论文总字数：22966字

摘 要

近几十年来，我国水泥混凝土事业发展迅速，伴随着水泥混凝土建筑数量的不断增加，水泥混凝土养护及快速修补技术的研究成为一大热门。快速凝结、早期强度高、抗渗性能好和抗冻性能好耐腐蚀和低碱度是硫铝酸盐水泥混凝土所具有的优点，但硬化时间不稳定、强度发展也不稳定甚至后期出现强度倒缩等缺点限制了硫铝酸盐水泥混凝土的应用。

本文通过改变水胶比、掺合料的掺量和种类以及外加剂的种类，来优化硫铝酸盐水泥的性能。利用XRD和SEM等检测手段，系统分析水泥混凝土不同水化龄期的水化产物的物相组成和微观形貌，从而总结出水胶比、掺合料掺量对硫铝酸盐水泥混凝土的影响规律。

（1）通过适量种类和掺量的缓凝剂和速凝剂进行复合调凝，可以获得符合快速修补要求的硫铝酸盐水泥混凝土。适量硼酸可以延长硫铝酸盐水泥混凝土的凝结时间，增强水泥的早期和后期的抗压强度。

（2）碳酸锂会减少硫铝酸盐水泥混凝土的凝结时间。矿粉、粉煤灰、硅灰作为掺合料都可以一定程度延长硫铝酸盐水泥混凝土的凝结时间。

（3）随着硫铝酸盐水泥混凝土水胶比的逐渐增大，硫铝酸盐水泥混凝土的抗压性能和抗折性能逐渐减小。

（4）在水化龄期为1d时，水化产物中存在少量Aft,使硫铝酸盐水泥混凝土具有早期强度；水化龄期28d时，Aft含量增多，使得硫铝酸盐水泥混凝土的强度进一步提高。

关键词：硫铝酸盐水泥；强度；外加剂；凝结时间；耐久性；快速修补

Abstract

In recent decades, China's cement concrete industry has developed rapidly. With the increasing number of cement concrete buildings, the research on cement concrete maintenance and quick repair technology has become a hot topic.Rapid setting, high strength in the early stage, good impervious and anti-freezing performance, corrosion resistance and low alkalinity are the advantages of sulfoaluminate cement concrete. However, the disadvantages of sulfoaluminate cement concrete, such as unstable hardening time, unstable strength development and even strength shrinkage in the later stage, limit the application of sulfoaluminate cement concrete.

In this paper, the performance of sulfoaluminate cement was optimized by changing the water-binder ratio, the amount and type of admixture and the type of admixture.By means of XRD and SEM, the phase composition and microstructure of hydration products of cement concrete at different hydration ages were systematically analyzed, so as to summarize the influence of water-glue ratio and admixture content on sulphoaluminate cement concrete.

(1) the sulphoaluminate cement concrete that meets the requirements of rapid repair can be obtained through the compound setting adjustment with appropriate types and dosage of retarders and accelerating agents.Boric acid can prolong the setting time of sulphoaluminate cement concrete and enhance the compressive strength of cement in the early and late stage.

(2) lithium carbonate can reduce the setting time of sulfoaluminate cement concrete.The setting time of sulphoaluminate cement concrete can be prolonged to a certain extent by using mineral powder, fly ash and silica fume as admixtures.

(3) as the water-binder ratio of sulfoaluminate cement concrete gradually increases, the compressive and folding properties of sulfoaluminate cement concrete gradually decrease.

(4) when the hydration age is 1d, there is a small amount of Aft in the hydration product, which makes sulfoaluminate cement concrete have early strength;At the hydration age of 28d, the content of Aft increases, which further improves the strength of sulphoaluminate cement concrete.

Key Words: Sulfoaluminate cement; Strength; Admixtures; Setting time; Durability; Rapid repairing

