1、 2015 届外文翻译Properties of high strength concrete using white and dune sands under normal and autoclaved curing常压及蒸压养护对白沙及砂丘砂高强混凝土性能的影响院 、 部： 材料与化学工程学院 常压及蒸压养护对白沙及砂丘砂高强混凝土性能的影响摘要：沙丘砂与白砂相比，其硅含量低。通过用白砂和沙丘砂替代部分水泥，在显微结构的属性下进行了关于抗压强度的调查。发现混凝土的抗压强度，因为白砂和沙丘砂的掺量，分别增加了 38%和 36%。获得的最终产品抗压强度增加，是由于 x 射线衍射分析(XRD)，
2、扫描电子显微镜(SEM)和热重分析(TGA)调查的机制所导致。微观结构分析表明，Ca(OH) 2 值在正常养护内，采用包含 30%的白砂和沙丘砂替代部分水泥进行高压蒸汽养护，其生产低。关键词：白砂、沙丘砂、高压蒸汽养护、高强度混凝土、微观结构分析1 介绍2006 年硅酸盐水泥的消费增加了 20 亿吨，而在 1880 年不到 200 万吨。众所周知,每吨水泥熟料生产伴随着释放 1 吨二氧化碳 1。然而生产硅酸盐水泥熟料时二氧化碳的相关排放，导致了人们对环境的担忧考虑，由于节能更具吸引力，相关学者在研究混凝土时,使用部分火山灰材料混合水泥替代普通水泥。世界上对硅酸盐水泥的相应的增长需求不仅影响了生
3、产成本,而且伴随着水合热上的负面影响，造成水泥的使用量减少 2。因此，采用火山灰材料替代硅酸盐水泥得到收益率相等或更好的质量混凝土，这是一个解决问题的可行方案。然而,普通硅酸盐水泥火山灰的开发需要设置时间 3,4。火山灰是大自然或火山活动的副产品。火山灰水泥的比表面积,水灰比和养护温度 6 影响火山灰反应的速率。热处理是常用的增强混凝土强度的速度方法。然而,在热处理条件下，火山灰反应加快。在正常情况下，混凝土的硬化过程和抗压强度转化率非常缓慢。因此,在短时间内使用各种方法,有利于加速混凝土强度的硬化。这也是热处理方式被广泛应用的原因 7。高压蒸汽养护也称为蒸压养护。这是第一次在灰砂砖的生产中应
4、用轻质混凝土。在混凝土制造使用高压蒸汽养护的过程中,通常使用预制产品有以下特征 10,11:早期强度高（在正常养护下，28 天的强度范围在80100 MPa）;高耐用性(提高了混凝土的抗硫酸盐性能，抗冻融性能，抗收缩性能)。早期硅酸盐水泥最佳水平的取决于添加的二氧化硅性质,混合比例和硅质材料细度 10,12。在高温条件下，C 3S2H3凝胶转变成水晶 a-C2SH，当硅没有添加时，Ca(OH) 2的结晶速度变得缓慢 13。这与混凝土的低强度和高渗透率有关。因此,为了获得高强度混凝土，最重要的是在生产阶段过程中降低 Ca(OH)2的结晶速度。在这个试验研究中,部分水泥由沙丘砂和白砂替代。2 试验
5、程序2.1 样品制备两种类型的天然砂被用于本研究，即白砂(WS)和沙丘砂(DS)。这些砂的产地来自利雅得，沙特阿拉伯。白砂和沙丘砂中二氧化硅含量分别为 94%和 88.8%,其中 95%金沙碾碎的细度是 45 cm。WS 和 DS 原材料的化学成分如表 1 所示。这项研究中使用的是普通硅酸盐水泥。516 厘米的碎石和河沙分别作为粗集料和细集料。混凝土的混合比例如表 2 所示。水泥和白砂或沙丘砂相组合，露出粗骨料和细骨料,水和强塑剂。使用边长为 150mm 的标准的铸铁模浇筑成型，制成立方体标准试件，水/水灰比率为 0.3。研究的养护条件分别为正常的养护和高压蒸汽养护条件。成型的标准试件在标准条
