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1.介绍 2

2.材料 3

3.方法 4

3.1.混凝土 4

3.2.水泥净浆 6

4. 结果 7

4.1.OPC和CSA水泥混合物的水化 7

4.1.1.砂浆机械性能 7

4.1.2.等温热传导量热法 7

4.1.3.热分析 9

4.1.4.x射线衍射 11

4.1.5.透射电子显微镜法 11

4.2.OPC的组成和石灰的影响 12

5. 讨论 15

5.1.OPC和CSA水泥混合物的水化 15

5.2.OPC的组成和石灰的影响 17

6. 结论 17

致谢 18

附录A 18

参考文献 19

普通硅酸盐水泥和硫铝酸钙水泥混合物的水合作用

摘要：普通硅酸盐水泥（OPC）和硫铝酸钙（CSA）水泥是两种化学性质不同的水硬性黏合剂。OPC和CSA水泥混合物可用于调整特定应用的黏合剂性能。本文的第一部分比较了两种不同OPC配比的OPC-CSA水泥的85-15%,70-30%和40-60％的共混物的抗压强度和水化产物。CSA水泥百分比改变硬化速度以及水化机制（水合物的性质和数量）。即使OPC占据比例最低（OPC的40％），OPC的组成也具有显著影响。在第二部分中，基于抗压强度和量热分析的研究表明，OPC游离石灰是一个关键参数。

关键词：硫铝酸钙水泥普通硅酸盐水泥水化产品砂浆游离石灰

1.介绍

OPC是从石灰石和粘土中获得的水硬性黏合剂，传统上用于建筑和土木工程施工。尽管OPC的生产范围很广，但其排放的二氧化碳约占全球人为排放总量的5%^[1]。

各种CSA水泥(硫铝酸钙-贝氏硫铝酸盐-硫铝酸铁)最早出现于60年代，主要在中国生产^[2]。根据其用途，这些CSA水泥含有一种名为硫铝酸钙或克莱因盐的化合物（C₄A₃S)也还有可变比例的硅酸二钙（C₂S），铝酸钙（CA），钙铝石（C₁₂A₇）或褐煤（C₄AF）。CSA水泥有许多优点，例如凝结时间短、硬化速度快、玻璃纤维的相容性好，同时可以通过添加来实现他们改善波特兰水泥尺寸稳定性的能力^[3-5]。

在本文中，使用的CSA熟料的主要化合物是硫铝酸钙，硅酸二钙是次要组分。该熟料是通过燃烧石灰石、铝源（铝土矿，再生材料）和硫酸钙得到的产品熟料适量的硫酸钙混合制得。这种CSA熟料在生产过程中释放的CO₂比OPC熟料少，主要有两个原因:熟料化温度在1250 C左右(OPC熟料为1450 C)，石灰石比例较低。然而，这种特殊熟料的成本高于OPC，主要是由于较高的铝比例（更昂贵的材料）。

OPC和CSA水泥的混合物可以结合它们的优势，控制特定的性能，如膨胀或凝固时间。例如，这些共混物自60年代以来一直用于美国（K型水泥（ASTM C 845 - 04））以及日本^[6-9]，以生产收缩补偿或膨胀水泥。在这些水泥中，OPC与主要含有CSA水泥、硫酸钙(硬石膏:CS)和氢氧化钙(CH)的混合物混合。膨胀机制是一种复杂的现象，与钙矾石(C₆AS₃H₃₂)的形成有关^[10-17]。

叶蜡石(C₄A₃S)水化产物取决于硫酸盐和石灰的用量。在氢氧化钙和硫酸盐的存在下，叶蜡石导致钙矾石(C₆AS₃H₃₂)的形成(反应1)。在没有氢氧化钙的情况下，叶蜡石水化形成钙矾石和三水铝矿（AH₃）(反应2)，或单硫铝酸盐(C₄ASH₁₂)和三水铝矿(反应3)。

反应1和2表明，石灰可以改变水合物的性质和数量。石灰也改变了硫铝酸钙的水合速率^[19]。在OPC和CSA水泥的混合物中，氢氧化钙(i)可以直接添加到黏合剂中，（ii）由OPC（游离石灰）或（iii）在OPC水合（波特兰）期间产生。在高掺量CSA水泥(50%及以上)的OPC与CSA水泥共混体系中，OPC水化主要发生在水化数天后^[20,21]。硅酸三钙(C3S)水化(OPC主成分)可产生水化钙铝黄长石 (C₂ASH₈)和氢氧钙石(反应 4)，硅酸三钙石也可形成C-S-H凝胶和氢氧钙石，与OPC单独或与CSA水泥低掺和形成。OPC还含有C₃A，其水合作用导致钙矾石的形成(反应5)。

