磷铝酸盐与硅酸盐复合水泥水化性能及机理的研究

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1、摘要本论文主要研究了由磷铝酸盐水泥熟料(简称PALC，以下同)与硅酸盐水泥熟料(简称OPC，以下同)制各的复合水泥的水化性能及其水化机理。通过运用x射线衍射(XRD)、差热(DTA)、红外分析(IR)、扫描电镜(SEM)、以及压汞测孔法等测试手段对该复合水泥水化硬化浆体的相组成、微观结构和形貌进行了分析，讨论了复合水泥力学性能改善的原因。同时，通过测定复合水泥水化放热速率、水化放热量以及水化液相的离子溶出浓度、Zeta电位、PH值和电导率等参数，研究了该复合水泥的早期水化动力学。通过研究PALC与O

2、PC熟料的复合比以及石膏掺量对水泥硬化浆体性能的影响规律，确定了复合水泥的摄佳组成条件并就上述各性能与相应的42．5级硅酸赫水泥进行了比较。研究表明，复合水泥砂浆ld、3d、7d和28d的抗压强度分别比同龄期的硅酸盐水泥提高了5．36％、9．70％、18．46％平1117．07％；抗折强度分别提高了1377％、8．62％、7．04％和3．29％；复合水泥的初凝时间较OPC缩短了26min，终凝缩短了44min；从2分钟至2小时，复合水泥中ca2+离子的溶出浓度较OPC中的约高4．0％，在加速期，复合

3、水泥的水化属于自动催化反应控制，反应速率常数K为3．306x10。2较OPC的lc=2．357x10‘2大：所以，前者的水化硬化速率明显较后者高。通过正交设计，研究了PALC、石膏(以S03计)、外加剂B的掺量以及粉磨工艺协同效应对PALC与OPC熟料的复合水泥的影响规律并与52．5级OPC的相应性能进行了比较。研究表明，与52．5级硅酸盐水泥相比，复合水泥砂浆1d、3d、7d和28d的抗压强度分别比同龄期的硅酸盐水泥分别提高了33．69％、16．93％、16．52％和3．71％：抗折强度分别提高了

4、39．69％、12．08％、3．92％和0．82％；复合水泥水化1～28天硬化浆体中，Ca2+,n[si04】4甫子的溶出浓度明显低于OPC中的；l天，分别低9．8％和81．97％；28天，分别低5．44％和86．65％，表明，复合后浆体的稳定性较硅酸盐水泥浆体更高。复合水泥的水化产物与OPC基本相同，但其生成量不同，复合水泥中CH较少，其形貌、晶粒度等也发生了改变，晶粒较小：AFt相对多一些，但较稳定，在水化后期没有发生不利于强度发展的、向AFm转化的相变。SEM的能谱揭示在复合水泥的AFt中有一

5、定的磷固溶在其中，这可能是其不发生相交的一个原因所在。研究首次提出了在复合水泥中的水化机理：磷铝酸盐与硅酸盐复合水泥水化性能及机理的研究LHs。s+H、0—}CC3S+nH20斗CfA—P—H+AH，-S一Ⅳ+f3一x)cHC2S+mH20—}CT—S—H+(2一X)CH①②⑧AH3(gel)+3C-SH2+3CH+20H—C3A．3C-SH32④这组化学反应方程式表明，复合水泥与水混和后，首先是PALC水化吸收了水似浆体中0H一离子，使水化体系的OH-离子浓度减少，反应方程②和③向右移动，使c、；

6、sc。s的水化加速；同时，PALC水化生成的AH。按照④式又与水泥中的cH反应，从而侄反应②和③进一步向右推进。IR研究首次分析出了复合水泥浆体中有5种状态的“水”：ca—OH，Si㈣一OH，A卜OH／AFt结晶水，氢键水和配位水，其分别位于3640±5cm～，3540±lOcm，3415±10cm～，33204-20cml和3160±20cm-1；在其各水化龄期与Si”、Ca”以及A11+结合的以0H状态存在“水”较多；同时，硬化浆体中以氢键结合的水和配位水较少。从而也说明强结合的羟基水和离子键结

7、合的“水”对水泥硬化浆体的强度有主要贡献。关键词：复合水泥；磷铝酸盐水泥；硅酸盐水泥；水化速率；水化机理II济南大学硕士学位论文ABSTRACTThehydrationperformanceandmechanismofcompositecementmadewithphosphoaluminate—Portlandcementclinkershavebeenstudiedinthispaper．Thetecbmiqueofx—raydiffraction，differentialthermalanal

8、ysis，infraredspectrophotometery，scanningelectronmicroscope，andmercuryintrusionporosimetryhavebeenemployedtoanalyzethephaseconstituents，microstructureandmorphologyofthecompositecementhardenedpastesandtodiscussthemechanismoftheimprovedmec