电阻率法研究水泥的水化特性

论文摘要

水泥基材料是21世纪最大宗的建筑材料,后期强度是其最重要的一项性能指标,若能根据早期性能快速推算后期强度将带来巨大的便捷,这是本文的一个重点。同时,高性能混凝土的概念已深入人心,矿物掺合料与化学外加剂已经成为水泥基材料中不可缺少的组成部分,它们的加入改变了原本已极其复杂的水泥水化过程,尤其是对早期水化过程产生重大影响。研究水泥的水化机理可以为水泥的生产、使用以及新型水泥基材料的开发甚至化学外加剂的开发提供理论基础,具有重要的意义,本课题是在上述背景下提出的。本文采用无电极电阻率测定仪研究了不同等级水泥、不同水灰比条件下电阻率曲线发展特性、同种水泥固定水胶比条件下不同取代量的粉煤灰、微硅粉、钢渣和不同掺量的木钙、聚羧酸对浆体电阻率发展曲线的影响,试验过程中辅以维卡仪、SEM、强度比等方法,研究各种条件下水泥水化机理。研究结果表明,电阻率方法在研究水泥基材料早期水化过程具有极大的优越性。根据电阻率发展曲线,可以将复合硅酸盐水泥早期水化过程划分为四个阶段:溶解期、诱导形成期和诱导期、凝结期和硬化期。在溶解期和诱导期,浆体电阻率是由溶液中离子浓度与浆体孔隙率大小共同决定的;在凝结期和硬化期,浆体电阻率变化与孔隙结构的发展密切相关,电阻率发展曲线可以很好地反映浆体微观结构的变化过程。在未掺加外加剂情况下,1d电阻率与水灰比之间存在幂函数关系,在1d电阻率或w/c已知情况下可确定w/c或1d电阻率;1d电阻率与净浆立方体2d抗压强度之间有较好的线性关系,与净浆立方体7d和28d抗压强度之间存在较好的对数关系,因此,可以根据1d电阻率快速推定后期强度。当粉煤灰掺量不小于40%时,水灰比0.5的净浆电阻率曲线在最低点之前有一奇异极小值点,这与粉煤灰颗粒表面特性及未燃尽碳的吸附作用有关,并且吸附作用主要发生在早期。粉煤灰对于砂浆抗折强度的提高优于对抗压强度的提高,微硅粉对于净浆强度没有提高作用,主要是通过改善浆体与集料界面结构来提高砂浆或混凝土强度。掺加钢渣后水泥浆体电阻率降低并不是由于高铁掺合料的导电性,而是因为水化产物减少造成的。高铁掺合料的使用并不会过度降低混凝土阴阳极电阻加剧锈蚀过程,可以正常使用。电阻率测试方法可以用来鉴定矿物掺合料活性高低,确定化学外加的适宜掺量以及研究外加剂对水泥水化的作用机理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究水泥水化机理的现状
• 1.2.1 单一硅酸盐水泥矿物水化的研究
• 1.2.2 水泥体系水化的分析方法
• 1.3 本课题研究内容
• 2 试验原材料与试验方法
• 2.1 试验原材料
• 2.2 主要试验仪器
• 2.3 无电极电阻率测定仪的工作原理
• 2.4 试验方法
• 3 水泥水化电性能研究
• 3.1 电阻率发展曲线的物理意义
• 3.2 不同水灰比条件下电阻率发展曲线
• 3.3 不同等级水泥条件下电阻率发展曲线
• 3.4 水灰比与 1d 电阻率的关系
• 3.5 1d 电阻率与三个龄期抗压强度的相关性
• 3.6 本章小结
• 4 矿物掺合料对水泥水化电性能的影响
• 4.1 粉煤灰对水泥净浆凝结硬化的影响
• 4.1.1 粉煤灰取代量较小时试件电阻率随时间变化曲线特点
• 4.1.2 粉煤灰取代量较大时试件的电阻率随时间变化曲线特点
• 4.1.3 粉煤灰对净浆和砂浆强度的影响
• 4.1.4 粉煤灰取代试样微观变化过程
• 4.1.5 结论
• 4.2 微硅灰对水泥净浆凝结硬化的影响
• 4.2.1 不同微硅灰取代量试件电阻率随时间的变化
• 4.2.2 微硅灰取代水泥对水泥净浆和砂浆强度的影响
• 4.2.3 微硅粉与粉煤灰取代水泥微观形貌比较
• 4.2.4 结论
• 4.3 本章小结
• 5 钢渣对水泥凝结硬化电性能的影响
• 5.1 钢渣掺量与凝结时间的关系
• 5.2 钢渣掺量与立方体抗压强度间的关系
• 5.3 钢渣掺量与电阻率发展曲线间的关系
• 5.4 钢渣与石英砂对电阻率发展曲线的影响
• 5.5 本章小结
• 6 化学外加剂对水泥水化电性能的影响
• 6.1 木钙对水泥水化电性能的影响
• 6.1.1 木钙掺量对水泥净浆电阻率的影响
• 6.1.2 木钙掺量对水泥净浆凝结时间的影响
• 6.1.3 结论
• 6.2 聚羧酸对水泥水化电性能的影响
• 6.2.1 聚羧酸掺量对水泥净浆电阻率的影响
• 6.2.2 聚羧酸掺量对水泥净浆凝结时间的影响
• 6.2.3 结论
• 6.3 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者攻读学位期间发表学术论文目录