6、件下正常养护,标准的养护条件在232 度,直到测试时间。以后的标本进行了 154 天的测试天数,论证了 WS 和火山灰活性与是否延迟使用水泥替代有关。表 1 原材料的化学成分氧化物% 水泥 白砂 丘砂SiO2 22.62 94.00 88.80CaO 57.96 0.01 0.45Al2O3 7.11 0.06 0.19Fe2O3 4.69 0.32 0.31 SiO3 2.99 / /K2O 0.98 / 0.04MgO 2.16 / /Na2O 0.17 / /TiO2 / 0.05 0.04表 2 混凝土的混合比例材料 CTRL WS DS水泥(kg/m 3) 500 350 350白砂
7、(kg/m 3) 0 150 0沙丘砂(kg/m 3) 0 0 150细集料(kg/m 3) 650 650 650粗骨料(kg/m 3) 1165 650 650水(kg/m 3) 150 150 150高效减水剂(kg/m 3) 6 6 6图 1 XRD 分析(a),(b)白砂(WS)和(c)沙丘砂(DS)图 2 沙丘砂的 SEM 显微图图 3 不同的混合强度的混合物在高压和正常情况下的养护成型的标准试件在蒸汽压条件下养护 5 小时，最高温度 80 度 。然后把标准试件放入高压蒸汽养护室。高压蒸汽养护温度增加到 180 度，周期为 2 小时,随后压力增加到 10Mpa,温度和压力保持 4
8、5 小时不变。随后 1 小时内,温度和压力分别降至室温和常压状态。标准试件进行高压养护 1 天后测试。三种不同的混合物是如下:(a)CTRL 和 CTRLA:包含普通硅酸盐水泥(OPC)(500kg/m 3)。(b)WS 和 WSA:包含 OPC(350 公斤/立方米)和白色砂(150kg/m 3)。(c)DS 和 DSA:包含 OPC(350 公斤/立方米)和沙丘砂(150kg/m 3)。WS(150kg/m3)和 DS 用 30%的水泥替代。CTRL,WS 和 DS 标准试件为正常养护，CTRLA,WSA 和 DSA 标准试件高压蒸汽养护。2.2 微观结构分析x 射线衍射图记录在日本岛津公
9、司，xrd 衍射仪扫描速度为 2/分钟， 2 个小时内连续扫描每个样品结构信息。衍射模式粉末与联合委员会(JCPDS)的衍射标准数据进行比较。利用电子显微镜(SEM) 扫描，分析每个样品的表面形态。样品表面被涂上一层金。使用仪器(模型 TGA 7)分析进行了热重(TG)分析。操作温度从 50 摄氏度升到到 1000 摄氏度，升温速率为 10/min。3 结果与讨论3.1 抗压强度不同的混凝土抗压强度结果和养护条件图 1 所示。CTRL,WS 和 DS 在一定范围内按比例混合,白砂和沙丘砂混合在正常气压下分别养护。CTRLA,WSA 和 DSA是指控制混合,白砂和沙丘砂混合分别受到高压蒸汽养护。
10、在正常养护抗压条件下,发现当用沙丘砂和白砂在混合替代部分水泥时, 强度被显著降低。这是由于在养护条件下,砂作为填料所起的作用。同时观察到 WS 和 DS 混合,在混凝土进行高压蒸汽养护的条件下,强度显著提高。发现在蒸压养护条件下,白砂和沙丘砂的抗压强度分别增加了 38.3%和 36.3%。可能由于火山灰反应发生在高温度和压力之间, Ca(OH) 2得到改善。这种反应产生的额外胶结材料如莫来石。与正常相比,高压蒸汽养护降低了抗压强度, 控制在混合物为 8%的养护条件。这可以解释为非均匀的形成水化产品和 a-C2SH,其生产与抗压强度较低有关。3.2 x 射线衍射(XRD)图 2 显示了 CTRL
