白泥混凝土的制備及性能研究

作者簡介：文紅宇，碩士，高級工程師；主要從事固體廢棄物建材資源化等方面的研究。

摘要：采用白泥和粉煤灰替代普通硅酸鹽水泥制備混凝土。根據白泥的化學成分與理化特性，使用行星式球磨機改變白泥粒徑與比表面積，建立了不同齡期和白泥摻量下的混凝土立方體抗壓強度預測模型，研究了單摻白泥混凝土和白泥-粉煤灰二元復摻混凝土的力學性能及耐久性能變化規律，分析了白泥摻量對混凝土抗壓強度、抗氯離子滲透性能和抗碳化性能的影響，通過分析微觀形貌下的水化產物探究了白泥與粉煤灰的協同作用。結果表明，摻量 lt;10% 的單摻白泥混凝土較普通硅酸鹽水泥具有更高的早期強度，摻量為 20% 時，白泥摻入混凝土起到微晶核效應。白泥摻量增大時，易使混凝土水化產物的微觀結構變得松散。白泥與粉煤灰協同作用下，白泥-粉煤灰二元復摻混凝土（L5F15）84天齡期時，抗壓強度可達 50.47MPa ，比單摻白泥混凝土（L20）的抗壓強度提高 12.7% ，膠凝體系微觀孔隙明顯減少。摻入白泥后，混凝土氯離子擴散系數增大，粉煤灰的摻人可以改善白泥混凝土的抗氯離子滲透與抗碳化性能，建立的白泥混凝土碳化深度實用預測模型，相關性較為顯著。

關鍵詞：白泥；抗壓強度；抗氯離子滲透；抗碳化性能；固體廢棄物中圖分類號：TS7 文獻標識碼：A DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2025.08.018

StudyonPreparationandPropertiesofLimeMudMixed Concrete

WEN Hongyu1 PENG Yangfan2LIANG Dongjing3 HE Sheng2，4*

（1.LogisticsdIfrsrctureeprment，agiUesityngangiZangtoomosRegion3;ef

CivilEngieinbseedoinebsteedl

SafetyfMinistryofEducationuangxiUniersity，Nanning，GuangxiZuangutonomousRegion3O4；3.Chinaotcio EighthEngineeringDsioCo.d.nghai22；4.Guangxioscoonmentalrotectionenologyo.d， Nanning，Guangxi Zhuang Autonomous Region，530007） （ ^*E -mail： hesheng @gxu.edu.cn）

Abstract：Limemudandflyashwereusedtoreplaceordinaryportlandcementtoprepareconcrete.Aordingtothechemicalcomposition and physicochemicalcharacteristicsofliemud，planetaryballillwasusedtochangethepartcleszandsurfaceaeaoflimeud，and thepredictionmodelofconceecubecompresivestrengthunderdifrentagesandlimeudcontentwasestablisdTevaratioulef mechanicalpropeiesandurabilityoflimeudconcreteundersingleditionandbnaryaditionwitflyashwasstudiedndteluenceoftheamountoflmemudonthecompresivestrength，chlorideionpenetrationresistanceandcarbonzationresistanceofcocete， andexploredtesyergisticectofeudandflyshwereanalydbyanalyingthehdratoproductsunderthemcroscoicopology.The results showed that the early strength of the lime mud concrete mixed with less than 10% was higher than that of ordinary portland cement. When the addition amount was 20% ，the lime mud concrete mixed with the concrete had a micro crystallinity effect.As the content oflimemudicreased，themicrostructureofhdrationproductsofoncretebecameloseasilyUnderthesyersticctionofleud andflyash，the compressive strength of concrete underbinaryadditionoflimemudandflyash（L5F15）couldreach50.47MPaat84 daysages，whichwas 12.7% higher than thatunder single addition （L20），and the micro-pores of the cementitious system are obviously reduced. The addition of fly ash could improve the chloride penetration resistance and carbonization resistance of lime mud concrete.

