论文总字数：23441字

摘 要

在我国建筑业中，混凝土的生产是一项极其耗费能源的过程，并且会对环境造成各种污染，矿物掺合料是制备混凝土的重要成分，更是现代的高性能混凝土不可或缺的。然而，由于地区资源分配不均、偏远地区交通运输困难等客观原因，优质矿物掺合料相对稀缺。珍珠岩由火山喷发时产生种酸性熔岩经急剧冷却后而形成的玻璃质岩石，其内部结构处于无定形态，具有一定化学反应活性，但目前珍珠岩并没有被广泛用作矿物掺合料。以珍珠岩粉做混凝土掺合料，既能实现废弃资源再利用，还减少了生产过程中的能耗，具有相当重要的经济、社会及环保效益。

本文主要研究了以珍珠岩粉作为矿物掺合料取代部分水泥，通过XRD、SEM等微观测试分析研究不同掺量的珍珠岩粉对珍珠岩-水泥胶凝体系水化进程、水化产物及物理力学性能的影响。

研究结果表明：

1. 水泥浆体的标稠需水量随珍珠岩粉掺量的增加而增大，流动性随之减小；凝结时间随着珍珠岩粉掺量的增加，初凝、终凝时间先缩短后增大，但均符合相关规范要求
2. 水泥砂浆的抗压、抗折强度随珍珠岩粉掺量的增加而降低，在28d时，pp30试样抗压强度相比于基准组降低了33.22%、抗折强度降低了18.75%。这主要是由于掺入珍珠岩后减少了水泥用量，而珍珠岩在早期二次反应较弱，从而降低体系物理力学性能。
3. 对于水化进程，在珍珠岩等量取代水泥后导致水泥用量减少，导致水泥水化产物数量减少，结构致密性降低。另一方面，珍珠岩早期的二次反应较弱，在后期逐渐增强。这两方面的综合效应导致体系强度降低。

关键词：珍珠岩粉；水泥基材料；水化进程；水化产物；物理力学性能

Abstract

In China's construction industry, the production of concrete is an extremely energy-consuming process, and it will cause various pollution to the environment. Mineral admixtures are an important component in concrete, and are essential for modern high-performance concrete. ingredient. However, high-quality mineral admixtures are relatively scarce due to objective reasons such as uneven distribution of regional resources and difficult transportation in remote areas. Perlite is a kind of acidic lava erupted by volcanoes. It is a vitreous rock formed by rapid cooling. Its internal structure is in an amorphous state and has a certain chemical reaction activity. However, perlite has not been widely used as a mineral admixture. Using perlite powder as a concrete admixture can reduce the energy consumption in the production process and realize the reuse of waste resources ，at the same timehas strong economic and environmental benefits.

In this paper, we mainly explore that perlite powder is used as a mineral admixture to replace same amount cement. Through micro-testing analysis such as XRD and SEM, the hydration process, hydration products and physics of perlite-cement cementing system with different amounts of perlite powder are investigated. Influence of mechanical properties.

Research indicates:

(1) The standard thick water demand of cement paste increases with the increase of the perlite powder content, and the fluidity decreases accordingly; the setting time will decreases when the perlite powder content increase, and the initial setting time and final setting time will shortened at first with the increase of perlite and then increase.All the initial time and final setting time meet the requirements of relevant regulations.

(2) The compressive strength and flexural strength of cement mortar will decrease when perlite powder content increase. At 28 days, the flexural strength of pp30 sample is reduced by 18.75% and compressive strength by 33.22% compared with the benchmark group . This is mainly because the amount of cement is reduced after the perlite is added, and the secondary reaction of the perlite is weak in the early stage, thereby reducing the physical and mechanical properties of the system.

(3) For the hydration process, the replacement of cement with perlite leads to a reduction in the amount of cement, resulting in a decrease in the density of the structure and a reduction in the amount of cement hydration products. On the other hand, the secondary reaction of perlite in the early stage is weak and gradually increases in the later stage. The combined effect of these two aspects leads to a reduction in system strength.

