高性能水泥中低casi的csh凝胶形成及其抑制asr机理

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1、南京工业大学学位论文独创性声明及使用授权的声明一、学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：塑望生当日期：丛巫：笸：!P二、关于学位论文使用授权的声明本学位论文的研究成果归南京工业大学所有，本论文的研究内容不得以其他单位的名义(必须以南京工业大学的名义，或南京工业大学作为第一

2、单位)发表。南京工业大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社及清华同方光盘股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权南京工业大学研究生部办理。研究生签名：j照咝导师签多／裤日期：型业博士学位论文摘要本课题得到国家重点基础研究发展规划973一“高性能水泥制各与应用的基础研究”资助，课题编号(2001CB610706)。建筑业的可持续发展已成为国民经济发展的

3、一个重大问题。充分利用工业废渣作为矿物掺合料进行高性能水泥基材料的研制符合我国可持续发展战略，是水泥基材料进一步发展的根本课题。矿物掺合料的掺入，使水泥基体系成分复杂，影响水泥水化产物的形貌、化学组成、结构及其稳定性，也会对水泥混凝土的耐久性产生影响。目前研究表明混合材对碱，硅酸反应(AsR)有很好的抑制作用，但对混合材抑制ASR机理的认识需进一步完善。混合材抑制ASR的作用，不同研究者均着重强调混合材对混凝土中碱和Ca(OH)2的作用。主要包括混合材对碱的物理稀释、吸附，与Ca(OHl2的火山灰反应减少甚至消除体系中Ca(OH)2等方面。却忽视了火山灰反应生成的大量低Ca

4、／Si的C．S．H凝胶在抑制ASR中的作用。研究高性能水泥基材料中低Ca／Si的C．s．H凝胶形成及其在抑制ASR中的作用机理是本论文的主题。在研究高性能水泥基材料水化产物Ca(OH)2数量变化，以及高性能水泥基材料对ASR抑制作用的基础上，研究了主要水化产物C—S．H凝胶的形貌、化学组成和结构变化，以及高性能水泥基材料中碱的溶出规律，提出了低Ca／Si的C．S．H凝胶能够“固化”体系中大量的碱，减少碱与活性集料反应的机会，而起到抑制ASR的作用。进一步研究c—S-H凝胶的化学组成和结构变化与C．S—H凝胶持碱能力之间的关系，从材料本征特性提出混合材抑制ASR的新机理。研究

5、工作取得如下进展：研究了高性能水泥基材料水化产物Ca(OH)2数量、分布、形貌变化以及商性能水泥基材料对ASR的抑制效果。结果表明，随粉煤灰掺量增加，水泥石中Ca(OH)2含量因二次火山灰反应的发生而明显降低，Ca(OHh含量的变化在一定程度上反映了火山灰反应程度。粉煤灰掺量达到30％和45％时，砂浆棒几乎不发生膨胀，表明粉煤灰对ASR有显著的抑制效果。利用SEM／EDS和TEM／EDS对高性能水泥基材料水化产物C-S-H凝胶的化学组成研究发现，随粉煤灰掺量增加，二次火山灰反应生成的c-s-H凝胶的Ca／Si明显降低，且C—s．H凝胶中结合碱的数量增大，表明低Ca／Si的c

6、-s-H凝胶能够“固化”孔溶液中大量的碱，减少可发生ASR的有效碱量。高性能水泥基材料和普通水泥基材料中碱的溶出规律对比研究结果表明，未掺矿物掺合料的水泥基体系，在38℃、100％R．H．条件下养护至4个月的整个反摘要应过程中碱的溶出量都在体系总碱含量的80％左右波动，表明纯硅酸盐水泥水化产物对碱的“固化”能力较弱。掺加活性矿物掺合料的水泥基体系，随矿物掺合料掺量增加，体系中溶出的碱量有大幅度降低，为体系总碱含量的20％左右。表明低Ca／Si的水化产物具有更强的持碱能力。结合TEM／EDS分析证实高掺量矿物掺合料的水泥基材料水化后期生成了大量低Ca／Si的C．S．H凝胶，且

7、其中的碱含量较高。C-S—H凝胶的化学组成和结构决定其对碱的“固化”能力。利用FT-IR和29SiMASNMR对高性能水泥基材料中C．S．H凝胶的结构研究表明，随混合材掺量增加，低Ca]Si的c—S-H凝胶结构中硅氧四面体的平均链长增大。体系中存在大量的硅烷醇(Si-OH)基团和桥硅氧四面体丢失而产生的断键，KOH和NaOH通过中和酸性的Si-OH基团和补充断键产生的负电荷而被化学吸附到C．S．H凝胶的层问。另外，纳米级C-S-H凝胶的表面力将Na+、K+离子物理吸附到C．S—H凝胶的表面，从而提高C．s．H凝胶的