辅助性胶凝材料粒度分布对水泥性能的影响

摘要

大量的工业冶金废渣和燃煤飞灰具有潜在的水化活性，可作为辅助性胶凝材料生产复合水泥。传统的水泥行业都是采用熟料和辅助胶凝材料混合粉磨的方式制备复合水泥，由于熟料和辅助性胶凝材料易磨性差异大，造成水泥中各组分颗粒分布不合理，生产的复合水泥普遍存在早期强度低、凝结时间长和掺量低等问题。因此，研究辅助性胶凝材料粒度分布对水泥基材料性能的影响对于高效利用辅助性胶凝材料的水化活性、提高复合水泥性能非常重要。
　　本文选取低钙粉煤灰和 Si-Mn矿渣两种辅助性胶凝材料，通过旋风分级机分别将粉煤灰和 Si-Mn矿渣精确分为细、中、粗（D50=5.06μm、15.63μm、35.01μm及 D50=6.87μm、17.85μm、56.4μm）三个粒度区间。实验系统研究了粉煤灰和 Si-Mn矿渣粒度、掺量对水泥砂浆力学性能和抗化学侵蚀性能的影响，并探讨了粉煤灰和 Si-Mn矿渣粒度分布对水泥浆体水化产物、水化热、微观结构及化学侵蚀水化产物的影响。研究结论如下：
　　（1）细粒度区间粉煤灰具有更高的CaO、SO3、碱性氧化物和烧失量，不同粒度粉煤灰颗粒矿物组成基本一致；随着粉煤灰粒径的增加，表面光滑的球形颗粒减少。随着 Si-Mn矿粉粒径的增加， SiO2、Al2O3和 SO3含量减少，而 CaO、MnO、BaO和 TiO2含量增加；石英和铝酸钙衍射峰强度随 Si-Mn矿粉粒径增加而减小；越粗的Si-Mn矿渣颗粒由更多棱角分明、表面密实的颗粒组成。
　　（2）粉煤灰水泥砂浆随着粉煤灰掺量的增加，各龄期强度都下降。而细粒度和中粒度 Si-Mn矿渣水泥后期胶砂强度随着矿渣掺量增加而增加。随着粉煤灰和 Si-Mn矿渣颗粒粒径的减小，水泥砂浆的各龄期强度增加。
　　（3）粉煤灰和 Si-Mn矿渣颗粒粒度对水泥浆体孔结构分布有显著影响，随着粉煤灰和 Si-Mn矿渣粒径的减小，水泥浆体最可几孔径减小。
　　（4）粉煤灰的掺入抑制了水泥水化放热速率和累积放热量，水化12h左右，各水泥浆体出现了明显的加速期放热速率峰，且细粒度粉煤灰水泥的放热速率峰值明显高于中和粗粒度粉煤灰水泥浆体。水化120h时，随着粉煤灰粒径减小，水泥浆体累积放热量都明显增加。Si-Mn矿渣颗粒的掺入明显促进了水泥水化早期和水化后期的水化速率，且细粒度 Si-Mn矿粉水泥具有更高的水化速率。水化24h内，硅酸盐水泥的累积放热量明显高于Si-Mn矿粉水泥，各粒度 Si-Mn矿粉水泥累积放热曲线几乎一致。水化24h以后， Si-Mn矿渣水泥累积放热量大幅度增加且随 Si-Mn矿粉粒径减小，水泥累积放热量增加幅度越大。
　　（5）水化3d时，不同粒度粉煤灰和 Si-Mn矿渣水泥浆体 Ca(OH)2峰的强度无明显差异；水化60d时，随着粉煤灰和 Si-Mn矿渣粒径的减小， Ca(OH)2峰的强度降低。细，中粒度区间 Si-Mn矿渣和粉煤灰颗粒能有效降低 Ca(OH)2含量。越细的粉煤灰颗粒和 Si-Mn矿渣颗粒其表面生成的水化产物越多且粉煤灰颗粒表面水化生成的是一种Ca/Si=0.74的C-S(Al)-H凝胶，Si-Mn矿渣颗粒表面水化生成的是一种Ca/Si=1.54的C-S（Al， Mg）-H凝胶。
　　（6）粉煤灰和 Si-Mn矿渣水泥砂浆分别在硫酸盐中侵蚀28d和60d时抗蚀系数达到最大值。水泥各龄期抗蚀系数随粉煤灰和 Si-Mn矿渣颗粒粒径的减小而增加，细、中粒度粉煤灰和 Si-Mn颗粒能有效提高的水泥抗硫酸盐侵蚀性。粉煤灰水泥砂浆在模拟海水中，随侵蚀龄期的延长，其抗蚀系数持续增加，而 Si-Mn矿渣水泥砂浆侵蚀28d龄期时抗蚀系数出现最大值。随着粉煤灰和 Si-Mn矿渣粒径的减小，各龄期抗蚀系数都明显增加。
　　（7）硫酸盐侵蚀初期，水泥浆体生成的石膏和钙矾石晶体衍射峰并不明显。侵蚀150d时，随着粉煤灰和 Si-Mn矿渣粒度减小，水泥浆体中钙矾石和石膏衍射峰强度降低。水泥浆体在模拟海水中侵蚀产物主要为 Ca4Al2O6Cl2·10H2O（Friedel’s盐），侵蚀28d时，粉煤灰和 Si-Mn矿渣粒度对侵蚀水化产物 Friedel’s盐生成量无明显影响；侵蚀150d时，随着粉煤灰和 Si-Mn矿渣粒径的减小，Friedel’s盐衍射峰强度降低。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究内容

1.4 课题研究技术路线及创新点

2 粉煤灰粒度分布对水泥力学性能和微观结构的影响

2.1 引言

2.2 实验

2.3 实验结果和分析

2.4 本章小结

3 Si-Mn矿渣粒度分布对水泥力学性能和微观结构的影响

3.1 引言

3.2 实验

3.3 实验结果和分析

3.4 本章小结

4 粉煤灰粒度分布对水泥耐久性的影响及侵蚀水化产物分析

4.1 引言

4.2 实验

4.3 实验结果和分析

4.4 本章小结

5 Si-Mn 矿渣粒度分布对水泥耐久性的影响及侵蚀水化产物分析

5.1 引言

5.2 实验

5.3 实验结果和分析

5.4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的成果