Thepracticalpredictionmodelofcarbonationdepthoflimemudconcretewas established，ndthecorrelationwassignificant. Key words：lime mud；compresive strength；chloride penetration resistance;carbonization resistance；solid waste

制漿造紙產業是與國民經濟和社會事業發展密切相關的重要基礎原料產業，我國已成為世界上最大的紙及紙板生產國，年產量維持在1億t左右，紙漿消耗總量約0.8億t。白泥是制漿工業堿回收過程中產生的一種固體廢棄物，每生產1t紙漿約有0.5t的白泥生成2。當前由于非木漿造紙白泥高效回收與利用技術尚未成熟，以往制漿造紙企業采取的是露天堆積或填埋處理的方式，但非木漿白泥是一種附著殘堿（如 K⁺ 、 ΔNa⁺ 和 Mg²⁺ ）的碳酸鈣粉體，在雨水的沖刷浸泡下易產生堿性滲濾液，短期內會直接對地表及地下水造成金屬離子污染，長期則將造成植被破壞、土壤鹽堿化等嚴重的環境污染問題3-4。隨著白泥儲量壓力與二次污染問題的存在，過去簡單的處置方式已經難以滿足日益增長的白泥處置需求，當前主流的處理方式為造紙填料的利用、代替石灰石生產水泥、煙氣脫硫等，但白泥的綜合利用率仍然較低，迫切需要新型高效的白泥綜合利用方法。

已有研究表明，白泥在腐蝕性、放射性和金屬浸出毒性方面均符合國家標準要求。當前，白泥的建材資源化利用是國內外研究者青睞的方向之—[8-10]。馮乃謙利用白泥代替部分水泥及礦粉配制混凝土，重點研究了混凝土的工作性能、水化熱、收縮等；結果表明，白泥摻量的增大會使混凝土黏性增強，流動性降低。關力維以白泥、硅灰制備了陶粒混凝土，發現白泥、硅灰適量摻入可提高混凝土中、后期強度，使混凝土具有較密實的微觀結構，且抗氯鹽、硫酸鹽的能力均比空白對照組強。Sun等2利用白泥與作為前驅體的混合礦渣、粉煤灰堿活化黏合劑系統制備了砂漿；結果表明，砂漿抗壓強度隨白泥摻量的增加而降低，且在 50% 的白泥摻量下砂漿強度仍然與普通硅酸鹽水泥砂漿相當。Madrid等3以占水泥體積 15% 的白泥與水泥制備混凝土砌塊，抗壓強度優于基準混凝土砌塊，推測可增大白泥的摻量來制備砌塊。上述研究主要探究了白泥復摻混凝土的抗壓強度與耐久性能，對白泥復摻混凝土的抗氯離子滲透與碳化性能影響研究較少。

本研究將制漿造紙工業固體廢棄物白泥與粉煤灰復摻入普通硅酸鹽水泥，并按質量分數 5% 、 10% 、15% 和 20% 的比例替代普通硅酸鹽水泥，探究白泥不同摻量下對制備的白泥混凝土的力學性能及耐久性能的影響。通過快速氯離子滲透實驗研究白泥混凝土抗氯離子滲透性能，經過快速碳化實驗測試白泥混凝王的碳化性能；目前關于混凝土碳化壽命的預測模型主要是從Fick第一擴散定律推導而來，對于白泥摻量、混凝土齡期、 CO₂ 濃度對混凝土的定量引入模型尚未清晰，因此，本研究基于碳化實驗結果進一步提出白泥混凝土碳化深度的預測模型。

1實驗

1.1 實驗材料

實驗所用熟料選用安徽海螺有限公司生產的P.042.5的普通硅酸鹽水泥與Ⅱ級粉煤灰，摻料選自廣西鳳糖鹿寨紙業有限公司的原狀新鮮白泥，粒度均勻，呈致密塊狀。白泥和水泥化學成分見表1?；炷链止橇蠟榱?5～20mm 的碎石；細骨料為河砂，細度模數 2.57 。外加劑選用聚羧酸高效減水劑，固含量99.9% ，減水率 35% 。

表1實驗所用材料主要化學成分

Table1 Mainchemicalconstituentsofrawmaterialsused

1. 2 白泥預處理

將原狀新鮮白泥放入電熱恒溫鼓風干燥箱（DHG-9460B，廣東泰宏君科學儀器有限公司）中， 105^°C 下干燥至質量恒定，得到干白泥。干白泥放入球磨罐中（磨球、球磨罐材質均為氧化鋯），將球磨罐固定在立式行星球磨機（XQM-4型，江西龍中機械設備有限公司）中進行不同時間的球磨預處理，得到預處理白泥，以下簡稱白泥。

