外源与原生硫酸盐对硅酸盐水泥水化硬化作用机理研究

硫酸盐是硅酸盐水泥中的少量组分，但类型很多且在水泥水化硬化过程作用非常重要。项目将来源于熟料和混合材中硫酸盐归类为原生硫酸盐，而将外掺石膏等硫酸盐归类为外源硫酸盐，通过硫酸盐定量测量方法的研究和对实际水泥样品的硫酸盐测试，分析水泥中硫酸盐存在形态与规律，再将微观化学分析和宏观性能试验并重，采用超长龄期试验，研究不同类型硫酸盐在水泥水化硬化过程中的积极作用与潜在危害，并根据影响程度建立相互间的等效关系，重点研究原生硫酸盐与外掺石膏之间的等效关系，从有利于水泥总体性能和利用高硫酸盐废渣角度，确定水泥总硫酸盐最佳含量和原生硫酸盐含量限值。项目研究有利于认识熟料和混合材中原生硫酸盐形态分布规律，发挥硫酸盐在提高水泥强度和体积稳定性方面的积极作用，有利于促进水泥生产成本的降低、高硫酸盐废渣的利用和混凝土开裂现象的防治，研究结果还可为有关标准规程提供依据，补充发展水泥水化理论。

项目针对来源于熟料和混合材中的原生硫酸盐和外掺石膏等外源硫酸盐，从硅酸盐水泥应用角度，通过硫酸盐测量方法的改进，对比研究不同类型和来源硫酸盐在水泥水化硬化过程中作用机理，明确和区分硫酸盐积极作用与潜在危害，建立不同类型硫酸盐之间的关系，以确定水泥总SO3含量和不同类型硫酸盐含量范围。.在对收集到的国内外60余种水泥、26种熟料和40余种混合材样品常规性能测试分析基础上，提出50%（v/v）乙醇法和饱和碳酸钠溶液法并结合其他分析方法，分析了原生硫酸盐类型和含量变化规律，确定原生硫酸盐主要为碱金属硫酸盐，多存在于硅酸盐和铝酸盐相中，碱金属硫酸盐SO3含量通常低于1.0%，混合材中主要存在高温硬石膏。.将原生硫酸盐分为易溶碱金属硫酸盐，以及存在于硅酸盐和铝酸盐相中的难溶硫酸盐。通过煅烧方式分别制备碱金属硫酸盐、硫硅酸钙和硫铝酸钙以模拟水泥中存在的硫酸盐，高温硬石膏以模拟混合材中存在的硫酸盐。硫铝酸钙和硫硅酸钙在硅酸盐水泥熟料中不太常见，但仍有报道发现存在，项目研究还对这两类硫酸盐开展研究。项目还辅助交流阻抗方法分析硫酸盐对水泥后期体积稳定性的影响。.通过对比不同类型和含量硫酸盐对水泥凝结、强度发展和体积稳定性的影响，发现碱金属硫酸盐不会明显缩短水泥凝结时间，虽促进1d强度，但显著降低长期强度和增大收缩。研究还发现以水泥[Na2Oeq][C3A]/[SO3]2摩尔比更能反映碱金属硫酸盐的影响，应控制在0.5以内。.原生石膏和含石膏的硫酸盐混盐对水泥性能影响不同于碱金属硫酸盐以及碱金属硫酸盐复盐。KC2S3会降低水泥后期强度，增大干缩和水养膨胀率，但能部分替代外掺石膏发挥作用。混合材中无水石膏作用高于天然硬石膏略低于二水石膏。硫硅酸钙能促进后期强度发展，有利于钙矾石的稳定和体积稳定性改善。.研究发现外加石膏和几乎所有缓凝剂研究针对几种碱和SO3含量比较低的特殊水泥熟料无法延长凝结时间，甚至促凝和显著降低流动性，初步结果显示适量碱金属硫酸盐对这种现象有所缓和。.研究结果表明，无论是原生还是外源碱金属硫酸盐对水泥的不利影响较为明显，废渣中无水石膏能替代二水石膏在水泥中发挥作用，以前被忽视的硫硅酸钙对水泥混凝土耐久性有积极作用。研究结果对于水泥生产质量控制、水泥有效使用和外加剂开发利用具有指导价值，也有利于促进高硫高活性废渣的利用，对于水泥水化硬化理论发展有一定的贡献。