[973]高性能水泥制备和应用的基础研究

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1、项目名称：高性能水泥制备和应用的基础研究首席科学家：陈益民中国建筑材料科学院许仲梓南京工业大学起止年限：2004年6月至2006年8月依托部门：中国建筑材料科学研究院一、研究内容和课题设置1.项目计划任务书原定内容高胶凝性水泥熟料体系：高C3S含量的熟料相体系研究：将C3S含量由50—60%提高到70%以上，以适应制备高强度水泥和高的混合材料掺加量。研究重点在于C3S形成的动力学，包括矿化剂作用下的成核和晶体晶格畸变及其对晶体生长的影响，水泥熟料矿物体系在急速升温、降温条件下的固相、液相化学反应。含高胶凝性矿相的水泥熟料体系（阿利特—硫铝酸盐体系）研究：

2、在传统的硅酸盐水泥熟料相体系中引入等具有早强高强性能的矿相，以取代C3A，获得一个新的具有高胶凝性的水泥熟料矿相体系。研究重点在于加速C3S形成的动力学和延缓分解的动力学、二者共存条件和机理、各熟料矿物之间的最优匹配。阿利特和贝利特相晶体结构调整与激活机理，化学组成与结构介稳程度的关系。特别是在高C3S体系中掺杂和改变热历史促使C3S晶体由板状结构转向树枝状高活性C3S晶体的机理。复合增强熟料体系及其性能互补理论：在传统的硅酸盐水泥熟料基础上，复合其它相体系的水泥熟料，实现高强高耐久的原理研究。包括(1)与—C2S—C4AF—CaSO4体系的硫铝酸盐熟料

3、和铁铝酸盐熟料复合的原理，(2)与L相—CA—CXP体系的磷铝酸盐熟料复合的原理，(3)与硅酸盐体系的超高铁铝酸盐熟料及高贝利特熟料复合的原理。重点研究不同熟料复合的相容性条件和原理，克服性能劣化的方法和机理，实现各优势性能叠加。性能调节型辅助性胶凝材料活化的化学与物理：高性能水泥与水泥基材料中将含有性能调节型辅助胶凝组份作为其重要组份，研究重点是：从粉煤灰、煤矸石、赤泥、钢渣、磷渣以及矿渣等辅助性胶凝材料的本质特性出发，研究它们与潜在胶凝性的相关性，探索具有潜在活性的CaO-MgO-Al2O3-SiO2系玻璃态材料、具有火山灰活性的硅铝酸盐玻璃体、非熟

4、料介稳结晶态组分的充分激活的条件和激发机理、多种性能调节型组分在水泥中复合效应和功能叠加理论，诸组分颗粒微细化的力化学理论，辅助性胶凝材料与硅酸盐水泥、化学外加剂等的相互适应性，研究主要水化产物的化学组成和微观结构特征，在水泥基材料构形成和演变中的作用，以及改善水泥基材料的力学性能和耐久性的作用机理等。高性能水泥水化机理和水泥石结构优化：高胶凝性熟料、复合熟料以及含性能调节型辅助胶凝组份制成的水泥水化过程和机理，体系液相组成及其对性能调节型组份的激发机理，各个组份溶解、扩散过程动力学及性能调节型组份的表面反应动力学，特别是要对辅助性胶凝组份在水泥基材料中

5、的作用机理进行系统的研究。C-S-H凝胶的结构随体系原始组成的变化规律，包括C/S比例、S/H比例的变化规律及其对性能的影响;尤其是性能调节性辅助性胶凝组份对其影响。水泥水化产物的类型、分布与调整原理，特别是水化体中AFt、AFm、CH等晶体和CSH凝胶体的比例和时空分布随原始组成的变化规律；水化物与未水化粒子的最优匹配及界面结构演变过程。高胶凝性熟料及复合化（包括熟料相的复合、性能调节材料的复合等）条件下产生的水泥石结构形成过程，性能调节型组份对该过程的优化机理。包括各相之间的连生、键合及结构形成与密实化过程；硬化体的孔结构演变与调整原理；水泥石多相、

6、多孔、多尺度精细结构与宏观行为之间的关系。研究辅助性胶凝材料、水胶比等因素对水泥石体积稳定性、尤其是早期的体积稳定性的影响，研究重点是从大掺量辅助性胶凝材料和较低水胶比体系的水泥基材料的组成、结构特征和力学性能等特性出发，研究水泥基材料在不同环境条件下的收缩机理，体积稳定性的影响，研究改善水泥基材料体积稳定性的有效措施及作用机理。高性能水泥基材料的环境行为和失效机理：主要研究高性能水泥在各个环境因素复合作用下的破坏机理。水泥基复合材料由大量不同形态、不同功能增强体（如砂石、钢筋、纤维等）组成。因此要研究高性能水泥水化物与增强体之间的界面反应与界面结构；研

7、究高性能水泥石和水泥基材料在不同服役条件下的环境行为、结构演变和失效机理，如CO2、SO42-、Cl-和其它侵蚀性介质（海水或其它化学溶液）与水泥水化物的化学反应，冻融循环作用等，提出改善水泥环境行为和提高耐久性的措施和机理。（具体说明每个课题的主要研究内容、目标、承担单位、课题负责人及主要学术骨干、经费比例等）第一课题：高胶凝性水泥熟料矿物体系的研究（经费27.2%）高胶凝性水泥熟料矿物体系是制备高性能水泥的关键组分，起到主要的胶结作用。它除了发挥早期强度之外，还对性能调节型辅助胶凝材料的活性激发起重要作用，将直接决定辅助胶凝材料的最高用量。本课题的主

8、要研究内容：l高钙体系中C3S的形成动力学研究传统的CaO-SiO2-Al2O3