水泥超膠凝化理論及技術研究.pdf

1、在普通硅酸鹽水泥基礎上，面向低水膠比、高流態(tài)的現代混凝土要求，建立水泥超膠凝化的低能耗、在線設計方法及技術體系。其目的是解決現代混凝土要求與通用技術存在的重大問題：混凝土中存在20％～40％的未充分水化的水泥，其膠凝效率不能充分發(fā)揮；當水膠比低于0.437時，不能完全水化的水泥熟料，僅作為骨料填充而造成巨大的浪費；未水化的水泥會在混凝土的界面過渡區(qū)產生氫氧化鈣富集，導致混凝土耐久性惡化等。
　　基于上述問題，本文提出了一種全新的面

2、向混凝土應用的水泥在線加工理論和技術。依托國家973重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃和國家自然科學基金（51178363）等項目，基于顆粒整形與精修、級配調控與優(yōu)化、表面改性與電荷平衡等技術，針對水泥的低碳制備、表面改性和膠凝效率的提升進行系統(tǒng)研究。通過水泥進行加工，提高水泥的膠凝效率，減少高資源、能源消耗和高碳排放的水泥熟料的用量，改善混凝土界面過渡區(qū)，提升混凝土耐久性。
　　本文主要成果和創(chuàng)新點如下：
　　1、基于粒度分布函數和分形

3、理論，突破傳統(tǒng)粉磨效率低、能耗高的問題，建立面向混凝土應用的水泥低能耗在線加工制備技術。
　　突破粉磨效率低、大部分能耗轉化為熱量散失的傳統(tǒng)粉磨方式，創(chuàng)造性的提出采用微研磨介質（M）對普通硅酸鹽水泥（C）進行加工，，建立面向混凝土應用的低能耗水泥超膠凝化系統(tǒng)理論和關鍵技術?；谡龖B(tài)、對數、高登-舒曼、羅遜-萊蒙勒分布函數和粒度分形維數理論，采用兩種粉磨方式，對三種物料體系（C、M和CM）的顆粒粒徑（頻度分布和累計分布）、特征參數（

4、D50、D10、D25、D75和D90）和粒度分形維數D進行系統(tǒng)研究，建立高效率、低能耗水泥超膠凝化的理論基礎。實驗條件下，當顆粒粒徑D50為8um時，與采用傳統(tǒng)粉磨技術處理普通水泥相比，添加5％的M處理10min和添加20％的M處理5min，單位質量粉磨能耗分別降低29.83％和58.33％；當顆粒粒徑D50為7um時，添加20％的M處理10min和添加30％的M處理5min，單位質量粉磨能耗分別降低37.50％和64.29％。

5、>　　2、基于IPP圖像技術、分形原理和電子層理論等理論，面向低水膠比、高流態(tài)混凝土要求，針對水泥顆粒粒徑減小，團聚加劇的問題，建立水泥超膠凝化表面改性和調控技術。
　　通過不同種類和摻量的表面改性劑等處理，對水泥漿體的絮凝結構的分形維數、顆粒表面電位和流變性能進行調控。實驗條件下，超膠凝水泥漿體的分形維數1.2~1.4，水化60min的ζ電位-60mW~-30mW，剪切速率為100r/s-1時，剪切應力320pa~500pa，黏

6、度4.00pa·s~5.00 pa·s。而普通水泥的分形維數為1.4632，剪切速率為100r/s-1時，水化60min的ζ電位為-0.89mW，剪切應力為579.27pa，黏度為9.45 pa·s。超膠凝水泥分形維數減少，ζ電位電負性增加，剪切應力減小，黏度降低，為其應用于低水膠比、高流態(tài)、高強和高耐久性的現代混凝土奠定理論基礎。通過對超膠凝水泥表面改性和調控，建立水泥顆粒分形維數-ζ電位-流變性能模型，形成水泥分散技術與理論基礎，建

7、立快速評價和分析顆粒分散程度的方法。
　　3、基于超膠凝水泥的水化產物、水化程度和界面過渡區(qū)特征，建立超膠凝水泥水化理論與模型，為超膠凝水泥應用于高強和高耐久性的現代混凝土奠定理論基礎。
　　采用XRD、SEM和DTA-TG等手段，分析超膠凝水泥在不同齡期、不同水膠比的水化特征和水化程度，建立超膠凝水泥水化理論與模型。與普通水泥相比，同等實驗條件下，超膠凝水泥在水化1d的水化程度明顯提高19.05％，水化3d的水化程度提高2

8、2.04％，水化180d的水化程度提高達20％以上。超膠凝水泥水化產物結構更加致密，水化產物中Ca(OH)2的特征衍射峰峰值強度增加，水化產物的失重量明顯增多。與普通水泥相比，實驗條件下超膠凝水泥的界面過渡區(qū)的硬度提高20.95％，尺寸減小24.14％，漿體的硬度提高14.29％，水化產物結構更致密，Ca(OH)2富集現象減少，為其應用于混凝土提高強度和耐久性奠定理論基礎。
　　4、研究超膠凝水泥的在不同體系的混凝土的應用效果，建

9、立面向混凝土的系統(tǒng)體系和關鍵技術，奠定超膠凝水泥應用和推廣的理論基礎。
　　研究超膠凝水泥的在不同體系的混凝土的應用效果，建立面向混凝土應用的系統(tǒng)體系和關鍵技術。力學性能相當的情況下，單位體積混凝土中，采用超膠凝水泥和礦粉取代普通水泥，超膠凝水泥摻量為8.33％，水泥用量減少30.00％；采用超膠凝水泥和粉煤灰取代普通水泥，超膠凝水泥摻量為16.67％，水泥用量減少25.00％；采用超膠凝水泥、粉煤灰和礦粉取代普通水泥，超膠凝水泥