硅酸盐和硫铝酸盐复合水泥性能的研究班级：材料1003班：指导老师：摘要本论文从研究硫铝酸盐水泥熟料、硅酸盐水泥熟料、粉煤灰、二水石膏四种原料复合后的水泥体系的物理性能入手，运用xRD衍射和扫描电镜等方法测试复合水泥体系的水化产物，对该复合水泥体系的水化机理进行了详细的探讨，通过复合水泥矿物组成和水化产物的理论计算，初步探讨复合水泥矿物的匹配。

本文确定了性能较好的各组分的配合比。

研究表明，在硅酸盐水泥熟料中掺入10％以下硫铝酸盐水泥熟料的情况下，当石膏掺量为10％，CSA熟料含量在5％左右时，复合系统各方面的性能指标比较理想。

当硅酸盐水泥熟料中掺入少量硫铝酸盐水泥熟料后，并配以适量的石膏掺量，可以提高硅酸盐水泥的早朗强度，抗压强度平均提高5MPa，同龄期抗折强度也有所提高。

两种熟料复合后，水泥体系的凝结时间会明显缩短。

关键词：硅酸盐水泥,铝酸盐水泥,复合,性能目录第1章绪论11.1引言11.1.1硅酸盐水泥的发展概况11.1.2硫铝酸盐水泥的发展概况31.2硅酸盐和硫铝酸盐复合水泥体系的研究现状51．3论文选题的目的及意义51.3.1研究目的51.3.2论文选题的意义61．4研究容8第2章实验容92.1实验原料92.2材料化学成分92.3.1复合水泥的制备122.4水泥物理性能测定132.4.1水泥净浆标准稠度用水量和凝结时间132.4.2水泥砂浆抗压强度和抗折强度132.5水泥微观分析132.5.1水泥净浆水化产物的取得132.5.2 XRD分析水泥水化产物的组成132.5.3扫描电镜(SEM)分析法观察水泥净浆水化产物的形貌14 2.6试验仪器与设备142.6.1宏观测试用仪器设备14第3章分析与讨论153.1组成材料对复合水泥凝结时间的影响153.1.1熟料组成对复合水泥凝结时间的影响153.1.2石膏掺量对复合水泥凝结时间的影响163.3 R3微观试验结果与分析173.3.1 XRD测试结果与分析17第4章复合水泥水化机理进一步探讨18结论19参考文献20致21第1章绪论1.1引言自从水泥工业性产品的实际应用以来，生产持续扩大，工艺和设备不断改进，品种和质量也有极大的发展。

硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的应用十分广泛在硫铝酸盐早强水泥使用说明里，明文规定，硫铝酸盐水泥不得同其它品种水泥混合使用[1]。

例如，硫铝酸盐水泥同硅酸盐水泥混合使用时，将容易出现水泥快凝甚至速凝或闪凝；水泥试体膨胀，导致强度降低，甚至胀裂、溃散。

但根据试验，当这两种水泥按规定的比例均匀混合时，不仅可以用，而且，尚能获得有某些性能特色的复合水泥。

在硫铝酸盐水泥中可掺入少量硅酸盐水泥和矿渣等材料，在水泥强度不降低的条件下，可明显降低生产成本；在复合水泥中掺用适当的激发剂，可明显提高复合硫铝酸盐水泥的强度。

所以我们有必要研究粉煤灰对硅酸盐和硫铝酸盐复合水泥性能的影响。

1．1．1硅酸盐水泥的发展概况硅酸盐水泥，又称波特兰水泥（英语：Portland Cement），是由硅酸盐水泥熟料、0%-5%石灰石或粒化高炉炉渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。

硅酸盐水泥熟料的主要成分为硅酸三钙3CaO·SiO2，硅酸二钙2CaO·SiO2，铝酸三钙3CaO·Al2O3和铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3。

