胡 燦,杜 軍,萬 勇,劉天樂*,楊國坤,曲 波,鄭少軍,寇俊輝,倪曉陽

(1.中國地質大學(武漢)工程學院,湖北 武漢 430074;2.湖北省應急管理宣傳教育中心,湖北 十堰 442522;3.湖北興發(fā)化工集團股份有限公司,湖北 宜昌 443700)

隨著我國“西部大開發(fā)”和共建“一帶一路”的深入推進,凍土區(qū)施工日漸增多。作為世界第三大凍土國,我國季節(jié)性凍土占國土面積的50%[1-3]。凍土區(qū)土壤中往往含有豐富的硫酸鹽,尤其是在鹽湖鹽漬土等區(qū)域[4-5]。隨著季節(jié)性凍土的融化,地下水中硫酸鹽含量進一步增高。負溫劣化和硫酸鹽侵蝕的存在會使水泥漿水化性能劣化,給后續(xù)工程建設帶來安全隱患。因此,研究如何降低負溫劣化和硫酸鹽侵蝕對水泥漿水化性能的不利影響具有一定的現(xiàn)實意義和應用前景。

為了確保水泥基材料在負溫環(huán)境下的強度,主要采取保溫防護法和摻入外加劑法[6]兩種手段。前者需要大量的人力、財力、物力,而后者操作簡單且成本較低。目前,國內外對于負溫下水泥漿水化性能的研究大多基于摻入外加劑法研究各種防凍劑對其水化過程的影響[6-7],防凍劑的摻入使得負溫下水泥漿能夠進行正常水化,但其水化性能仍與正溫下存在較大的差距。針對此情況,國內外相關學者和工程技術人員在添加防凍劑基礎上,通過摻入新的物質如C-S-H晶種、礦物摻合料、納米SiO2等,研究其對水泥漿水化機理的影響。如Alzaza等[8]研究了C-S-H晶種、二元抗凍混合劑(即尿素和硝酸鈣)對普通硅酸鹽水泥水化性能的影響,發(fā)現(xiàn)兩者的共同存在能夠進一步加速其水化作用;楊英姿等[9]研究了礦物摻合料對負溫下水泥凈漿、砂漿及混凝土力學性質的影響,發(fā)現(xiàn)防凍劑和礦物摻合料的復合使用可為負溫混凝土提供理想的界面顯微結構。

近年來,國內外對水泥基材料抗硫酸鹽侵蝕的研究日益增多,土壤、巖石以及大氣中的硫酸鹽逐漸侵入水泥石中,使水泥基材料發(fā)生侵蝕破壞,如延遲性高硫型水化硫鋁酸鈣(又稱鈣礬石,AFt)的生成等[10-12]。AFt除具有有利的補償收縮性,能提高水泥石的早期強度外,其還具有膨脹破壞性[13]。此外,還有石膏結晶型、MgSO4溶蝕-結晶型、碳硫硅鈣石結晶型等[14]侵蝕類型。現(xiàn)今,已有學者發(fā)現(xiàn)部分鋇鹽能夠提高水泥漿的抗硫酸鹽侵蝕性能,如:Carmona-Quiroga等[15-16]通過試驗研究發(fā)現(xiàn)加入碳酸鋇后,普通硅酸鹽水泥的抗硫酸鹽侵蝕性能提高,其效果與碳酸鋇的溶解度和分散性有關;高禮雄等[17]通過研究醋酸鋇、硝酸鋇和氫氧化鋇對混凝土硫酸鹽侵蝕的改善作用,發(fā)現(xiàn)改善作用與鋇鹽的種類和摻量有關。進一步探究不同鋇鹽對水泥漿抗硫酸鹽侵蝕性能的影響規(guī)律對生產實踐具有重要意義。

