低热水泥的研究现状及展望

水泥与混凝土广东建材2006年第5期低热水泥的研究现状及展望李华(华南理工大学材料学院510641)吴笑梅樊粤明(华南理工大学特种功能材料及制备技术教育部重点实验室)摘要：作为混凝土新型胶凝材料的低热水泥具有低能源消耗、低环境负荷及优异的耐久性能，符合当今国际水泥行业节能、环保、节约资源以及高性能和可持续发展的要求，其应用前景广阔。但由于低热水泥的早期强度偏低阻碍了其产业化生产与规模化的应用，因此在此方面还应加强研究。关键词：低热水泥；性能；高性能化1引言低热硅酸盐水泥的等级、各龄期强度及水化热见水泥混凝土是目前用量最广泛的建筑材料，在人上表。类社会及经济发展过程中起着非常重要的作用。随着低热硅酸盐水泥与通用硅酸盐水泥熟料矿物均以混凝土工程的应用及材料科学的发展，水泥混凝土的C3S、C2S、C3A及C4AF为主。主要差别在于C3S与C2S两耐久性和安全性成为人们关注的焦点。1990年美国国种矿物的含量要求不同，C3A含量较低。家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 与技术研究院(NIST)与美国混凝土协会(ACI)3低热水泥的特征召开的国际会议首次公开提出了高性能混凝土(HPC)与通用硅酸盐水泥相比，作为混凝土新型胶凝材的概念，HPC的出现使得混凝土的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 由过去的以强度料的低热硅酸盐水泥具有三个显著特征：低能源消耗、为中心发展成为以耐久性为主的设计[1]。混凝土的耐久低环境负荷及水泥的高性能化。性取决于混凝土的组成与结构，因此水泥耐久性能的3.1低能源消耗优劣是混凝土耐久性的重要影响因素。传统的硅酸盐以高钙阿利特为主导矿物的通用硅酸盐水泥熟料水泥具有各种优良性能，然而以高钙阿利特为主导矿烧成温度较高，一般为1450℃左右，熟料的烧成热耗主物的普通硅酸盐水泥也存在着许多难以克服的缺点，要是因为阿利特矿物的高温形成及石灰石的分解。单如混凝土塌落度损失大，工作性能差，水化热高，易产矿物CS的烧成温度在1450℃左右，CS的烧成温度在生温差裂缝，干缩率大，抗化学侵蚀性能差等[2]。以高贝321200℃左右。低热硅酸盐水泥以贝利特为主导矿物，一利特为主导矿物的低热硅酸盐水泥具有低水化热、高方面贝利特的生成温度低，另一方面CS比CS含钙量后期强度增进率，良好的外加剂相容性，优异的耐久性23低，降低了熟料中CaO的含量。因此，生产低热硅酸盐等优点。在当今社会对能源消耗和环境负荷日益重视水泥可有效降低烧成温度，减少生料中石灰石的用量，的时代，其性能的提高与工业化生产应用在上世纪90从而降低能源消耗。年代后逐渐成为国内外水泥科技工作者研究的热点。3.2低环境负荷2低热水泥的概念和性能要求对于通用硅酸盐水泥来说，以高阿利特为主的矿GB200－2003将低热水泥定义为以适当成分的硅物设计导致了优质石灰石能源的过多消耗，同时也加酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有低水化大了温室气体CO2及有害气体SO2、NOX等的大量排放，热的水硬性胶凝材料，称为低热硅酸盐水泥(简称低热从而加剧了水泥工业的能源资源消耗以及环境负荷。水泥)，代号P·LH。硅酸二钙的含量应不小于40%，铝酸通常每生产1吨通用硅酸盐水泥熟料，消耗1.2～1.3三钙的含量应不超过6%，游离氧化钙的含量应不超过吨石灰石,0.2～0.25吨粘土，0.1～0.2吨标准煤，排1.0%，三氧化硫含量不大于3.5%。放约1吨CO2及一定量的SO2、NOX。从这个方面看，低热硅酸盐水泥对石灰石原料品位要求低，与生态环境比抗压强度抗折强度水化热强度等级(MPa)(MPa)(KJ/Kg)较协调，其能源资源消耗低，废弃物排放少，可销纳废品种(MPa)3d7d28d3d7d28d3d7d弃物，环境负荷低。低热水泥42.5-1342.5-3.56.52302603.3低热水泥的高性能-24-广东建材2006年第5期水泥与混凝土C3S及C2S的水化反应公式如下：中发现，对初始熟料中以β和α'晶型存在的贝利特2C3S+7H2O=C3S2H4+3Ca(OH)2ΔH=114kJ/mol相，水化5年后未反应的贝利特相仅呈α'形态。由两2C2S+5H2O=C3S2H4+Ca(OH)2ΔH=43kJ/mol种不同的化学物质进行稳定的同一种晶型的活性差别从C3S与C2S水化进程及其水化产物来看，C3S与很大，热历史及矿物晶体生长的化学环境不同，均可导C2S具有相同的水化产物,但后者需水量低，水化放热致贝利特矿物活性的差别。