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全程二氧化碳養(yǎng)護對水泥水化硬化性能的影響

文檔作者：鄭超群1 蔡獎權(quán)2 孔德玉1 文檔來源： 1．浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院 2．浙江中能工程檢測有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年03月03日
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第54卷第1期甘肅水利水電技術(shù)V01．54。No．1
2018年1月6Al～Ib'lJ WA'I琶R R啪uRc璐A加ItYDROPOWER IY℃1INOI．OGY Jun．，2018
DOI：10．19645／j．issn2095-0144．2018．01．009．
全程二氧化碳養(yǎng)護對水泥水化硬化性能的影響
鄭超群1，蔡獎權(quán)2，孔德玉1
(1．浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江杭州310023；
2．浙江中能工程檢測有限公司，浙江杭州311006)
摘要：將水泥在CO，環(huán)境中進行攪拌、成型和養(yǎng)護，對水泥水化、水化放熱溫升和硬化水泥漿體強度進行了測試，通過
強度測試分析，研究了全程CO：養(yǎng)護對水泥水化硬化性能影響。結(jié)果表明，在CO：環(huán)境中進行攪拌和水化，可促進水泥
在初始水化期的水化，使水化過程第一放熱峰峰值溫度提高，第二放熱峰峰值溫度略有下降。與標準養(yǎng)護條件相比，在
CO，環(huán)境中全程養(yǎng)護導(dǎo)致其28 d抗壓強度有所下降，下降幅度高達20％。
關(guān)鍵詞：全程二氧化碳養(yǎng)護；后續(xù)標準養(yǎng)護；水化放熱；抗壓強度
中圖分類號：TU528．064 文獻標志碼：A 文章編號：2095-0144(2018)01-0035--04
1 前言
近年來，由于二氧蚴炭鬻盛掣甜轍士多jj嘲滑嘞妁
全球氣候變暖問題日趨【嚴重。利用二氧化碳對混凝士的碳化養(yǎng)護作黔睜二氧他黟|進行固定幣柵，對減少溫室氣體
排放，預(yù)防氣候變暖具葡重要意義，受到了廣泛關(guān)注。
混凝土的二氧化碳養(yǎng)護是利用二氧化碳與水泥
熟料成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來加速養(yǎng)護的技術(shù)。Youngr【1】
和Bukowskitzl的研究認為，二氧化碳養(yǎng)護混凝土主
要生成產(chǎn)物為碳酸鈣和硅凝膠。Klemm等口研究發(fā)
現(xiàn)，成型后的砂漿試件立即進行二氧化碳養(yǎng)護，幾分
鐘內(nèi)獲得的強度即可達到標準養(yǎng)護1 d后試件的抗
壓強度。研究M表明利用二氧化碳來加速硬化木纖
維水泥基材料，其抗壓強度能在短時間內(nèi)獲得極大
提升，表明二氧化碳養(yǎng)護具有加速水泥水化硬化的
作用。為提高混凝土的CO：養(yǎng)護程度，Shi等M提出
需對混凝土進行預(yù)養(yǎng)護，后續(xù)濕養(yǎng)護也可進一步提
高混凝土強度[81。混凝土在經(jīng)過CO：養(yǎng)護后能獲得
較高的早期強度，大大縮短混凝土養(yǎng)護時間陋坷，且
有較好的尺寸穩(wěn)定性。養(yǎng)護后混凝土孔隙率降低【ll】'
力學(xué)性能和耐久性也得到提升【12-141。研究認為，相比
傳統(tǒng)養(yǎng)護技術(shù)，CO：養(yǎng)護不僅可以很好的改善混凝
土性能，還可以合理利用CO：達到節(jié)能減排目的，
是一項很有前景的可持續(xù)發(fā)展技術(shù)。
目前，在既有CO：養(yǎng)護過程中，CO：只能通過擴
散作用進入試件內(nèi)部，其擴散作用受水泥基材料內(nèi)
部含水量與孔隙率的影響較大，其對CO：的固定作
用有限。為進一步提高水泥基材料對C0：的固定
率，嘗試在攪拌過程中即引人CO：氣氛，使水泥顆
粒與CO：氣體充分接觸，實現(xiàn)水泥基材料的全過程
CO：養(yǎng)護。該文主要研究了全程CO。養(yǎng)護對水泥水
化硬化性能的影響。
2原材料與試驗方法
2．1 原材料
所用水泥為錢潮水泥廠生產(chǎn)的P·042．5普通硅
酸鹽水泥，其物理力學(xué)性能見表l所列；拌和用水為
自來水；二氧化碳(coz)為杭州今工特種氣體有限公
司生產(chǎn)的罐裝氣體，其CO：濃度>99．5％。
