不同熟料矿物含量的水泥配制混凝土部分性能的研究

论文摘要

建筑行业“时间就是金钱，效益就是生命”的号召引导着水泥和混凝土材料向早强、高强的方向发展。这种不科学的导向造成水泥行业在生产过程中过分追求C3S、C3A等高强、早强型矿物的高含量，以及较大的水泥比表面积。这使得水泥熟料的生产能耗增大，对石灰石资源要求高，吨熟料排放的CO2、NOx等环境不友好气体增多，还导致了现在混凝土构件开裂现象严重，部分耐久性能下降，影响到工程的使用寿命，尤其是目前水泥耗用量较大的公路工程、预应力管桩行业等。如较差的混凝土抗疲劳、耐磨性能已成为混凝土路面材料损坏的一个重要原因；混凝土抗冲击性能较差时预应力管桩的断桩率升高。这些方面造成的资源、能源浪费十分突出。因此，研究熟料矿物含量与水泥混凝土强度、抗疲劳、抗冲击、耐磨性能的关系，从社会节能减排的角度评价硅酸盐水泥熟料的合理矿物含量，对水泥和混凝土行业的发展均有重要的意义。本文选取了均由5000t/d新型干法窑生产的四种不同矿物含量的工业熟料，在实验室小磨中磨制350m2/kg的PI水泥，以同一配合比配制相同强度等级的混凝土，研究了不同熟料矿物含量的水泥对其配制混凝土的强度、抗疲劳、抗冲击、耐磨性能的影响，并采用TG-DSC、EDS、SEM等分析了影响机理。结果表明：当熟料中硅酸盐矿物C2S、C3S含量接近时，随着水泥熟料中Fe2O3含量的增加，C4AF含量增加，C3A减少，所配制混凝土在28d和90d龄期的抗疲劳、抗冲击、耐磨性能都依次提高；在保证熟料中适量C3S满足强度要求及溶剂矿物C3A、C4AF含量接近的前提下，低C3S高C2S含量的水泥配制的混凝土的抗疲劳、抗冲击、耐磨性能都要优于高C3S低C2S含量的水泥配制的混凝土。C2S的水化产物中有较多的C-S-H凝胶和较低的CH，晶胶比降低；C4AF的后期水化消耗部分易于层间解离的CH，削弱混凝土中CH在界面的富集，减少了界面处的裂纹策源地，优化了粗集料-砂浆界面结构。因此，较高C2S、C4AF含量的水泥配制的混凝土断裂能Gf提高，韧性提高，裂纹的亚临界扩展速率慢，从而抗疲劳、抗冲击、耐磨性能均较好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 优化硅酸盐水泥熟料矿物组成的研究
• 3S 水泥的开发'>1.2.1 高 C₃S 水泥的开发
• 1.2.2 高 C2S 水泥的研究
• 4AF 低 C₃A 水泥的应用'>1.2.3 高 C₄AF 低 C₃A 水泥的应用
• 1.3 混凝土抗疲劳、抗冲击、耐磨性能的研究
• 1.4 本课题的提出及研究内容
• 第二章 实验材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 混凝土配合比和试件制备
• 2.3 混凝土和水泥胶砂检测方法
• 2.3.1 水泥胶砂和混凝土强度检测方法
• 2.3.2 抗冲击性能测试
• 2.3.3 耐磨性能测试
• 2.3.4 抗疲劳性能测试
• 2.3.4.1 加载波形及频率的确定
• 2.3.4.2 应力水平和循环特征值的确定
• 2.3.4.3 加载方式的选择
• 2.3.4.4 疲劳实验程序
• 2.4 微观测试方法
• 2.4.1 水化程度
• 2.4.2 TG-DSC 热分析
• 2.4.3 孔结构分析（MIP）
• 2.4.4 SEM、EDS
• 第三章 熟料矿物含量不同的水泥对配制混凝土强度的影响
• 3.1 水泥胶砂强度
• 3.2 混凝土强度
• 3.3 本章小结
• 第四章 熟料矿物含量不同的水泥对配制混凝土部分性能的影响
• 4.1 混凝土抗冲击性能的研究
• 4.2 混凝土耐磨性能的研究
• 4.3 混凝土抗疲劳性能的研究
• 4.3.1 疲劳寿命
• 4.3.2 跨中挠度值
• 4.3.3 疲劳寿命与跨中挠度值分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 熟料矿物含量与混凝土水化产物及界面结构的关系
• 5.1 浆体水化产物组成
• 5.1.1 水化程度
• 5.1.2 水化产物
• 5.2 界面区水化产物组成
• 5.3 水泥胶砂孔结构分析
• 5.4 组成、结构与性能的关系
• 5.5 本章小结
• 结论
• 创新之处
• 参考文献
• 致谢
• 附件