一种硬化净浆中C-(A)-S-H及非晶体活性颗粒含量的测定方法与流程

一种硬化净浆中c-(a)-s-h及非晶体活性颗粒含量的测定方法
技术领域
1.本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种硬化净浆中c-(a)-s-h及非晶体活性颗粒含量的测定方法。


背景技术：

2.c-(a)-s-h凝胶作为混凝土中最主要的胶结物相，其含量对混凝土宏观力学性能具有极大的作用。现如今对于c-(a)-s-h凝胶含量的主要测定方法并未有广泛研究，早期常用的有r.a.olson水吸附法和氢氧化钙解耦法等，r.a.olson水吸附法是通过硬化净浆吸附水的含量来确定c-(a)-s-h的大致质量分数，氢氧化钙解耦法是通过酸溶未反应的矿物掺合料结合氢氧化钙的含量推算c-(a)-s-h的质量分数。但是，两种c-(a)-s-h凝胶以及伴随的非晶体活性颗粒的测定方式所获得的结果误差过大，误差大约在10%及以上，对于精细化的研究与分析并不完全适用。


技术实现要素：

3.针对前述问题，本发明提出了一种硬化净浆中c-(a)-s-h及非晶体活性颗粒含量的测定方法，通过计算各个龄期硬化净浆中c-(a)-s-h（水化硅（铝）酸钙）凝胶和非晶体活性颗粒（主要指粉煤灰、矿粉和硅灰中还未参与二次水化反应的非晶体活性颗粒）含量，可以明确混凝土中的胶凝材料在各个龄期的水化进程及凝胶体对混凝土的整体固结支撑作用等，揭示建筑工程中混凝土由于强度不足而引发事故的内在原因。
4.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种硬化净浆中c-(a)-s-h及非晶体活性颗粒含量的测定方法，包括如下步骤：步骤s1、由x射线衍射全谱拟合法定量计算出硬化净浆中钙矾石、石膏、氢氧化钙晶体的含量，由热重分析法可得到样品在600℃时的总失水量，联合得到c-(a)-s-h的质量分数计算公式为（1）：（1）式中，w(t)表示在龄期t 时硬化净浆中物相的质量分数，mw 为物相的分子量；步骤s2、将步骤s1中热重分析法计算得到的c-(a)-s-h的质量分数再代入到x射线衍射全谱拟合法定量计算得到的整体非晶体质量分数中反算，得到硬化净浆中非晶体活性颗粒质量分数的计算公式为（2）：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）。
5.与现有技术相比，本发明有益的技术效果在于：一种硬化净浆中c-(a)-s-h及非晶体活性颗粒含量的测定方法，首先用x射线衍射全谱拟合法定量计算硬化净浆中的钙矾石、石膏、氢氧化钙晶体的含量，由热重分析法可得
到样品在600℃时的总失水量，联合得到c-(a)-s-h的质量分数；然后将热重分析法计算得到的c-(a)-s-h质量分数再代入到x射线衍射全谱拟合法定量计算得到的整体非晶体质量分数中反算，得到硬化净浆中非晶体活性颗粒质量分数的计算公式。
6.通过计算各个龄期硬化净浆中c-(a)-s-h凝胶和非晶体活性颗粒（主要指粉煤灰、矿粉和硅灰中还未参与二次水化反应的非晶体活性颗粒）含量，可以明确混凝土中的胶凝材料在各个龄期的水化进程及凝胶体对混凝土的整体固结支撑作用等，揭示建筑工程中混凝土由于强度不足而引发事故的内在原因。由本发明测定方法得到的c-(a)-s-h凝胶及非晶体活性颗粒含量的误差均在
±
3%以内，相比较于r.a.olson水吸附法和氢氧化钙解耦法等方法具有较大的精确度。
7.进一步地，所述x射线衍射全谱拟合法包括：将内标物相c研磨至足够细度，并以内标物相c与硬化净浆粉末按照一定质量比例混合，混合时采用小型混料机混合2 小时以上，使得混合物达到足够的匀质性。
8.进一步地，所述步骤s1和步骤s2中x射线衍射采用步进扫描，扫描范围为5~70
°
，步长在0.02
°
(2θ)/秒左右。x射线衍射全谱拟合法是采用gsas或topas等软件对所有物相进行精修后，计算各物相的质量分数。