11、 的 x 射线衍射模式,沙丘砂和白砂混在正常养护和蒸压养护下。类似的趋势如上图所示。两种砂在水晶组成二氧化硅在惰性气体中正常养护。当他们受到高压蒸汽养护,活性二氧化硅可以激活与 Ca(OH)2的反应,却不能在大气压力下反应 13。这可以看到 XRD 对 DS 模式和 WS Ca(OH)2的峰值强度后就被淘汰了，标准试件受到高压蒸汽养护而新类型的 C-S-H 水化硅酸钙山峰形成。在热压处理过的固化处理, 更多的 Ca(OH)2生产，消耗水晶 C-S-H Ca / Si 比率较低的产品,如硬硅钙石 1、14、15 。根据基地和该公司 16报道，水化硅酸钙与水泥之间的黏结及石英在高压蒸汽养护条件下可
12、提高混凝土的强度。然而,高压蒸汽养护 CTRL 导致硅酸水合物的形成(a-C 2SH),具有高孔隙度与低抗压强度 17。残余石英粉在所有样本中均有发现,如图所示 XRD 模式属于未反应的白砂和沙丘砂。3.3 电子图在电子显微镜(SEM)下，扫描标准试件的微观结构，在正常和高压蒸汽养护的条件下进行研究，观察针状钙矾石的形成，C-S-H 和水晶的 Ca(OH)2与水泥黏结，SEM 显微图如图 3 所示。水泥 C-S-H 的水合物(钙钒石)阶段产生的 Ca(OH)2都被消耗,活跃的 DS 在高压蒸汽养护。此外,微观结构的混合物 DS 在高压蒸汽养护的条件下，显示形成一个紧凑的水化产品和数量减少的 C
13、a(OH)2晶体。3.4 热重分析(TGA)TG 分析是用于确定 Ca(OH)2的比例。这种技术可用于确定 Ca (OH)2的数量，在标本中测量损失分解的 Ca(OH)2的质量。不同的混合 TGA 热分析图，如图 4所示。图 4 TGA 热分析图图 5 Ca(OH)2消耗 CTRLA,DS 和 WS 混合 CTRLTGA 曲线可以分为三个区域。低于 420 度时，Ca 的脱水反应完全，水从 C-S-H 凝胶流失。在 420 和 500 摄氏度,Ca 的脱羟基(OH) 2水解形成的钙硅酸盐，发生脱二氧化碳的碳酸钙(碳酸钙)反应。相对应的 Ca(OH)2消耗 CTRLA,DS 和 WS混合 CTR
14、L 的数量如图 5 所示。从图 5 中可以看出 Ca(OH)2使用 WS 和 DS 的 CTRL在正常养护时，Ca(OH) 2的消耗量存在着显著差异。人们发现在高压下使用 WS和 DS 固化可消耗掉所有 Ca(OH)2 和 CTRLA,WS 和 DS 正常养护的消耗的 Ca (OH)2和 CTRL 分别为 75.4%、50.3%和 46.6%。波特兰水泥水化的成因是由反应消耗二氧化硅在高压蒸汽养护导致。根据抗压强度的增加与 Ca(OH)2的消耗，建议WS 和 DS 可以利用部分水泥材料替代在高压蒸汽下的养护。4 结论在高压蒸汽养护条件下，采用沙丘砂和白砂替代部分水泥形成普通混凝土，结果表明,使
15、用 30%的 DS 和 WS 替代部分水泥进行蒸压养护是可行的。在允许的温度和压力下，沙丘砂和白砂替代部分水泥制成的混凝土,通过强度试验结果和微观结构分析，可得出相应的结论。致谢：本研究是沙特大学、沙特阿拉伯大学和马来西亚 Putra 大学，几个国家联合研究的项目。标题为“发展地方砂作为胶结材料，制成高性能混凝土” 。感谢这项工作由沙特国王大学的资助。参考文献1 Ashraf M, Naeem KA, Ali Q, Mirza J, Goyal A, Anwar AM. Physico-chemical,morphological and thermal analysis for the co
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