1.3混凝土的制備

將白泥按質量分數0、 5% 、 10% 、 15% 和 20% 等量替代普通硅酸鹽水泥制備單摻白泥混凝土，分別命名為R、L5、L10、L15、L20，普通硅酸鹽水泥制備的混凝土為對照組，再利用粉煤灰按質量分數0、5% 、 10% 和 15% 等量替代白泥，制備白泥-粉煤灰二元復摻混凝土，分別重命為L15F5、L10F10、L5F15，不添加粉煤灰為對照組?；炷林苽溥^程中保持水用量 170kg/m³ ，水膠比0.44，減水劑用量 0.2% ，河砂用量 645.27kg/m³ ，碎石用量 1198.36kg/m³ 。混凝土配合比見表2。

表2混凝土配合比

Table2 Concretemixratio kg/m3

1.4 測試及表征

澆筑方式依據為GB/T50082—2024中的規定，將混凝土在標準試模成形且養護 24h 后進行脫模，隨后放入標準養護室養護至設計齡期，養護環境溫度中 20±2 ） °C 、相對濕度（ 95±1）% 。

1.4.1 抗壓強度

抗壓強度采用加載速率 0.5～0.8MPa/s 的巖石壓力實驗機進行測試，抗壓強度齡期分別為3、7、14、28和84天。

1.4.2 碳化深度

碳化實驗采用混凝土碳化實驗箱（THX-B，天津亞興自動化實驗儀器廠）進行測試，碳化結果為3、7、14和28天的碳化深度。

1.4.3抗氯離子滲透性能

快速氯離子滲透實驗根據GB/T50082—2024中的規定進行，以 24h 通過的庫倫電量評價混凝土的抗氯離子滲透性能。采用高度 100mm 、直徑 50mm 的圓柱體混凝土試塊，標準養護至28天時進行實驗。

1.4.4 表面形貌

利用場發射掃描電子顯微鏡（FESEM，InspectF50，美國FEI公司）拍攝混凝土的微觀形貌，將養護28天的不同摻量的混凝土搗碎，中心部位用無水酒精終止水化，在 60^°C 的真空干燥箱中干燥至質量恒定后進行測試。

1.4.5 結晶結構

利用X射線衍射儀（XRD，SMARTLAB，日本理學公司）表征白泥的結晶結構。

2 結果與討論

2.1白泥的粒度及結晶性能分析

圖1顯示了球磨時間對白泥平均粒徑的影響規律。由圖1可知，白泥在球磨作用下，粒徑逐漸變小，同時白泥粒徑分布也發生明顯變化。球磨對白泥顆粒的作用分為2個階段。球磨90s前為白泥顆粒細化的過程，粒徑 10μm 以下的白泥顆粒持續增長，平均粒徑隨之變小，即脆性破壞階段。然而球磨時間超過90s后，粒徑 20μm 左右的白泥顆粒逐漸增多，表明該階段白泥大量出現團聚現象，進入了塑性變形的階段。從圖1還可以看出，隨著球磨時間增加，白泥顆粒細化，粒徑迅速變小，90s時 D₅₀ 、 D_s0 分別由19.2、 47.2μm 降至8.8、 21.8μm ，平均粒徑 D₉₀ 降至最小值。繼續球磨至 160s ，白泥顆粒的 D_s0 又增大，說明白泥發生了團聚現象。隨著球磨時間的增長，白泥粒徑出現兩級分化現象。粒徑處于 0.6～1.0μm 區間的白泥顆粒會發生團聚，導致白泥粒徑增大。說明白泥顆粒在球磨作用下，粉體顆粒迅速細化，處于低粒度區的白泥重新出現團聚現象，最終團聚效應占主導地位。

