外加剂对低温型BCT水泥的改性研究

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贝利特-硫硅酸钙-硫铝酸盐(BCT)水泥,作为低碳型水泥,实际应用中凝结硬化较快,经时损失较大。为了改善BCT水泥工作性能和力学性能,本文先以煤矸石自制低温型BCT水泥,基于化学外加剂对高贝利特-硫铝酸钙(HBCSA)水泥性能的影响,选定适宜外加剂对BCT水泥进行改性。分别研究了减水剂、早强剂和缓凝剂对BCT水泥的凝结时间、流动度和强度等宏观性能的影响,并通过水化热、X射线衍射和扫描电镜分析外加剂对水泥的水化过程及其产物的影响,且进一步研究了BCT水泥的抗硫酸盐和氯离子的侵蚀能力。首先研究了适宜的减水剂、早强剂、缓凝剂种类和掺量变化对HBCSA水泥的影响。结果表明:普通型聚羧酸减水剂(PCE)、亚硝酸钙(Ca(NO2)2)和柠檬酸钠(SC)均能在延缓HBCSA水泥凝结硬化的同时,提高其力学性能。其中,SC的缓凝效果显著,浆体的初凝、终凝时间最大可延长149 min、219 min。Ca(NO2)2可促进PCE在水泥颗粒表面的吸附,提高PCE对浆体流动度的改善。当0.7%PCE复配1.2%Ca(NO2)2时,HBCSA水泥的3 d、60 d抗压强度可达到95.7 MPa、110MPa;水化3 d时,0.7%PCE协同1.2%Ca(NO2)2促进了水化产物钙矾石(AFt)的生成,并细化了AFt晶体,进而提高了微观结构致密度。其次,以机械力化学活化煤矸石为主要原料,在1200℃下烧制2 h,制备得到低温型BCT水泥熟料。在0.3的水灰比下,BCT水泥的3 d、60 d抗压强度分别可达到61.9 MPa、88.4 MPa。对掺有PCE、Ca(NO2)2和SC的BCT水泥性能研究发现,三者均对3 d龄期内AFt生成具有抑制作用,可提高浆体的流动性能,其适宜掺量分别为0.4%、0.8%、0.7%,水泥的60 d抗压强度达到99.8、116.3、105.9 MPa。其中0.4%PCE复配0.8%Ca(NO2)2时,水泥的60 d抗压强度可达到121.1 MPa;PCE与Ca(NO2)2的协同,可进一步提升浆体的流动性能,降低BCT水化初期放热速率,延长浆体的凝结时间,3 d水化样中,AFt生成量降低,但AFt晶体长径比减小,微观晶体骨架多由柱状AFt搭建。当0.7%SC掺入时,BCT初期的水化进程发生延迟,AFt的生成速率降低,使得3 d水化样中柱状AFt增多并与针状AFt相互交织均匀分布,微观致密度提高。最后,研究发现,分别在硫酸根离子、氯离子和人工海水中多离子侵蚀作用下,BCT和HBCSA水泥抗蚀性能优于普通硅酸盐水泥。而PCE复配Ca(NO2)2和SC的掺入可阻碍离子的侵入,5%Na SO4、5%Mg Cl2溶液和人工海水中,BCT水泥28d抗蚀系数均趋于1。
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