摘 要

本实验参照国外的LC³体系的研究方法，使用硅酸三钙替代硅酸盐水泥，研究了偏高岭土和石灰石粉复合对硅酸三钙水化的影响。实验包括硅酸三钙的合成和水化样的制备两部分。利用XRD、SEM、水化量热、热重等测试手段对硅酸三钙-偏高岭土-石灰石粉体系的水化特性进行了表征。结果表明：偏高岭土和石灰石粉复合能形成单碳铝酸钙，掺入石膏后还会生成半碳铝酸钙。偏高岭土的火山灰反应在水化过程中释放出的Al能够与石膏反应，生成钙矾石，消耗了一部分的Al，对碳铝酸盐的生成产生不利影响。只掺加偏高岭土的体系在水化后期，还会生成C₂ASH₈。偏高岭土和石灰石粉复合对硅酸三钙的水化起促进作用，额外掺加石膏后，水化的促进作用会更加明显。

关键词：协同水化 偏高岭土 石灰石粉 硅酸三钙

Abstract

This experiment referring to the foreign research methods of LC³ system, replacing Portland Cement with tricalcium silicate the to study the effect of incorporating metakaolin and limestone powder into tricalcium silicate on the hydration. The experiment includes the synthesis of tricalcium silicate and the preparation of hydrated samples. The hydration characteristics of tricalcium silicate-metakaolin-limestone powder system were characterized by XRD, SEM, hydration calorimetry and thermogravimetry. These results show that the composite of metakaolin and limestone powder can form monocarboaluminate. Hemicarboaluminate will be produced when extra gypsum is added. Aluminum released from the pozzolanic reaction of metakaolin during hydration can react with gypsum to form ettringite, which consumes part of Al and has adverse effects on the formation of carboaluminate. In the later stage of hydration, C₂ASH₈ will be formed in the system of metakaolin and tricalcium silicate. Adulterated metakaolin and limestone powder into tricalcium silicate can promote the hydration of tricalcium silicate, and this promoting effect will be more obvious when gypsum is added.

Key Words: Synergistic hydration; Metakaolin; Limestone; Tricalcium silicate

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 国内外水泥水化的研究进展 2

1.2.1 PC-MK二元体系的水化研究 2

1.2.2 PC-LS二元体系的水化研究 3

1.2.3 PC-MK-LS三元体系的水化研究 4

1.2.4 总结 4

1.3 课题研究的意义 4

1.4 课题研究的目标与内容 4

1.4.1 课题研究目标 4

1.4.2 课题研究内容 5

第二章 原材料和实验方法 7

2.1 实验原材料 7

2.2 C₃S单矿的合成 8

2.1.1 C₃S单矿合成方法的选择 8

2.1.2 C₃S单矿的制备 8

2.1.3 C₃S粉体的制备 9

2.3 水化样的制备 9

2.4 实验方法 10

2.4.1 扫描电子显微镜分析 10

2.4.2 X射线衍射分析 11

2.4.3 水化量热分析 11

2.5.4 热重分析 12

2.5 实验仪器及设备 12

第三章 C₃S单矿以及各配比水化样的表征 13

3.1 XRD衍射—C₃S矿物组成及各配比水化样水化产物分析 13

3.2 龄期为3d时各配比的水化样的SEM图谱分析 15

3.3 水化量热分析 17

3.4 热重分析 18

第四章 结论与展望 20

4.1结论 20

4.2展望 20

参考文献 22

致谢 25

第一章 绪论

1.1 课题背景

水泥基材料作为基础的结构材料，被广泛的应用在了公共设施的建造、桥梁及道路的修缮、国防工程以及民用设施的建设等方面。水泥基材料的原材料来源广泛、经济效益优良、现场浇筑简易，并且强度好、抗渗性高、耐腐蚀性强。它的产生及应用为人类社会的发展和进步做出了杰出的贡献。

我国水泥的产量和消耗量均位列于世界第一位，由于生产力和科技实力的不断增长，以及城市化进程的加剧，水泥的产量及用量一直在高速的增加。

在水泥熟料的生产过程中，每生产1吨水泥熟料便会排放出约0.8吨的CO₂到大气之中，造成了严重的空气污染^[1]。根据统计，仅是水泥行业CO₂废气的排放量就占全世界CO₂总排放量的5%-7%^[2]，水泥行业的是一个高能耗、高污染的传统行业^[2]。此外，传统的水泥基材料也有较为明显的缺陷。作为一种脆性材料，传统的水泥基材料体积不稳定，结构易产生收缩开裂^[3]。以水泥基材料为原料的建筑在某种特定环境下耐久性能较差，在未达到使用寿命的年限内就会发生损耗甚至失效^[3]。水泥基材料产生的建筑废料较难处理，中国每年约产生4000万吨的建筑垃圾，对环境的保护是一种严峻的挑战^[3]。随着人们对建筑用材性能要求的越来越高，同时为了响应国家节能减排政策的号召，顺应可持续发展的时代潮流。提高混凝土材料的耐久性和其他相关性能、延长混凝土结构的使用寿命等技术的变革迫在眉睫。

据了解，水泥的水化直接决定混凝土各项性能的发展，水泥的早期水化决定了水泥水化的放热量和放热速率^[4]。强度是水泥混凝土较为重要的性能指标，强度的高低与各龄期时的水化程度和水化产物的数量有着紧密联系，水化的进程影响着混凝土力学性能的发展^[5]。因此，研究不同水泥体系的水化具有极其重要的意义，能够深入探索水泥结构的微观形成规律，从而通过观测微观结构的变化来采取措施控制水泥早期强度的发展。因此，只有从探究水泥水化的机制着手，熟悉水泥水化的本质及机理，才能不断地对混凝土的性能进行改善及提高，进而延长建筑物的使用寿命 ^[4]。

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