圖1球磨時間對白泥平均粒徑的影響規律

Fig.1Effect of ball milling time on average particle size of lime mud

圖2為白泥的XRD譜圖。由圖2可知，白泥的物相主要為碳酸鈣的衍射峰，且衍射峰強度高，峰形尖銳，說明白泥中的碳酸鈣結晶程度良好。

2.2 抗壓強度分析

白泥混凝土的抗壓強度與白泥摻量的關系曲線如圖3所示。從圖3可以看出，混凝土的抗壓強度隨白泥摻量的增加而減小，表現為負線性關系?？紤]到混凝土的強度等級保證率和安全系數，當混凝土立方抗壓強度標準值 為C50時，白泥的最大摻量為10% 。當白泥摻量較小時，白泥的微集料效應得到充分發揮，提高了混凝土的密實度，且對混凝土中Ca（OH）₂ 的稀釋作用不明顯。隨著白泥摻量的不斷增長，混凝土級配發生變化，粗骨料含量相對減少，骨架作用逐漸減弱，從而導致混凝土抗壓強度的下降，結果表明，白泥摻量以 5%～10% 為最佳。從圖3還可以看出，白泥作為摻料時，混凝土齡期28天抗壓強度變化最大，其次是齡期7天；白泥混凝土抗壓強度降低的幅度與混凝土齡期的增加有關，而白泥的摻入對混凝土的早期強度是有利的。白泥在水泥基體系早期水化過程中促進了 C₃S 的反應，而CS的水化過程中會有大量的 Ca²⁺ 釋放。根據吸附理論， CaCO₃ 顆粒表面會物化吸附這些游離的 Ca²⁺ ，導致 C₃S 顆粒周圍的 Ca²⁺ 濃度降低，從而加速了早期CS的水化進程，故混凝土早期強度具有一定提高。

圖2白泥XRD譜圖

Fig.2XRD pattern of lime mud

圖3不同齡期白泥混凝土抗壓強度

Fig.3Compressive strength of lime mud concrete at different ages

圖4為白泥-粉煤灰二元復摻混凝土在不同齡期下的抗壓強度。由圖4可知，隨混凝土齡期的增長，各組混凝土試塊抗壓強度不斷提高，且增長速率逐漸減緩。L10F10混凝土在早期齡期發展強度最快，L15F5混凝土逐漸向其靠近，14天齡期前，L15F5和L10F10混凝土的抗壓強度相當，但后期L15F5混凝土發展緩慢；L5F15混凝土在14天齡期前強度發展緩慢，后逐漸先后超越L15F5、L10F10混凝土的強度，84天齡期時抗壓強度可達 50.47MPa ，相較于L20混凝土提高了 12.7% 。在3、7、14、28、56、84天等齡期下，L10F10和L15F5混凝土的抗壓強度分別是L5F15混凝土的 101.5% 、 105.3% 、 110.0% 、 105.9% 、 102.6% 、 99.2% 和 96.7% 、 103.1% 、 113.5% 、 93.6% 、 96.6% 、 97.0% 。

圖4不同齡期白泥-粉煤灰二元復摻混凝土抗壓強度 Fig.4Compressive strength of concrete mixed with lime mudand flyashatdifferent ages

齡期3、7天時，L10F10混凝土的抗壓強度最大，這是因為白泥顆粒粒徑比粉煤灰顆粒小，在早期具有填充效應，粉煤灰顆粒具有火山灰效應，在早期白泥、粉煤灰顆粒協同作用，將填充效應、火山灰效應發揮到良好的水平。L15F5在齡期28天的強度最低，這是因為過量的白泥顆粒充當惰性摻料，導致混凝土基體水化產物生成量減少，白泥顆粒未產生膠結作用，同時稀釋了混凝土基體中的水泥顆粒，使膠凝材料、骨料無法很好地黏結在一起，導致孔隙填充程度降低，基體強度降低。隨齡期的增長，L5F15混凝土強度逐漸增大，這是因為粉煤灰顆粒的水化活性較低，隨齡期增長，粉煤灰顆粒隨齡期的發展而逐漸發揮火山灰效應，產生越來越多具有膠凝作用的水化產物C-S-H。

2.3抗壓強度預測模型分析

齡期是影響混凝土抗壓強度的重要因素之一，為探究齡期影響下的混凝土的抗壓強度發展規律，利用關系式 擬合出符合要求的 Ψ_a 值和 b 值，得到不同白泥摻量下混凝土抗壓強度發展的規律，如圖5和圖6所示。