当与水混合时，发生复杂的物理和化学反应，为水合(hydrate)反应。

从水泥加水搅拌后，成为具有可塑性的水泥浆，到水泥浆逐渐变稠失去塑性但尚未具有强度，这一过程称为“凝结”。

随后产生明显的强度并逐渐发展成坚硬的水泥石，这一过程称为硬化(harden)。

凝结和硬化是人为划分的，实际上是一个连续的物理化学变化过程[2]。

自本世纪70年代以来，世界性的能源危机迫使主要能耗产业之一的水泥工业把降低能耗作为其主要解决的问题和发展方向。

我们知道，硅酸盐水泥的生产热耗主要为熟料燃烧所需的热量(约占73％)，而烧成热耗主要用于CaC03分解。

近年来，随着科学技术的发展和水泥生产工艺与设备的进步，工业发达国家的水泥生产单位热耗较之40年前降低了50％以上，达到了3，000KJ/kg熟料以下，已接近了水泥生产热耗的理论值(约为2，000KJ/Kg熟料)。

因此，从现有的工艺与装备上再进一步降低能耗的潜力已不是很大了。

大量的科学研究证明，从研究水泥熟料矿物组成和开发新品种水泥的角度出发，进行研究开发以达到降低能耗的目的，呈现出巨大的发展潜力。

进入90年代以后，随着人类生存环境的恶化，环保问题倍受关注。

同时，人们对水泥生产提出了越来越高的要求。

可持续发展战略不但要求水泥行业降低甚至消除自身排放的C02和粉尘等污染，而且更要成为能够消纳处理其它工业排出的各类废渣和副产品的“绿色建材”[3]。

与其它行业相比，水泥工业是很少排出大量固体废弃物和副产品的行业之一。

因此，实现水泥工业绿色化与可持续发展需要进一步研究与发展的重点是如何通过降低熟料用量和改变熟料矿物组成来进一步降低C02的排放量。

纵观当前的研究领域，国外的研究工作者主要从以下几个方面进行了探索：第一方面是节能型熟料系统一通过改变熟料矿物组成，降低CaC03的用量以降低熟料烧成温度和能耗，同时降低CO2的排放量。

开发适应于以不同工业废弃物和废产品作为原材料的熟料系统。

第二方面是混合材的应用技术一包含合适的熟料系统(单一的或复合的)的选择，混合材的预处理(化学激发或超细粉磨等)以及各类外加剂的开发。

第三方面是功能材料一通过采取适当的制备工艺，使材料具备早强、快凝、膨胀等一系列优异的性能。

1.1.2硫铝酸盐水泥的发展概况20世纪七、八十年代，中国相继发明的普通硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥(由于把以C3S矿物为主的铝酸盐水泥各品种称为第一系列水泥，把以CA矿物为主的铝酸盐水泥各品种称为第二系列水泥，所以在中国又把以C4A3S矿物为主的硫铝酸盐水泥各品种称为第三系列水泥)，与硅酸盐水泥相比，其水泥熟料矿物的组成属于另一个物理化学系统。

