阿利特-硫铝酸钡钙水泥早期水化与耐久性的研究

摘要

水泥是重要的建筑材料,但是随着社会的发展,水泥工业所面临的问题越来越多,对其性能的要求也越来越高.提高传统硅酸盐水泥的性能,满足现代建筑工程对水泥材料的多功能、高性能的要求,并达到节约能源、资源、保护环境的目的,实现水泥工业可持续发展,对国民经济与社会发展具有重要意义. 以阿利特(C3S)为主导矿物的硅酸盐水泥早期强度偏低,但后期强度稳步增长,硬化后水泥浆体会产生一定的收缩,而影响其性能;以硫铝酸钡钙(C<,2.75>B<,1.25>A<,3>S)为主导矿物的含钡硫铝酸盐水泥具有水化速度快、早期强度高等优点,而且在水化硬化过程中,硫铝酸钡钙矿物可产生体积微膨胀,部分抵消了水泥在水化过程中产生的收缩,减少了水泥浆体的微裂纹,提高了水泥的耐久性.本文采用XRD、SEM-EDS、ESEM、IR、水化热、孔结构分析等测试技术,研究了阿利特-硫铝酸钡钙水泥的早期水化及其耐久性.结论如下: 通过水化热和水化速率的研究表明,与硅酸盐水泥相同,阿利特-硫铝酸钡钙水泥的水化可分为五个阶段,即预诱导期、诱导期、加速期、减速期和稳定期.但该水泥体系的诱导期提前,且诱导期的持续时间缩短.在水化早期,水泥水化速率快,放热速率高,水化热高于同龄期硅酸盐水泥的水化热,其60h的水化热为280～300J/g,而硅酸盐水泥仅为220J/g.采用环境扫描电镜(Environmental Scanning ElectronMicroscope,ESEM)对该水泥体系连续水化过程进行了观察,发现在水化初期,在水泥颗粒表面即可观察到大量的短柱状钙矾石,并形成保护膜,产生诱导期;水化早期形成的C-S-H凝胶数量较少,在加速期才大量形成,最终成为花朵状结构;在减速期阶段,水化产物继续形成和生长,浆体结构致密化程度继续提高,水化18h后水泥熟料的表面和颗粒间空隙的大部分己被粒状的水化产物覆盖和充填;水化24h小时后,硬化浆体致密度较高,水化趋于稳定.阿利特一硫铝酸钡钙水泥与硅酸盐水泥水化产物基本相同,但其早期水化产物C-S-H数量较少,针柱状AFt的数量明显增多,并在水泥颗粒表面形成AFt保护膜,导致诱导期出现.诱导期的缩短可能与早期AFt的大量形成有关. 可以采用交流阻抗方法研究阿利特一硫铝酸钡钙水泥体系的水化过程,利用阻抗值、电阻率、相对介电常数等参数表征水泥的水化过程,通过Nyquist图研究硬化水泥浆体的微观结构变化.研究结果表明:随着水灰比的减少,硬化水泥浆体的总孔隙率降低,孔径变小,使得孔溶液通路的横截面积减小,从而导致溶液电阻R<,s>增加.同时,水灰比的降低也可导致水化反应速度减小,使R<,t>增大;随着石膏掺量的增加,水化早期形成的钙矾石量明显增多,由于钙矾石的膨胀特性,使得硬化水泥浆体更加致密,导致孔溶液通路的横截面积变小,使溶液电阻R<,5>增加.同时,浆体体积的膨胀,使得水化反应在动力学上越来越难进行,致使R<,t>逐渐增大. 对硅酸盐水泥、阿利特-硫铝酸钡钙水泥的耐久性进行了研究,结果表明:阿利特一硫铝酸钡钙水泥在水化硬化过程中,硫铝酸钡钙矿物可产生体积微膨胀,部分抵消了水泥在水化过程中产生的体积收缩,使该水泥体积稳定性提高.并且,随着石膏掺量的增加,其膨胀率增加,干缩率降低.随着养护龄期的延长,膨胀率、干缩率均减小:阿利特-硫铝酸钡钙水泥具有良好的抗渗性,硅酸盐水泥硬化浆体在1.0MPa水压下持续8h全部渗水,而阿利特-硫铝酸钡钙水泥均不透水;阿利特-硫铝酸钡钙水泥具有良好的抗冻性,在冻融循环的条件下,阿利特.硫铝酸钡钙水泥(B2试样)的60d抗压强度损失率仅为20.3﹪,而同龄期硅酸盐水泥的强度损失率则高达42.2﹪;阿利特-硫铝酸钡钙水泥具有良好的抗侵蚀性,普通硅酸盐水泥的抗蚀系数仅为0.94,而阿利特.硫铝酸钡钙水泥的抗蚀性系数均大于1.00,最高达到了1.45.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1选题的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1水化过程研究现状

1.2.2耐久性研究现状

1.3主要研究内容

1.4实验方案设计

第二章实验原料、设备和方法

2.1实验原料

2.2实验方法

2.3性能测试

第三章阿利特-硫铝酸钡钙水泥早期水化的研究

3.1水化热分析

3.1.1实验方案设计

3.1.2实验结果及分析

3.2硬化水泥浆体结构的ESEM分析

3.2.1实验方案设计

3.2.2水化放热速率分析

3.2.3早期水化产物形貌的ESEM分析

3.3水化产物分析

3.3.1水化产物的XRD分析

3.3.2水化产物的红外光谱分析

3.3.3水化产物的SEM-EDS分析

3.4本章小结

第四章阿利特-硫铝酸钡钙水泥早期水化过程交流阻抗谱的研究

4.1水泥基材料的典型阻抗谱及其分析

4.1.1水泥基材料的微结构和交流阻抗谱

4.1.2硅酸盐水泥的典型阻抗

4.1.3水泥基材料的阻抗谱的频率特征

4.2实验方案设计

4.2.1实验方案设计

4.2.2数据计算

4.3实验结果和分析

4.3.1水灰比对硬化水泥浆体的影响

4.3.2石膏掺量对硬化水泥浆体的影响

4.4本章小结

第五章阿利特-硫铝酸钡钙水泥胀缩性的研究

5.1膨胀性的研究

5.1.1实验方案设计

5.1.2实验结果和分析

5.2干缩性的研究

5.2.1实验方案设计

5.2.2实验结果

5.3本章小结

第六章阿利特-硫铝酸钡钙水泥耐久性的研究

6.1阿利特-硫铝酸钡钙水泥抗渗性的研究

6.1.1水泥的渗透机理

6.1.2实验方案设计

6.1.3实验结果和分析

6.2阿利特-硫铝酸钡钙水泥抗冻性的研究

6.2.1水泥净浆的冻害机理

6.2.2实验方案设计

6.2.3实验结果

6.3阿利特-硫铝酸钡钙水泥抗硫酸盐侵蚀性的研究

6.3.1硫酸盐腐蚀机理

6.3.2实验方案设计

6.3.3实验结果和分析

6.4本章小结

第七章结论与展望

参考文献

致谢

附录