不同熟料矿物含量的水泥配制混凝土部分性能的研究

【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C_3S、C_3A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CO_2、NO_x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350m~2/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C_2S、C_3S含量接近时，随着水泥熟料中Fe_2O_3含量的增加，C_4AF含量增加，C_3A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C_3S满足强度要求及溶剂矿物C_3A、C_4AF含量接近的前提下，低C_3S高C_2S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C_3S低C_2S含量的水泥配制的混凝土。C_2S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；C_4AF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C_2S、C_4AF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。