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北京建筑工程学院 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名黄天勇幸、夭兔 日期训年；月f 牛日 授权书 本人同意将所著硕士学位论文一堡憝料互玄丕捡燃堪玄复金 膣趟挝糙的鱼』备皇座旦滏著作权中的数字化制品复制权、信息网 络传播权和汇编权授权j 匕塞建筑工程堂院婴究生处行使。上述授 权的范围包括j 匕宝建篁工猩堂院自己使用或委托他人使用。 本人保证为该论文作者，依法享有著作权，并愿承担因著作 权问题引起的责任。 j 匕立建笪王猩堂院须依照我国著作权法的有关规定，充分尊 重本人享有的著作权权利 包括获酬权 。 本授权有效期￡年 作者联系方式 地址 电话 手机1 5 1 0 11 9 7 3 5 4 论文作者黄天勇煎吴亩 签章 矽I ，f 年岁月lj 口日 邮编 传真 电子信箱h a t t y 5 5 5 1 6 3 ．c o m 广 哥本哈根会议的召开使低碳经济 为基础的低碳经济是应对全球气候变暖的全新经济模式。建材工业是国民经济重要的原材料 工业，也是资源、能源依赖型原材料工业。我国已经成为世界最大的建材生产和消费国。水 泥混凝土行业为实现我国对世界节能减排、发展低碳经济的承诺能够做出应有的贡献。大量 的石灰石粉、燃煤灰工业废渣的产生不仅占用大量宝贵土地资源，而且造成了严重的环境污 染。从环保型胶凝材料角度出发充分开发利用石灰石粉、燃煤灰两类工业废渣就显得尤为重 要，同时也为节能减排做出应有的贡献。 本文基于以上目的进行熟料一石灰石粉一燃煤灰复合胶凝材料的制备与应用研究。熟料一 石灰石粉一燃煤灰复合胶凝材料是基于胶凝材料颗粒组合理论、混合材的增塑效应、填充效 应、火山灰效应四大理论分磨后混合进行制备的，并研究不同熟料掺量、石膏种类及掺量、 混合材掺量、石灰石粉与燃煤灰相对比例对复合胶凝材料性能的影响。熟料一石灰石粉一燃煤 灰复合胶凝材料基于少熟料胶凝材料应用理论配制不同强度等级的混凝土，并研究不同熟料 掺量、石膏掺量、混合材掺量、石灰石粉与燃煤灰相对比例的复合胶凝材料对混凝土和易性、 力学性能、耐久性的影响。 通过对熟料．石灰石粉．燃煤灰复合胶凝材料的制备与应用研究，可以得出以下结论混 合材掺量为2 0 ％和4 0 ％，石灰石粉与燃煤灰相对比例为3 7 、4 6 、5 5 时均能分别配制出满 足4 2 ．5 、3 2 ．5 等级要求的水泥，并可以作为4 2 ．5 R 、3 2 ．5 R 水泥，在相同配合比情况下，熟 料．石灰石粉．燃煤灰复合胶凝材料配制的混凝土工作性能优于同等级的重庆水泥配制的混 凝土工作性能，各龄期抗压强度大于或者等于同等级重庆水泥配制的混凝土，开裂敏感性低 于同等级的重庆水泥配制的混凝土。混合材掺量为6 0 ％、7 0 ％、8 0 ％，石灰石粉与燃煤灰相 对比例为6 4 、7 3 、8 2 的熟料．石灰石粉一燃煤灰复合胶凝材料按照水泥胶砂强度标准测得的 各龄期抗折、抗压强度远低于水泥标准规定的抗折、抗压强度，但在低水胶比情况下，仍然 能够配制出中低强度等级的混凝土，混凝土的后期强度有较大幅度地增加，并且混凝土的耐 久性良好。熟料的活性效应，石灰石粉的减水效应、填充效应，燃煤灰的填充效应、火山灰 效应在熟料．石灰石粉．燃煤灰的应用中得到了较好地发挥，从而制备出了“高效”、“物尽其 用”、“优势互补”的环保型胶凝材料。 关键词熟料，石灰石粉，燃煤灰，胶凝材料，混凝土，力学性能，．耐久性，环保 广 e m i s s i o nr e d u c t i o n ，t h ed e v e l o p m e n to fw o r l dl o w - c a r b o ne c o n o m y ．Al o to fi n d u s t r yw a s t e p r o d u c t i o nl i k el i m e s t o n ep o w d e ra n dc o a la s hn o to n l yo c c u p i e dl a r g ep r e c i o u sl a n dr e s o u r c e s ， b u ta l s oh a sc a u s e ds e v c l “ ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n ．T h ed e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o no fl i m e s t o n e p o w d e ra n dc o a l a s hf r o mt h ea n g l eo fE n v i r o n m e n t - p r o t e c t i o nc e m e n t i t i o u sm a t e r i a li s p a r t i c u l a r l yi m p o r t a n t ，b u ta l s om a k ed u ec o n t r i b u t i o n sf o re n e r g yc o n s e r v a t i o na n de m i s s i o n s r e d u c t i o n ． 