本研究探討CaCl2-BaCl2復配使用對水泥漿抗負溫劣化和抗硫酸鹽侵蝕的影響。首先,在-20 ℃恒溫無預養(yǎng)環(huán)境下,配制不同濃度的CaCl2溶液進行水泥漿拌合預試驗,以確定試驗所需的CaCl2溶液濃度;并在此基礎上,復摻不同含量的BaCl2進行后續(xù)水泥漿水化試驗;然后,利用XRD、SEM、TG、CT和力學測試等手段研究負溫下水泥漿水化產物、水化程度、孔隙結構、力學性質,并綜合評價CaCl2-BaCl2復配使用對水泥漿抗負溫劣化的影響;最后,運用同樣的方法分析硫酸鹽侵蝕環(huán)境下水泥漿表觀形貌、水化情況、孔隙結構、力學性質,并綜合評價CaCl2-BaCl2復配使用對水泥漿抗硫酸鹽侵蝕的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

水泥采用撫順水泥股份有限公司和撫順澳賽爾科技有限公司生產的P.I 42.5水泥,基準水泥主要化學組合分析結果見表1;CaCl2采用國藥集團化學試劑有限公司生產的無水CaCl2,純度高于96.0%;BaCl2采用上海阿拉丁生化科技股份有限公司生產的BaCl2·2H2O,純度為99.5%。

表1 基準水泥主要化學組分分析結果(質量分數(shù),wt%)

1.2 試驗設計

1.2.1 CaCl2溶液濃度設計

水溶液中CaCl2質量分數(shù)為18.03%時,溶液的冰點為-23 ℃[18],滿足-20 ℃不結冰的要求?？紤]水泥組分對溶液冰點存在的影響,直接采用試驗選取的CaCl2[18-19]溶液濃度。

水泥凈漿制備如圖1所示。

圖1 水泥凈漿制備示意圖Fig.1 Preparation diagram of cement slurry

在18wt%附近上下各取一濃度,分別配制12wt%、18wt%、24wt%的CaCl2溶液進行水泥凈漿拌合試驗。水泥凈漿的水灰比為0.6,采用尺寸為40 mm×40 mm×40 mm的模具澆筑成型后直接放入-20 ℃恒溫的環(huán)境箱中養(yǎng)護,對養(yǎng)護至1 d和7 d齡期的水泥漿水化產物的試樣進行抗壓強度測試,其測試結果見表2。

表2 水泥漿水化產物的抗壓強度測試結果

由表2可知:在-20 ℃恒溫條件下,采用12wt%CaCl2溶液進行拌合后,養(yǎng)護至1 d和7 d齡期的水泥漿水化試樣均無強度,水泥漿水化無法正常進行;而采用18wt%和24wt%CaCl2溶液配制的水泥漿水化試樣的抗壓強度得到明顯提高,水化效果較好?？紤]材料成本等因素,選取18wt%的CaCl2溶液進行后續(xù)試驗。

1.2.2 試驗配合比設計

在水灰比為0.6的條件下,以18wt%的CaCl2溶液作為拌合溶液,進行水泥凈漿拌合試驗,得到空白組CPR(cement paste-reference);在此基礎上加入BaCl2外加劑,其摻量以占水泥(P.I42.5水泥)的質量分數(shù)計,梯度為5wt%,共設計4個對照組CPB(CPB,cement paste-BaCl2),試驗配合比設計見表3。

表3 試驗配合比設計

采用尺寸為40 mm×40 mm×40 mm的模具成型,-20 ℃恒溫養(yǎng)護箱中養(yǎng)護至設計齡期。

1.3 試驗方法

1.3.1 水泥漿試樣的XRD分析

采用日本理學Rigaku SmartLab SE型X射線衍射儀(XRD)對水泥漿試樣的物相進行分析,掃描角度為5°～90°,掃描速度為5°/min。

1.3.2 水泥漿試樣的SEM分析

采用捷克TESCAN MIRA LMS型掃描電子顯微鏡對水泥漿試樣的表觀形貌進行分析;采用配套的牛津能譜模塊對水泥漿試樣的化學元素進行分析。

1.3.3 水泥漿試樣的TG分析

采用梅特勒-多利托TGA型熱重分析儀對水泥漿試樣的失重進行分析,升溫范圍為30～1 000 ℃,升溫速率為10 ℃/min。

1.3.4 水泥漿試樣的CT分析

采用Tianjing SanYing Micro-computed tomography(NanoVoxel-3502E)對水泥石內部微觀孔隙結構進行分析,試樣在130 kV電壓和120 mA電流下進行測試,得到體素尺寸為34.54 μm。

