水泥-石灰石粉膠凝體系特性研究.pdf

1、為在水泥混凝土中科學、合理和安全地應用石灰石粉，以達到節(jié)能利廢，同時產生良好的技術、經(jīng)濟和生態(tài)效益，本文開展了“水泥-石灰石粉膠凝體系特性研究”，為構建石灰石粉基膠凝材料的制備與應用技術體系提供理論和試驗依據(jù)。 本文主要工作和取得的研究成果如下： 1.系統(tǒng)研究了C3S-CaCO3-HaO和C3A-CaCO3-H2O兩個三元體系的水化特性和相關規(guī)律 1)XRD、TG-DSC、IRS微觀測試和量熱分析表明，CaCO3

2、促進了C3S早期水化，阻礙了其后期水化；CaCO3的加入并未導致C3S水化產物新相的生成，而主要使C3S水化歷程發(fā)生了改變，發(fā)現(xiàn)其表現(xiàn)規(guī)律為顯著壓縮了誘導期；25％CaCO3的摻入使C3S水化的第一放熱峰比純C3S的放熱峰明顯增高、變窄和前移，24h放熱量增加18.3％；在系統(tǒng)研究基礎上，構建了具有CaCO3加速特征的C3S-CaCO3-H2O體系水化歷程模型。 2)XRD、TG-DSC、IRS分析和SEM觀測說明，CaCO3對

3、C3A的水化產物C3AH6的生成有抑制和加速雙重效應，水化初期表現(xiàn)為抑制作用，隨著水化的進行，逐漸轉為加速作用；CaCO3抑制了C4AH13和C2AH8的出現(xiàn)，并導致半碳鋁酸鈣水化物(C3A·0.5CaCO3·0.5Ca(OH)2·11.5H2O)和單碳鋁酸鈣水化物(C3A·CaCO3·11H2O)的形成；半碳鋁酸鈣水化物出現(xiàn)在水化初期，水化1d后已全部轉變。單碳鋁酸鈣水化物從水化初期1h至28d一直穩(wěn)定存在，其形貌特征表現(xiàn)為早期呈長厚

4、片狀，隨后逐漸向長棒狀轉變，水化至28d，已轉變成細針狀；量熱分析發(fā)現(xiàn)，CaCO3致使C3A的水化放熱出現(xiàn)了有別于純C3A水化放熱的“雙峰”現(xiàn)象；30％CaCO3的摻入使24h單位質量C3A放熱量比純C3A的放熱量增加了2倍多。 2.研究了C3A-CaSO4·2H2O-CaCO3-H2O四元體系 由XRD和DSC分析得到，C3A-CaSO4·2H2O-CaCO3-H2O四元體系水化產物是C3AH6、C3A·CaCO3·1

5、1H2O、C3A'0.5CaCO3·0.5Ca(OH)2·11.5H2O、AFt和AFm；CaSO4·2H2O使C3AH6形成時間提前，延遲了單碳鋁酸鈣和半碳鋁酸鈣水化物的形成，半碳鋁酸鈣水化物穩(wěn)定時間延長；CaCO3提高了鈣礬石的穩(wěn)定性；通過量熱分析，揭示了CaCO3和CaSO4·2H2O共同作用下C3A水化放熱特點，其表現(xiàn)為第一放熱峰之后新增加了兩個放熱峰。 3.研究了工程應用實際體系-水泥-石灰石粉膠凝體系的水化特性及孔結

6、構 1)通過XRD、TG-DSC和量熱微觀測試分析得出，水泥-石狄石粉膠凝體系水化產物和水化速度與兩個三元體系C38-CaCO3-H2O、C3A-CaCO3-H2O和四元體系C3A-CaSO4·2H2O-CaCO3-H2O的規(guī)律基本相同。隨著石灰石粉摻量增加，單碳鋁酸鈣形成提前；石灰石粉延遲了鈣礬石的生成，對鈣礬石起到了穩(wěn)定作用；石灰石粉改變了水泥水化歷程，與純水泥水化放熱相比，10％石灰石粉的摻入致使第一放熱峰明顯增高、前移，

7、誘導期縮短，提前大約40分鐘進入加速期；石灰石粉使單位質量的水泥24h放熱量增加了8.5％。 2)MIP分析表明，隨水化齡期增長，石狄石粉使水泥漿體孔結構由小孔向大孔轉變，產生了孔粗化效應；增大石灰石粉的細度和減小水膠比有利于改善硬化漿體孔結構。 4.研究了水泥-石灰石粉膠凝材料的物理力學性能 1)隨石灰石粉摻量增加，漿體流動度減小，砂漿和混凝土的流動度增大，凝結時間縮短；隨石灰石粉細度增加，漿體、砂漿和混凝土流

8、動度增大，凝結時間縮短。 2)石灰石粉對水泥早期水化的促進作用，提高了水泥混凝土早期強度，而石灰石粉對水泥混凝土的孔粗化效應導致其后期強度低于基準強度。1d、3d和7d齡期時，隨石灰石粉摻量增加，水泥混凝土強度呈先增加后下降的趨勢，石灰石粉摻量為10％，增強其早期強度效果最明顯，石灰石粉摻量超過20％時，對早期強度沒有改善作用。28d齡期時，摻有石灰石粉的水泥混凝土強度全部低于基準強度，石灰石粉摻量愈高，其強度下降愈多。

9、 5.研究了水泥-石狄石粉膠凝體系的耐久性能 1)在硫酸鹽以及硫酸鹽+氯鹽的環(huán)境因素下，水泥-石灰石粉膠凝材料耐久性研究表明，其外觀破壞形式為試件開裂、表面軟化、脫落和潰爛。在單因素(硫酸鹽)作用下，6個月時，已造成水化產物碳鋁酸鈣分解，其破壞主要是由石膏膨脹和碳鋁酸鈣水化物分解共同造成的；在雙因素(硫酸鹽+氯鹽)作用下，6個月左右時，膠凝材料中主要有CaAl2(CO3)2(OH)4·6H2O和氯鋁酸鈣過渡產物產生，并有較大量的

10、石膏生成。20個月時，CaAl2(CO3)2(OH)4·6H2O和氯鋁酸鈣已分解，并產生了易溶于水的CaCl2。其早期破壞主要因石膏結晶引起體積膨脹造成的，后期破壞主要由石膏以及CaAl2(CO3)2(OH)4·6H2O和氯鋁酸鈣分解和CaCl2溶解共同造成并導致腐蝕加劇。 2)無論是在單因素還是在雙因素作用下，石灰石粉都加速了水泥基材料的腐蝕破壞，并隨石灰石粉摻量增加，其劣化加重。但在雙因素作用下，氯鹽的存在使試件在腐蝕前后期