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硫铝酸锶钙水泥及耐久性的研究

作　者: 谭文杰
导　师: 常钧
学　校: 济南大学
专　业: 材料学
关键词: 硫铝酸锶钙水泥 石膏 CaF2 掺合料 耐久性
分类号: TQ172.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本文通过改变矿物组成和煅烧条件的方法研究了硫铝酸锶钙矿物结构与性能的关系,利用含锶工业废渣烧制了新型硫铝酸锶钙水泥,探讨了石膏掺量对硫铝酸锶钙水泥水化过程、水化产物和水泥强度等方面的影响,研究了不同掺量CaF2对硫铝酸锶钙水泥煅烧及性能的影响。在此基础上,研究了掺合料对硫铝酸锶钙水泥基材料耐久性的影响,研究结果表明:在硫铝酸锶钙系列矿物中,以2.50 mol的Sr2+取代C4A3（S|-）中的Ca2+离子形成的硫铝酸锶钙Ca1.50Sr2.50A3（S|-）抗压强度最高,其净浆试样水化3d和28d抗压强度分别达到76.6 MPa和89.6 MPa。不同的烧成温度会对硫铝酸锶钙矿物的水化强度造成影响,1300℃烧成时矿物的强度要高于1350℃烧成时的强度。硫铝酸锶钙矿物水化速度较快,水化产物主要有AFt,CAH10,Ca（OH）2以及AH3（gel）。利用含锶废渣作为原料烧制的硫铝酸锶钙水泥是一种性能优越的新型水泥,水泥净浆3 d和28 d抗压强度分别为67.75 MPa和89.63 MPa,具有早强、高强的性能。该水泥熟料矿物最佳比例为: C1.50Sr2.50A3（S|-）,65%;β-C2S,25%;C4AF,5%。最佳煅烧温度和保温时间分别为1300℃和90min,此条件下熟料烧成良好,矿物晶粒尺寸在1μm左右,外观清晰,晶界分明。硫铝酸锶钙水泥水化迅速,水化产物主要有含锶AFt、CAH10、AH3（gel）、SrSO4、C–S–H和Ca（OH）2。适当的掺加石膏可有效加快硫铝酸锶钙水泥的水化速度,促进水化产物形成,改善浆体结构,增加密实度,从而提高水泥的早期强度。0%、3%、6%、9%和12%石膏均能改善水泥早期强度,但是石膏的最佳掺量为6%,掺加过量的石膏会导致水泥后期强度倒缩。在水泥煅烧过程中,掺入适量的CaF2能加速CaCO3分解,有利于固相反应,促进C1.50Sr2.50A3（S|-）矿物的形成,从而改善硫铝酸锶钙水泥的易烧性。适量的CaF2能加快硫铝酸锶钙水泥的水化,使水泥具有较高的早期强度。当CaF2掺量为0.2%时强度最高,3d和28d净浆抗压强度分别达到65.0 MPa和86.2MPa。过量的CaF2可以促使水化产物CAH10转化为C3AH6,从而导致水泥石结构不稳定且强度不高。当CaF2掺量超过0.2%时,水泥强度随着CaF2掺量的增多而下降。在5%的硫酸盐溶液中养护,掺加粉煤灰和矿渣粉的硫铝酸锶钙水泥砂浆质量损失均小于无掺合料的硫铝酸锶钙水泥砂浆,随着试样中粉煤灰和矿渣粉掺加量的提高,水泥砂浆试样和净浆试样的质量损失均呈减少的趋势,有利于提高硫铝酸锶钙水泥耐硫酸盐侵蚀的能力。掺加粉煤灰的硫铝酸锶钙砂浆试件抗冻融能力优异,经过300次冻融循环后物理性能下降很小,随着粉煤灰掺量的增加,抗冻性能提高。掺合料有助于提高硫铝酸锶钙水泥基材料的抗渗性能,掺加粉煤灰的该水泥基材料的抗渗性能优于掺加矿渣粉的水泥基材料。掺入一种掺合料时,随着掺入量增加,硫铝酸锶钙水泥基材料抗渗性能提高。