1.3.5 水泥漿試樣的力學性質測試

在負溫環(huán)境下,水泥漿試樣凍結后內部水結冰使得其強度增加[6]。為了測得試樣的真實強度,測試前將試樣從冰箱中取出后置于室溫25 ℃條件下解凍3 h[6,20-21],按照《水泥膠砂強度檢驗方法》(GB/T 17671—1999)對其進行抗壓強度測試。

1.3.6 水泥漿試樣的抗硫酸鹽侵蝕測試

將水泥漿試樣在-20 ℃恒溫下養(yǎng)護7 d后,充分解凍放入溫度為25 ℃的5%MgSO4溶液中浸泡60 d,取出觀察后續(xù)硫酸鹽侵蝕情況。

2 結果與討論

2.1 CaCl2-BaCl2復配對水泥漿抗負溫劣化性能的影響

受到早期凍傷的影響,負溫養(yǎng)護下水泥漿各指標均會發(fā)生一定程度的劣化[22],如水化產物、水化程度、孔隙結構、力學性質等。

2.1.1 硅酸鹽水泥負溫水化產物的分析

水泥漿負溫養(yǎng)護7 d后水化產物的XRD圖如圖2所示。

圖2 水泥漿負溫養(yǎng)護7 d后水化產物的XRD圖Fig.2 XRD diagram of hydration products of cement slurry after negative temperature curing for 7 d

由圖2可以看出:

1) 各組試樣均可見明顯的Ca(OH)2衍射峰,證實了在-20 ℃恒溫條件下水泥漿發(fā)生了水化反應;水泥漿水化產物中C3S、C2S仍具有較強的衍射峰,說明試樣中存在未反應完的熟料,水化過程尚不完全;由于Ba2+和Cl-的引入,XRD圖顯示出BaSO4和Friedel’s鹽的衍射峰,說明該水化過程中出現(xiàn)了新的水化產物。

2) 對于CPR組試樣,C3A優(yōu)先與水泥漿體系中的石膏反應生成AFt,而CaCl2以內摻的方式為體系提供了大量的Cl-,剩余的C3A與Cl-反應生成Friedel’s鹽,直至Cl-耗盡[23-24],水化反應產物中出現(xiàn)了AFt和Friedel’s鹽。

4) 對于未添加Ba2+的空白組試樣,反應生成的水化產物AFt具有膨脹破壞性,同時生成的Friedel’s鹽在遇到外界硫酸鹽侵蝕時會向AFm、AFt轉化,易產生膨脹破壞;而添加Ba2+后的試樣,水泥漿水化產物中仍有Friedel’s鹽,但沒有AFt,同時在CPB15%、CPB20%試樣中還可見明顯的BaCl2·2H2O衍射峰,說明體系中還有未反應Ba2+以晶體的形式儲存在水泥漿中。

水泥漿負溫養(yǎng)護7 d后水化產物的SEM圖,如圖3所示。

圖3 水泥漿負溫養(yǎng)護7 d后水化產物的SEM圖Fig.3 SEM diagram of hydration products of cement slurry after negative temperature curing for 7 d