量低，水化过程生成的Ca(OH)2仅为前者的1/3(相同根据结晶化学原理，稳定贝利特的高温变体、减小摩尔数下的摩尔比)。虽然一方面浆体需要Ca(OH)2维贝利特结晶尺寸和增大晶格畸变可增加其水化反应活持一定的碱度来保持C-S-H凝胶的稳定性，同时性，要达到这一目的主要技术途径可归纳为：热活化和Ca(OH)2又是硅质及硅铝质掺合材料的碱性激发源；但化学活化。另一方面，浆体中的Ca(OH)2具有较高的二次反应能力4.1.1热活化和一定的溶解度，在不利的环境中易受到物理化学侵热活化包括快速升温和急速冷却。[4]蚀，而且Ca(OH)2易在水泥浆体与集料界面区域富集并孙庆凌等人研究了升温速度对贝利特活性的影择优取向，形成结构疏松的界面过渡区，影响水泥混凝响，结果表明快速升温可以提高贝利特的水化活性和土的性能。此外，C2S的水化速度慢，早期强度偏低，但早期强度，并降低贝利特的形成温度，缩短烧成时间。它更有利于生成比较细致的C-S-H凝胶结构，具有良快速升温之所以能够提高β-C2S的水化活性，是由于[3]好的长期强度性能。R.H.Bogue的研究结果表明，C2S所形成的矿物晶粒细小比表面积大，晶体间空隙多，微浆体水化1年的强度可达到C3S浆体同龄期的强度，此观应力大造成的。B.S.Albats等人对快速烧成条件下后将会超过C3S浆体强度。贝利特矿物水化时较低的需（升温速度20℃/min）制备的高贝利特水泥熟料进行水量和水化放热也表明它具有更好的体积稳定性和热组成矿物的定量X射线分析表明，快速烧成的熟料其学性能，这些均是高贝利特水泥具有优异耐久性的主C3S含量实测值，显著高于理论计算值(5%～9%)。而对[4]要原因。于高饱和比熟料，以较慢的升温速度煅烧时，C3S实测从以上三个特点来看，低热硅酸盐水泥符合当今值低于理论计算值。这说明快速升温有利于增加熟料国际水泥工业节能、环保、节约资源及高性能的可持续中的C3S含量，微区X－射线能谱分析结果表明此C3S发展方向，尤其适合于高强高性能混凝土、水工混凝中的Ca/Si摩尔比仅2.85左右。在这种条件下所得高土、大体积混凝土及高温施工混凝土等工程应用，是未贝利特含量水泥的强度性能和高C3S含量水泥相比，早来发展强度与耐久性兼优的理想胶凝材料。生产低热期相当而28天强度更为优越。硅酸盐水泥具有广阔前景，它的产业化和在水工及大急冷的目的是稳定贝利特的高温变体,主要是稳体积混凝土工程方面的应用将大有发展。定α'相。J.Stark和A.Muller[7-11]等研究了活性贝4低热水泥的研究现状利特水泥的制备条件，尤其是冷却速度对贝利特水泥强度的影响。结果表明，在1300℃～900℃的温度区间4.1贝利特的稳定与活化内的冷却速度对贝利特活性影响很大，低于900℃时，纯硅酸二钙在1450℃下发生多晶转变，通常以转变已很慢，对活性无影响。冷却速率对3d强度影响α，α'H，α'L，β和γ晶型存在。在室温下，有水硬性甚微，快速冷却不能改善贝利特的早期水化活性，然而的α，α'H，α'L和β型纯硅酸二钙的几种变体都是对28d强度影响非常大，尤其适合贝利特含量为50%～不稳定的，有趋于转变成水硬性微弱的γ型[5]。固溶有60%，阿利特含量为20%～30%的水泥。少量氧化物的硅酸二钙称为贝利特，根据硅酸二钙固4.1.2化学活化溶体中的氧化物的种类与数量以及冷却开始的温度与化学活化即通过掺杂氧化物来稳定贝利特的高温速率，可以保留不同的高温变型，其中α'型强度最相，同时引起贝利特的晶格畸变以提高贝利特的活性。高。为了使贝利特的水化性能更有利于强度的提高和目前研究较多的是Na2O，K2O，SO3，BaO，B2O3，Cr2O3和P2O5发展，其稳定与活化是关键。自20世纪70年代以来国等。研究结果表明：在不含SO3的高贝利特水泥熟料中，内外学者对这一问题开展了大量的研究工作。A.K.[12]大多数碱固溶于贝利特中。Na2O和K2O的存在可使a[6]Chatterjee等在对低热水泥长龄期浆体的水化研究和a′相稳定，从而提高贝利特的水化活性。但也有研-25-水泥与混凝土广东建材2006年第5期[13][24][25]究表明当熟料中存在A12O3时，Na2O和K2O不能稳定步改善其高温稳定性。隋同波和彭小平等都对低a相。GiesA[14]等人认为在不存在碱时，添加SO3使熟热硅酸盐水泥的性能进行了研究，结果表明，低热硅酸料中贝利特大大增加，相应阿利特大大减少。ZiemerB盐水泥具有流动性好、水化热低、水化产物细致及耐久[15]等人则认为SO3只是加速1100～1300℃间贝利特的性好、后期强度高、高温稳定性好、干缩小等优点。文寨形成，并不显著提高贝利特的水化活性。