圖7混凝土氯離子擴散深度

Fig.7Chlorideion diffusion depth in concrete

圖8混凝土氯離子擴散系數

Fig.8Concrete chloride ion diffusion coefficient

由圖5可知，不同白泥摻量下的白泥混凝土抗壓強度擬合曲線擬合效果均較高，其相關系數 R² 均大于 0.91 。白泥的摻入減小了 a 值，說明白泥的摻入降低了混凝土的強度增長率。由圖6可知，白泥-粉煤灰二元復摻混凝土抗壓強度擬合曲線擬合效果均比較高，其相關系數 R² 均 gt;0.93 。且隨著白泥摻量增加，粉煤灰摻量減少， Δ_a 值減小，說明白泥-粉煤灰二元復摻降低了混凝土的強度增長率。

2.4抗氯離子滲透性能分析

滲透性是水泥基材料耐久性研究的主要內容，是水泥基材料密實程度的表現。在電加速或電參數評價混凝土氯離子滲透性的方法中，氯離子電遷移快速實驗方法（RCM）是當前主要的代表方法。

不同白泥摻量下齡期28天的混凝土的氯離子擴散深度和系數分別如圖7和圖8所示。從圖7和圖8可以看出，相比于未摻雜白泥和粉煤灰的普通硅酸鹽水泥制備的混凝土（ 13.46×10^-12m²/s ，摻入白泥后的白泥混凝土的氯離子擴散系數呈上升趨勢，隨著白泥摻量繼續增加到 20% ，白泥混凝土的氯離子擴散系數上升了 26.7% 。摻人 5% 、 10% 、 15% 白泥的白泥混凝土的擴散系數分別比對照組上升了 4.6% 、 10.7% 、18.0% 。結果表明，白泥代替部分水泥后，制備的白泥混凝土氯離子擴散系數增大，抗氯離子滲透性能下降，隨著白泥摻量的增加，白泥混凝土抗氯離子滲透性能下降越劇烈。這是因為白泥顆粒作為惰性摻料加入混凝土中，減少了水泥的使用量，水泥水化產物生成量減少8，從而減弱了對氯離子的物理吸附、化學吸收能力，同時白泥顆粒稀釋了水泥，阻礙了水泥水化反應，導致水化產物無法完全覆蓋骨料，使得混凝土內部的孔隙增多，氯離子滲透擴散的通道隨之增加，導致混凝土內部的電阻率降低，致使其通電電流值增大，從而降低了混凝土抗氯離子滲透能力。

從圖7和圖8還可以看出，當白泥、粉煤灰復摻時，L5F15混凝土的擴散系數為 14.72×10^-12m²/s ，L10F10和L15F5混凝土的氯離子擴散系數分別比L5F15上升了 10.0% 、 15.7% 。研究發現，粉煤灰的摻入在一定程度上降低了混凝土的抗氯離子性能。這是因為粉煤灰活性比水泥低，白泥、粉煤灰復摻入后減少了水泥用量，且粉煤灰水化反應進程緩慢，火山灰效應促使的二次水化反應有限，降低了混凝土中水化產物C-H-S凝膠的生成，進一步降低了混凝土內部吸附氯離子的能力，從而降低了混凝土抗氯離子滲透性能。白泥、粉煤灰的摻入，起到了互相填充的協同作用，使得混凝土拌合物內部膠凝材料顆粒有良好級配，降低了混凝土內部的孔隙，提高了混凝土的密實度，提高了阻礙氯離子人侵的能力。

2.5抗碳化性能分析

2.5.1養護齡期對混凝土碳化深度的影響

在溫度 20°C ，相對濕度 70% ， CO₂ 濃度 20% 的條件下，將自然養護的混凝土試塊放入碳化箱中，分別碳化3、7、14、28天后，每天將同一個測試碳化情況的塊材端部敲開，深度不小于 20mm ，用質量分數1%～2% 的酚酞乙醇溶液檢查碳化深度，結果如圖9和圖10所示。