由圖3可以看出:CPR、CPB5%試樣斷面結構疏松,其水化產物之間存在較大的孔隙;而CPB10%、CPB15%、CPB20%試樣結構明顯更加致密,水化程度更高。

此外,CPB15%、CPB20%試樣中可見光滑的球狀顆粒,結合其能譜[圖4(a)]和XRD圖可知,試樣中球狀顆粒為BaCl2·2H2O,即部分BaCl2轉化為BaCl2·2H2O晶體存在于試樣中;試樣水化產物中凝膠部分的能譜分析結果[圖4(b)]顯示,水化產物凝膠中同樣含有Ba和Cl元素,且該現(xiàn)象在復配摻入BaCl2的CPB5%、CPB10%、CPB15%、CPB20%試樣中均可見。分析認為:在水泥漿水化過程中BaCl2參與了水化反應的進行或起到了成核位點的作用,使得一部分Ba元素被固定在水化產物凝膠中,促進了水化反應的進行,從而表現(xiàn)出更好的斷面結構。Ba元素在水泥漿水化產物中主要以BaSO4、BaCl2·2H2O和凝膠中的Ba元素3種形式存在。

圖4 水泥漿負溫養(yǎng)護7 d后水化產物的能譜圖(以CPB15%為例)Fig.4 Energy spectrum of hydration products of cement slurry after negative temperature curing for 7 d (taking CPB15% as an example )

2.1.2 硅酸鹽水泥負溫水化產物的水化程度分析

水泥漿負溫養(yǎng)護7 d后水化產物的熱重(TG)和熱重微分(DTG)曲線,如圖5所示。

圖5 水泥漿負溫養(yǎng)護7 d后水化產物的TG和DTG曲線Fig.5 TG and DTG curves of hydration products of cement slurry after negative temperature curing for 7 d

由圖5可以看出:各組水泥漿試樣的DTG曲線可見明顯峰谷,從左到右依次為游離水、AFt(50～120 ℃[27])/BaCl2·2H2O(加熱到113 ℃時失去結晶水[28])、Friedel’s鹽(Friedel’s鹽分兩步脫水,分別在100～<200 ℃和200～400 ℃溫度范圍內[23])、Ca(OH)2(460 ℃[29]左右分解脫水)、碳酸鈣(600～800 ℃[29]分解生成CO2)(表4)。圖中,藍色部分為新的水化產物Friedel’s鹽,橙色部分為Ca(OH)2,其含量可用來表征水泥漿的水化程度[30]。

表4 水泥漿試樣在不同溫度范圍下的失重百分比(%)

水泥漿的水化程度與Ca(OH)2含量成正比[30],根據(jù)水泥漿水化產物的失重百分比可得其相應的水化程度為CPB20%>CPB10%>CPB15%>CPB5%>CPR,試驗證明了BaCl2的加入確實可以促進水泥漿的水化作用,CPB20%試樣的水泥漿水化程度最高,可達CPR試樣的179.05%。

2.1.3 硅酸鹽水泥負溫水化產物的孔隙結構分析

水泥漿負溫養(yǎng)護7 d后水化產物的X-Y平面切片、孔隙三維圖和累計概率曲線,如圖6所示。

圖6 水泥漿負溫養(yǎng)護7 d后水化產物的X-Y平面切片、孔隙三維圖和累計概率曲線Fig.6 X-Y plane slice,pore three-dimensional diagram and cumulative probability curve of hydration products of cement slurry after negative temperature curing for 7 d

由圖6可以看出:

1) 左側水泥漿負溫養(yǎng)護7 d后水化產物的切片圖各試驗組試樣可見明顯的黑色部分即低密度的孔隙,進一步觀察可以看到切片中存在白色部分即高密度物質。該物質僅圖6(d)和圖6(e)中出現(xiàn),且圖6(e)中該物質含量遠多于圖6(d)。結合此前XRD衍射圖和試驗配合比分析得該物質為BaCl2·2H2O。

2) 提取樣品孔隙部分構建孔隙三維圖以直觀地呈現(xiàn)水泥漿負溫養(yǎng)護水化7 d后試樣內部孔隙空間分布情況,隨著BaCl2摻量的增加,試樣小孔(圖中藍色部分)明顯減少,對比CPR試樣和CPB5%試樣能更明顯地觀察到這一現(xiàn)象;試樣中大孔的數(shù)量也有所減少,但仍存在少量由于制樣成型過程中產生的大孔即“工藝孔”如圖6(e)中的大孔,這一部分孔隙的出現(xiàn)具有一定的偶然性?？梢?隨著BaCl2摻量的增加,水泥漿試樣的孔隙結構有所改善,孔隙結構優(yōu)劣情況與此前TG分析所得的水泥漿水化程度基本吻合。