如果硫酸钙的用量不足，C₃A也可以形成单硫铝酸盐。在没有硫酸钙的情况下，C₃A形成不稳定的铝酸钙水合物(例如 C₄AH₁₃)，然后形成稳定的水榴石水合物(C₃AH₆)。OPC来源的改变改变了C₃S和C₃A的百分比，从而改变了水合物的形成和数量。

前面描述的五种反应并不详尽。事实上，OPC和CSA水泥的二次组分，如硅酸二钙(C₂S)、铁铝酸钙 (C₄AF)或钙铝石(C₁₂A₇)也会产生影响。然而，这些反应表明，OPC组成对OPC和CSA水泥共混物有重要影响。在本文的第一部分中，我们研究了OPC - CSA水泥共混物(85-15%,70-30%,40-60%的OPC - CSA水泥)与两种不同的OPC(一种为灰色，另一种为白色)对OPC - CSA水泥组成的影响。在第二部分中，对其他OPCs的补充抗压强度和等温导热量热试验表明了游离石灰的基本作用。

在描述了所使用的材料和方法之后，对结果进行了详细的描述。讨论对数据进行了解释，并对结果进行了解释。

2.材料

在文章的第一部分中，使用了两个OPCs(欧洲标准:CEM I 52.5)(一个灰色(G)，另一个白色(W))。第二部分采用了另外三种OPCs(欧洲标准:CEM I 52.5) (G2, G3, G4)以及氢氧化钙(CH)。表1和表2描述了这些材料的密度、布莱恩表面、化学和矿物组成。需要注意的是，三种OPCs (G、G2和G3)的游离石灰含量相近(游离石灰百分比:0.8-1.0%)，低于另外两种OPCs (W和G4)(游离石灰百分比:2.0-2.1%)。此外，两种水泥(G2和G3)组成相似，但布莱恩表面(3900克和4500克/立方厘米)非常不同。CSA水泥主要由两种液相组成:硫铝酸钙(65%)和硅酸二钙(10%)。基于相似CSA水泥的水泥和砂浆的性质和水化作用，根据硫铝酸盐和硅酸二钙的比例(分别为65%和21%^[22]或53%和18%^[23]或54%和19%^[24])已经进行了研究。CSA熟料中氟球(11%)的形成与CSA熟料生产原料中的氟有关。这种矿物在描述白色OPC中的形成及其结构中已经被提出过^[25]。在白色OPC中，它在90天的水化过程中不发生反应。含叶蜡石和萤石的组合也已经被提出^[27]。

表3为本研究使用的三种OPC - CSA水泥混合物的CSA水泥(熟料和硬石膏)和OPC百分比。计算硬石膏比例，得到一种混合料(OPC、CSA熟料和硬石膏)，其中叶蜡石水化(反应2)和铝酸三钙水化(反应6)应主要形成钙矾石(SO₃/Al₂O₃ 摩尔比始终高于1)。

在这篇文章中，对于含有灰色OPC的混合物，G(或G2, G3和G4)和含有白色OPC的混合物W被引用。G和W之后是CSA水泥的百分比(15%、30%或60%)。例如，一个名为“G2-60”的样品对应的是含有40%灰色OPC 2与60% CSA水泥混合的混合物。

3.方法

3.1.混凝土

在本研究中，CSA水泥是研磨CSA熟料和研磨天然硬石膏的混合物。CSA熟料是意大利水泥集团生产的一种商用粘结剂(ALIPRE)，熟料为可回收材料(铝源)，熟料温度在1300℃以下。

用450g水泥(OPC和CSA水泥共混物)、1350g沙子(EN 196-1)和225g水(水/水泥(w/c)比0.5)制备了3个4 - 16 cm棱柱状样品。即使CSA水泥的加入加速了OPC的凝结，砂浆的和易性(CSA水泥60%的砂浆需要20分钟)允许在没有外加剂的情况下制备模具。砂浆养护条件取决于CSA百分比(表4)，30%的CSA水泥在养护6小时后脱模，但未直接放入水中，否则试样表面会出现裂缝。这种无法解释的表面现象并不影响砂浆的抗压强度，但作为预防措施，砂浆在浸没24h后才会发生浸没。分别在1、3、7天和1、3个月后对砂浆进行三点抗折强度和抗压强度的测量。

表1

OPC.CSA熟料和硬石膏x射线荧光分析和游离石灰测量(重量百分比)以及布莱恩表面和密度

w ^

CSA熟料

硬石膏

酸橙 全文共18608字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[1881]

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