加速碳化养护对硬化水泥净浆性能及微结构的影响

• 作 者: 贾晓晓
• 机 构: 湖南大学
• 出 处: 湖南大学
• 发表日期: 2020年期
• 关键词: 水泥净浆

加速碳化养护技术不仅能提高水泥基材料的早期强度、改善其耐久性、缩短其养护周期，而且可以实现CO2的吸收与封存，因此，加速碳化养护技术的研究对减少碳足迹以及实现建筑材料的可持续发展均具有重要意义。加速碳化养护是一个渗透性反应过程，渗透深度通常不高，养护过程中整个样品不能完全碳化，致使外层区域形成碳化区、内部形成未碳化区。目前诸多学者已采用多种测试手段针对外层碳化区域的微结构进行研究，而内部未碳化区域的研究仍不充分。鉴于此，本文对比分析在加速碳化养护(65%湿度、20%CO2)与其它养护方式下(水养和65%湿度养护)，不同水灰比(0.25、0.35和0.45)的硬化水泥净浆(以下简称“水泥净浆”)的抗压强度、碳化深度与水泥净浆内外层的吸水率、物相组成(水化和碳化产物)以及显微硬度，旨在研究加速碳化养护水泥净浆内部和外层的性能和微结构在养护期间(1~28d)的发展进程以及在不同水灰比下的变化规律，为加速碳化养护技术的发展提供理论依据。论文的主要结论如下：
　　(1)当养护龄期一致时，不同养护方式水泥净浆抗压强度变化规律为：水养组>加速碳化养护组>65%湿度养护组。分析其原因，主要是因为水养组湿度远大于其它两组，有利于水泥水化反应的进行；而相对于65%湿度养护，加速碳化养护过程中形成的碳化产物(CaCO3和硅胶)在水泥净浆表面形成致密坚硬的“外壳”，促进强度的提高，因此加速碳化养护组水泥净浆的强度大于相同湿度养护组(65%湿度养护)。同时，在不同养护方式下，水泥净浆强度均与初始水灰比呈负相关关系。而水泥净浆的碳化深度与初始水灰比呈正相关关系。碳化深度随养护龄期增长和水灰比增大而增加，水灰比为0.45的水泥净浆28d碳化深度达10.17mm。但碳化深度增长速率呈先快后慢的变化趋势，水灰比为0.35和0.45的水泥净浆碳化速率转折点分别在3d和14d。此外，根据不同养护方式下水泥净浆内外层吸水率可知，对于水养组，外层吸水率大于内部吸水率，而对于加速碳化养护组，外层吸水率小于内部吸水率，且碳化外层吸水率小于水养组外层吸水率。
　　(2)通过热重分析、X射线衍射和红外光谱分析，研究内外层水化产物和碳化产物的种类和含量，结果表明：在不同养护方式下，外层水化产物含量均低于内部水化产物含量；在相同的水灰比条件下，水养组外层和内部的物相组成与加速碳化养护组内部的组分相同，主要为水化产物和未水化水泥熟料，而加速碳化养护组外层还包括碳化产物CaCO3，且不同水灰比加速碳化养护组外层水化产物C-S-H的聚合程度不同。此外，根据加速碳化养护组内外层水化和碳化产物定量分析结果可知，水泥净浆的固碳率随养护龄期增长和水灰比增大而增高；但不同水灰比的水泥净浆中固碳组分均为未水化水泥颗粒和水化产物，且养护28d后样品中超过50%的CaCO3来源于水化产物的碳化。
　　(3)根据显微硬度结果发现，加速碳化养护过程中外层显微硬度的显著提高主要归因于物相改变；比较加速碳化养护与水养两种养护方式下养护28d后水泥净浆内部的显微硬度，结果发现两者相差不大，表明加速碳化养护28d对水泥净浆内部微结构影响不大。此外，根据强度和显微硬度线性拟合结果可知，抗压强度与内部未碳化区域的显微硬度存在良好的线性关系；显微硬度可用于水泥净浆的抗压强度预测，但运用显微硬度进行强度预判时，应明确显微硬度测试部位，同时，应该考虑养护环境对水泥浆显微硬度的影响。