9.进一步地，所述步骤s2中假设硬化净浆是由晶相a和非晶相b组成，在硬化净浆中掺入内标物相c，所述内标物相c与硬化净浆的比例为x:y，采用x射线衍射全谱拟合法定量计算，其结果中晶相a与内标物相c的比例为m:n，则非晶物相的质量分数w
非晶体
的计算公式为（3）：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（3）。
10.进一步地，所述步骤s1中热重分析法包括：采用研磨机对硬化净浆研磨20 分钟以上，取45μm 圆孔筛筛余粉末，通过分析天平称取每种硬化净浆样品粉末20~30 mg 于热重分析仪，在氮气保护下，将粉末以10℃/min 的恒速从室温加热至900℃，得到温度-微分热重、温度-样品质量分数的两种曲线；c-(a)-s-h 在50~600℃温度区间之间的持续失重，采取切线法来计算这一温度区间各物相的质量分数，在温度-样品质量分数的选取温度区间两端点做切线，两切线的中间点的差值为所要选取的为真正的物相质量。
11.进一步地，所述步骤s1中采用的c-(a)-s-h，低ca/si c-s-h（csh
1.5
）和高ca/si c-s-h（c
1.5
sh2）的失水量均在20.0
±
1 wt.%；钙矾石的失水量在45.9 wt.%；石膏的失水量在20.9 wt.%；氢氧化钙的失水量在24.3 wt.%。
12.进一步地，假设胶凝材料与整体混凝土的质量比例为a：b，则可计算c-(a)-s-h凝胶及非晶体活性颗粒占整体混凝土中的质量分数，计算公式分别为（4）和（5）：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（5）式中，w(t) 表示在龄期t 时混凝土中物相的质量分数。
附图说明
13.图1为本发明实施例中硬化净浆中c-(a)-s-h及非晶体活性颗粒含量的测定方法中切线法计算热重中物相质量分数的示意图。
具体实施方式
14.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的硬化净浆中c-(a)-s-h及非晶体活性颗粒含量的测定方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
15.下面结合图1，详细说明本发明的硬化净浆中c-(a)-s-h及非晶体活性颗粒含量的测定方法。
16.一种硬化净浆中c-(a)-s-h及非晶体活性颗粒含量的测定方法，包括如下步骤：步骤s1、由x射线衍射全谱拟合法定量计算出硬化净浆中钙矾石、石膏、氢氧化钙晶体的含量，由热重分析法可得到样品在600℃时的总失水量，联合得到c-(a)-s-h的质量分数计算公式为（1）：（1）式中，w(t)表示在龄期t 时硬化净浆中物相的质量分数，mw 为物相的分子量；步骤s2、将步骤s1中热重分析法计算得到的c-(a)-s-h的质量分数再代入到x射线衍射全谱拟合法定量计算得到的整体非晶体质量分数中反算，得到硬化净浆中非晶体活性颗粒质量分数的计算公式为（2）：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）。
17.在本实施例中，更优选地，所述x射线衍射全谱拟合法包括：将内标物相c研磨至足够细度，并以内标物相c与硬化净浆粉末按照一定质量比例混合，混合时采用小型混料机混合2 小时以上，使得混合物达到足够的匀质性。
18.在本实施例中，更优选地，所述步骤s1中低ca/si c-s-h（csh1.5）和高ca/si c-s-h（c1.5sh2）的失水量均在20.0
±
1 wt.%；钙矾石的失水量在45.9 wt.%；石膏的失水量在20.9 wt.%；氢氧化钙的失水量在24.3 wt.%。
19.在本实施例中，更优选地，所述步骤s2中假设硬化净浆是由晶相a和非晶相b组成，在硬化净浆中掺入内标物相c，所述内标物相c与硬化净浆的比例为x:y，采用x射线衍射全谱拟合法定量计算，其结果中晶相a与内标物相c的比例为m:n，则非晶物相的质量分数w非晶体的计算公式为（3）：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（3）。
