《複合水泥基材料高效利用的基礎研究》是依託華南理工大學，由余其俊擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：複合水泥基材料高效利用的基礎研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：余其俊
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
項目圍繞水泥熟料、輔助性膠凝材料的高效利用和提高混凝土耐久性等關鍵科學問題開展研究工作。從水泥基材料多尺度結構、動態的漿體組成和結構出發，利用數學、物理方法研究膠凝組分顆粒在空間的拓撲和分布，以及顆粒、水化產物間的連線和孔隙縮減、體積穩定性的演化規律，構建膠凝組分的組成、粒徑分布、水化活性等參數匹配與硬化體中顆粒的拓撲、分布與連線，以及硬化漿體多尺度組成和結構與力學性能、耐久性能間的關係，為獲得低熟料用量，高體積穩定性的複合水泥基材料提供理論指導。預期可減少水泥熟料用量20％以上，提高混凝土耐久性指標10～20％。同時，本項目對於實現水泥科學理論和技術的創新，促進水泥產品結構調整，提高能源與資源利用效率有重大意義，也為今後研發具有更高膠凝性、更高抗滲性和耐久性的複合水泥基材料奠定理論基礎與技術支撐，是一項推進水泥混凝土工業節能減排和低碳經濟發展的重要基礎性研究工作。
結題摘要
水泥硬化體中含有大量未水化熟料顆粒（50%左右），其僅起到了“填充”作用，是一種資源與能源的浪費。本項目根據各粒度區間膠凝材料的水化特性，對複合水泥組成進行設計，通過調控複合水泥初始堆積狀態和水化進程，在降低水泥熟料用量、提高輔助性膠凝材料（SCMs）摻量的同時，顯著改善了複合水泥力學和體積穩定性能。獲得的主要進展如下： （1）揭示了水泥熟料與SCMs的非均相分布規律以及不同粒度區間膠凝材料的水化、硬化特性，為調控和最佳化複合水泥基材料性能提供了基礎數據。 （2）建立了“區間窄分布，整體寬分布”顆粒級配模型，通過多粒度區間膠凝材料合理搭配，使複合水泥漿體堆積密度提高了10%（即填充水化產物減少30%左右）。 （3）水泥熟料和SCMs的高效利用方法：高活性SCMs（礦渣等）應置於細粒度區間；水泥熟料置於中粒度區間；低活性SCMs或惰性填料應置於粗粒度區間。 （4）通過高效發揮水泥熟料和高活性SCMs的膠凝性能，突出顆粒物理堆積作用對硬化漿體性能的貢獻，僅採用25%的水泥熟料即可製備42.5強度等級複合水泥（工業化生產中熟料用量在70%左右），可顯著減少複合水泥生產中資源、能源消耗和碳排放。 （5）通過最佳化骨料的粒形、級配等參數，可降低混凝土中膠凝材料用量，顯著改善複合水泥混凝土體積穩定性與耐久性。 （6）建立了塑性水泥漿體與混凝土非均勻變形表征方法，從複合水泥漿體組成、結構形成與演變過程角度，揭示了複合水泥基材料體積穩定性與抗裂性能的改善機理。 上述研究結果豐富了水泥化學基礎數據，為水泥熟料和SCMs（甚至是惰性填料）的科學、高效利用指明了方向，也為改善複合水泥基材料的體積穩定性和耐久性奠定理論基礎與技術支撐。基於此，獲得了2項國家自然科學基金-國際交流合作項目，在行業權威期刊發表論文36篇，其中在Cement and Concrete Composites發表3篇、Construction and Building Materials發表7篇，獲得美國NIST建築材料首席科學家Bentz教授、RILEM秘書長Schutter教授等著名專家的高度認可和評價，累計被引用200餘次；獲授權發明專利7項，成果在卓越水泥廠等多家水泥企業推廣套用，有力推動了水泥工業的節能減排和可持續發展，具有顯著的經濟、社會和環境效益。