全文目录


摘要  10-12
ABSTRACT  12-14
第一章 绪论  14-26
  1.1 选题的背景、目的及意义  14-15
  1.2 国内外的研究现状、水平及存在的问题  15-25
    1.2.1 普通硫铝酸盐水泥  16
    1.2.2 高铁硫铝酸盐水泥  16
    1.2.3 阿利特－硫铝酸盐水泥  16-18
    1.2.4 硫铝酸钡钙水泥  18
    1.2.5 硫铝酸锶钙水泥  18-19
    1.2.6 利用工业废渣制备水泥与废渣的水泥封固  19
    1.2.7 微量元素的影响  19-20
    1.2.8 抗渗性的研究  20-21
    1.2.9 抗冻性的研究  21-22
    1.2.10 抗碳化的研究  22-23
    1.2.11 抗硫酸盐侵蚀的研究  23-25
  1.3 研究的基本内容  25-26
第二章 实验原料、设备和方法  26-33
  2.1 实验原料  26-27
    2.1.1 工业原料  26
    2.1.2 普通硅酸盐水泥  26
    2.1.3 掺合料  26-27
    2.1.4 标准砂  27
    2.1.5 其他原料  27
  2.2 实验仪器  27-28
  2.3 实验方法  28-29
    2.3.1 水泥的制备  28
    2.3.2 试体的成型  28-29
  2.4 性能测试  29-33
    2.4.1 强度测试  29
    2.4.2 抗硫酸盐侵蚀实验  29
    2.4.3 抗冻性能测试  29-30
    2.4.4 抗碳化性能测试  30-31
    2.4.5 抗渗性能测试  31
    2.4.6 XRD 分析  31-32
    2.4.7 微观结构分析  32
    2.4.8 热分析  32-33
第三章 硫铝酸锶钙矿物的研究  33-40
  3.1 实验内容和方法  33-34
    3.1.1 (4-x)CaO·xSrO·3Al_2O_3·SO_3的制备  33
    3.1.2 试体的成型与养护  33-34
    3.1.3 XRD 分析  34
    3.1.4 微观结构分析  34
  3.2 结果与分析  34-39
    3.2.1 抗压强度的测定  34-35
    3.2.2 熟料的 XRD 分析  35-36
    3.2.3 Ca_(1.50)Sr_(2.50)A_3(S|-) 水化浆体的 XRD 分析  36-37
    3.2.4 Ca_(1.50)Sr_(2.50)A_3(S|-) 水化浆体的 SEM 分析  37-38
    3.2.5 Ca_(1.50)Sr_(2.50)A_3(S|-) 水化浆体的DTA 分析  38-39
  3.3 小结  39-40
第四章 硫铝酸锶钙水泥的制备与研究  40-48
  4.1 实验内容和方法  40-41
    4.1.1 实验原料  40
    4.1.2 实验方法  40-41
    4.1.3 XRD 分析  41
    4.1.4 微观结构分析  41
  4.2 正交实验  41-44
  4.3 结果与分析  44-47
    4.3.1 熟料的 XRD 分析  44
    4.3.2 熟料的 SEM 分析  44-45
    4.3.3 水化机理的分析  45-47
  4.4 小结  47-48
第五章 石膏掺量对硫铝酸锶钙水泥的影响  48-53
  5.1 实验内容和方法  48-49
    5.1.1 实验原料  48
    5.1.2 实验方法  48
    5.1.3 抗压强度测试  48-49
    5.1.4 XRD 分析  49
    5.1.5 微观结构分析  49
  5.2 结果与分析  49-52
    5.2.1 水泥强度的分析  49-50
    5.2.2 水泥浆体的 XRD 分析  50-51
    5.2.3 水泥浆体的 SEM 分析  51-52
  5.3 小结  52-53
第六章 CaF_2对硫铝酸锶钙水泥的影响  53-59
  6.1 实验内容和方法  53-54
    6.1.1 实验原料  53
    6.1.2 实验方法  53-54
    6.1.3 XRD 分析  54
    6.1.4 微观结构分析  54
  6.2 结果与分析  54-58
    6.2.1 抗压强度  54-55
    6.2.2 水泥生料的DTA-TG 分析  55-56
    6.2.3 水泥浆体的 XRD 分析  56-57
    6.2.4 水化浆体的 SEM 分析  57
    6.2.5 水泥浆体的 DTA-TG 分析  57-58
  6.3 小结  58-59
第七章 硫铝酸锶钙水泥耐久性研究  59-84
  7.1 水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性能研究  59-64
    7.1.1 抗硫酸盐侵蚀试件  59-60
    7.1.2 硫酸钠侵蚀机理  60
    7.1.3 水泥基材料抗硫酸盐侵蚀的质量损失  60-62
    7.1.4 水泥基材料抗硫酸盐侵蚀的力学性能  62-63
    7.1.5 硫酸盐侵蚀试件的 SEM 分析  63-64
  7.2 硫铝酸锶钙水泥抗冻性能研究  64-72
    7.2.1 冻融试件  65
    7.2.2 混凝土冻融破坏机理  65-66
    7.2.3 水泥基材料冻融破坏特征及原因  66-69
    7.2.4 水泥基材料冻融质量损失  69-70
    7.2.5 水泥基材料的强度损伤  70-72
  7.3 水泥基材料的抗碳化性能研究  72-79
    7.3.1 抗碳化试件配合比  72-73
    7.3.2 混凝土碳化机理  73-75
    7.3.3 水泥砂浆、净浆碳化性能的研究  75-76
    7.3.4 粉煤灰掺量对水泥基材料碳化深度的影响  76-77
    7.3.5 矿渣粉掺量对水泥基材料碳化深度的影响  77-78
    7.3.6 掺合料对水泥基材料碳化强度的影响  78-79
  7.4 水泥基材料的抗渗性能研究  79-82
    7.4.1 抗渗试件配合比  80
    7.4.2 抗渗性能与孔结构的关系  80-81
    7.4.3 掺合料对水泥基材料抗渗性能的影响  81-82
  7.5 小结  82-84
第八章 结论与展望  84-86
参考文献  86-92
致谢  92-93
附录  93-94

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 水泥工业 > 基础理论
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