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I硅酸盐和硫铝酸盐复合水泥性能的研究班级：材料1003班姓名：指导老师：摘要本论文从研究硫铝酸盐水泥熟料、硅酸盐水泥熟料、粉煤灰、二水石膏四种原料复合后的水泥体系的物理性能入手，运用xRD衍射和扫描电镜等方法测试复合水泥体系的水化产物，对该复合水泥体系的水化机理进行了详细的探讨，通过复合水泥矿物组成和水化产物的理论计算，初步探讨复合水泥矿物的匹配。本文确定了性能较好的各组分的配合比。研究表明，在硅酸盐水泥熟料中掺入10％以下硫铝酸盐水泥熟料的情况下，当石膏掺量为10％，CSA熟料含量在5％左右时，复合系统各方面的性能指标比较理想。当硅酸盐水泥熟料中掺入少量硫铝酸盐水泥熟料后，并配以适量的石膏掺量，可以提高硅酸盐水泥的早朗强度，抗压强度平均提高5MPa，同龄期抗折强度也有所提高。两种熟料复合后，水泥体系的凝结时间会明显缩短。关键词：硅酸盐水泥,铝酸盐水泥,复合,性能II目录第1章绪论-------------------------------------------------------------------------------------11.1引言-------------------------------------------------------------------------------------11.1.1硅酸盐水泥的发展概况----------------------------------------------------11.1.2硫铝酸盐水泥的发展概况-------------------------------------------------31.2硅酸盐和硫铝酸盐复合水泥体系的研究现状---------------------------------41．3论文选题的目的及意义----------------------------------------------------------51.3.1研究目的----------------------------------------------------------------------51.3.2论文选题的意义-------------------------------------------------------------61．4研究内容----------------------------------------------------------------------------7第2章实验内容-------------------------------------------------------------------------------82.1实验原料-------------------------------------------------------------------------------82.2材料化学成分-------------------------------------------------------------------------82.3.1复合水泥的制备-----------------------------------------------------------112.4水泥物理性能测定-----------------------------------------------------------------112.4.1水泥净浆标准稠度用水量和凝结时间--------------------------------112.4.2水泥砂浆抗压强度和抗折强度-----------------------------------------112.5水泥微观分析-----------------------------------------------------------------------112.5.1水泥净浆水化产物的取得-----------------------------------------------112.5.2XRD分析水泥水化产物的组成----------------------------------------------122.5.3扫描电镜(SEM)分析法观察水泥净浆水化产物的形貌------------------12III2.6试验仪器与设备--------------------------------------------------------------------12III2.6.1宏观测试用仪器设备-----------------------------------------------------12第3章分析与讨论--------------------------------------------------------------------------133.1组成材料对复合水泥凝结时间的影响----------------------------------------133.1.1熟料组成对复合水泥凝结时间的影响--------------------------------------143.1.2石膏掺量对复合水泥凝结时间的影响--------------------------------143.3R3微观试验结果与分析---------------------------------------------------------153.3.1XRD测试结果与分析----------------------------------------------------15第4章复合水泥水化机理进一步探讨-------------------------------------------------16结论---------------------------------------------------------------------------------------------17参考文献---------------------------------------------------------------------------------------17致谢---------------------------------------------------------------------------------------------18第1页第1章绪论1.1引言自从水泥工业性产品的实际应用以来，生产持续扩大，工艺和设备不断改进，品种和质量也有极大的发展。硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的应用十分广泛在硫铝酸盐早强水泥使用说明里，明文规定，硫铝酸盐水泥不得同其它品种水泥混合使用[1]。例如，硫铝酸盐水泥同硅酸盐水泥混合使用时，将容易出现水泥快凝甚至速凝或闪凝；水泥试体膨胀，导致强度降低，甚至胀裂、溃散。但根据试验，当这两种水泥按规定的比例均匀混合时，不仅可以用，而且，尚能获得有某些性能特色的复合水泥。在硫铝酸盐水泥中可掺入少量硅酸盐水泥和矿渣等材料，在水泥强度不降低的条件下，可明显降低生产成本；在复合水泥中掺用适当的激发剂，可明显提高复合硫铝酸盐水泥的强度。所以我们有必要研究粉煤灰对硅酸盐和硫铝酸盐复合水泥性能的影响。1．1．1硅酸盐水泥的发展概况硅酸盐水泥，又称波特兰水泥（英语：PortlandCement），是由硅酸盐水泥熟料、0%-5%石灰石或粒化高炉炉渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。硅酸盐水泥熟料的主要成分为硅酸三钙3CaO·SiO2，硅酸二钙2CaO·SiO2，铝酸三钙3CaO·Al2O3和铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3。当与水混合时，发生复杂的物理和化学反应，为水合(hydrate)反应。从水泥加水搅拌后，成为具有可塑性的水泥浆，到水泥浆逐渐变稠失去塑性但尚未具有强度，这一过程称为“凝第2页结”。随后产生明显的强度并逐渐发展成坚硬的水泥石，这一过程称为硬化(harden)。凝结和硬化是人为划分的，实际上是一个连续的物理化学变化过程[2]。自本世纪70年代以来，世界性的能源危机迫使主要能耗产业之一的水泥工业把降低能耗作为其主要解决的问题和发展方向。我们知道，硅酸盐水泥的生产热耗主要为熟料燃烧所需的热量(约占73％)，而烧成热耗主要用于CaC03分解。近年来，随着科学技术的发展和水泥生产工艺与设备的进步，工业发达国家的水泥生产单位热耗较之40年前降低了50％以上，达到了3，000KJ/kg熟料以下，已接近了水泥生产热耗的理论值(约为2，000KJ/Kg熟料)。因此，从现有的工艺与装备上再进一步降低能耗的潜力已不是很大了。大量的科学研究证明，从研究水泥熟料矿物组成和开发新品种水泥的角度出发，进行研究开发以达到降低能耗的目的，呈现出巨大的发展潜力。进入90年代以后，随着人类生存环境的恶化，环保问题倍受关注。同时，人们对水泥生产提出了越来越高的要求。可持续发展战略不但要求水泥行业降低甚至消除自身排放的C02和粉尘等污染，而且更要成为能够消纳处理其它工业排出的各类废渣和副产品的“绿色建材”[3]。与其它行业相比，水泥工业是很少排出大量固体废弃物和副产品的行业之一。因此，实现水泥工业绿色化与可持续发展需要进一步研究与发展的重点是如何通过降低熟料用量和改变熟料矿物组成来进一步降低C02的排放量。纵观当前的研究领域，国内外的研究工作者主要从以下几个方面进行了探索：第一方面是节能型熟料系统一通过改变熟料矿物组成，降低CaC03的用量以降低熟料烧成温度和能耗，同时降低CO2的排放量。开发适应于以不同工业废弃物和废产品作为原材料的熟料系统。第3页第二方面是混合材的应用技术一包含合适的熟料系统(单一的或复合的)的选择，混合材的预处理(化学激发或超细粉磨等)以及各类外加剂的开发。第三方面是功能材料一通过采取适当的制备工艺，使材料具备早强、快凝、膨胀等一系列优异的性能。1.1.2硫铝酸盐水泥的发展概况20世纪七、八十年代，中国相继发明的普通硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥(由于把以C3S矿物为主的铝酸盐水泥各品种称为第一系列水泥，把以CA矿物为主的铝酸盐水泥各品种称为第二系列水泥，所以在中国又把以C4A3S矿物为主的硫铝酸盐水泥各品种称为第三系列水泥)，与硅酸盐水泥相比，其水泥熟料矿物的组成属于另一个物理化学系统。其矿物成分以C4A3S为主，该矿物为第三系列水泥具有早强、高强、抗冻、抗渗、耐蚀和耐碱等优异性能提供了物质基础。硫铝酸盐水泥的发明曾在以下四个方面取得了重大的技术突破。第一是理论上的突破。在研究C4A3S的过程中，发现该矿物与C2S匹配后既有早强又有高强性能，而后又发现C4A3S、C2S和C6AF2匹配的烧结物也有很好的胶凝性能。第二是生产上的突破。研究者发现采用我国储量丰富的低品位矾土和石膏就能生产出以C4A3S、C2S和C6AF2等矿物为主的熟料。现有回转窑工艺和相应设备经适当改造后就可生产硫铝酸盐水泥。第三是性能上的突破。硫铝酸盐水泥在理论研究阶段被发现的早强、高强等性能在应用研究阶段得到了证实。这种水泥还具有一系列比硅酸盐水泥更为优异的性能，如抗渗、耐腐、抗冻，并且用一种熟料可制成早强、膨胀和自应第4页力等不同性能的水泥。普通硫铝酸盐水泥另一个突出的性能是其水化液相碱度比硅酸盐水泥低的多，这为抑制碱一集料反应和生产优异的GRC产品提供了可能。第四是应用上的突破。在硫铝酸盐水泥推广过程中碰到了许多施工技术问题，其中主要问题之一就是水泥的凝结时间。硫铝酸盐水泥凝结时间比硅酸盐水泥要短些，对于一般工程问题可以满足施工要求，但对某些工程则不能适应。在研究工作中找到了适用于硫铝酸盐水泥的专用外加剂，这种外加剂能在很大范围内调节混凝土的硬化时间，使其能满足各种混凝土工作性能的要求。但硫铝酸盐水泥也存在一些问题，凝