一 P r e p a r a t i o na n da p p l i c a t i o no fc o m p o u n dc e m e n t i t o u sm a t e r i a lc o m p o u n d e dw i t hc l i n k e r a n dl i m e s t o n ep o w d e ra n dc o a la s ha t es t u d i e dB a s e do nt h ea b o v eo b j e c t i v e s ．T h ec o m p o u n d c 圮m e n t i t o u sm a t e r i a lc o m p o u n d e dw i t hc l i n k e ra n dl i m e s t o n ep o w d e ra n dc o a la s hi sp r e p a r e d b a s e do nc e m e n t i t i o u sm a t e r i a lp a r t i c l ec o m b i n a t o r i a lt h e o r y , p l a s t i c i z i n ge f f e c t ，f i l l i n ge f f e c t ， p o z z o l a n i ce f f e c to fa d m i x t u r e ．T h ee f f e c to fd i f f e r e n tc l i n k e rd o s a g e ，a d m i x t u r em i x t u r ed o s a g e , g y p s u mt y p ea n dd o s a g e ，r a t i oo fl i m e s t o n ep o w d e ra n dc o a la s ho np e r f o r m a n c eo fc o m p o u n d c e m e n t i t o u sm a t e r i a li ss t u d i e d ．T h ec o m p o u n dc e m e n t i t o u sm a t e r i a lc o m p o u n d e dw i t hc l i n k e r a n dl i m e s t o n ep o w d e ra n dc o a la s hb a s e do nl e s sc l i n k e rc e m e n t i t i o u sm a t e r i a l sa p p l i e dt h e o r y p r e p a r e dd i f f e r e n ts t r e n g t hg r a d eo fc o n c r e t e ．T h ee f f e c to fd i f f e r e n tc l i n k e rd o s a g e ，a d m i x t u r e m i x t u r ed o s a g e ，g y p s u mt y p ea n dd o s a g e ，r a t i oo fl i m e s t o n ep o w d e ra n dc o a la s ho nw o r k a b i l i t y , m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n dd u r a b i l i t yo f t h ec o n c r e t ea l es t u d i e d ． T h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sa r eg o tt h r o u g hs t u d y i n gp r e p a r a t i o na n da p p l i c a t i o no f c o m p o u n dc e m e n t i t o u sm a t e r i a lc o m p o u n d e d 丽mc l i n k e ra n dl i m e s t o n ep o w d e ra n dc o a la s h ． W h e nm i x t u r ed o s a g ei s2 0 ％a n d4 0 ％，t h er a t i oo fl i m e s t o n ep o w d e ra n dc o a la s ha r e3 7 ，4 6 ，5 5 ， t h ec e m e n tm e e t i n g4 2 ．53 ．2 5l e v e lc a nb es e p a r a t e l yp r e p a r e d ，a n dC a nb eu s e da s4 ．2 5 ＆3 2 5R c e m e n t ．I nt h es a l n ep r o p o r t i o nc a s e s ，t h ew o r k a b i l i t yo fc o n c r e t ep r e p a r e d ．