MatkovicB[16]军等[26]研究了石膏类型及掺量对低热硅酸盐水泥的影和BobesicB等人[17]研究结果表明BaO可以稳定a和响，结果表明，在相同的试验条件下，掺硬石膏对提高a′相；P2O5在贝利特中不仅具有相当的固溶量，而且是低热硅酸盐水泥的强度性能有利，并且随着硬石膏掺[18]a、β型贝利特的良好稳定剂。P2O5在煅烧期间的挥量的增加，水泥的3d、7d强度提高，且28d强度基本不发量较少，且在贝利特晶体内部的分布比较均匀，P2O5变，而且对于二水石膏而言，水泥中SO3的最佳含量在的加入，无疑将增加贝利特内部的点缺陷。从结构化学2.5﹪左右，同时，随着粉磨细度的提高，低热硅酸盐水上讲，将P5+加入贝利特晶体中，由于P5+与Si4+的取代泥的强度有较大幅度的增长。范磊等[27]研究了低热硅作用，将在晶格中产生Ca2+空穴，随着P5+的增加，Ca2+酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、基准水泥等三种水泥与四空穴浓度及其捕获正电子的能力增加，从而增加了贝种不同的高效外加剂的适应性，研究结果表明，低热硅利特晶体界面上的自由能和水化活性，使贝利特强度酸盐水泥与高效减水剂之间具有优良的适应性，而低增加。因此，在低掺量条件下，适当掺入P2O5对贝利特热硅酸盐水泥中较少的C3A含量以及相对较高的C2S强度的提高将是有利的。含量，是其与高效减水剂具有优异适应性的主要原因。4.2低热水泥生产工艺及使用性能的研究5展望近年来，我国对低热硅酸盐水泥的生产与应用研与通用硅酸盐水泥相比，低热水泥具有低能源消究也取得了重大进展。中国建筑材料科学研究院郭随耗、低环境负荷、低水化热、良好的高温稳定性、干缩率华等[19]对低热硅酸盐水泥熟料出窑颗粒度、显微结构小、与外加剂适应性好、后期强度增进率大等优点，符组成和水泥性能关系进行了研究。分析表明，结粒越合当今国际水泥行业节能、环保、节约资源以及高性能大，熟料的CS含量越高；在致密度相近的条件下，当结3和可持续发展的要求，被誉为“生态水泥”。低热水泥粒大于5mm，结粒越小，出窑熟料冷却越快，α′-CS形2具有如此优良的性能，目前在我国的建材行业却很少成数量越多，水泥的性能越好，试验表明，当熟料结粒有生产与应用，其主要原因是低热水泥的早期强度相尺寸在5～15mm时，低热硅酸盐水泥的强度性能最好。对通用硅酸盐水泥偏低，难以满足建设施工速度的要四川嘉华水泥厂的阳运霞[20]对低热硅酸盐水泥强度的求。因此，如何提高低热硅酸盐水泥的早期强度对推动影响因素进行了分析，分析表明，熟料烧成 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 、出窑低热水泥的产业化生产与规模化应用显得尤为重要。熟料升重控制、不同石膏种类及掺量和不同细度对水我们有望对影响低热水泥早期强度的因素及其作用机泥强度均有影响。张文生等[21]在前人工作基础上，对低理进行分析，寻找改善和提高低热早期强度以及其他热硅酸盐水泥熟料的矿物组成要求进行了综合评述，各方面性能行之有效的办法，将低热水泥广泛推广应表明为了实现高强化，应适当提高熟料中硅酸盐矿物用于更多工程实践中。●的总量，而减少中间相特别是C3A的数量,这有利于实现浆体的低需水量和高流动性，并可降低水泥水化热，【参考文献】提高所形成熟料的活性和混凝土耐久性。在熟料矿物⑴吴中伟，廉慧珍等编.高性能混凝土[M].北京:中国铁道出版!社，1999.中引入C4A3S可显著提高低热硅酸盐水泥的早强，但必⑵SuiT.B,GuoS.H.,LiuK.Z.,etal,4thBeijingInter.须对其凝结控制问题展开深入研究。Sym.OnCem.&Concr.,Oct.,1998王晶等[22～23]对低热硅酸盐水泥在高温环境下的砂⑶R.H.Bogue《，波兰特水泥化学》下册，杨德囊译，pp229浆强度特性进行了探讨，并和传统硅酸盐水泥砂浆强⑷高贝利特水泥研究发展动态调研 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 .专题 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 编号：96-535-3-1验收材料7度特性进行了比较，结果表明，这种水泥具有传统水泥⑸沈威，黄文熙等编.水泥工艺学[M].武汉:武汉工业大学出版及传统改性水泥所不可比拟的高温强度稳定性，而且社，1990.7(6)～(27)略早强比较高；当养护温度超过50℃时，其早强就可赶上同标号的传统水泥，另外掺入一定量的矿渣，还可进一-26-