硅酸鹽-硫鋁酸鹽復合體系水泥研究.pdf

1、水泥的生產(chǎn)和水泥混凝土的應用為基礎設施建設帶來了巨大的變化，也為全人類社會經(jīng)濟發(fā)展奠定了雄厚的基礎。在我國2004年的水泥年產(chǎn)量已超過9億噸，約占世界水泥產(chǎn)量的50％。隨著我國經(jīng)濟建設的跨越發(fā)展及基礎設施建設的高速增長，對水泥的需求仍有進一步的增長。然而，水泥的生產(chǎn)需要消耗大量的自然資源和能源。例如生產(chǎn)1t水泥需要1.3t的石灰石、0.3t的黏土質材料。水泥熟料生產(chǎn)的平均熱耗為4000KJ/Kg，而綜合電耗則達到120KW·h/t。此外

2、，每生產(chǎn)1t水泥熟料還會產(chǎn)生1t左右的二氧化碳。 水泥及水泥混凝土在當今社會具有不可替代的位置，而困擾全球的資源短缺及環(huán)境污染又與水泥的生產(chǎn)直接有關。長期以來人們一直努力采取多種措施走水泥生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的道路，而最大限度地改善水泥的性能，以用最少的水泥用量滿足高性能水泥混凝土的要求，則是國內(nèi)外專家學者、政府部門科研生產(chǎn)和施工企業(yè)達成的共識。 水泥是建筑施工中所用的膠凝材料的統(tǒng)稱，包括硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥等

3、系列。硅酸鹽系列水泥(PC)是應用廣泛的經(jīng)濟型建筑材料，而硫鋁酸鹽系列水泥(CSA)是具有我國自主知識產(chǎn)權的性能優(yōu)良的特種工程材料，兩個系列均具有自己獨特的礦物組成和性能特點，通過復合如能將其優(yōu)良性能組合，將是改善水泥性能的又一條途徑。本課題通過研究硅酸鹽-硫鋁酸鹽復合體系性能及水化硬化機理，并在與硅酸鹽系列水泥對比的基礎上，對其進行多方面的綜合評價，對于硅酸鹽-硫鋁酸鹽復合體系水泥的應用具有重要的指導意義，對于復雜體系水化理論的研究，

4、有一定的參考價值。 本論文運用了“均勻設計”的思想方法，在較大范圍內(nèi)設計了符合約束條件的實驗方案，保證了復合體系組成實驗的科學性和代表性。通過對所設計的實驗方案中不同配比試樣進行常規(guī)物理力學性能試驗，全面地研究了硅酸鹽水泥熟料—硫鋁酸鹽水泥熟料—石膏所組成的三元復雜系統(tǒng)中材料組成與性能之間的關系。在靠近硅酸鹽的P區(qū)以組成配比為PC熟料：CSA熟料：石膏=86.4％：4.5％：9.1％的P3試樣綜合性能最佳。另外，有快凝特點的P2

5、、P15、P16可以滿足有快硬要求的特殊工程，其中又以P2最為經(jīng)濟。在靠近硫鋁酸鹽的C區(qū)，可以通過調整材料組成，在較大范圍內(nèi)調整其凝結時間和強度，滿足不同的工程需要。研究結果表明，在硫鋁酸鹽水泥熟料中，加入10％以下的硅酸鹽水泥熟料和15％以下的石膏，可以得到強度持續(xù)發(fā)展的早強高強型復合水泥材料；在硫鋁酸鹽水泥熟料中，加入10-20％的硅酸鹽水泥熟料和5-15％的石膏，可以得到強度持續(xù)發(fā)展的快凝早強型復合水泥材料。 在基本了解了

6、組成與性能關系的基礎上，本論文還研究了原材料特性及體系顆粒尺寸分布對復合體系性能的影響規(guī)律，并分析了原材料特性影響復合體系性能的原因。研究結果說明了復合體系性能的絕對值與原材料特性尤其是PC熟料的特性密切相關，但是隨組成的變化規(guī)律是一致的。組成及原材料相同時，體系顆粒分布對其性能有較大的影響。 在對復合體系水泥宏觀性能研究的基礎上，通過對復合體系水泥水化漿體進行X-射線衍射、差熱/熱重、掃描電子顯微鏡等測試分析，研究了復合體系水

7、泥水化產(chǎn)物的組成和微觀結構。與此同時，還對其水化過程的水化放熱行為、漿體電阻率變化、交流阻抗響應等熱電特性進行了測試，并結合水泥化學的有關理論，對復合體系水泥的異常凝結行為給予了解釋，深入討論了復合體系水泥的水化硬化機理。 最后對復合體系水泥在實際工程應用中必然要遇到的與粉煤灰的相容性問題以及復合體系水泥混凝土的工作性、耐久性和力學性能進行了試驗研究。研究結果證明，復合體系對粉煤灰水化有良好的促進作用。與硅酸鹽水泥混凝土相比，用

8、復合體系水泥配制的混凝土，有較好的工作性能、力學性能，大部分耐久性指標也優(yōu)于硅酸鹽水泥混凝土。 本論文的研究特色在于，運用“均勻設計”思想方法進行實驗方案設計，在較大范圍內(nèi)全面系統(tǒng)地研究了全新的硅酸鹽-硫鋁酸鹽復合體系組成與性能的關系，并比較了不同特性原材料對復合體系性能的影響；本論文首次深入討論了硅酸鹽-硫鋁酸鹽復合體系水泥的水化硬化機理；對復合體系-粉煤灰混合系統(tǒng)和復合體系水泥混凝土進行了研究，為復合體系水泥的應用奠定了理論