20.特别地，所述x射线衍射全谱拟合法包括：将内标物相c研磨至足够细度，并以内标物相c与硬化净浆粉末按照一定质量比例混合，混合时采用小型混料机混合2 小时以上，使得混合物达到足够的匀质性。
21.特别地，所述步骤s1、s2中x射线衍射采用步进扫描，扫描范围为5~70
°
，步长在
0.02
°
(2θ)/秒左右。x射线衍射全谱拟合法是采用gsas或topas等软件对所有物相进行精修后，计算各物相的质量分数。
22.在本实施例中，更优选地，假设胶凝材料与整体混凝土的质量比例为a:b，则可计算c-(a)-s-h凝胶及非晶体活性颗粒占整体混凝土中的质量分数，计算公式分别为（4）和（5）：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（5）式中，w(t) 表示在龄期t 时混凝土中物相的质量分数。
23.特别地，所述步骤s1中热重分析法包括：采用研磨机对硬化净浆研磨20 分钟以上，取45μm 圆孔筛筛余粉末，通过分析天平称取每种硬化净浆样品粉末20~30 mg 于热重分析仪，在氮气保护下，将粉末以10℃/min 的恒速从室温加热至900℃，得到温度-微分热重、温度-样品质量分数的两种曲线；c-(a)-s-h 在50~600℃温度区间之间的持续失重，采取切线法来计算这一温度区间各物相的质量分数，请参考图1，在温度-样品质量分数的选取温度区间两端点做切线，两切线的中间点的差值为所要选取的为真正的物相质量分数。
24.实施例1：通过人工合成ca/si在1~1.5和al/si在0~0.2的c-(a)-s-h，并以50%的比例与水泥熟料（20 wt.%）、硅灰（20 wt.%）、钙矾石（10 wt.%）均匀搅拌混合进行测试方法的验证。采用本发明的硬化净浆中c-(a)-s-h凝胶及非晶体活性颗粒含量的测定方法对四种ca/si、al/si不同的人工合成混料进行检测，得到表1的结果，即c-(a)-s-h凝胶和非晶体活性颗粒的准确值分别为50 wt.%和20 wt.%。
25.表1 c-(a)-s-h凝胶及非晶体活性颗粒含量（wt.%）由表1可知，由本发明的硬化净浆中c-(a)-s-h及非晶体活性颗粒含量的测定方法得到的c-(a)-s-h凝胶及非晶体活性颗粒含量的误差均在
±
3%以内，相比较于传统的r.a.olson水吸附法和氢氧化钙解耦法等方法具有较大的精确度提升。
26.实施例2：表2中水泥为p.o 42.5硅酸盐水泥，粉煤灰为ii级，矿粉等级s95，硅灰比表面积为19.8 m2/g，河砂细度模数2.8，石子为5~25 mm的连续级配碎石，水为普通自来水。
27.表2 两种混凝土的配合比（kg/m3）两种混凝土的28d抗压强度如表3：表3 两种混凝土的28d抗压强度（mpa）
从表3中可以看出，虽然混凝土2所用的水泥、粉煤灰、矿粉和硅灰四种凝胶材料总量更多、砂和石子两种骨料总量更少，但是其28d的抗压强度反而低于混凝土1。
28.采用本发明提供的硬化净浆中c-(a)-s-h及非晶体活性颗粒含量的测定方法，可以得到两种混凝土对应的硬化净浆中钙矾石、氢氧化钙、c-(a)-s-h凝胶以及非晶体活性颗粒的质量分数，如表4。
29.表4 钙矾石、氢氧化钙、c-(a)-s-h凝胶以及非晶体活性颗粒的质量分数（wt.%）类别钙矾石氢氧化钙c-(a)-s-h凝胶非晶体活性颗粒硬化净浆1（混凝土1）8.22.056.79.1硬化净浆2（混凝土2）4.10.338.634.9从表4中可以明确混凝土1已经发生了大幅度的水化和二次水化反应生成了56.7 wt.%的c-(a)-s-h的凝胶，对混凝土起到极大的支撑作用。而混凝土2中所生成的c-(a)-s-h的凝胶仅为38.6 wt.%，还有较大含量的非晶体活性颗粒仍未水化，这些非晶体活性颗粒会在28d后缓慢发生反应，因此导致28d时混凝土2的强度低于混凝土1。
30.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定。本领域的技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求的保护范围。