低能耗贝利特-硫铝酸钡钙水泥的水化硬化机制及硬化浆体微结构演变与调控

与传统硅酸盐水泥相比，高贝利特水泥具有烧成温度低、长期强度高、抗腐蚀、可利用低品质石灰石和CO2排放量低等特点。但其最大缺点是早期强度低，并限制了其工程应用。近期，课题组通过在高贝利特水泥熟料中引入新型高胶凝性矿物- - 硫铝酸钡钙，并在低温煅烧条件下制备了高早强贝利特-硫铝酸钡钙水泥。由于该水泥具有新型复合矿相体系，需要深入探索其水化硬化过程中的物理化学行为及其硬化浆体的微结构演变和性能。主要研究内容：水泥水化硬化机制，包括水化历程、水化相组成、结构和稳定性、固液相平衡及变化规律；水化动力学研究，包括水化速度、水化程度、环境温度和外加剂的影响规律等；硬化水泥浆体微结构演变与调控研究，包括凝结硬化机制，孔（或缺陷）结构特征与时效性，石膏等组分对硬化浆体组成和结构的影响等；硬化水泥浆体在载荷作用下的破坏机制和环境介质侵蚀条件下的物理化学行为及其耐久性研究。探索建立该水泥水化硬化体系的理论基础。

贝利特-硫铝酸钡钙水泥是由两类不同特性的矿物为主导矿物构建的复合型矿物体系，必须深入探索该水泥在水化硬化机制和耐久性能。本课题研究了微量元素对水泥早期力学性能和水化速率的影响，探索了水泥水化硬化过程中的水化产物、水化速度、水化热及其结构特征随水化进程的演变规律；并对硬化浆体的耐久性进行了深入研究。结果表明：适量Na2O、K2O、MgO和SrO等微量元素能够提高水泥的早期力学性能和水化速率。水泥水化预诱导期水化放热速率约是硅酸盐水泥的两倍，在加速期放热速率高；水泥的早期水化程度略低于硅酸盐水泥，但是其水化程度增进率高，在水化15天左右就超过了硅酸盐水泥；提高养护温度可显著提高水泥早期水化进程。该水泥水化早期膨胀率增加较快，水化后期膨胀增长趋于稳定；相同条件下其抗渗高度仅为硅酸盐水泥一半，具有良好的抗渗性；水泥的抗硫酸盐侵蚀系数均大于1.00，且随石膏掺量的增加，抗蚀系数逐渐增加，最高达到了1.15；在较高的石膏含量条件下安定性良好，因此该水泥的耐久性远高于普通硅酸盐水泥。分别采用高硅石灰石、粉煤灰和电石渣等低品位原料部分或全部替代高品质硅质或钙质原料制备了贝利特-硫铝酸钡钙水泥，其力学性能与高品质原料制备的水泥相当，且水化硬化过程一致。通过本课题研究，初步建立了贝利特-硫铝酸钡钙水泥水化硬化体系的理论基础。