石灰石粉对水泥基材料水化动力学的影响

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1、石灰石粉对水泥基材料水化动力学的影响饶美娟，刘数华，方坤河，宋军伟（武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉430072）摘要：利用TONI差分量热仪，测量了石灰石粉掺量分别为0％、30%和50%以及粉煤灰掺量为50%的四组水泥基材料的水化放热速率和水化放热量曲线。运用动力学方法进行分析，得到了反应速率常数K、水化度α和反应级数N等动力学参数，依此评价石灰石粉对水泥基材料水化机理和水化过程的影响。研究结果表明，石灰石粉对水泥基材料的早期水化有促进作用，特别是当石灰石粉的掺量为50%时，水化过程迅速由NG过程向I过程转变，影响尤为明显。

2、关键词：水化动力学；石灰石粉；动力学参数中图分类号：TQ172文献标识码：AEFFECTOFLIMESTONEPOWDERONHYDRATIONKINETICOFCEMENT-BASEDCOMPOSITESRAOMeijuan,LIUShuhua,FANGKunhe，SONGJunwei(StateKeyLaboratoryofWaterResourceandHydropowerEngineeringScience,WuhanUniversity,Wuhan,430072)Abstract:Thecurvesofhydrationheatemis

3、sionrateandquantityofcement-basedcompositescontaining0%,30%and50%limestonepowderand50%flyashweretestedwithTONIcalorimeterinthispaper.ThereactionconstantK,degreeofhydrationαandreactionexponentNcanbecalculated byusingkineticmethod,fromwhichwecanfindthehydrationmechanismandhydra

4、tionprocess.Theresultsshowthatlimestonepowdercanpromoteearlyhydrationofcement-basedcomposites,Especiallywhenlimestonepowdercontentis50%,hydrationturnsfromNGprogresstoIprogressrapidly.Keywords:hydrationkinetic;limestonepowder;kineticparameter目前高性能混凝土的组分越来越复杂化，混凝土中通常都掺入粉煤灰、磨细矿渣

5、等辅助胶凝材料。但是，随着混凝土用量的急速增大，粉煤灰等主要辅助胶凝材料日益紧缺，而掺入石灰石粉对改善混凝土的性能（如抑制骨料反应、促进水泥的早期水化等）、降低工程造价、减少环境污染都有积极的作用，石灰石粉越来越被研究者重视。那么，石灰石粉的掺入对水泥基材料的水化机理究竟会产生怎样的影响，掺入石灰石粉对水泥基材料的水化过程和水化动力学模型有什么样的影响，这些问题都需要研究者深入分析探讨。本文测量了含有不同掺量石灰石粉的水泥基材料水化放热速率和放热量，并与掺粉煤灰水泥基材料进行对比，运用水化动力学方法对其进行分析，用以评价石灰石粉对水泥基材料水化机

6、理和水化过程的影响。1水化动力学方法及水泥基的水化动力学模型化学动力学（chemicalkinetics）是研究化学反应过程的速率和反应机理的物理化学分支学科，它的研究对象是物质性质随时间变化的非平衡的动态体系。时间是化学动力学的一个重要变量。化学动力学的研究方法主要有两种，一种是唯象动力学研究方法，也称经典化学动力学研究方法，另一种是分子反应动力学研究方法。到19世纪末，热分析法开始用来研究不定温条件下非均相反应，用（反应物向产物）转化度α来表示。非均相体系中的定温动力学方程为(1)热分析动力学研究的目的就是求出上述方程中的动力学参数：E、A和

7、f(α)[1,2]。很多学者采用唯象动力学研究方法进行了水泥基材料的水化动力研究，，例如西班牙的A.Fernández-Jiménez[3,4]和比利时的GDeSchutter[5,6]。R.KrstulovicÂ和P.DabicÂ[7]提出了一个水化动力学模型：假设水泥基材料水化反应发生三个基本过程：结晶成核与晶体生长(NG)、相边界反应(I)和扩散(D)。假设以上三个过程可以同时发生，从整体上看，水化过程发展取决于其中最慢的一个。式(2)～式(4)分别反映由NG、I和D控制的水化反应过程。(2)(3)(4)其中α为水化度，K为反应速率常数，n

8、为反应级数，R为气体常数。由于R为气体常数，可令K1=K1’，K2R-1=K2’，K3R-2=K3’。水化热的试验数据可以通过(5)、(