Q相水泥的制备及其耐久性能开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

水泥:是指加入适量水后可形成塑性浆体,既能够在空气中硬化,并能够将砂、石等材料牢固地胶结在一起的细粉状水硬性胶凝材料[1]。水泥按其主要水硬性物质名称分为普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥以及磷酸盐水泥等。其中铝酸盐水泥由于其拥有凝结硬化速度快、早期强度高、水泥水化热大的优点,主要用于工期紧急的工程,如国防、道路和特殊抢修工程以及冬季施工的工程。但是铝酸盐水泥的后期强度性能有降低的趋势,降低约40~50%左右,因此铝酸盐水泥不宜用于长期承重结构或高温高湿环境的工程中。Q相水泥是和铝酸盐水泥相类似的一类水泥,为了充分利用Q相硬化速度快、早期强度高等优点,同时改善其后期强度倒缩等问题,本文将对Q相水泥在40℃下的水化性能和改性研究。

Q相是CaO—Al2O3—MgO—SiO2四元系统中的四元相,其化学式通常为Ca20Al26Mg3Si3O68,具有烧成温度低,早期水化强度高的优点[2]。普通高铝水泥主要由CA,CA2,C12A7,C2AS组成。当高铝水泥中氧化镁含量超过一定量,在1300℃左右,由C2AS(C2S) 和 CA(CA2, C12A7) 以及 f-MgO形成Q相[5,6,7]。综合文献,分析比较Q相与上述四种单一矿相水化的特点,Q相水泥具有以下优点[8,9]:1.烧成温度较低,节约能源;2.早期水化强度高;3.水化放热速率较缓慢,避免自发热现象的产生,同时其水化放热周期较长。但是,也有文献指出Q相水泥水化产物与高铝水泥的水化产物相同[11],随着养护温度的升高或者养护时间的延长,低密度介稳相的CAH10(ρ=1.72g/cm3)和C2AH8(ρ=1.95g/cm3)向高密度稳态的C3AH6(ρ=2.52g/cm3)转变[12]。这种水化产物的晶型转变促使水泥水化体系中水化产物的固相体积减少,孔隙率增大,故而强度降低。另一方面,水化产物的相转变使得硬化水泥浆体孔隙粗化,孔隙率增大,这为侵蚀介质提供了运输通道,降低水泥的抗侵蚀能力。因此需对Q相水泥进行改性,改性机理如下:利用硅铝质的矿物掺合料在碱性环境下溶出的活性硅与介稳相水化铝酸钙反应生成C2ASH8(水化钙黄长石),从而避免C3AH6的形成。目前,应用较为广泛的矿物掺和料包括粉煤灰,矿粉,硅灰等[14,15],这些矿物掺和料的作用主要表现在:1.作为晶核剂,促进铝酸盐水泥的早期水化;2.微集料效应,纳微米级的矿物掺合料易于填充在水化浆体的孔隙中,提高浆体密实度,降低孔隙率;3.在孔溶液提高的碱性环境下,硅铝质的矿物掺合料中活性硅和铝易于溶出,其中,活性硅能够与水化产物CAH10和C2AH8反应生成C2ASH8,从而抑制了C3AH6的形成,抑制介稳相的晶型转变,避免后期强度不会倒缩。而活性铝对铝酸盐水化产物的晶型转变研究较少。偏高岭土在硅酸盐水泥体系中应用较为广泛,其不仅可以提高水泥的早期强度还能提高后期强度和耐久性,主要是由于偏高岭土在碱性环境下溶出的硅和铝与硅酸盐水泥水化体系中的氢氧化钙反应生成C-S(A)-H和水化铝酸钙。目前关于偏高岭土在铝酸盐水泥中的研究鲜为少见。由于铝酸盐水泥水化体系的碱度较硅酸盐体系低,铝酸盐水泥水化产物能否激发偏高岭土反应形成C-S(A)-H,目前尚未见报道。为此,本文选择偏高岭土和硅灰作为Q相水泥的改性剂,开展Q相水泥的制备及水化性能、偏高岭土硅灰对Q相水泥水化过程、微观结构、力学性能和耐久性能的影响等研究。

2. 研究的基本内容与方案

(一) 基本内容:

1.文献调研,了解国内外q相水泥相关研究概况和发展趋势,了解选题与社会、健康、安全、成本以及环境等因素的关系;;

2.q相水泥的生料配制和熟料烧成技术;

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告;

第4-9周:按照设计方案,制备q相水泥;

第10-12周:采用xrd、fe-sem等测试技术对q相水泥水化浆体显微结构、力学性能、抗蚀性能进行测定;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 沈威,黄文熙,闵盘荣.水泥工艺学[m].武汉工业大学出版社.1991.

[2] 姜奉华,杨利群,徐先宇.ca-ca2-c2as-mso系统中c2s转变为q相的研究[j].材料科学与工程1998,16(4).67-69.

[3] garcia-lodeiro, i.; irisawa, k.; jin, f.; meguro, y.; kinoshita, h.,reduction of water content in calcium aluminate cement with/out phosphatemodification for alternative cementation technique. cement and concreteresearch 2018, 109, 243-253.

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