外源與原生硫酸鹽對矽酸鹽水泥水化硬化作用機理研究

《外源與原生硫酸鹽對矽酸鹽水泥水化硬化作用機理研究》是依託重慶大學，由錢覺時擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：外源與原生硫酸鹽對矽酸鹽水泥水化硬化作用機理研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：錢覺時
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

硫酸鹽是矽酸鹽水泥中的少量組分，但類型很多且在水泥水化硬化過程作用非常重要。項目將來源於熟料和混合材中硫酸鹽歸類為原生硫酸鹽，而將外摻石膏等硫酸鹽歸類為外源硫酸鹽，通過硫酸鹽定量測量方法的研究和對實際水泥樣品的硫酸鹽測試，分析水泥中硫酸鹽存在形態與規律，再將微觀化學分析和巨觀性能試驗並重，採用超長齡期試驗，研究不同類型硫酸鹽在水泥水化硬化過程中的積極作用與潛在危害，並根據影響程度建立相互間的等效關係，重點研究原生硫酸鹽與外摻石膏之間的等效關係，從有利於水泥總體性能和利用高硫酸鹽廢渣角度，確定水泥總硫酸鹽最佳含量和原生硫酸鹽含量限值。項目研究有利於認識熟料和混合材中原生硫酸鹽形態分布規律，發揮硫酸鹽在提高水泥強度和體積穩定性方面的積極作用，有利於促進水泥生產成本的降低、高硫酸鹽廢渣的利用和混凝土開裂現象的防治，研究結果還可為有關標準規程提供依據，補充發展水泥水化理論。

結題摘要

項目針對來源於熟料和混合材中的原生硫酸鹽和外摻石膏等外源硫酸鹽，從矽酸鹽水泥套用角度，通過硫酸鹽測量方法的改進，對比研究不同類型和來源硫酸鹽在水泥水化硬化過程中作用機理，明確和區分硫酸鹽積極作用與潛在危害，建立不同類型硫酸鹽之間的關係，以確定水泥總SO3含量和不同類型硫酸鹽含量範圍。 在對收集到的國內外60餘種水泥、26種熟料和40餘種混合材樣品常規性能測試分析基礎上，提出50%（v/v）乙醇法和飽和碳酸鈉溶液法並結合其他分析方法，分析了原生硫酸鹽類型和含量變化規律，確定原生硫酸鹽主要為鹼金屬硫酸鹽，多存在於矽酸鹽和鋁酸鹽相中，鹼金屬硫酸鹽SO3含量通常低於1.0%，混合材中主要存在高溫硬石膏。 將原生硫酸鹽分為易溶鹼金屬硫酸鹽，以及存在於矽酸鹽和鋁酸鹽相中的難溶硫酸鹽。通過煅燒方式分別製備鹼金屬硫酸鹽、硫矽酸鈣和硫鋁酸鈣以模擬水泥中存在的硫酸鹽，高溫硬石膏以模擬混合材中存在的硫酸鹽。硫鋁酸鈣和硫矽酸鈣在矽酸鹽水泥熟料中不太常見，但仍有報導發現存在，項目研究還對這兩類硫酸鹽開展研究。項目還輔助交流阻抗方法分析硫酸鹽對水泥後期體積穩定性的影響。 通過對比不同類型和含量硫酸鹽對水泥凝結、強度發展和體積穩定性的影響，發現鹼金屬硫酸鹽不會明顯縮短水泥凝結時間，雖促進1d強度，但顯著降低長期強度和增大收縮。研究還發現以水泥[Na2Oeq][C3A]/[SO3]2摩爾比更能反映鹼金屬硫酸鹽的影響，應控制在0.5以內。 原生石膏和含石膏的硫酸鹽混鹽對水泥性能影響不同於鹼金屬硫酸鹽以及鹼金屬硫酸鹽復鹽。KC2S3會降低水泥後期強度，增大幹縮和水養膨脹率，但能部分替代外摻石膏發揮作用。混合材中無水石膏作用高於天然硬石膏略低於二水石膏。硫矽酸鈣能促進後期強度發展，有利於鈣礬石的穩定和體積穩定性改善。 研究發現外加石膏和幾乎所有緩凝劑研究針對幾種鹼和SO3含量比較低的特殊水泥熟料無法延長凝結時間，甚至促凝和顯著降低流動性，初步結果顯示適量鹼金屬硫酸鹽對這種現象有所緩和。 研究結果表明，無論是原生還是外源鹼金屬硫酸鹽對水泥的不利影響較為明顯，廢渣中無水石膏能替代二水石膏在水泥中發揮作用，以前被忽視的硫矽酸鈣對水泥混凝土耐久性有積極作用。研究結果對於水泥生產質量控制、水泥有效使用和外加劑開發利用具有指導價值，也有利於促進高硫高活性廢渣的利用，對於水泥水化硬化理論發展有一定的貢獻。