Keywords: perlite powder; cement-based materials; hydration process; hydration products; physical and mechanical properties

目 录

第1章 绪论 6

1.1研究背景 6

1.2 研究现状 7

1.3 研究目的 8

1.4 本文主要工作 8

1.5 研究方法及技术路线 8

1.5.1 研究方法 8

1.5.2 技术路线 9

第2章 实验原料及实验方法 10

2.1 实验原料 10

2.1.1珍珠岩粉 10

2.1.2 水泥 12

2.1.3 实验用砂 13

2.1.4 拌合用水 13

2.2实验方案及实验准备 13

2.2.1 试验方案制定 13

2.2.2 实验材料制备 14

第3章 珍珠岩粉对水泥基胶凝材料物理力学性能的影响 15

3.1 珍珠岩粉对水泥浆体物理性能的影响 15

3.1.1 珍珠岩粉对水泥浆体需水量的影响 15

3.1.2 珍珠岩粉对水泥浆体凝结时间的影响 16

3.1.3 珍珠岩粉对水泥浆体流动性的影响 17

3.2 珍珠岩粉掺量对物理力学性能的影响 17

4.1 水化产物分析 21

4.2 水化产物热分析 25

4.3 水化产物微观结构分析（SEM） 29

第5章 结论与展望 32

5.1 结论 32

5.2 展望 32

参考文献 34

致 谢 36

第1章 绪论

1.1研究背景

在经济蓬勃发展的同时带来了许多环境污染问题，例如大气污染、 水环境污染、固体废弃物污染等等，大量的垃圾处理起来十分困难，好在人们保护环境的意识也随之提高了，“新能源”“低碳”“绿色”等字眼也越来越被我们熟知并以此为风向标而努力着。建筑塑造环境的同时也污染了环境，在建筑行业中，上述环境问题尤为突出，研究和发展低碳绿色建筑材料、减少污染排放的任务迫在眉睫。

随着我国近几年全国各地进行各种城镇基础建设、城镇改造、道路桥梁以及地铁的建设，建筑行业对于混凝土的需求呈指数上升，为了满足混凝土需求的快速上涨，我国混凝土的年产量也在逐步攀升，其中，2018年全年我国混凝土总产量达到了16.2亿吨^[1]，可见无论是混凝土需求还是混凝土的供应都达到了很高的水平。在混凝土原材料中，水泥是最重要的组分之一，在混凝土中充当着骨架的作用，是最主要的胶凝材料。作为水泥生产大国，我国每年生产的水泥总量占全世界总产量60%左右，然而在如此大的产量背后，水泥的生产过程中消耗的巨量能源，包括大量的石灰石、石油、煤炭等以及生产耗电，以及生产过程中排放出大量的固体废物、有害气体和粉尘是不可被忽视的，其中大量固体废物的处理不仅会消耗能量、更会对环境造成二次污染，气体废物中氮、硫氧化物会导致全球气候变暖、酸雨、对人体的呼吸道也会造成损伤，各种细微的粉尘会造成PM2.5的升高^[2]。当然，在祖国迅速发展的形势下，资源的损耗、环境的污染是不可避免的，但是却是可以减轻的，在如此大的基数下，如果能从工艺下手，把生产混凝土产生的废弃物转而变成生产原料，这样不仅节约了大量资源，还大大减少了对环境的污染，以及降低了废弃物的处理难度。

矿物掺合料是制备混凝土时的重要成分，在混凝土中发挥了十分重要的作用，当其取代等量水泥时可以大大降低建筑成本，与此同时还能增强混凝土的性能，如改善凝结时间、提高水泥耐久性、改善水泥强度等等。然而，就目前的情况而言，优质矿物掺合料资源并不丰富甚至十分稀缺，与此同时，资源分布不均、偏远地区运输难问题也十分严重。这造成了许多国家地区只能通过加大水泥用量来生产混凝土，这样不仅会使混凝土出现早期放热量大，坍落度经时损失大，早期收缩大的问题、极大的加大了生产的成本，还会产生很多自然无法降解的工业废弃物，对环境造成极大的影响^[3]，因此目前很需要一种储量丰富，分布广泛的优质矿物掺合料来满足各国各地区的混凝土生产业的需求，只有这样才可以真正的全方位降低混凝土生产的成本、全面提高混凝土性能、最大程度的减少混凝土生产业对环境的伤害。

珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩，经急剧冷却而成的玻璃质岩石，具有一定的火山灰活性^[4]，是一种十分优秀的矿物掺合料，珍珠岩在等量替代水泥之后，会对水泥砂浆的工作性能及物理力学性能产生怎么样的影响，以及珍珠岩掺量会对水泥基胶凝材料的水化及微观结构产生什么样的影响，以还有待研究。

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