b yc o m p o u n d ． c e m e n t i t o u sm a t e r i a lc o m p o u n d e dw i t hc l i n k e ra n dl i m e s t o n ep o w d e ra n dc o a la s hi sb e t t e rt h a n t h ew o r k a b i l i t yo fc o n c r e t ep r e p a r e db yt h es a i n el e v e lo fc h o n g q i n gt y p ec e m e n t , c o m p r e s s w e s 仃e n g t ha te v e r ya g ei sg r e a t e rt h a no re q u a lt oc o m p r e s s i v es 心e n g t ho f c o n c r e t eW c p a r e db yt h e s a m el e v e lo fc h o n g q i n gt y p ec e m e n tc o n c r e t e , c r a c k i n g 舢i t i v i t yi sa l s om o r el o w e r ．W h e n m i x t u r ed o s a g ei s6 0 ％，7 0 ％，8 0 ％，t h er a t i oo fl i m e s t o n ep o w d e ra n dc o a la s ha ∞6 4 ，7 3 ，8 2 ， a l t h o u g ht h em o r t a rs t r e n g t ho fc o m p o u n dc c m e n t i t o u sm a t e r i a lc o m p o u n d e dw i t hc l i n k e ra n d l i m e s t o n ep o w d e ra n dc o a la s hi sf a rb e l o wf o rm o r t a rs t r e n 舒hr e q u i r e db yc e m e n ts t a n d a r d ，b u t t h em i d d l e ．1 0 ws t r e n g t hg r a d ec o n c r e t ec a nb eW 印a r e db yl o ww a t e r - b i n d e rr a t i o ．T h el a t e r c o m p r e s s i v es t r e n g t ho fc o n c r e t eg o tas u b s t a n t i a l l yi n c r e a s ea n dt h ed u r a b i l i t yo f c o n c r e t ei sg o o d T h ea c t i v i t ye f f e c to fC l i n k e r , w a t e r - r e d u c i n ge f f e c tf i l l i n ge f f e c to fl i m e s t o n ep o w d e r , f i l l i n g e f f e c t ，p o z z o l a n i ce f f e c to f c o a la s hi nc o m p o u n dc e m e n t i t o u sm a t e r i a lc o m p o u n d e dw i t hc l i n k e r a n dl i m e s t o n ep o w d e ra n dc o a la s hg o tb e t t e rp l a y , t h e ”e f f i c i e n t ’，”d o c k i n g ’，”c o m p l e m e n t a r y ” e n v i r o n m e n t a lc e m e n t i t i o u sm m 砥a li sp r e p a r e d ．．． K e y w o r d s c l i n k e r ；l i m e s t o n ep o w d e r ；c o a la s h ；c e m e n t i n gm a t e r i a l ；c o n c r e t e ；m e c h a n i c a l p e r f o r m a n c e ；d u r a b i l i t y ；E n v i r o n m e n t - p r o t e c t i o n 2 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 目j 5 乏⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I 第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 课题背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．1 ．1 胶凝材料的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 ．2 石灰石粉、燃煤灰的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 ．2 熟料．石灰石粉．燃煤灰复合胶凝材料生产的必要性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 ．3 课题的特色、内容、目标、试验方案和进度安排⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。6 1 ．3 ．1 课题的特色⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．