混合材料的粒度分布对水泥性能影响的研究

摘要

水泥混合材料一般为具有一定潜在水化活性的胶凝性材料，在水泥的水化、硬化过程中，主要表现为改变水泥熟料水化过程，有利于提高硬化浆体的结构致密度，改善水泥性能、从而提高硬化浆体的各龄期强度。水泥生产中掺加混合材料已经成为水泥行业节能减排，发展绿色水泥的重要途径。然而，水泥混合材料的水化活性相对较低，掺入量较大时，会影响水泥的早期强度。另外，混合材料的粉磨细度及其粒度分布对于水泥粉磨电耗及其各龄期强度具有重要的影响，因此，研究和探索混合材料与水泥熟料之间合理的粒度分布匹配对于充分发挥混合材料的潜在水化活性、提高水泥的力学性能及其他性能具有重要的意义。
　　本文选取矿渣、粉煤灰、石灰石三种常用的水泥混合材料，分别粉磨制备了5个不同细度及粒度分布的粉体试样，试验研究了各粉体掺入量对水泥性能的影响，并结合硬化浆体的孔结构特征参数，运用灰色系统理论研究分析了混合材料的粒度分布与水泥各龄期强度之间的关联度与关联极性，以期发现混合材料粒度分布对水泥性能的影响规律，优化混合材料与水泥熟料之间的粒度分布匹配。研究结果表明，三种混合材料的粒度分布显著地影响水泥各龄期强度。
　　粒径＜11μm的颗粒含量为59.33％～77.31％时的矿渣微粉掺入量为30％时，水泥各试样的标准稠度需水量无明显变化;初凝时间、终凝时间缩短30min以上;水泥3d、28d抗折强度提高10％以上，抗压强度提高7％以上。矿渣微粉粒度区间与硬化水泥石抗压强度之间关联度的计算结果表明:0～23μm的矿渣微粉颗粒对水泥3d、28d抗压强度起增进作用;＞23μm的矿渣微粉颗粒对水泥的3d、28d抗压强度起削弱作用。0～5μm、5～11μm的矿渣微粉颗粒含量分别是矿渣水泥3d、28d抗压强度的最强影响因子。此外，掺入矿渣微粉的矿渣水泥各试样浆体中无害孔、少害孔呈明显增大趋势，多害孔显著降低，无害孔数量增大6.63％，少害孔数量增大11.01％，多害孔数量减少21.6％。
　　粒径＜10μm的颗粒含量为33.1％～59.3％时的粉煤灰掺入量为10％时，水泥各试样的标准稠度需水量增加约3％以上，初凝时间、终凝时间降低约14％，水泥3d、28d抗折强度提高8％以上，3d、28d抗压强度提高11％以上。通过粉煤灰粒度分布与粉煤灰水泥抗压强度之间的关联度及关联极性计算得到:0～33μm的粉煤灰颗粒含量对水泥3d、28d抗压强度起增进作用;＞33μm的粉煤灰颗粒含量对水泥3d、28d抗压强度起削弱作用。0～5μm、5～10μm的粉煤灰颗粒含量分别是粉煤灰水泥3d、28d抗压强度的最强影响因子。10％粉煤灰的掺入，使得试样F1～F5水泥浆体的无害孔数量增加12.24％，少害孔数量增加12.11％，有害孔数量减少10.83％，多害孔数量减少13.51％。
　　粒径＜11μm的颗粒含量为51.7％～83.3％时石灰石粉掺入量为5％时，水泥各试样的标准稠度需水量降低约4％，初凝时间、终凝时间降低约15％，水泥的3d、28d抗折强度提高10％以上，3d、28d的抗压强度增长6％以上。关联度计算结果显示:0～23μm的石灰石粉颗粒对水泥3d、28d抗压强度起增进作用，＞23μm石灰石粉颗粒对水泥的3d、28d抗压强度起削弱作用。5～11μm、0～5μm的石灰石粉颗粒含量分别是石灰石水泥3d、28d抗压强度的最强影响因子。10％磨细石灰石粉的掺入，导致试样S1～S5水泥浆体的无害孔数量减少12.4％，少害孔、有害孔的数量分别增加9.28％、8.14％，多害孔的数量减少4.32％。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的目的和意义

1．1．1 水泥生产中的污染及能耗

1．1．2 混合材料粒度分布对水泥性能影响的研究意义

1．2 混合材料粒度分布对水泥性能影响的研究现状

1．2．1 水泥混合材料的定义

1．2．2 水泥熟料粒度分布对水泥强度的影响

1．2．3 矿渣微粉粒度分布对水泥性能的影响

1．2．4 粉煤灰粒度分布对水泥性能的影响

1．2．5 石灰石粉粒度分布对水泥性能的影响

1．3 主要研究内容

第二章 实验

2．1 实验原料

2．1．1 水泥熟料、矿渣、粉煤灰、石灰石

2．1．2 标准砂

2．2 实验设备

2．3 实验方案及技术路线

2．3．1 实验方案

2．3．2 实验技术路线

2．3．3 水泥物理性能测定

2．3．4 比表面积和粒度分布测定

2．3．5 孔结构特征参数的测定

2．4 本章小结

第三章 混合材料粒度分布对水泥物理性能的影响

3．1 实验方案

3．2 实验结果

3．2．1 矿渣微粉粒度分布对水泥性能影响测试结果

3．2．2 粉煤灰粒度分布对水泥性能影响测试结果

3．2．3 石灰石粉粒度分布对水泥性能影响测试结果

3．3 本章小结

第四章 灰色系统理论研究

4．1 灰色系统理论基本原理

4．2 矿渣微粉粒度分布与水泥强度的灰色关联分析

4．3 粉煤灰粒度分布与水泥强度的灰色关联分析

4．4 石灰石粉粒度分布与水泥强度的灰色关联分析

4．5 本章小结

第五章 混合材粒度分布对孔结构特征的影响

5．1 压汞法测孔结构参数的基本原理

5．2 水泥基材料孔的分类

5．3 实验结果

5．3．1 矿渣微粉粒度分布对孔结构特征参数的影响

5．3．2 粉煤灰粒度分布对孔结构特征参数的影响

5．3．3 石灰石粉粒度分布对孔结构特征参数的影响

5．4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

附录