3) 從總孔隙率上看,隨著BaCl2摻量的增加,水泥漿試樣總孔隙率依次為1.829%、1.163%、0.954%、0.601%、0.599%,呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢,每組相較于上一組試樣而言,總孔隙率下降幅度也在逐漸減小,從最開始的36%(CPR和CPB5%試樣)到后來的0.3%(CPB15%和CPB20%試樣);當BaCl2摻量從15wt%增加到20wt%時,水泥漿試樣總孔隙率基本不變,此時很難通過進一步加大摻量來達到減小其總孔隙率的效果;當BaCl2摻量超過15wt%后,增加摻量并不能起到減小水泥漿試樣總孔隙率的作用。

4) 從累計概率曲線上看,體積小于0.05 mm3的孔的累計頻率在各水泥漿試樣中均高于99.9%,水泥漿孔隙中小孔隙占絕大多數(shù),大孔隙僅占很小的一部分;隨著BaCl2的加入,水泥漿中大小孔所占比例無明顯變化,其總孔隙率的下降是所有大小孔隙共同改善的結果。

根據(jù)上述試驗分析認為,水泥漿試樣總孔隙率下降的主要原因如下:一方面,在水泥漿攪拌過程中BaCl2均勻分散在體系中,反應生成的BaSO4[31]和BaCl2·2H2O可以分散并填充于孔隙中;另一方面,BaCl2的加入促進了水化反應的進行,隨著水泥漿水化程度的增大,水化產物增多,水泥顆粒水化發(fā)生體積膨脹效應[32]逐漸填充孔隙,導致體系總孔隙率減小,孔隙結構得到改善。

2.1.4 硅酸鹽水泥負溫水化產物的力學性能分析

水泥漿負溫養(yǎng)護1、7、28和54 d后水化產物的抗壓強度變化情況,如圖7所示。

圖7 水泥漿負溫養(yǎng)護1、7、28和54 d后水化產物的抗壓強度Fig.7 Compressive strength of hydration products of cement slurry after negative temperature curing for 1,7,28 and 54 d

由圖7可以看出:

2) CPB10%試樣經(jīng)負溫養(yǎng)護水化1 d和7 d后的抗壓強度較CPR試樣分別提高了84.82%和79.23%,CPB15%試樣經(jīng)負溫養(yǎng)護水化1 d和7 d后的抗壓強度分別提高了121.82%和100.51%,但進一步增加BaCl2的摻量,CPB20%試樣經(jīng)負溫養(yǎng)護水化1 d和7 d后的抗壓強度出現(xiàn)下降趨勢。分析原因認為是BaCl2摻量太大時,水泥漿中形成了較多的BaCl2·2H2O,破壞了原有的膠結程度,使其抗壓強度下降。

3) CPR、CPB5%試樣中負溫養(yǎng)護水化28 d的數(shù)據(jù)較負溫養(yǎng)護水化7 d的數(shù)據(jù)增幅不顯著,該現(xiàn)象在CPB5%試樣中更為明顯,這是由于負溫條件下水泥漿能否持續(xù)不斷地水化以及其水化情況[33]受到早期結構的影響[34],根據(jù)前文對水泥漿試樣加入BaCl2后的水化反應過程和孔隙結構的分析,得出CPR、CPB5%試樣具有更差的早期強度和微觀孔隙結構,使得其在該試驗條件下C3S、C2S水化速率更加緩慢,該結果在XRD衍射圖中也得到了證實。