3 ．2 课题的基本内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。7 1 ．3 ．3 课题的目标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。7 1 ．3 ．4 课题的试验方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 1 ．3 ．5 进度安排⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 第二章试验材料及试验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．1 试验材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．1 ．1 熟料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．1 ．2 石灰石粉⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．j ⋯⋯⋯9 2 ．1 ．3 燃煤灰⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 2 ．1 ．4 粗集料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l O 2 ．1 ．5 细集料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．1 ．6 外加剂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．1 ．7 水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 2 ．2 试验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．13 2 ．2 ．1 胶凝材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 3 2 ．2 ．2 混凝土⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l3 2 ．2 ．3 微观测试方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 第三章复合胶凝材料的制各技术与制备理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 3 ．1 复合胶凝材料的制备技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 3 。2 复合胶凝材料的制备理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 7 3 ．2 ．1 胶凝材料颗粒组合理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 3 ．2 ．2 混合料作用机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．18 3 ．2 ．3 少熟料胶凝材料应用机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。l9 第四章复合胶凝材料性能影响因素研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 l 4 ．1 粉磨时间、颗粒级配对熟料性能影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 l 4 ．2 复合胶凝材料性能影响因素研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 3 4 ．2 ．1 低混合料掺量胶凝材料性能研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 4 ．2 ．2 较高混合料掺量胶凝材料性能研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 8 4 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．31 第五章复合胶凝材料的性能研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 5 ．1 熟料基本性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 5 ．2 不同混合材、石灰石粉与燃煤灰相对比例对复合胶凝材料性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯3 3 5 ．2 ．1 复合胶凝材料配合比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 3 5 ．2 ．2 复合胶凝材料物理性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 5 ．2 ．3 复合胶凝材料与萘系外加剂适应性研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 5 ．