硅酸盐-硫铝酸盐复合体系水泥研究

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1、摘要摘要水泥的生产和水泥混凝土的应用为基础设施建设带来了巨大的变化，也为全人类社会经济发展奠定了雄厚的基础。在我国2004年的水泥年产量已超过9亿吨，约占世界水泥产量的50％。随着我国经济建设的跨越发展及基础设施建设的高速增长，对水泥的需求仍有进一步的增长。然而，水泥的生产需要消耗大量的自然资源和能源。例如生产lt水泥需要1．3t的石灰石、0．3t的黏土质材料。水泥熟料生产的平均热耗为4000KJ／Kg，而综合电耗则达到120KW·h／t。此外，每生产1t水泥熟料还会产生lt左右的二氧化碳。水泥及水泥混凝土在当今社会具有不可替代的位置，而困扰全球的资源短缺及环境污染又与水泥的生

2、产直接有关。长期以来人们一直努力采取多种措施走水泥生产可持续发展的道路，而最大限度地改善水泥的性能，以用最少的水泥用量满足高性能水泥混凝土的要求，则是国内外专家学者、政府部门科研生产和施工企业达成的共识。承淀怒建襞戆互孛爨瘸静菠凝枣砉糕数统称，镪锤硅酸薤拳嚣、铝酸蛰水泥、硫锅酸盐水泥等系列。硅酸盐系列水泥(Pc)是应用广泛的缀济型建筑材料，而硫韬黢盐系列水泥(CSA)是其有我国自主知识产权的性能优良的特种工程材料，两个系列均其毒自瑟独特的矿物组成秘性能特点，潺过复会如§§将其饯良性能组合，将是改善水泥性能的叉一条途径。本课题通过研究硅黢盐一硫铝酸盐炭合体系性§§及零凭疆纯撬理，

3、势在毒硅酸盐系麓东混对魄戆基麓上，瓣其透嚣多方瑟的综合评价，对于硅酸盐一硫铝酸热复合体系水泥的应用舆有重要的指导意义，对手复杂体系承豫理论静研究，鸯一定静参考徐攮。本论文运用了“均匀设计”的恩想方法，在较太范围内设计了符合约柬条件的实验方案，保证了复合体系组成实验酶科学性和代表往。通过对所设计的实验方嶷中不同配比试样进行鬻规物理力学性自&试验，全耍地研究了硅酸盐水溅熟料一硫铝酸赫水泥熟料—石膏所组成的三元复杂系统中材料组成与性能之间的关系。在靠：i凌硅酸登豹p嚣赣缓残酝魄隽PC熬辩：eSA熬精；石蠢=86。4％：4，5％：9．1％的P3试样综食性能最佳。另外，有快凝特点的P2、

4、P15、P16可以满足有侠硬要求的特殊工程，其中又以P2最为经济。在靠近硫锅酸盐的C区，珂以通北京工业大学工学博士学位论文过调整材料组成，在较大范围内调整其凝结时间和强度，满足不同的工程需要。研究结果表明，在硫铝酸盐水泥熟料中，加入10％以下的硅酸盐水泥熟料和15％以下的石膏，可以得到强度持续发展的早强高强型复合水泥材料；在硫铝酸盐水泥熟料中，加入10—．20％的硅酸盐水泥熟料和5—15％的石膏，可以得到强度持续发展的快凝早强型复合水泥材料。在基本了解了组成与性能关系的基础上，本论文还研究了原材料特性及体系颗粒尺寸分布对复合体系性能的影响规律，并分析了原材料特性影响复合体系性能

5、的原因。研究结果说明了复合体系性能的绝对值与原材料特性尤其是PC熟料的特性密切相关，但是随组成的变化规律是一致的。组成及原材料相同时，体系颗粒分布对其性能有较大的影响。在对复合体系水泥宏观性能研究的基础上，通过对复合体系水泥水化浆体进行x一射线衍射、差热／热重、扫描电子显微镜等测试分析，研究了复合体系水泥水化产物的组成和微观结构。与此同时，还对其水化过程的水化放热行为、浆体电阻率变化、交流阻抗响应等热电特性进行了测试，并结合水泥化学的有关理论，对复合体系水泥的异常凝结行为给予了解释，深入讨论了复合体系水泥的水化硬化机理。最后对复合体系水泥在实际工程应用中必然要遇到的与粉煤灰的相

6、容性问题以及复合体系水泥混凝土的工作性、耐久性和力学性能进行了试验研究。研究结果证明，复合体系对粉煤灰水化有良好的促进作用。与硅酸盐水泥混凝土相比，用复合体系水泥配制的混凝土，有较好的工作性能、力学性能，大部分耐久性指标也优于硅酸盐水泥混凝土。本论文的研究特色在于，运用“均匀设计”思想方法进行实验方案设计，在较大范围内全面系统地研究了全新的硅酸盐．硫铝酸盐复合体系组成与性能的关系，并比较了不同特性原材料对复合体系性能的影响；本论文首次深入讨论了硅酸盐-硫铝酸盐复合体系水泥的水化硬化机理；对复台体系．粉煤灰混合系统和复合体系水泥混凝土进行了研究，为复合体系水泥的应用奠定了理论基础

7、和设计依据。关键词：水泥硅酸盐．硫铝酸盐复合体系性能水化机理一Ⅱ一Abstract扬ecementproductionandthec鲫曲fconcreteapplicationhasbroughtthehugechangefortheinfrastructureconstruction，andestablishedtheabundantfoundationfortheuniversesocialeconomydevelopment．In2004cementannaaloutputhassur