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(xué)、合理和安全地應(yīng)用石灰石粉，以達(dá)到節(jié)能利廢，同時(shí)產(chǎn)生良好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益，本文開(kāi)展了“水泥-石灰石粉膠凝體系特性研究”，為構(gòu)建石灰石粉基膠凝材料的制備與應(yīng)用技術(shù)體系提供理論和試驗(yàn)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(gè)三元體系的水化特性和相關(guān)規(guī)律 1)XRD、TG-DSC、IRS微觀測(cè)試和量熱分析表明，CaCO3

2、促進(jìn)了C3S早期水化，阻礙了其后期水化；CaCO3的加入并未導(dǎo)致C3S水化產(chǎn)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(dǎo)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(chǔ)上，構(gòu)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(cè)說(shuō)明，CaCO3對(duì)

3、C3A的水化產(chǎn)物C3AH6的生成有抑制和加速雙重效應(yīng)，水化初期表現(xiàn)為抑制作用，隨著水化的進(jìn)行，逐漸轉(zhuǎn)為加速作用；CaCO3抑制了C4AH13和C2AH8的出現(xiàn)，并導(dǎo)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(zhuǎn)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(zhǎng)厚

4、片狀，隨后逐漸向長(zhǎng)棒狀轉(zhuǎn)變，水化至28d，已轉(zhuǎn)變成細(xì)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(zhì)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(chǎn)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(shí)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(shí)間延長(zhǎng)；CaCO3提高了鈣礬石的穩(wěn)定性；通過(guò)量熱分析，揭示了CaCO3和CaSO4·2H2O共同作用下C3A水化放熱特點(diǎn)，其表現(xiàn)為第一放熱峰之后新增加了兩個(gè)放熱峰。 3.研究了工程應(yīng)用實(shí)際體系-水泥-石灰石粉膠凝體系的水化特性及孔結(jié)

6、構(gòu) 1)通過(guò)XRD、TG-DSC和量熱微觀測(cè)試分析得出，水泥-石狄石粉膠凝體系水化產(chǎn)物和水化速度與兩個(gè)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(duì)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(dǎo)期縮短，提前大約40分鐘進(jìn)入加速期；石灰石粉使單位質(zhì)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(zhǎng)，石狄石粉使水泥漿體孔結(jié)構(gòu)由小孔向大孔轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生了孔粗化效應(yīng)；增大石灰石粉的細(xì)度和減小水膠比有利于改善硬化漿體孔結(jié)構(gòu)。 4.研究了水泥-石灰石粉膠凝材料的物理力學(xué)性能 1)隨石灰石粉摻量增加，漿體流動(dòng)度減小，砂漿和混凝土的流動(dòng)度增大，凝結(jié)時(shí)間縮短；隨石灰石粉細(xì)度增加，漿體、砂漿和混凝土流

8、動(dòng)度增大，凝結(jié)時(shí)間縮短。 2)石灰石粉對(duì)水泥早期水化的促進(jìn)作用，提高了水泥混凝土早期強(qiáng)度，而石灰石粉對(duì)水泥混凝土的孔粗化效應(yīng)導(dǎo)致其后期強(qiáng)度低于基準(zhǔn)強(qiáng)度。1d、3d和7d齡期時(shí)，隨石灰石粉摻量增加，水泥混凝土強(qiáng)度呈先增加后下降的趨勢(shì)，石灰石粉摻量為10％，增強(qiáng)其早期強(qiáng)度效果最明顯，石灰石粉摻量超過(guò)20％時(shí)，對(duì)早期強(qiáng)度沒(méi)有改善作用。28d齡期時(shí)，摻有石灰石粉的水泥混凝土強(qiáng)度全部低于基準(zhǔn)強(qiáng)度，石灰石粉摻量愈高，其強(qiáng)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(kāi)裂、表面軟化、脫落和潰爛。在單因素(硫酸鹽)作用下，6個(gè)月時(shí)，已造成水化產(chǎn)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(gè)月左右時(shí)，膠凝材料中主要有CaAl2(CO3)2(OH)4·6H2O和氯鋁酸鈣過(guò)渡產(chǎn)物產(chǎn)生，并有較大量的

10、石膏生成。20個(gè)月時(shí)，CaAl2(CO3)2(OH)4·6H2O和氯鋁酸鈣已分解，并產(chǎn)生了易溶于水的CaCl2。其早期破壞主要因石膏結(jié)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(dǎo)致腐蝕加劇。 2)無(wú)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