3 不同燃煤灰、石灰石粉与燃煤灰相对比例对复合胶凝材料性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯3 8 5 ．3 ．1 复合胶凝材料配合比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 5 ．3 ．2 复合胶凝材料物理性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 5 ．3 ．3 复合胶凝材料与萘系外加剂适应性研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 9 5 ．3 ．4 复合胶凝材料的胶砂强度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 5 ．3 ．5 复合胶凝材料的微观结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 5 ．4 高混合料掺量对复合胶凝材料性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 5 5 ．4 ．1 复合胶凝材料物理性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 5 ．4 ．2 复合胶凝材料标准稠度用水量及胶砂强度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 5 5 ．4 ．3 复合胶凝材料的微观结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。4 7 5 ．5 石膏种类、掺量对复合胶凝材料强度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 l 5 ．5 ．1 石膏种类对复合胶凝材料强度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 l 5 ．5 ．2 石膏掺量对复合胶凝材料强度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 2 5 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 4 第六章复合胶凝材料对混凝土力学性能研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 6 6 ．1 少混合料掺量对混凝土力学性能研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 6 ．1 ．1 混凝土配合比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 6 ．1 ．2 混凝土力学性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 6 6 ．2 高混合料掺量对混凝土力学性能研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 8 6 ．2 ．1 掺加天然石膏的复合胶凝材料对混凝土耐久性的影响研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 6 ．2 ．2 掺加二水硫酸钙的复合胶凝材料对混凝土耐久性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 1 6 ．3 本章结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 4 第七章复合胶凝材料对混凝土耐久性研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 5 7 ．1 少混合料掺量对混凝土开裂敏感性研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。6 5 7 ．1 ．1 实验仪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 7 ．1 ．2 混凝土开裂结果及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 5 7 ．2 掺加天然石膏的复合胶凝材料对混凝土耐久性的影响研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 7 ．3 掺加二水硫酸钙的复合胶凝材料对混凝土耐久性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 3 7 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。7 4 第八章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 5 8 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 5 8 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 7 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 8 j 醪【谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8l 附件在校期间参与的主要课题及公开发表的论文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 4 熟料．