石灰石粉对水泥基复合材料性能的影响与机理研究

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1、密级：公开工学硕士学位论文石灰石粉对水泥基复合材料性能的影响与机理研究TheEffectsandMechanismofLimestonePowderonPropertiesofCementitiousComposites培养单位：材料科学与工程学院专业领域：材料学学生姓名：孙志芳指导教师：籍凤秋教授二○一八年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石家庄铁道

2、大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)作者

3、签名：日期：导师签名：日期：摘要由于粉煤灰和矿渣等优质矿物掺合料资源日益紧缺，因此石灰石粉作为一种新型的水泥基复合材料的掺合料备受关注。本文首先探讨了石灰石粉单掺，与粉煤灰复掺并对比了石灰石粉、粉煤灰和矿粉三种掺合料对水泥的标准稠度用水量、凝结时间以及胶砂流动度和强度、等物理力学性能影响；其次研究了石灰石粉对水泥基复合材料的收缩、抗碳化性以及抗硫酸盐侵蚀性等长期性和耐久性能的影响；最后通过采用水化热分析仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、比表面积测定仪和交流阻抗测试仪等方法，探讨石灰石粉对水泥的

4、水化进程、水化产物以及对水泥与骨料的界面等微观结构的影响，分析其作用机理。单掺石灰石粉的试验结果表明：当石灰石粉取代水泥的数量在15%以内，随着其取代比例的增加能够有效地减少水泥标准稠度用水量，降低水泥的凝结时间，提高水泥胶砂3d的抗折和抗压强度，但不利于28d强度的提高。当石灰石粉取代水泥的数量超过15%时，对水泥的上述性能不利。石灰石粉和粉煤灰按1:1的比例复掺其总量为胶材的30%时，可使水泥的标准稠度用水量减少，凝结时间缩短，并且提高水泥胶砂3d的强度，同时28d强度高于单掺30%石灰石粉的水泥胶砂强

5、度，略低于纯水泥胶砂强度。对比石灰石粉、粉煤灰和矿粉三种掺合料对水泥基复合材料性能影响结果可知，当三者单掺均为水泥质量的20%时，三种掺合料都能降低水泥的标准稠度用水量，其中粉煤灰的标准稠度用水量最少，其次是矿粉，而石灰石粉的标准用水量最多。除了石灰石粉能够缩短水泥的凝结时间外，粉煤灰和矿粉均使水泥凝结时间延长；掺加石灰石粉可使胶砂的3d强度提高，但28d强度降低；而粉煤灰和矿粉可提高胶砂28d强度，但使其3d强度降低。石灰石粉对水泥胶砂的耐久性试验结果表明，以10%的石灰石粉取代水泥，胶砂的抗碳化能力最强

6、，当其掺量大于10%以后，则胶砂的抗碳化能力下降；石粉掺量超过10%时，随着石粉掺量的增加，胶砂收缩值减小。掺加石灰石粉使得水泥胶砂的抗硫酸盐侵蚀能力呈线性下降。石灰石粉对水泥水化热的影响规律是，石灰石粉的掺量由0%增加到10%，水泥胶砂试样的水化热逐渐增加；当石灰石粉的掺量超过10%时，胶砂试样的水化热随着掺量增加而逐渐减少。交流阻抗结果显示，石灰石粉掺量为10%的胶砂电阻高于不掺加石灰石粉的水泥胶砂，说明石灰石粉降低了胶砂内部的孔隙率。3d和28d的水泥水化产物XRD测试结果表明，石灰石粉能够与水泥中的

7、C3A发生反应，生成少量的单碳水化铝酸钙(3CaO·Al2O3·CaCO3·11H2O)。水泥石与骨料界面的SEM结果显示，掺加石灰石粉后，一方面增加其密实度，可能对界面过渡区裂缝的产生有一定的改善；另一方面，水化产物中片状Ca(OH)2的数量减小，因此改善了界面结构提高强度。另外，在水泥中掺加10%的石灰石粉后使水泥石的孔径分布集中在2.5~10nm左右，因此细化了孔径，有利于提高水泥基复合材料的强度。关键词：石灰石粉；水泥基复合材料；界面结构；耐久性；作用机理AbstractDuetotheincrea

8、singlyshortageofhighqualitymineraladmixturessuchasflyashandslag,limestonepowderasanewcement-basedcompositematerialhasattractedmuchattention.Inthispaper,thephysicalandmechanicalpropertiesofcementwithaddingsing