混合材对阿利特-硫铝酸钡钙水泥水化性能影响

• 作 者: 陈诚
• 机 构: 济南大学
• 出 处: 济南大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 阿利特 硫铝酸钡钙水泥 矿渣 粉煤灰 石灰石 混合材 水泥性能 水化热

2008年我国水泥产量达到14亿吨，能源资源消耗较大，环境污染日益严重，如何实现水泥工业的可持续发展是当前面临的重要任务。阿利特—硫铝酸钡钙水泥是一种高性能低能耗的新型水泥，本文重点研究了矿渣、粉煤灰和石灰石等混合材对阿利特—硫铝酸钡钙水泥性能的影响。通过对水泥浆体凝结性能、力学性能、水化热、孔结构和抗硫酸盐侵蚀性的研究，并结合扫描电镜、X射线衍射和差热分析等方法，探讨了混合材对该水泥性能的影响，主要研究了混合材的种类、组成和掺量对水泥性能的影响规律。
研究结果表明：当矿渣掺量从0增加到30％时，阿利特—硫铝酸钡钙水泥的凝结时间逐渐延长，早期强度逐渐降低，但其后期强度基本不降低。当水化到28d时，掺20％矿渣的阿利特—硫铝酸钡钙水泥的抗压强度反而有所提高，达到了81.6MPa，而纯水泥的抗压强度为76.7MPa。掺入矿渣后，水泥的水化放热速率减小，且随着矿渣掺量的增加，第三个放热峰逐渐增强。同时，掺入矿渣后，硬化水泥浆体的孔径分布变得集中，且主要分布在20-100nm的范围内，并且矿渣与水化产物Ca(OH)2发生了二次水化反应，形成C—S—H凝胶。Ca(OH)2的数量明显减少，提高了水泥的抗硫酸盐侵蚀性。
双掺矿渣与粉煤灰时，矿渣在Ca(OH)2激发下其中的玻璃体首先被解体，其离子或离子团进入溶液，并产生二次水化反应，形成低碱度的C—S—H凝胶。随着粉煤灰掺量的增加，浆体的凝结时间延长，水化热减少，早期抗压强度下降，但后期强度接近或超过了纯水泥的强度。其中矿渣与粉煤灰以1：1的比例双掺时，其90d强度达到了98.8MPa，超过了纯水泥的91.8MPa。到了水化后期，由于混合材稀释作用和二次水化作用，水化产物中Ca(OH)2含量降低，水泥的抗蚀系数明显提高，较好的提高了水泥的抗侵蚀能力。矿渣和粉煤灰的活性效应和填充效应有效地改善了水化后期硬化水泥浆体的微观结构和孔结构，提高了其致密度，使硬化水泥浆体的力学性能有所提高。
双掺矿渣与石灰石时，水泥的1d和3d强度降低幅度较大。但水化到90d时，矿渣和石灰石以2：3的比例双掺的试样强度已接近了纯水泥的强度，达到了90.3MPa。石灰石的掺入能使水化过程的第二个放热峰提前出现，诱导期缩短，终凝时间提前，并且大大降低了水泥水化热，特别是早期水化热。由于石灰石的细度比水泥颗粒更细，能够填充硬化水泥浆体中的孔隙，使硬化水泥浆体更为密实，有效地改善了硬化水泥浆体的孔结构，降低其孔隙率。但石灰石的掺入对水泥的抗硫酸盐侵蚀性有较大的影响，使水泥在硫酸盐侵蚀环境中的强度明显下降，并导致水泥产生较大体积膨胀，水泥的抗侵蚀能力下降。