石灰石粉．燃煤灰复合 水泥作为我国国民 也为改善城乡居住条件、提高人民生活水平提供物质保障。自1 9 8 5 年以来我国的水泥产量 一直居世界第一，2 0 0 7 年、2 0 0 8 年、2 0 0 9 年我国的水泥产量分别为1 3 ．2 亿吨、1 3 ．8 8 亿吨、 1 6 ．3 亿吨，可以看出，目前我国仍处在快速发展时期，而且是极具发展潜力的产业⋯。 然而在水泥的生产、制作和使用过程中需要消耗大量的能源、资源，而且会对环境造成 污染。这些问题为水泥行业的可持续发展造成了障碍。为了实现水泥的可持续化、环保化， 国内外的专家学者陆续提出了改性水泥肛引、塑 活 化水泥浯引、高性能胶凝材料m 射、环保 型胶凝材料n { 1 、生态水泥m 。1 们等概念，提出了低碳、绿色、再生是水泥今后的发展方向。因 此，近年来绿色、环保水泥的研究迅速成为热点，关于复合胶凝材料的文献报告也层出不穷， 但是这些研究多半是对其概念的介定和基本途径的介绍，而大量掺加石灰石粉与燃煤灰两种 工业废渣作为混合料的环保型胶凝材料的研究相对较少，本文不仅针对两种工业废渣 石灰 石粉、燃煤灰 制备出满足国家水泥标准要求的3 2 5 、4 2 ．5 等级复合胶凝材料，而且研究 了大掺量混合料的复合胶凝材料的技术途径及制备方法，以及复合胶凝材料对混凝土性能及 耐久性的影响。 1 ．1 课题背景 “ 1 ．1 ．1 胶凝材料的研究现状 国内外专家学者对胶凝材料进行了很多研究和探索，从研究的内容来看，主要集中在改 性水泥、塑 活 化水泥、高性能胶凝材料、环保型胶凝材料四个方面。 1 ．1 ．1 ．1 改性水泥 改性水泥即是在普通硅酸盐水泥应用过程中，通过在水泥熟料中添加掺合料改善水泥的 性能幢。3 1 。矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥以及复合硅酸盐水泥从 意义上讲均是为了改善水泥的性能而制得的，所以也都属于改性水泥。 闰振甲，何艳君进行了高掺量粉煤灰水泥研究，其中粉煤灰的掺量为4 0 ％一6 0 ％，他们经 过试验研究发现高掺量粉煤灰水泥虽然早期强度较低，但是后期强度能够持续增长而且后期 强度高，并且具有良好的耐久性，特别是抗碱一集料反应，抗硫酸盐侵蚀，防钢筋锈蚀，抗干 缩等都得到一定的提高n 。同济大学通过向4 2 ．5 级硅酸盐水泥熟料里加入4 ％的石膏和4 8 ％ 的矿渣，制得比表面积为4 0 0 0 ’4 5 0 0 a m 2 ／g 的复合水泥，其2 8 d 胶砂抗压强度高于6 5 M P a ，同时 北京建筑工程学院硕士研究生毕业论文 研究发现这种复合水泥早期的水化热得到明显降低，其耐久性也的得N T 较大的提高副。 1 ．1 ．1 ．2 塑 活 化水泥 塑 活 化水泥是指除熟料、细掺料和适当石膏外，还掺有适量超塑化剂共同粉磨而得到 的胶凝材料他曲1 。 关于塑 活 化水泥的研究我国研究相对较晚。我国清华大学冯乃谦教授在高性能混凝 土技术一书中介绍了把矿渣、天然矿石和有机外加剂进行混磨，利用有机外加剂的吸附性， 使得有机外加剂吸附在磨细矿物颗粒表面，得到活性填料，将这种活性填料作为掺合料掺入 混凝土的制备中，研究结果发现混凝土的减水剂用量不仅明显减少，而且混凝土的力学性能 得到较高的增加。冯乃谦教授等人还通过将粉状超塑化剂与水泥熟料混磨制得活化水泥 F F c ，这种活化水泥使混凝土拌合用水量不仅明显减少，而且在相同强度要求下，混凝土 的水泥用量也明显减少，混凝士的耐久性提高，特别是混凝土的的收缩和徐变得到了较大的 降低[ 1 4 ] o 关于塑 活 化水泥的研究前苏联在2 0 世纪5 0 年代采用将减水剂直接加入到水泥熟 料中进行混磨，生产得到塑化水泥，这种塑化水泥不仅能提高水泥熟料的粉磨效率，而且还 改善了混凝土的和易性，在1 9 9 3 年前苏联将低需水量的水泥正式注册为B H B 水泥。这种B H B 水泥标准稠度用水量仅为1 5 ％左右，且所配制的低水胶比混凝土具有良好的和易性、力学性 能和耐久性等优点[ 1 争1 6 ] o 意大利的R o s s e t t iV A 也进行过相类似的研究，即将超塑化剂掺 入5 2 5 型硅酸盐水泥中制备得到了一种特种超塑化水泥S P C S p e c i a lS u p e r p l a s t i c i z e d C e m e n t ““ 。瑞典用超塑化剂和硅灰与水泥熟料混磨，生产得到一种复合水泥 酬c E n e r g e t i c a l l yM o d i f i e dC e m e n t ，其水泥强度比基准提高一倍以上，并且在水胶比为 O ．1 9 时配制出了1 7 0 M P a 超高强混凝土n 3 1 。 1 ．1 ．1 ．3 高性能胶凝材料 2 0 世纪9 0 年代吴中伟先生在国内首次提出了高性能胶凝材料的概念n 9 1 。他提出高性 能胶凝材料不应该是高性能混凝士所用胶凝材料进行简单的预先混合，而是通过外加剂与熟 料共同粉磨，然后根据需要与大量不同细度的混合材进行混合，同时根据流变性能优化石膏 品种与掺量等主要措施来实现胶凝材料的高性能化。其主要的技术路线为以合适的熟料， 将高性能混凝土所需的各种无机和有机添加剂按适当的比例预先混合，加入适合的石膏、助 磨剂以及超塑化剂，以合适的参数共同粉磨至一定的细度，制成用于不同强度等级混凝土的 高性能胶凝材料n 舭。 