2.2 CaCl2-BaCl2復配對水泥漿抗硫酸鹽侵蝕能力的影響

將水泥漿試樣在-20 ℃恒溫環(huán)境下養(yǎng)護7 d后,轉移至25 ℃室溫的5%MgSO4溶液中浸泡60 d,從宏觀和微觀兩個角度,選取了水泥漿表觀形貌、水化產物、孔隙結構以及力學性質4個指標對水泥漿抗硫酸鹽侵蝕性能進行表征。

2.2.1 受硫酸鹽侵蝕硅酸鹽水泥的表觀形貌分析

當水泥漿處于硫酸鹽溶液環(huán)境中時,溶液中組分與試樣中水化產物發(fā)生化學反應,離子的侵入與浸出會導致水泥漿試樣表觀形貌出現(xiàn)缺陷。

水泥漿水化產物經(jīng)5%MgSO4溶液浸泡60 d的表觀形貌,如圖8(實物圖)和圖9(CT圖)所示。

圖8 水泥漿試樣表觀形貌變化情況Fig.8 Change of cement slurry sample appearance

圖9 水泥漿水化產物經(jīng)5%MgSO4溶液浸泡60 d的表觀形貌Fig.9 Apparent morphology of hydrated products of cement slurry immersed in 5% MgSO4 Solution for 60 d

2.2.2 受硫酸鹽侵蝕硅酸鹽水泥的水化情況分析

受外界硫酸鹽侵蝕的影響,水泥漿侵蝕反應由外側向中心發(fā)展,本試驗對直接接觸MgSO4溶液的水泥漿試樣表面進行SEM測試,其測試結果見圖10;水泥漿水化產物表面兩種晶體的能譜圖見圖11。

圖10 水泥漿水化產物經(jīng)5%MgSO4溶液浸泡60 d的SEM圖Fig.10 SEM diagram of hydrated products of cement slurry immersed in 5% MgSO4 solution for 60 d

圖11 水泥漿水化產物經(jīng)5%MgSO4溶液浸泡60 d后表面兩種晶體的能譜圖Fig.11 Energy spectrum diagram of two kinds of crystals on the surface of hydration products of cement slurry immersed in 5% MgSO4 solution for 60 d

國內外前期研究表明:Mg2+可以置換CaCO3中的Ca2+發(fā)生次生交代作用[39];在受MgSO4侵蝕時,Mg2+還可與Ca(OH)2直接生成Mg(OH)2[14]。由圖10和圖11可以看出:水泥漿水化產物經(jīng)5%MgSO4溶液浸泡60 d后,試樣表面除Mg(OH)2外,還有大量的CaMg(CO3)2覆蓋于其表面。根據(jù)元素組成可知,兩種物質的生成與水泥漿水化產物中的CaCO3和Ca(OH)2密切相關。分析認為兩種物質的形成原因:一是Mg2+置換水化產物CaCO3中的Ca2+生成CaMg(CO3)2;二是Mg2+與水化產物Ca(OH)2直接生成Mg(OH)2[14]。為了進一步研究試樣中心受硫酸鹽侵蝕后產物變化情況,選取中心部分磨粉進行了XRD測試,其測試結果見圖12。

圖12 水泥漿水化產物經(jīng)5%MgSO4溶液浸泡60 d的XRD圖Fig.12 XRD of hydrated products of cement slurry immersed in 5% MgSO4 solution for 60 d

由圖12可以看出:

1) 各試驗組水泥漿試樣均顯示出較強的Ca(OH)2衍射峰,此時試樣水化程度高,且水化產物種類與-20 ℃恒溫養(yǎng)護7 d后的水化產物一致。

此外,采用TG分析得到的Ca(OH)2含量能夠較為準確地表征水泥漿水化程度[30],試樣Ca(OH)2失重百分比對應圖12中從上到下分別為-4.673 7%、-4.157 3%、-3.919 6%、-4.414 4%、-3.800 2%,即試樣水化程度為CPB20%>CPB5%>CPB15%>CPB10%>CPR。相較空白組CPR試樣,加入CaCl2-BaCl2的試樣水化程度仍然更高,表明BaCl2促進水泥漿水化的作用仍然存在。