由圖9可知，白泥混凝土碳化深度隨白泥摻量的增加而增大。各摻量下白泥混凝土各齡期的碳化深度均大于普通硅酸鹽水泥制備的混凝土，其原因是白泥摻量逐漸增大導致水泥占比降低，水化產物總量減少。白泥具有較大的比表面積，能夠吸附混凝土中的拌合用水與外加劑，導致水泥水化不完全，水泥基孔隙增多，碳化加快。白泥可以和水泥中的鋁相發生反應，生成碳鋁酸鈣，同時消耗 Ca（OH）₂ ，所以白泥的摻入可在一定程度上加速水泥基材料的碳化。另一方面，白泥取代水泥減少了膠凝材料的總含量，單位體積水泥基材料的水化產物也隨之削減，較少的C-S-H凝膠和氫氧化鈣含量，影響了水泥基體系的抗碳化性能。同時，當水膠比確定時，自由水的含量越大，這雖然增大了水泥的水化程度，但也因自由水的吸附增多形成了更多的孔隙。因此，當白泥摻量為 10% 時，制得的白泥混凝土的碳化深度增幅最小。

圖9白泥混凝土碳化深度增長曲線

Fig.9Carbonation depth growth curves of lime mud concrete

圖10白泥-粉煤灰二元復摻混凝土碳化深度增長曲線 Fig.10Carbonation depth growth curves of binary blended concretemadefromwhiteclayand flyash

由圖10可知，碳化3天時，L5F15混凝土的碳化深度最大，達 4.7mm ，L10F10混凝土的碳化深度最小，碳化深度 2.8mm ；碳化7天時，各組混凝土碳化深度都增加，且碳化深度差距進一步擴大；碳化14天時，各組混凝土碳化深度進一步增加，L15F5混凝土的碳化深度增幅明顯減緩，碳化深度保持最小，為6.4mm ；碳化28天時，各組混凝土碳化深度持續增加，L5F15混凝土碳化深度為 11.2mm ，此時L15F5混凝土的碳化深度最小，為 8.6mm 。

2.5.2 碳化深度預測模型

混凝土的碳化深度是隨著碳化時間呈指數增長，碳化速率受 CO₂ 擴散進入混凝土孔隙這一過程控制[4]這一過程的推動力是 CO₂ 的濃度梯度。因此， CO₂ 需要通過已碳化的混凝土層進入混凝土內部[15]。

CO₂ 在混凝土孔隙中的擴散遵循Fick第一擴散定律[]，如式（1）所示。

式中， N_c02 表示 CO₂ 在混凝土中的擴散通量，mol/（m²?s） ： D_co2 為 CO₂ 在混凝土中的擴散系數， m²/s ：C_co2 表示環境中 CO₂ 濃度， mol/m³ x 表示距離混凝土表面的深度， m 。

張譽等根據Papadakis提出的碳化模型的理論推導過程，結合實驗室實驗結果，也推導出相關碳化模型，如式（2）所示。

式中， F 為混凝土碳化 χ_t 天的碳化深度， mm RH為相對濕度， % ； ω 為水灰比； C 為水泥用量，kg/m³ ； u_?0 為 CO₂ 的體積分數， % ；k為回歸系數，不同模型的區別由 k 的取值方式決定； Φ_t 為碳化時間，d; γ_HD 為水泥水化程度修正系數，90天時為1.0，28天時為0.85； γ_c 為水泥品種修正系數，取1.0。

混凝土碳化深度實驗結果如表3。選用式（2）對實驗數據進行擬合，擬合情況如圖11和圖12所示，擬合結果見表4。由圖11、圖12、表3和表4可知，摻入白泥會降低混凝土抗碳化性能，L20混凝土的抗碳化性能最差；擬合結果 R²gt;0.93 ，相關性良好。

Table3 Carbonationdepthofconcrete

由表4可知，白泥的摻入會使式（2）中的 k 有所增加，說明白泥的摻入提高了混凝土的碳化深度，且碳化深度隨白泥摻量的增大呈上升的趨勢。為進一步探究白泥摻量對混凝土抗壓強度的影響，建立混凝土理論碳化深度 D_ι 隨白泥摻量 u 及碳化時間 Φ_t 變化的關系。從而建立關系式，如式（3）所示。

