水泥石干燥收缩微观机理的深度研究

本项目为前一已结题基金项目的再深化，在已积累大量研究结果和较好研究经验基础上，转入水泥石干燥收缩微观机理的深度研究。通过熟料替代水泥、高温煅烧后的绝干重量替代初始重量作为重量损失基准、在压汞试验中加入汞释放、循环压放汞、饱和溶液真空干燥和梯度干燥等实验技术改造，校正现有研究结果，结合氮吸附、综合热分析、核磁共振、纳米压痕等现代微观测试技术，围绕以重量损失为主要特征的"水"和以孔隙体积为主要特征的"孔"建立两个核心实验体系，完成水泥石中水状态、孔结构、比表面积、固相表面张力、分离压力测定等这些目前尚被公认为有较大难度或准确度不足的微观实验，打通"水"体系试验结果和"孔"体系试验结果之间的定量关系，在四个传统干燥收缩机理上，建立一个同时涵盖毛细管张力、表面张力、分离压力、层间结合力等作用的复合型干燥收缩微观机理模型及其理论体系和计算方法，从而更完整、更准确地揭示水泥石的干燥收缩本质。

本项目旨在更加深入地揭示水泥石的干燥收缩本质及其控制技术。通过熟料替代水泥、各种干燥技术相结合、高温煅烧后的绝干重量替代初始重量作为重量损失基准、在压汞试验中加入汞释放、循环压放汞、梯度循环压汞、饱和溶液真空干燥和梯度干燥等宏微观实验技术改造，结合氮吸附、综合热分析、核磁共振、SEM、XRD等现代微观测试技术，围绕以重量损失为主要特征的“水”和以孔隙体积为主要特征的“孔”建立两个核心实验体系，完成大量试验任务，在众多宏微观试验结果间建立了较好的数据联系，特别是打通了“水”体系试验结果和“孔”体系试验结果之间的定量关系，从而形成了对水泥石的干燥收缩过程及其机理更加深入、细致的分析与认识，进一步深入地揭示了其发生机制和本质规律。取得如下研究成果：①不同湿度条件下的干燥和梯度干燥试验与分析结果表明，干燥过程中，水泥石的水是按次序分批蒸发的，水的能量、数量与环境相对湿度具有定量对应关系。改变水的状态最有效的是化学外加剂，特别是减水剂和减缩剂，矿物外加剂也能明显改变水的状态；②通过压汞、退汞、多次循环压汞、梯度循环压汞、氮吸附等方法，建立了孔体积与干燥过程中水分蒸发量的对应关系，打通了“水”体系和“孔”体系之间的定量关系，初步掌握了水泥石中墨水瓶孔的演变规律及其对干燥收缩性能的影响规律；③通过饱和面干、105℃烘干（部分结果还包含冻干、真空105℃干燥）、1050℃煅烧三个重量基准，全面打通宏观数据之间，宏观数据与微观数据（如压汞、氮吸附、综合热分析等）之间的定量关系；④提出了利用水泥石硅酸根聚合度测定结果计算水泥石C-S-H含量和凝胶孔孔隙率的公式；⑤建立了包含水灰比、养护温度、水泥细度、龄期（水化程度）、相对湿度、干燥时间、减水剂、矿物外加剂、减缩剂等影响水泥石干缩性能的重要因素的收缩方程。以上研究结果具有重要科学意义和实践价值。