Mechanical and microstructural performances of fly ash blended cement pastes with mixing CO2 during fresh stage
第一作者：罗双通讯作者：林忠财
其他作者：郭明志
通讯单位：湖南大学土木工程学院
论文DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.129444
论文50天免费下载链接: https://authors.elsevier.com/a/1fy3B3O1E1QhIQ
图文摘要
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在水泥基材料搅拌过程中注入CO2会大大降低新鲜浆体的和易性。考虑到这一负面影响，采用10、15和20 wt.% 的粉煤灰（FA）替代水泥，研究了CO2剂量（在搅拌过程中注入）对样品的新鲜、力学和微观结构性能的影响。实验结果表明，FA降低了水泥浆体的水化热，提高了水泥浆体的和易性。在FA含量为20%，CO2剂量相对较低时（0.3和0.6 %），在熟料表面形成的CaCO3可作为成核位点，促进水泥水化，填充基质孔隙，减少孔隙，使1天和3天抗压强度提高3.3% - 8.2%。而当CO2掺量相对较高（0.9和1.2%），养护至7 ~ 28天时，由于熟料表面CaCO3覆盖过多，导致熟料与新水化产物之间产生微孔和裂纹，导致抗压强度略有下降。因此，在制备FA水泥基材料时，CO2掺量低于0.3%时可生产环保固碳建筑材料。
图文导读
在搅拌的过程中注入CO2将显著降低水泥浆体的流动性，而FA因其球形形状可显著提高流动性。因此，研究了CO2掺量和FA含量对CO2新拌水泥基材料流动性的协同效应。图1显示了新鲜桨体混合物的流动性。当FA含量为20%时，浆体流动性降低4.8 ~ 24.6%。流动性的降低与高比面积CaCO3颗粒的形成有关，CaCO3颗粒与水泥颗粒相互重叠，形成连锁网络结构。有趣的是，随着FA含量的增加，流动性略有改善，这是因为FA的球形颗粒在浆体产生了滚珠效应。
图1 新鲜浆体在不同FA含量和CO2剂量下的流动性。
图2显示了样品的抗压强度和相对强度（添加不同CO2剂量下样品的抗压强度与未添加CO2的样品的抗压强度之比）随时间的变化情况。在FA含量为20%，较低CO2剂量（0.3和0.6 %）情况时，样品在1天和3天的抗压强度分别提高了4.3% - 8.2%和3.3% - 4.1%。然而，养护至7-28天时，抗压强度降低了1.0- 9.5%，这可能是由于熟料表面沉积的CaCO3颗粒抑制了水泥的水化作用。当CO2剂量（0.9和1.2%）较高时，样品由于新鲜浆体的和易性差导致抗压强度急剧下降。
图2 样品在不同养护龄期的抗压强度。
图3为试样在1天和28天的水化和碳化程度。在第1天时，CO2剂量对碳化的促进作用更明显。这是因为碳酸化反应比水化反应快。在28 d时，水化程度和碳化程度均随CO2剂量的增加而降低。如前所述，熟料表面CaCO3的形成可能降低Ca2+的浸出，从而对水泥水化产生负面影响。对于FA含量的影响，水化程度和碳化程度均随FA含量的增加而降低。
图3 样品1天和28天的水化和碳化程度。
为了指导CO2新拌粉煤灰水泥混合材料的工业应用，分析了FA和CO2掺量对其流动性、抗压强度和碳化程度的优缺点。由表1可以看出，在固定CO2剂量（0.3%）下，FA含量为10%和15%的试样力学性能相当。然而，含有15% FA的样品具有更好的工作性能。在固定的FA含量（20%）下，较低CO2剂量（0.3和0.6%）的样品在碳化程度和早期机械强度方面都优于较高CO2剂量（0.9和1.2%）的样品。因此，为了获得最佳的CO2新拌粉煤灰水泥混合材料的综合性能，建议FA产量为15%，CO2剂量低于0.3%。
表1. CO2新拌粉煤灰水泥基材料性能分类
- 作者简介
罗双，湖南大学土木工程学院，博士研究生，主要研究方向为二氧化碳预拌水泥基材料。
邮箱：shuangluo@hnu.edu.cn