目录

摘 要 II

Abstract III

第1章 绪论 1

1.1研究背景、目的及意义 1

1.2快速修补材料的研究现状 1

1.2.1快速修补材料的种类 1

1.2.2硫铝酸盐水泥混凝土的国内研究现状 2

1.2.3硫铝酸盐水泥混凝土的国外研究现状 3

1.2.4 修补材料的现存问题 3

1.3本文研究主要内容 4

1.4 本文的技术路线 4

第2章 硫铝酸盐水泥混凝土性能的影响因素 5

2.1凝结时间的影响因素 5

2.1.1试验材料及测试方法 5

2.1.2外加剂掺量对凝结时间的影响 6

2.1.3 掺合料掺量及种类对凝结时间的影响 7

2.1.4水胶比对混凝土凝结时间的影响 7

2.2水胶比对硫铝酸盐水泥混凝土力学性能的影响 8

2.2.1水胶比对硫铝酸盐水泥混凝土抗压强度的影响 8

2.2.2水胶比对硫铝酸盐水泥混凝土抗折强度的影响 9

2.3掺合料掺量对硫铝酸盐水泥混凝土力学性能的影响 10

2.3.1掺合料掺量对硫铝酸盐水泥混凝土抗压强度的影响 10

2.3.2掺合料掺量对硫铝酸盐水泥混凝土抗折强度的影响 12

第3章 硫铝酸盐水泥混凝土的水化及微观结构分析 15

3.1 硫铝酸盐水泥混凝土的水化 15

3.1.1 硫铝酸盐水泥混凝土的水化产物 15

3.1.2 硫铝酸盐水泥混凝土的水化机理 15

3.2微观结构分析 16

3.2.1 水化产物的XRD分析 16

3.2.2水化产物的SEM微观结构分析 16

第4章 硫铝酸盐高性能混凝土的研究进展 18

4.1 高性能混凝土快速修补材料的发展现状 18

4.2 硫铝酸盐在高性能混凝土中的应用 18

4.3 硫铝酸盐水泥在超高性能混凝土快速修补中的发展展望 20

第5章 结论与展望 21

5.1主要结论 21

5.2展望 21

参考文献 23

致 谢 27

1. 绪论

1.1研究背景、目的及意义

水泥混凝土广泛应用于房屋、道路和桥梁建筑中。每年在世界范围内具有可观的产量。作为水泥混凝土的生产大国，中国水泥混凝土的产量在2018年已经达到21.8亿吨，占全球总产量的60%以上^[1]，产量居世界第一。对于需要尽早投入使用的设施，要求一种材料既能达到早期强度，又能在负荷反复作用下仍满足各种性能。这样的高要求让修补材料的研究面临着巨大的考验，因此，针对路面修补材料性能的试验研究对于实现交通尽快开放，减少交通封闭所造成的经济损失以及挽救自然灾害中人民生命财产等具有重大意义。硫铝酸盐混凝土是一种无积水硬性粘合剂。我国是生产和应用最多的国家，故其主要的生产和应用是在国内。硫铝酸盐水泥混凝土具有早期强度高、凝结时间短、耐腐蚀抗冻融性能好、自由膨胀率低、生产成本低等优点^[2]，因此非常适合用作快速修补材料。

随着目前重大工程中混凝土被侵蚀、开裂等病害问题越来越突出，混凝土材料和结构的快速修补问题越来越得到重视。目前，仍处于大规模建设时期的中国，随着国民生活的改善和生产生活效率的不断提高，对混凝土性能的要求不断变化，因而对修补材料的要求也有更高的要求。众所周知，硫铝酸盐水泥水化速度快、早期强度高、耐久性好，是常用的快修修补材料，但是存在后期强度发展不稳定，甚至存在后期强度倒缩的问题，达不到一些高强混凝土的修补要求。由此可见，开展硫铝酸盐水泥的水化速度的调控研究，开发凝结硬化速度可控、强度高、耐久性好的硫铝酸盐水泥基快速修补材料的研究，对于我国混凝土建筑结构的发展很重要。

1.2快速修补材料的研究现状

1.2.1快速修补材料的种类

经过国内外学者专家的共同努力，国内外快速修补材料的研究取得了很好的成果。常用快速修补材料可分为三大种类^[3]：特种水泥类修补砂浆、聚合物改性混凝土和纤维改性混凝土。

（1）特种水泥类修补砂浆

（a）快硬硅酸盐水泥混凝土

从发展动态来看[4]^[5]：硅酸盐水泥混凝土未来的发展仍然是持续改善其性能，以期获得更好的力学性能和优异的耐久性。水泥混凝土的复合是实现硅酸盐水泥混凝土性能提升的有效途径。与旧水泥混凝土路面粘接性能好，具有优良的抗冻耐久性。快硬硅酸盐水泥混凝土可用于我国东北、西北等严寒地区[6]^[7]。

(b)快硬硫铝酸盐水泥混凝土

SAC与OPC相比，具有更低的能耗和更少的二氧化碳排放，已被公认为是一种环境友好型胶凝材料。此外，它显示了许多其他重要属性，如早期强度高、稳定性好、不渗透性、低碱度和良好的耐化学性。因此，快硬硫铝酸盐水泥混凝土已广泛应用于建筑等领域[8]。快硬硫铝酸盐水泥混凝土具有凝结快、强度高、微膨胀和低收缩性等特性，由于矿物中含有硫酸根离子，抗硫酸盐腐蚀能力较强，但存在后期强度倒缩的现象[9]。其28d以后的强度可能有轻微倒缩[10]。低温的工作性能较好，可在我国东北、华北和西北地区的高寒地带广泛使用[11]。

(c)高铝酸盐水泥混凝土

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