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不同熟料矿物含量的水泥配制混凝土部分性能的研究

徐铜鑫  
【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。


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