纳微米石粉对水泥基胶凝材料性能及微观结构的影响

摘要

石灰石粉矿资源丰富，由于自身结构条件，易磨性好，故本文采用立式搅拌磨湿磨制备颗粒级配良好的亚微米级石粉浆料，采用分散剂并辅以机械分散预处理后充当矿物掺合料替代少量的水泥掺入水泥基材料中，研究在使用过程中的工作性能、力学性能、微观结构和耐久性能等机理。 利用激光粒度和XRD分析不同湿磨时间处理后，石粉颗粒群分布和晶体变化，SEM观察湿磨过程中石灰石粉的颗粒形貌，pH和Zeta电位研究湿磨过程中石灰石粉浆料的碱度和分散状况，利用水化热、凝结时间、电阻率、流动度、抗压强度、SEM、XRD和毛细吸水率分析亚微米石粉和微米级石粉的掺入对水泥水化性能的影响，最后测试水泥基材料的7d自收缩、硫酸盐侵蚀的质量、强度损失和电通量。 实验结果表明：随着粉磨时间的延长，粒径分布变窄，处理时间到达80min时可见石粉表面疏松，整体粒度急剧下降，D（90）降至0.9μm，少部分颗粒达到纳米级别。超过80min时，粒径变化不明显但内部晶体结构改变，晶格收缩，表面具有巨大的自由能，在水泥浆体中可作为良好的晶格诱导水化。随着研磨时间的延长，溶液碱度上升，溶液中团聚趋势越明显。 亚微米石粉浆料的加入可缩短水泥诱导期，增加早期水化产物的生成速率，从而有效的缩短凝结时间，提升净浆的早期抗压强度，且随着龄期增加，提升强度逐渐降低。1d的水化SEM图可知亚微米石粉浆料表面有部分针棒状钙矾石和纤维状C-S-H等水化产物包裹，且随着超细颗粒的增加，试件表面水化产物钙矾石和C-S-H凝胶的数量肉眼可见增多，总体形貌愈发紧密。微米级石粉的表面有少许水化产物附着，但密集程度远不及亚微米级石粉表面。石粉的少量掺入并未改变水泥1d的水化产物。掺量为7%和10%时，随着石粉细度从微米级降至亚微米级，在早期均出现了单碳型水化碳铝酸钙。随着石灰石粉的掺入，钙矾石衍射峰逐渐明显。 掺亚微米级石粉可较好的降低试块的累积吸水量和后期吸水率，并且随着掺量的增加，累积吸水率降幅增大，改善纯水泥砂浆试块的密实性，但原粉均在一定程度上提高了试块的累积吸水率。小掺量的亚微米石粉较纯水泥砂浆可改善其7d自收缩，掺量达到7%及以上时，7d自收缩增加，并随着亚微米石粉掺量的增加，自收缩增加。而微米级石粉可有效的改善水泥基材料的7d自收缩。石灰石粉砂浆在溶液中浸泡3个月，没有观察到化学侵蚀，反而促进了试样质量和强度增长。石粉的掺入均增强试块的抗氯离子性能，亚微米石粉的效果更佳。 本文依托湖北省技术创新专项重大项目“基于纳微粒子-功能高分子耦合作用的装配式构件绿色制备技术”（2018AAA002）。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 微米石灰石粉

1.2.2 纳米石灰石粉

1.2.3纳米与微米碳酸钙复合

1.3 存在的主要问题

1.4 研究内容

第2章 原材料与试验方法

2.1 主要原材料

2.1.1 水泥

2.1.2 石灰石粉

2.1.3 减水剂、水和标准砂

2.2 实验方法

2.2.1 原材料物化特性测试

2.2.2 水泥基本性能实验

2.2.3 水化机理及微观结构测试方法

2.2.4 砂浆物理力学性能测试方法

2.2.5 混凝土耐久性实验方法

第3章 石粉-水泥基材料体系凝结时间和工作性能

3.1 湿磨原材料的物化性能

3.1.1 粒度分布

3.1.2 扫描电镜

3.1.3 X射线衍射

3.1.4 酸碱度和电动电位

3.2 流动度

3.3 凝结时间

3.4 本章小结

第4章石粉-水泥基材料体系力学性能及微观结构

4.1 早期水化热

4.2 净浆与砂浆抗压强度

4.2.1 净浆抗压强度

4.2.2 砂浆抗压强度

4.3 非接触式电阻率

4.4 扫描电镜分析

4.5 X射线衍射分析

4.6 28d毛细吸水率

4.7 本章小结

第5章石灰石粉-水泥基材料体系耐久性

5.1 7d自收缩

5.2 硫酸盐侵蚀的质量损失和强度损失

5.3 CL离子渗透

5.4 本章结论

第6章 结论与展望

6.1 本文主要结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