表1 P．0 42．5水泥物理力學(xué)性能
2．2試驗方法
采用水泥凈漿研究全程CO：養(yǎng)護對水泥水化
收稿日期：2018-01-03
作者簡介：鄭超群(1993一)，男，浙江金華人，碩士研究生，主要從事先進水泥基材料相關(guān)研究，E-mail：964315940@qq．corn。
通信作者：孔德玉(1972一)，男，江蘇泰州人，教授，博士，主要從事先進水泥基材料相關(guān)研究，E-mail：kongdeyu@zjut．edu．1311。
·35·
萬方數(shù)據(jù)
2018年第1期甘肅水利水電技術(shù)第54卷
硬化過程的影響，所用水泥凈漿水灰比為0．35。采
用有機玻璃手套箱實現(xiàn)水泥凈漿的攪拌與養(yǎng)護，首
先將水泥、水、模具、工具等置于手套箱中，關(guān)閉箱門，
進一步采用凡士林等對所有縫隙進行密封處理，然后
采用真空泵將手套箱抽真空至一0．2 MPm維持2 min
后，從進氣口通過減壓閥將二氧化碳充人手套箱，通
過真空泵反復(fù)抽取氣體，使得內(nèi)外部氣壓相近，并通
過深圳鵬雷科技公司生產(chǎn)的CO：濃度檢測儀實時監(jiān)
測CO：氣體濃度。達到試驗設(shè)定濃度(分別為10％和
200／6)，靜置30 min后，開始進行水泥漿體的攪拌、水化
放熱溫升曲線測試與力學(xué)性能測試的試件成型。
水化放熱溫升曲線采用如圖2所示自制半絕熱
水化量熱裝置進行測試，將100 g水泥、35 mL水在
保溫杯中快速混合攪拌1 min，然后將熱電偶線從保
溫杯頂部的開孔插入凈漿，采用HIOKI—LR8400—21
數(shù)據(jù)記錄儀進行數(shù)據(jù)采集。
圖1二氧化碳氣氛手套箱
圖2半絕熱水化放熱量熱裝置
成型力學(xué)性能測試試件時，采用40 mln x40
ln／n x 40 mrn的鋼制6連模進行成型，成型后的試件
在標準養(yǎng)護(20±3 oC，RH≥95％)、干養(yǎng)護(20±3℃，
·36·
RH不作控制)和cO：養(yǎng)護(濃度分別為10％、200／6)條
件下養(yǎng)護24 h后拆模，繼續(xù)在設(shè)定條件下養(yǎng)護1 d、
3 d、7 d、14 d和28 d后，進行強度測試。
3結(jié)果分析與討論
3．1 全程CO，養(yǎng)護對水泥水化的影響
圖3所示為全程CO：環(huán)境對水泥水化放熱溫
升曲線的影響。由圖3可見，在CO：環(huán)境中進行攪
拌，可明顯提高水泥水化過程中第一放熱峰的出現(xiàn)
時間和峰值溫度，在2 h內(nèi)，水泥凈漿的溫度呈上升
趨勢，在養(yǎng)護時間為2 h左右時，出現(xiàn)第一個水化放
熱溫升峰值，且隨著CO：濃度的提高，溫升峰值也
隨之升高，其中基準組的溫升峰值約為22．7℃，環(huán)
境CO：濃度為10％、20％時，其水化放熱溫升峰值分
別達到24．1 oC、25．6℃，與標準養(yǎng)護相比分別提高
了1．4℃和2．9 oC，表明與正常水化相比，CO：參與
反應(yīng)過程中，其與水泥熟料反應(yīng)更劇烈，放出了更多
的熱量。由圖3還可見，20％C0：濃度的溫度曲線斜
率最大，這表明0～2 h反應(yīng)速率增長最快，這可能
是因為在反應(yīng)早期，CO：的滲透速率最快，而且濃
度越高，效果越明顯。而在2—6 h時，反應(yīng)溫度呈
下降趨勢，表明該階段反應(yīng)速率相較于反應(yīng)早期是
下降的，這可能是隨著反應(yīng)進行，生成了更為致密
的CaCO，，堵塞了毛細孔徑，導(dǎo)致反應(yīng)速率下降。
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p 28
魁27
贈26
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23
22
2l
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時間／h
圖3不同GO。濃度下水泥水化放熱溫升曲線
由圖3亦可見，CO：養(yǎng)護對水泥水化第二放熱
峰的出現(xiàn)時間影響不大，并導(dǎo)致第二放熱峰的峰值
溫度略有下降，且CO：濃度越高，其下降幅度越大，其
中200／6濃度養(yǎng)護與標準養(yǎng)護的溫峰差值達到1℃。還
萬方數(shù)據(jù)
第l期鄭超群，等：全程二氧化碳養(yǎng)護對水泥水化硬化性能的影響第54卷
可以發(fā)現(xiàn)，CO：環(huán)境養(yǎng)護對水泥水化減速期的出現(xiàn)
和減速速率幾乎沒有影響。標養(yǎng)條件下在2．6 h時