使用軟件對數據進行擬合，得到式（4）。理論碳化深度擬合系數達0.88545，具有較高的相關性。

圖11白泥混凝土碳化深度與白泥摻量的關系

Fig.11Relationship betweenthecarbonationdepth of lime mudconcreteand theamountof limemudadded

圖12白泥-粉煤灰二元復摻混凝土碳化深度與白泥、粉煤灰摻量的關系

Fig.12Relationship between the carbonation depth of binarycompositeconcretemade fromlimemudandflyashand the proportions of limemud and flyash

表4混凝土碳化深度回歸系數

Table4Regressionindexcarbonationdepthofconcrete

圖13不同混凝土FESEM圖

Fig.13FESEM images of different concrete

2.6 微觀形貌分析

分別取摻有 5% 、 10% 、 15% 和 20% 的齡期28天的白泥混凝土進行FESEM表征，結果如圖 13（a）～ 圖13（e）所示。從圖13（a）可見，摻入 5% 白泥的白泥混凝土中出現團狀的 CaCO₃ 與 Ca（OH）₂ ，削弱了膠凝材料的黏結性，進而降低了混凝土的抗壓強度；摻入10% 白泥的白泥混凝土中孔隙較少，界面過渡區有一定改善，這可能是在水化過程中白泥促進了碳鋁酸鹽及堿式碳酸鹽的形成[18]，因此幾乎沒有片狀和柱狀的 Ca（OH）₂ 晶體；當白泥摻量達 15% 后，白泥混凝土結構里出現明顯的孔隙，結構相對松散，顆粒之間有大量的纖維狀水化產物，且亂向分布，密度過大，形成了空間網絡空包，對強度起負面作用，這與過多的白泥物理吸附水而影響水化過程有關；而白泥摻量達 20% 時，由于白泥顆粒本身存在較多微觀孔隙，結構密實度下降，晶體表面不規則，進而難以與水化C-S-H形成良好的黏結，在水化后期（28天以后）無法提供足夠的強度，導致白泥對混凝土的劣化愈發嚴重。

白泥-粉煤灰二元復摻混凝土的微觀形貌如圖13（f）～圖13（h）所示。從圖13（f）～圖13（h）可以看出，L5F15混凝土中有大量絮狀物C-S-H產生，有少量針織狀晶體鈣礬石，且有少量未反應的粉煤灰顆粒被凝膠材料包裹，膠凝材料間裂紋少，說明其強度發展良好；L10F10混凝土的FESEM圖可看到粉煤灰顆粒被凝膠材料包裹，有少量層狀或板狀 Ca（OH）₂ 晶體產生，且有少量針織狀晶體鈣礬石，混凝土基體微觀結構較為密實；L15F5混凝土的FESEM圖可看出存在蜂窩狀的膠凝產物，有許多貫穿的裂紋且裂紋寬度較大，同時存在大量小孔洞，結構松散，說明其密實度低，不利于混凝土的強度發展，這是因為白泥替代水泥的量較多，稀釋了混凝土基體中膠凝材料，導致水化反應產生較少的絮狀物，黏結不夠緊密，凝膠材料堆積松散，最終導致混凝土性能降低。

3結論

3.1將白泥作為摻料制備混凝土時，由于最大摻量受混凝土設計強度和所處環境的限制，白泥最佳摻量為 10% ，該摻量下白泥混凝土的力學性能與耐久性能與普通硅酸鹽水泥混凝土差異較小。

3.2白泥替代普通硅酸鹽水泥制備的混凝土的耐久性能較差，但早期抗壓強度較好，且白泥發揮填充效應時能夠降低混凝土孔隙率。

3.3白泥作為活性較低的摻料，精度可以有效阻止團聚現象，但由于白泥的微觀缺陷，導致其摻入混凝土后并未表現出較好的優勢，后續研究可以從改性白泥的方向入手，更大程度地激發白泥的活性與功能，使白泥表現出更大的優越性。

3.4摻入粉煤灰促使的二次水化反應有限，減少了混凝土水化產物C-H-S凝膠的生成，進一步降低了混凝土內部吸附氯離子的能力，從而降低了混凝土抗氯離子滲透性能。

參考文獻

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