其矿物成分以C4A3S为主，该矿物为第三系列水泥具有早强、高强、抗冻、抗渗、耐蚀和耐碱等优异性能提供了物质基础。

硫铝酸盐水泥的发明曾在以下四个方面取得了重大的技术突破。

第一是理论上的突破。

在研究C4A3S的过程中，发现该矿物与C2S匹配后既有早强又有高强性能，而后又发现C4A3S、C2S和C6AF2匹配的烧结物也有很好的胶凝性能。

第二是生产上的突破。

研究者发现采用我国储量丰富的低品位矾土和石膏就能生产出以C4A3S、C2S和C6AF2等矿物为主的熟料。

现有回转窑工艺和相应设备经适当改造后就可生产硫铝酸盐水泥。

第三是性能上的突破。

硫铝酸盐水泥在理论研究阶段被发现的早强、高强等性能在应用研究阶段得到了证实。

这种水泥还具有一系列比硅酸盐水泥更为优异的性能，如抗渗、耐腐、抗冻，并且用一种熟料可制成早强、膨胀和自应力等不同性能的水泥。

普通硫铝酸盐水泥另一个突出的性能是其水化液相碱度比硅酸盐水泥低的多，这为抑制碱一集料反应和生产优异的GRC产品提供了可能。

第四是应用上的突破。

在硫铝酸盐水泥推广过程中碰到了许多施工技术问题，其中主要问题之一就是水泥的凝结时间。

硫铝酸盐水泥凝结时间比硅酸盐水泥要短些，对于一般工程问题可以满足施工要求，但对某些工程则不能适应。

在研究工作中找到了适用于硫铝酸盐水泥的专用外加剂，这种外加剂能在很大围调节混凝土的硬化时间，使其能满足各种混凝土工作性能的要求。

但硫铝酸盐水泥也存在一些问题，凝结时间不易控制，成本较高等。

因此在硅酸盐水泥和硅酸盐基水泥的发展过程中，出现了多种改性的硅酸盐水泥和复合水泥。

1.2硅酸盐和硫铝酸盐复合水泥体系的研究现状尚百雨的论文主要研究了硅酸盐水泥熟料(立窑)一硫铝酸盐水泥熟料一硬石膏三元系统相关区域材料性能的发展规律，在此基础上，又进一步研究了不同品种、不同掺量的混合材(矿渣、粉煤灰、石灰石)对复合系统性能的影响规律，从而大致确定了对硅酸盐水泥进行改性的硫铝酸盐水泥熟料和硬石膏的掺量围，通过大量试验，他大致确定了具有快硬、快凝等特性的功能性材料的为配比围，并找出了使用不同复合系统的混合材料的配比围，并借助一些微观测试手段，从机理上对复合系统的水化硬化机理进行了探讨，提出了他自己的见解。

通过大量的试验研究，大致确定了对硅酸盐水泥进行性能改性的硫铝酸盐水泥熟料和硬石膏的掺量围，在他的研究中CSA熟料／PC熟料<1／9，石膏掺量围为5％一15％，可以解决硅酸盐水泥早强发展缓慢的缺点：找出了适用于不同复合系统的混合材种类和适宜的掺量围在他的研究中，当石灰石的掺量在O％一20％，粉煤灰和矿渣的掺量在O％一30％围时，对强度的影响不是太大[4]。

1．3论文选题的目的及意义1．3．1研究目的本论文通过研究不同复合水泥体系的各项物理力学性能，来分析硫铝酸盐水泥熟料掺量、石膏掺量对富硅酸盐复合水泥系统性能影响的变化规律，来确定更好的配合比，为以后复合水泥的研究提供研究的基础。

基于硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥两大系列水泥的不同性能，研究二者的复合体系是否能充分利用各自的优点，例如硫铝酸盐水泥的膨胀特性能否改善硅酸盐水泥水化后体积收缩的问题，是不是可以利用硫铝酸盐快硬早期的特性改善当前硅酸盐水泥早期强度偏低的问题等，来争取开发出一种新的产品。

研究表明在硅酸盐水泥中掺入一定量的硫铝酸盐早强水泥或者在硫铝酸盐早强水泥中掺入一定量的硅酸盐水泥，亦即C4A3S-C3S—CaO—CaS04系统是可以共存的。

为了获得性能优异的复合水泥体系，要控制水泥体系中C4A3S、C3S、CaO和CaSO4。

矿物含量和寻求最佳配比。

所以有必要分析复合水泥体系的水化产物和微观结构，从机理上进一步讨论复合水泥的水化机理，以了解各熟料矿物在水化过程中的相互影响规律。

1．3．2论文选题的意义硅酸盐水泥中掺入石膏的目的是延缓其水化速度，而硫铝酸盐水泥中掺入石膏的目的之一是促进其水化。

当硅酸盐水泥中石膏掺入量太少时，凝结时间得不到很好的控制；石膏掺量过多，将会导致安定性不良。

而对于硫铝酸盐水泥来说，不同的石膏掺量围，水泥表现出不同的性能。

如早强、膨胀等。

一般来说，水泥当中掺入粉煤灰之后，凝结时间有所减缓，但凝结时间还受粉煤灰种类及不同种类粉煤灰掺量等因素的限制。

通过选择和使用合适的粉煤灰，不仅能降低成本、增加产量，而且能改善材料的某些性能。

在硅酸盐水泥熟料中掺入少量的硫铝酸盐水泥熟料，在石膏掺量适宜的情况下，复合之后材料的凝结时间缩短，早期强度提高，后期强度也有大幅度增长。

这为生产标号低，同时凝结时间较慢的硅酸盐水泥熟料生产厂家提供了出路。

众所周知，硫铝酸盐水泥熟料成本高于硅酸盐水泥熟料，因此，在硅酸盐水泥熟料中加入硫铝酸盐水泥熟料后成本会上升，而利用混合材可以降低能耗，充分利用资源，减少对环境的污染，充分利用工业废渣，实现可持续发展，并且可以降低生产成本。