复合胶凝体系中颗粒形态、活性及水化速度优化匹配的研究

尽量提高粉煤灰、矿渣等辅助胶凝材料的用量是实现水泥工业节能减排的必然要求。本项目选取全国有代表性的粉煤灰及矿渣，通过多种手段优化其矿物相活性、表面结构与粉体特性；主要采用背散射电子图像分析法定量测定不同龄期复合胶凝体系中水泥的水化程度及辅助胶凝材料的反应程度；研究复合胶凝体系的组成及颗粒群分布与水化速度的关系；研究硅酸盐水泥熟料与不同辅助胶凝材料之间的颗粒形态匹配、活性组分匹配和水化速度匹配；确定基于浆体结构和性能最优化的复合胶凝体系组成优化设计方法。本项目在水化理论、水泥石结构优化理论以及连续浆体的最紧密堆积理论指导下，合理控制复合胶凝体系的水化速度，调控不同辅助胶凝材料的活性匹配以及颗粒形态匹配，对水泥组成进行优化设计，这是水泥水化过程研究的新思路。本项目的研究成果将会使辅助胶凝材料的利用率得到进一步提高，水泥熟料的胶凝活性得到进一步发挥，从而对水泥生产实践起到重要指导作用。

尽量提高粉煤灰、矿渣等辅助胶凝材料的用量是实现水泥工业节能减排的必然要求，这就需要系统研究复合胶凝体系中不同辅助胶凝材料之间的活性组分匹配、颗粒形态匹配和水化速度匹配，从而改善水泥基材料的结构和性能。为此，本项目选取了全国有代表性的粉煤灰及矿渣，研究了复合胶凝体系中硅酸盐水泥与不同辅助胶凝材料之间的化学组成、矿物组成及粒径分布的优化匹配；主要采用背散射电子图像分析法定量测定复合胶凝体系中水泥的水化程度及辅助胶凝材料的反应程度；研究了复合胶凝体系的组成及颗粒群分布与水化速度的关系；研究了硅酸盐水泥熟料与不同辅助胶凝材料之间的颗粒形态匹配、活性组分匹配和水化速度匹配，确立了基于浆体结构和性能最优化的复合胶凝体系组成优化设计方法。. 项目探索了背散射电子图像分析法定量测定复合水泥浆体中水泥的水化程度及粉煤灰和矿渣的反应程度的可行性。结果表明，背散射电子图像分析法（BSE-IA）可以用来定量测试复合水泥浆体中水泥的水化程度及粉煤灰和矿渣的反应程度。为了识别不同物相，需要结合使用灰度分割及形貌分割，必要时需要结合Mg元素的面扫描。该成果对于定量分析复合胶凝体系的反应动力学以及不同组分对复合胶凝体系结构的贡献，评估复合胶凝体系的稳定性等具有非常重要的意义。.定量测定了复合胶凝体系中水泥的水化程度和粉煤灰、矿渣的反应程度。复合胶凝体系中水泥的水化程度较大，28天时可达70%左右，1年时可达80%以上；粉煤灰的反应程度较小，3天时小于5%，360天时也只有30%-40%；矿渣的反应程度介于水泥与粉煤灰之间。比较了粉煤灰和矿渣在混合水泥浆体中及复合水泥浆体中反应程度的差异。当辅助胶凝材料的掺量为30%时，粉煤灰和矿渣在混合水泥浆体中的反应程度要高于在复合水泥浆体中的反应程度。该成果对于定量研究复合胶凝体系的水化进程提供了重要支撑。. 在复合胶凝体系中，当粉煤灰与矿渣微粉进行双掺时，活性较低的粉煤灰不宜磨得太细，而活性较高的矿渣宜将其粉磨至比表面积为600m2/kg左右，这样复合水泥的胶砂强度较高，粉煤灰及矿渣微粉的水化反应程度较高，浆体结构较为致密。该成果将有助于提高粉煤灰和矿渣等辅助胶凝材料在复合胶凝体系中的掺量，优化复合胶凝体系的早中后期性能，对水泥生产实践起到重要指导作用。. 以上述成果为主要内容，发表论文5篇（含已录用2篇），申请专利1项。