吴中伟先生经过火量试验研究发现这种高性能胶凝材料不需要再添加任何添加剂就可 2 熟料．石灰石粉一燃煤灰复合胶凝材料的制备与应用 配制出不同强度等级的混凝士，并且混凝 3 0 ’8 0 M P a 。清华大学的廉慧珍教授与北京住总集团合作，利用4 4 ％的熟料与粉煤灰、矿渣混 磨制得了一种高性能胶凝材料。经过试验研究与工程应用，该高性能胶凝材料可直接配制出 C 3 5 、C 6 0 、C 7 0 高性能混凝土，且混凝土的工作性能、力学性能、耐久性等都较好晦1 。叶群山 等人研究了不同的粉磨方式对复合水泥性能的影响，研究发现先将熟料与石膏粉磨到一定比 表面积然后与一定比表面积的混合材混合制得的胶凝材料配制的混凝土强度最高㈨。国外对 于高性能胶凝材料的研究主要是在1 9 9 4 年俄罗斯水泥科学院研制成功的低需水量胶凝材料 L I H B 。采用这种低需水量胶凝材料配制的高强高性能混凝土，抗压强度高达1 7 0 M P aI s ] 。 1 ．1 ．1 ．4 环保型胶凝材料 在2 0 世纪9 0 年代吴中伟先生在提出高性能胶凝材料时同时也提出了环保型胶凝材料概 念，他认为环保型胶凝材料是主要是针对传统水泥能耗大、污染重等缺点提出的一种性能好 且适应现代可持续发展需要的新型胶凝材料乜“。这种环保型胶凝材料通过粉体的复合化、叠 加化来满足水泥基材料的发展，其性能不仅能够达到一般混凝土要求外，还能够满足H P C 的 要求，即应具备低水胶比、工作性好、良好的密实性、能够达到某些特性指标四个条件[ 2 H 。 刘宪春通过对环保型胶凝材料的研究，提出环保型胶凝材料应该具有以下三大特征a ． 不用或少用水泥熟料，降低资源消耗，减少环境污染；b ．工程性能优异C ．大量使用工业废 料，净化生存环境，节约资源，促进可持续发展妲引。对环保胶凝材料的研究中工业废物或废 渣得到了充分的利用例如粉煤灰汹1 、矿渣粉m ’、钢渣粉、废玻璃粉∞1 和火山灰物质乜引同 时专家学者们还开发出了碱激发胶凝材料n “ ，利用城市垃圾废物开发生态水泥也越来越受 到人们的关注旧1 1 。早在1 9 9 7 年日本秩父小野田公司就利用城市垃圾烧却灰和下水道污泥等 生产出高强度水泥，目前已正式投产㈨。这种将城市垃圾变成了一种有用的建设资源得到了 政府和社会各界的大力支持，所以在2 0 0 1 年日本太平洋水泥建成了世界第一条低氯普通型 生态水泥生产线∞’。台湾“中央大学”也进行了类似的研究，他们利用垃圾焚烧炉灰制成具 有火山灰效应的炉渣，再用这些炉灰和炉渣生产出生态水泥啪1 。1 9 9 4 年欧洲联合会就在回转 窑中焚烧危险废弃物，这样既处置了废弃物，又节约了能源，还能为可持续发展做出应有的贡 献口。瑞典N o r d i c 水泥公司所属的E u r o c 废弃物回收治理公司回收加工各种废油、化学溶 剂、废橡胶、废塑料以用作水泥窑的二次燃料，以替代部分煤粉‘3 2 1 。这些环保型的胶凝材料 既保证充分发挥了材料，而且还保证了水泥的性能，做到了物尽其用，即提高水泥的性能， 保证材料的性能和耐久，而且污染少，能耗低，充分利用废弃物，经济适用。 3 北京建筑工程学院硕士研究生毕业论文 1 ．1 ．2 石灰石粉、燃煤灰的研究现状 I ．I ．2 ．I 石灰石粉的研究现状 石灰石粉是指生产石灰石碎石、机制砂等集料时，产生大量的石灰石粉，这些石灰石粉 造成了严重的粉尘污染和土地资源的占用。因此国内外对石灰石粉的利用研究成为一个热 点。 国外对石灰石粉的研究、开发和利用比较早，欧洲水泥试行标准E N V l 9 7 已将石灰石硅 酸盐水泥列为一种单独类型的水泥品种。德国、法国等国家开发生产了石灰石硅酸盐水泥 P o r t l a n dL i m e s t o n eC e m e n t ，并且制定出了相关的标准，其中石灰石粉掺量一般为6 ％ - - 2 0 ％，从1 9 9 0 年开始，石灰石粉在日本得到充分地利用，石灰石粉被广泛地应用于高流动 性混凝土和高性能喷射混凝土中b 引。阿根廷的B o n a v e r t i 等人用比表面积为 3 1 7 m Z ／k g - 4 2 0 m 2 ／k g 的石灰石粉作填充料掺入到水泥和混凝七中，试验发现在低水灰比的水 泥浆中，水泥浆的水化程度随石灰石粉掺量的增加而增加，在低水灰比的混凝土中混凝土 2 8 d 的水化程度高达8 0 ％、8 5 ％1 3 5 - 靼1oK a k a li G 、M o n c e fN e h d i 等人陋4 0 1 还发现掺入石灰石粉 后的混凝土具有较高的早期强度，他们还找到了石灰石粉能够提高混凝土早期强度的根本原 因在于石灰石粉与熟料中的C 。A 发生化学反应生成了更稳定的单碳水化铝酸钙。B ．P ．H u d s o n 等人研究发现石灰石粉能够可以提高集料的有效堆积，同时石灰石粉在水泥水化过程中阻止 了毛细孔道的形成，使得混凝土的抗渗性得到了较大的提高‘4 3 副l 。T a h i r C e l i k 也证实这一观 点，并且得出石灰石粉掺量越多，被阻断的透水通道也就越多，越能改善混凝土的抗渗性能 【4 5 1 。尽管石灰石粉有提高混凝土早期强度、促进水化程度和发挥其良好的填充效应，但是 石灰石粉的应用也有不利的方面。c ．J ．L y n s d a l e 等人研究发现在石灰石粉掺量为0 ’3 5 ％时， 可以很明显观察到砂浆产生的硅灰石膏破坏，并且随着掺量的增大和时间的增长破坏范围逐 渐变大，从表面向内部发展H 。S ．M ．T o r r e s “列等人通过试验也得出由于掺加石
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