曲線比較平緩，溫度沒有明顯下降。隨反應(yīng)進行，在
15．5 h時第二個水化反應(yīng)溫峰幾乎同時出現(xiàn)，由此
可見，CO：養(yǎng)護對水化放熱第二階段并無影響。
3．2全程CO。養(yǎng)護對硬化水泥漿體強度的影響
圖4所示為不同養(yǎng)護環(huán)境下對水泥凈漿抗壓強
度的影響。由圖4可以發(fā)現(xiàn)，與標準養(yǎng)護和干養(yǎng)護
相比，在CO：環(huán)境中攪拌，并進一步全程對試件進
行CO：養(yǎng)護，硬化水泥漿體的強度并未能產(chǎn)生明顯
的增長，甚至反而有所下降。在0～3 d時，各養(yǎng)護條
件下的強度增長比較接近，在3—28 d養(yǎng)護期間，強
度增長出現(xiàn)分化現(xiàn)象，碳化養(yǎng)護的試件強度發(fā)展與
干養(yǎng)護試件的強度發(fā)展較為接近，但到28 d強度仍
低于干養(yǎng)護試件。與濕養(yǎng)護相比，其強度下降幅度
甚至高達了20％，由此可見，雖然全程碳化養(yǎng)護在早
期對水泥水化和強度增長有一定促進作用，但對其
后期強度增長不利，能提供的增長有限。這可能是
因為在水化反應(yīng)開始階段CO：與水泥熟料發(fā)生反
應(yīng)，生成了CaCO，，而不是Ca(OH)：，CaCO，相對來
說更為致密，隨著養(yǎng)護的進行，逐漸覆蓋在未反應(yīng)的
水泥熟料和水化產(chǎn)物表面，阻隔了與水的接觸，延緩
了水泥水化進程，導(dǎo)致后期強度增長低于千、濕養(yǎng)護
綱，
圖4不同養(yǎng)護方式對抗壓強度的影響
由圖4還可看出，CO：養(yǎng)護時，其CO：濃度似乎
對其強度發(fā)展影響不大，這可能是因為參與反應(yīng)的
CO：比較充足，在養(yǎng)護期間不斷有CO：氣體補充進
去，維持養(yǎng)護濃度，隨著反應(yīng)的進行，試塊內(nèi)部毛細
孔隙逐漸被CaCO，填充，孔隙率下降影響了CO：氣
體的滲透，所以雖設(shè)置了不同濃度，但強度增長情況
卻較為接近。
3．3后續(xù)標準養(yǎng)護對CO，養(yǎng)護水泥硬化漿體強度
的影響
為彌補全程二氧化碳養(yǎng)護對硬化水泥漿體強度
的影響，嘗試將二氧化碳養(yǎng)護3 d后的試件進行進
一步的標準養(yǎng)護，其強度測試結(jié)果如圖5所示。由圖
5可見，全程二氧化碳養(yǎng)護28 d與先二氧化碳養(yǎng)護
3 d再進行后續(xù)標準養(yǎng)護的硬化水泥漿體強度增長
趨勢相近，通過平行對照發(fā)現(xiàn)在7 d、14 d、28 d的養(yǎng)
護時間里，各養(yǎng)護組的強度在極其接近的范圍，并沒
有隨著后續(xù)養(yǎng)護條件的改變而有明顯增長。這表明
試件碳化后，在水泥顆粒表面形成了致密的CaCO，
層，阻礙了與外界的接觸，水和CO：本來可以通過
毛細孑L和微孔滲透進入，與試塊內(nèi)部水泥熟料反應(yīng)。
由于孔徑被堵塞造成水化反應(yīng)不夠完全，致使其強
度增長有限，從而出現(xiàn)后續(xù)濕養(yǎng)護并沒有帶來強度
上的提升的情況。
0％C02養(yǎng)護10％C02養(yǎng)護3 d 20％C02養(yǎng)護20％C02養(yǎng)護
后標準養(yǎng)護3 d后標準養(yǎng)護
養(yǎng)護組別
圖5后續(xù)標準養(yǎng)護對c02養(yǎng)護硬化水泥漿體強度的影響
4結(jié)論
研究了不同CO：養(yǎng)護環(huán)境對水泥凈漿水化放
熱曲線和強度的影響，結(jié)果表明：
(1)與正常水化過程相比，二氧化碳養(yǎng)護在前期
反應(yīng)劇烈，放出了更多的熱量，且前期反應(yīng)速率較為
快速，高于后期。
(2)碳化養(yǎng)護對硬化水泥漿體3 d強度提升具
有促進作用，但后期強度增長緩慢，與標準養(yǎng)護條件
·37·
萬方數(shù)據(jù)
2018年第1期甘肅水利水電技術(shù)第54卷
下相比，其28 d強度反而下降20％。
(3)碳化養(yǎng)護3 d后進行后續(xù)標準養(yǎng)護并沒有
帶來強度上的提升，由此很好的印證了猜想，進行全
程二氧化碳養(yǎng)護后，在水泥顆粒表面包裹了致密的
CaCO，層，阻礙了水化反應(yīng)的進行，導(dǎo)致強度提升有
限。其相關(guān)機理還有待深入研究。
(4)全程長期CO：養(yǎng)護并不利于水泥的水化進
程，可見其機理有別于短時間的二氧化碳養(yǎng)護方式。
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