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. 研究目的与意义(文献综述)

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。

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2. 研究的基本内容与方案

(1)烧成足量C3S-C2S-C3A-C2(AxF2-x)O5体系水泥熟料及其相关单矿,用于性能测试;

(2)掌握C3S-C2S-C3A-C2(AxF2-x)O5体系水泥熟料的烧成温度范围及其烧成制度;

(3)了解C3S-C2S-C3A-C2(AxF2-x)O5水泥熟料矿物组成体系及其高抗蚀性能的机理;

(4)探究铁相组成的变化对于C3S-C2S-C3A-C2(AxF2-x)O5水泥熟料中各矿相的晶型与结构的影响;

(5)探究C3S-C2S-C3A-C2(AxF2-x)O5水泥熟料抗硫酸盐及氯离子固化性能。


采用分析纯CaCO3、SiO2、Al2O3和Fe2O3合成水泥熟料。熟料设计两组,各组矿相组成如表1所示。原料配比如表 2所示。称量好的原料经球磨机混合均匀,在40MPa的压力下压制成规格为10×10cm的方块试样,在高温炉中煅烧。高温炉烧成制度如表 3所示。

表 SEQ 表 * ARABIC 1熟料矿相组成

sample

C3S (%)

C2S (%)

C3A (%)

铁相(%)

1#

48

28

4

20(C4AF)

2#

48

28

4

20(C6A2F)


表 SEQ 表 * ARABIC 2生料配比

sample

CaCO3(g)

SiO2(g)

Al2O3(g)

Fe2O3(g)

SUM

1#

77.06

14.82

3.77

4.34

100

2#

77.37

14.78

4.84

3.00

100


表 SEQ 表 * ARABIC 3烧成制度

温度范围 /℃

升温速率 /℃·min-1

升温/保温时间 /min

0~900

10

90

900~900

0

10

900~1400

5

100

1400~1400

0

240

烧成后的样品进行急冷,通过XRD、TEM、SEM等测试手段对所烧成水泥熟料的物相、结构及构成进行性能测试和机理研究,利用化学萃取手段对矿相进行萃取实验,用于探究铁相组分变化对熟料中矿相晶型和结构上的变化。

将烧成的熟料粉磨过200目方孔筛,按水灰比0.3加入去离子水混合搅拌,经捣实后制成规格为20×20mm的试块,在标准养护条件下养护(20±2℃,RH≥95%)。分别测定7d、28d的抗压强度。将测量7天、28天强度后的水化产物分别浸泡硫酸钠溶液和氯化钠溶液28天,测定其氯离子固化量和硫酸盐侵蚀产物。


3. 研究计划与安排

(1)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;

(2)第4-9周:完成水泥熟料的合成实验以及熟料中各矿相的萃取实验;

(3)第10-12周:对所制备的水泥熟料进行性能测试以及机理研究;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] guntherj.redhammer,gerold tippetl,georg roth,and georg amthauer.structural variationsin the brownmillerite series ca2(fe2–xalx)o5:single-crystal x-ray diffraction at 25 °c and high-temperature x-ray powder diffraction(25°c ≤ t ≤ 1000°c)[j].american mineralogist, 2004(89):405-420.

[2] andrew p.grosvenor and john e.greedan.analysisof metal site preference and electronic structure of brownmillerite-phaseoxides (a2b′xb2#8722;xo5; a = ca, sr;b′/b = al, mn, fe, co) by x-ray absorption near-edge spectroscopy[j].journal ofphysical chemistry c, 2009(113):11366-11372.

[3] stephan d, maleki h, kn#246;fel d, et al.influence of cr, ni, and zn on the properties of pure clinker phases part i. c3s[j].cement and concrete research, 1999(29): 545-552.

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