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《中国建筑材料科学研究总院》 2018年
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海洋工程用低热硅酸盐水泥的研究

黄文  
【摘要】:水泥作为混凝土建筑主要胶凝材料,其性能直接关系海洋工程的安全性和耐久性。依据海洋环境及工程特点,海洋大体积混凝土对水泥提出早强、低热、良好抗侵蚀性能等要求。现有低热硅酸盐水泥具有水化热低、后期强度等高优良特性,可解决由于水泥水化放热引起的混凝土开裂问题,但存在早期强度低且抗海水侵蚀性能应进一步提高的缺点。因此,亟需针对海洋工程要求,研制兼具早强、低热、良好抗侵蚀性能的低热硅酸盐水泥。本文利用XRD、FT-IR、SEM-EDS、DSC-TG、微量热仪等测试手段,研究了微量元素掺杂对硅酸二钙晶型结构的影响规律,为提高硅酸二钙和水泥的活性提供了理论基础;在此研究结果基础上,对海洋工程用低热硅酸盐水泥熟料矿物组成进行优化匹配,研究了水泥的强度、水化热及抗侵蚀性能与组成的关系;阐明海洋工程用低热硅酸盐水泥抗海水侵蚀机理,为海洋工程用低热硅酸盐水泥的研制及开发提供技术支持,得出以下主要结论:(1)为提高低热硅酸盐水泥主导矿物硅酸二钙水化活性,研究了掺杂离子种类、掺量与硅酸二钙晶型结构间的相关规律,并得出相应最佳掺量。研究结果表明,离子单掺作用效果为:P_2O_5SO_3BaO,P_2O_5和SO_3最佳掺量分别为1.64%,4.75%,BaO掺量应≥11.55%;离子复合掺杂时,微量SO_3使P_2O_5和BaO最佳掺量明显降低,证明离子复合掺杂具有更好的稳定活化效果。(2)为提高低热硅酸盐水泥早期强度和抗海水侵蚀性能,研究了熟料矿物组成对低热硅酸盐水泥抗海水侵蚀性能、氯离子扩散系数、水化热、干缩率等性能的影响规律。综合考虑各种性能,初步得到海工低热硅酸盐水泥最佳熟料矿物组成范围:C_3A含量4%~8%,C_2S含量40%~45%,综合性能良好。(3)研究了海洋工程用低热硅酸盐水泥水化产物在海水及淡水中的变化规律,初步探明海洋工程用低热硅酸盐水泥抗海水侵蚀机理。结果表明,海水环境中,水泥水化产物Ca(OH)_2与SO_4~(2-)、Mg~(2+)反应,生成AFt、Mg(OH)_2、CaSO_4·2H_2O,造成水化产物体积膨胀;另一方面,C-S-H与Mg~(2+)反应生成胶凝性差的M-S-H,导致水泥水化产物胶凝性能劣化;此外,C_3A水化产物可与海水中的Cl~-反应生成Friedel盐,随着熟料中C_3A含量提高,Friedel盐含量增大,可降低水泥石孔隙中游离Cl~-含量,有利于提高海洋工程用低热硅酸盐水泥的抗氯离子性能。
【学位授予单位】:中国建筑材料科学研究总院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TQ172.7

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