2.2.3 受硫酸鹽侵蝕硅酸鹽水泥的孔隙結構

圖13和圖14分別為水泥漿水化產物在5%MgSO4溶液中浸泡60 d的孔隙分布和總孔隙率變化情況。

圖13 水泥漿水化產物經(jīng)5%MgSO4溶液浸泡60 d的X-Y平面切片、孔隙三維圖和累計概率曲線Fig.13 X-Y plane slice,pore three-dimensional diagram and cumulative probability curve of hydrated products of cement slurry immersed in 5% MgSO4 solution for 60 d

圖14 水泥漿水化產物經(jīng)5%MgSO4溶液浸泡60 d的總孔隙率隨BaCl2摻量的變化Fig.14 Variation of the total porosity of hydrated products of cement slurry immersed in 5% MgSO4 solution for 60 d with the dosage of BaCl2

由圖13和圖14可以看出:

1) 試驗結果表明隨著BaCl2摻量的增加,水泥漿試樣總孔隙率變化曲線呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,其孔隙結構從好到差依次為CPB10%>CPB5%>CPB15%>CPR>CPB20%。

2.2.4 受硫酸鹽侵蝕硅酸鹽水泥的力學性能

圖15為水泥漿水化產物經(jīng)5%MgSO4溶液浸泡60 d的抗壓強度變化情況。

圖15 水泥漿水化產物經(jīng)5%MgSO4溶液浸泡60 d的抗壓強度隨BaCl2摻量的變化Fig.15 Compressive strength change of hydrated products of cement slurry immersed in 5%MgSO4 solution for 60 d with the dosage of BaCl2

由圖15可見,水泥漿水化產物經(jīng)5%MgSO4溶液浸泡60 d的抗壓強度增長率變化情況與負溫下各齡期抗壓強度變化規(guī)律基本一致。

對比圖7與圖15可知:CPB10%、CPB15%試樣具有較大的抗壓強度發(fā)展?jié)摿?與空白組CPR試樣比較,CPB10%、CPB15%試樣的抗壓強度更高;即使將試樣轉移至5%MgSO4中進行養(yǎng)護,該部分抗壓強度發(fā)展?jié)摿θ匀辉谝欢ǔ潭壬嫌绊懼鳰gSO4溶液中水泥漿水化產物的抗壓強度(圖15)。與此前孔隙結構類似,進一步加大BaCl2摻量,CPB20%試樣的抗壓強度反而低于空白組CPR試樣,原因有二:一是試樣中生成的大量BaSO4在水泥石中均勻分布并破壞了原有的膠結程度;二是BaSO4生成過快從而造成水泥漿膨脹破壞[17],硫酸鹽侵蝕反應加劇,內部水化產物進一步分解,水化產物性質的變化導致試樣強度和黏結性損失[14],造成其抗壓強度下降。

3 結 論

1) BaCl2具有促進水泥漿水化的作用。在相同試驗條件下,相比于單一使用CaCl2,加入CaCl2-BaCl2后水泥漿水化程度更高。水泥漿試樣養(yǎng)護1 d的抗壓強度最高,可比空白組增加121.82%。試驗結果表明:在負溫環(huán)境下,BaCl2摻量為10wt%～20wt%時,水泥漿試樣具有更優(yōu)的水化程度、孔隙結構以及力學性質,其抗負溫劣化性能得到顯著提高。

3) 綜合負溫和硫酸鹽兩種環(huán)境下的試驗結果可知:CaCl2-BaCl2復配使用時BaCl2的合理摻量為10wt%～15wt%;從成本上看,CaCl2市價約為56元/kg,BaCl2市價約為98元/kg,兩者作為外加劑使用時其價格合理;在合理添加CaCl2-BaCl2后,對照組試樣各項性能都得到了明顯的提高。因此,本研究所得的合理摻量下CaCl2-BaCl2的復摻對于實際的凍土區(qū)工程應用具有一定的參考價值。