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大量研究表明,氧化硅微粉的加入会对铝酸钙水泥(CAC)结合浇注料的流动性能和施工性能产生很大影响。铝酸钙水泥的水化行为(水化速率、水化产物等)与铝酸钙水泥结合浇注料的施工性能密切相关,而关于不同氧化硅微粉(尤其是不同pH值、粒度的硅微粉)对铝酸钙水泥的水化速率影响和对铝酸钙水泥结合浇注料流动性和施工时间的影响的文献报道很少。国产氧化硅微粉通常是工业副产品,不同厂家的产品化学组成、pH值、粒径大小和颗粒粒度分布等性质相差很大;即便同一厂家,批次不同的氧化硅微粉的性质也有很大差异,因而不同氧化硅微粉对铝酸钙水泥的水化速率的影响有很大差异,从而对铝酸钙水泥结合浇注料流动性和施工时间的影响也会有很大影响。本工作以三种pH值分别为2.77(A-FS)、6.91(B-FS)和7.66(C-FS)的氧化硅微粉和铝酸钙水泥(secar 71)为研究对象,采用半绝热法测试的铝酸钙水泥和氧化硅微粉混合物的水化放热曲线,通过放热曲线中浆体达到放热最高峰的时间来比较水泥的水化速度,研究了三种氧化硅微粉的pH值、粒径大小和颗粒尺寸分布对铝酸钙水泥水化速率的影响,然后通过真空冷冻干燥来终止铝酸钙水泥的水化反应,探究了氧化硅微粉对铝酸钙水化产物物相和显微结构的影响,进一步弄清铝酸钙水泥和氧化硅微粉的混合物的水化速率与不同硅微粉的关系。本工作研究了上述三种氧化硅微粉在不同温度(10°C、20°C、30°C、40°C)下对水泥水化速率的影响。结果表明,在10-30°C温度范围内,纯铝酸钙水泥净浆的水化速率是随着养护温度的升高而降低的;到了40°C,水泥水化速率明显加快,且高于10°C时的水化速率,存在异常凝结行为;而添加三种氧化硅微粉后的水化速率是随着温度(10-40°C)的升高而加快的,即氧化硅微粉使铝酸钙水泥的异常凝结行为消失,这是因为氧化硅微粉较大地促进了铝酸钙水泥在20°C和30°C时的水化速度。XRD和SEM结果表明,氧化硅微粉加快了水化产物的生成,促进了水泥水化速率。例如,当养护温度为40°C时,不含氧化硅微粉的试样在养护4 h后才出现少量的C2AH6,而添加氧化硅微粉的试样在养护2 h后就出现了板片状水化产物C2AH8和C2AH6以及毛絮状水化产物AH3。这是因为所用三种氧化硅微粉的粒径(1-500 nm)都比较小,具有较大的比表面积,可以为水化产物提供更多的有效成核面积,促进了铝酸钙水泥的水化。实验结果还表明,随着氧化硅微粉的pH值(2.77、6.91、7.66)增加,铝酸钙水泥和氧化硅微粉的混合物在10-40°C的水化速度均有加快趋势。这是因为pH值比较大的氧化硅微粉可以解离出更多的OH-,从而更能促进水泥水化过程中的“羟基化”,进而促进水化产物的生成,加快水泥水化速率。本工作考察了常温下不同品质氧化硅微粉对铝酸钙水泥结合浇注料的流动性、流动衰减和脱模强度的影响。结果表明,添加酸性硅微粉(pH值2.77)的浇注料的流动性最好(205 mm),脱模强度最低(5.1 MPa);而添加碱性硅微粉(pH值7.66)的浇注料的流动性最差(175 mm),脱模强度最高(5.9 MPa)。其原因是,当氧化硅微粉的pH大于7时,水泥水化过程中产生的硅烷醇基离解的H+迅速被体系中的OH-中和,加快了水泥水化速率,体系会迅速絮凝,所以加入碱性氧化硅微粉的浇注料的流动性最小且流动衰减比较快,而此时生成的大量的水化产物会使浇注料获得较高的脱模强度。而当氧化硅微粉的pH值小于7时,体系中大量的H+会延缓水化过程中的“羟基化”,从而延缓了水化速率,因此,加入酸性氧化硅微粉的浇注料的流动性最好且流动值衰减平缓,且由于水泥中Ca2+的释放被延缓,水化产物的生成量会对应减少,因此降低了浇注料的脱模强度。