应的热重分析，目的是确定水化产物，并对样品的微观结构也进行深入的研究。 实验技术

这项研究的材料是PC(I)。研究中，粉煤灰来自泰国的Mae Mao火力发电厂Lampang,硅灰来自Sikament Ltd。这些材料的化学组成列于表1中。表2中列举了三元混合料的成分。粉煤灰的掺量为10%、20%和30%，硅灰作为一种外加材料的掺量为5%和10%。这种水泥浆体的水胶比为0.5.

为了增加均质性，粘结料首先在混料机中混合3分钟，而后加水。混合2分钟以内。之后，混合物放在加油的模具中（尺寸为50*50*50mm3）,然后压紧。这些样品表面光滑，并加上塑料薄膜。一天后拆模。之后，养护在25。C的水中。至于浆体的抗压强度的检测时粉煤灰的掺量为10%，20%，30%，。每次抗压强度的测试时，要测三个样品，测其7,28,90天的龄期的平均结果。

而且28天后，主要选择掺粉煤灰20%的样本作为混合物得典型样本来分析微观结构和热分析。应用扫描电镜（SEM;JEOL-JSM-840A）来研究样品的微观结构，粉碎了做热分析(Mettler Toledo TG/SDTA 851e)。把样品放在N2环境中以10。C/min的加热速度从室温加热到1000。C。此外，TG和DTA还可以用来测试掺20ú、10%SF的样品的7、28和90天来确定时间对三元混合料的水化相的影响。

结果和讨论

图1表明了硅灰对掺粉煤灰水泥的28天龄期的抗压强度的影响。所有掺粉煤灰量为10%，20%，30%无硅灰的结果表明，粉煤灰的抗压强度贡献要少于水

泥浆体，正如图表1所示，而另加硅灰时，可以发现抗压强度增加明显。它们的抗压强度高于水泥浆体的。对于掺20ú和10%SF，其抗压强度与28天龄期的水泥相近，而且90天后，要稍有些大。当然，比无硅灰的粉煤灰水泥的高（其抗压强度为53.0MPa）。这种强度的增加是由于硅灰的火山灰反应，利用热分析可以来确定这种或是反应已经发生了，下一部分将描述。

对于三元混合料浆的X射线分析表明，主要峰值用XRD探测到的是氢氧化钙，其峰在所有混合料中都有，因而产生了每种混合料的水化反应的想法。很明显，正如XRD图所示，对于掺粉煤灰并加硅灰的料浆，其氢氧化钙量要少于参考标样。这表明火山灰反应已发生了，而且氢氧化钙消耗了硅灰。

TG用来更深入地分析在XRD中检测不到的非晶相。结果如图3示，对于硅酸盐水泥和掺粉煤灰的水泥并外加或无硅灰，表明主要有三段损失，第一段是从室温30。C到420。C，第二段是420℃~500℃，第三段500℃~1000℃。热重分析可以定量确定大量的水合相的液体或气体的损失。这些物相在第一过渡段时，由热重分析检测到，它们由一些包括水化硅酸钙和钙铝黄长石水化相构成，第二过渡段发生在氢氧化钙的脱水，质量损失的第三段出现在碳酸钙的脱碳反应。

浆体中每一物相的质量的损失可以从每个过渡段出现在TG曲线上计算出，如果把整体的质量损失取作100%，可以更深入地计算出相关的质量损失。硅酸盐水泥，掺粉煤灰，外加或无硅灰的计算值列于表3中，表中有三个过渡段的质量损失，包括样品的质量损失和整体的质量损失。对于这些计算值，粉煤灰混合硅灰的选择以10ú混５％和20%SF以及20ú混合5%和20%的SF作为

代表。对于没掺SF的混合料，可以发现第一过渡段包括水化相（水化硅酸钙和水化钙铝黄长石）的质量损失是最高的。对于参照的样品掺FA的硅酸盐水泥且无硅灰，其质量损失要少些，是由于少量的水化硅酸钙，这样会降低强度。另一方面，发现这种质量损失也会在加5%SF后微弱地增加。此外，很明显，从第二阶段，与硅酸盐水泥浆体控在4.80%时相比，加入FA时氢氧化钙的含量会减少，加入SF时会进一步减少。就整体的质量损失作更深入地分析时，粉煤灰、硅灰、水泥的三元混合以20ú且有或无硅灰的每个过渡期的质量损失到整体的质量损失作为硅灰影响的典型代表，列于表3中。第一过渡期的质量损失是钙矾石，水化硅酸钙和钙铝黄长石，硅灰量可以检测到，第二过渡期的降低是由于火山灰反应消耗了氢氧化钙。

尽管如此，第一过渡期的质量损失不能用来区分单相如水化硅酸钙，由于每个过渡期的质量损失范围是相当宽的，因此只使用TG不能得出这样的结果。用微商热重分析和差热分析一起来更深入地确定每个物相。硅酸盐水泥和掺粉煤灰、硅灰的水泥浆体的热重分析结果列于图表4.a 中。水中养护28天后，所有料浆的热重分析曲线表明检测到的物相是水化硅酸钙、钙矾石、钙铝黄长石、氢氧化钙、碳酸钙，其检测温度分别在6~84℃、104~114℃、157~163℃、458~464℃、667~688℃。各配比的微商热重分析图的比较在图表4中。即使如此，物相检测的与硅酸盐水泥的相似。从微商热重分析曲线看到与参考样品相比较增加SF量5%和10%时，氢氧化钙量降低。这是因为增加了火山灰反应，当然增加SF消耗了更多的氢氧化钙。因此，很明显的，在两种掺SF的混合料中可以检测到更多水化硅酸钙，这也表明增加了SF。因此这种水化硅酸钙量的增加将解释了抗压强度随SF量增加而增加的结果。

水化的掺粉煤灰20%、有和无硅灰的样品的DTA曲线在图表4.b中。检测到三个主要的吸热峰就如能从这些DTA的曲线中看到。第一个吸热峰的温度在182~160℃范围内并且与硅酸钙和水化铝硅酸钙的脱水有关。此外，这个峰可以看着是加入SF的混合料的强度更强。第二个吸热峰在455~466℃范围内，是由于氢氧化钙的分解。检测到的第三个吸热峰的温度范围与由Giergiczny和Amer所做的DTA曲线检测到的相似。

此外，TG用来研究时间对掺20ú和10%的硅酸盐水泥样品的影响，7、28和90天，图表5中表示出了。质量损失随时间的推移会更大，随着养护阶段的进行，质量损失也会更大。又一次，质量损失可以以水泥浆体样品的整体损失来计算，也可以作为整体质量损失的百分比，三个过渡期的质量损失的计算列于表4中。可以看到。在第一过渡期的质量损失会增加，当养护期增加因此产生更多的水化产物。结果，SF将消耗更多的氢氧化钙，因此也能够发现这种减少。随时间的推移，能够清楚看到这种趋势，如图表5所示的三个过渡期的整体质量

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