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《武汉理工大学》 2002年
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多组分水泥基材料水化特征与产物性质的研究

张立华  
【摘要】: 随着HPC概念的提出,混凝土技术已得到全面发展。相比十年前混凝土的配合比设计理论已有了较大变化,矿物掺合料已成了配制HPC不可或缺的组分之一。虽然粉煤灰、矿渣等掺合料的掺加技术已较为成熟,但是对于由水泥、粉煤灰、矿渣和硅灰组成的多组分水泥基材料的水化动力学、热力学研究的甚少。本文通过采用C80微量热仪、DTA-TG、SEM、XRD和小角度X射线衍射等手段,研究了掺加矿渣、粉煤灰和硅灰三种工业废渣的多组分水泥基材料的水化特征、产物特性及水泥石微观结构和发展过程。 通过测定多组分水泥基材料的水化放热,研究了该体系的水化特征。结果表明,与硅酸盐水泥相比,由于矿物掺合料与水泥熟料在活性和水化机理上的差异,水化历程有较大的改变:多组分体系诱导期、加速期和衰减期延长,水化反应速率明显降低;低温时,水化放热速率曲线上的第二放热峰细化成分别对应于熟料和矿物掺合料水化的两个小峰;高温时,反应速率加快,双峰合并;进一步研究发现,掺合料的种类与掺量对水化历程也有较大的影响;建立了适用于多组分水泥基材料不同水化阶段的水化动力学方程。通过对表征水化特征和相应阶段的动力学参数的分析,探明了多组分水泥基材料的水化机理。对多组分体系各水化龄期的水化样进行了研究:计算出各富水相水化产物的含量及其各种水的含量。通过研究富水相水化产物热稳定性的研究指出:矿物掺合料的掺入,改变了水化产物,特别是含水层状产物各离子之间的结合状态,导致其结构稳定性发尘变化;并且在此基础上探讨了富水相水化产物的结构特征以及随掺合料种类、掺量和水化龄期的转变规律;研究了多组分体系微观结构形成及其发展过程:通过形貌观察发现,掺入掺合料后,由于掺合料的物理化学作用,纤维状和针状凝胶产物逐渐转变成絮凝状:结晶相规正的几何外形被反应腐蚀掉,而且在结晶相中由凝胶随体系碱度变化有结晶化趋向,转变结晶生成的类似托勃莫来石等物质结晶相产物,而主要结晶相的量明显减少。由于矿物掺合料的晶核作用、填充密实和二次水化作用,明显改善了界面过渡区和基体中CH的择优取向,并且不论是在界面区还是基体中,结晶相的晶粒尺寸都发生了明显的细化。 本文建立了一种新的表观反应活化能计算方法——等转化率法。比较结果表明:等转化率法对于多组分体系的表观反应活化能的计算比较 武汉理工人学硕士学位论文 适用于多组分水泥基材料各水化阶段。结合SEM、水化历程、水化机理 和结构特征的研究结果,早期的水化产物通过溶解-沉淀过程生成,后期 是通过类似于固相烧结的化学反应生成。
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