C3S-C2S-C3A-C2(AxF2-x)O5体系水泥熟料抗侵蚀性能的探究开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

十八大报告提出海洋强国战略已成为我国和平发展战略的重要组成部分,未来我国将从海洋资源开发、海洋经济发展、海洋科技创新、海洋生态文明建设、海洋权益维护等方面推动海洋强国的建设。随着海洋强国战略的实施,特别是海洋工程的建设,如岛礁建设、港口建设等海洋工程建设,对各种特殊环境和不同特殊领域的水泥和特种工程材料的研发和应用提出了新要求。

现有海工预制构件用水泥主要采用普通硅酸盐水泥,这些构件往往处于海洋最恶劣环境中(潮汐区),受到浪、潮汐、干湿循环、盐、高温/冻融等复杂多场耦合作用,普通水泥难以满足长寿命海工水泥基材料的设计要求。目前提高水泥抗蚀性的解决方案主要是外掺混合材或改变水泥熟料组成。由于混合材的大量掺入降低了水泥的使用量,且混合材的强度发挥需要时间,使得水泥早期强度增长缓慢,不适合预制构件的生产,要想继续提高水泥的抗蚀性,应考虑改变水泥的组成。

普通硅酸盐水泥的矿相组成为C3S、C2S、C3A以及铁相固溶体,C3S一般占熟料组成的60%以上,其水化产物C-S-H凝胶和Ca(OH)2热力学稳定性不良,在海水中的Mg2 和SO42-的共同作用下,生成石膏晶体和钙矾石晶体,引起体积膨胀,在混凝土表面产生裂缝,裂缝使Mg2 进一步侵入混凝土内部,将Ca(OH)2转化为Mg(OH)2,体积的碱度降低,破坏了C-S-H稳定存在的条件,使C-S-H等水化产物分解,混凝土强度降低。而水泥中的铁相水化快,基体密实性高、硬度大,抗冲击性能和抗硫酸盐性能好。铁相固溶体成分比较复杂,有人认为是C2F-C3A3F连续固溶体中的一个成分,也有人认为是C6A2F-C6AF2连续固溶体的一部分,在一般硅酸盐水泥中其成分接近C4AF,其水化后生成(A,F)H3,比表面积高,物理吸附侵蚀离子,化学固化Cl-离子,具有很好的抗侵蚀性能。因此,提高水泥抗蚀性,应提高熟料中的铁相含量,降低硅酸三钙含量。

本实验设计在提高熟料中铁相含量的基础上,进一步探究铁相中Al/Fe值对水泥熟料性能的影响。利用XRD、拉曼、核磁、电镜等表征手段探究铁相中Al/Fe比的变化对于熟料中各矿相晶体结构的影响,利用水化热,抗压强度及抗氯离子、硫酸根离子性能测试探究铁相中Al/Fe比的变化对于水泥熟料性能的影响。了解高铁相水泥国内外相关研究概况和发展趋势;确定合适的水泥组分和烧成制度,采用分析纯试剂合成水泥熟料并测试相应的理化性能。


冯修吉等人对C4AF的生成和水硬性能做了研究,表明C4AF是一种胶凝性能较好的矿物。半径较小的铝离子取代C2F晶格中四配位的铁离子使其转化为C4AF,从而削弱了Fe-O键,降低了晶格的稳定性,提高了铁相的水硬活性。其水化能力主要取决于C4AF的烧成制度和外掺组分。第四周期过渡金属离子V5 、Ti4 、Mn4 能够与铁离子通过不等价置换形成置换型固溶体,使铁相晶格发生畸变,水硬性提高。

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