石灰石粉在水泥基材料凝结硬化过程中的物理填充和化学作用

Carbon emissions from cement industry almost accounts for 20% of the country's total carbon dioxide emission. Reduction of one ton of cement clinker would appropriately decrease 0.866 tons of carbon dioxide emissions. Using limestone to substitute cement could significantly reduce carbon emissions of cement industry. However, so far, quantitative studies on physical filling effect and amount of chemical bonding of limestone powder are very limited. Synergistic effect between limestone powder and supplementary cementitious materials containing aluminum-containing phase is mainly confined to qualitative study, few researches involves to the quantitative study of synergistic effect between them. Meanwhile, the influence of limestone powder on the sulfate corrosion resistance and chloride penetration resistance of cementitious materials is unclear. To solve the above problems, this project will study the physical filling effect and amount of chemical bonding of limestone powder, as well as the synergistic effect between limestone powder and supplementary cementitious materials containing aluminum-containing phase. Sulfate corrosion resistance and chloride penetration resistance of cementitious materials incorporating limestone powder will also been discussed, and the relationship between sulfate corrosion resistance and chloride penetration resistance and composition of cementitious materials will been established. This project will provide a theoretical basis for the application of limestone powder in cement or concrete.

水泥行业碳排放量几乎占全国二氧化碳排放总量的20%，每减少一吨水泥熟料用量，约减少0.866吨二氧化碳排放。用石灰石粉取代水泥可显著降低水泥行业的碳排放量。然而，目前关于石灰石粉在水泥基材料中的物理填充作用和化学结合量的定量研究很有限。关于石灰石粉和含铝相的辅助性胶凝材料的协同效应主要局限于定性研究，很少有人定量研究分析石灰石粉和含铝相的辅助性胶凝材料的协同效应。同时，石灰石粉对水泥基材料抗硫酸盐腐蚀特性和抗氯离子渗透性的影响还不清楚。针对上述问题，本项目将研究石灰石粉在水泥基材料中的物理填充作用和化学结合量，以及石灰石粉和含铝相辅助性胶凝材料的协同效应，探讨掺石灰石粉水泥基材料的抗硫酸盐腐蚀特性和抗氯离子渗透性，以及抗硫酸盐腐蚀特性和抗氯离子渗透性与胶凝材料组成特性的关系，为石灰石粉在水泥或混凝土中的推广应用提供理论基础。

水泥行业碳排放量几乎占全国二氧化碳排放总量的20%，每减少一吨水泥熟料用量，约减少0.866吨二氧化碳排放，用石灰石粉取代水泥可显著降低水泥行业的碳排放量。然而，关于石灰石粉在水泥基材料中的作用机理还存在一些问题仍未解决。基于此，项目研究了石灰石粉在水泥基材料中的物理填充作用和化学结合量，以及石灰石粉和含铝相辅助性胶凝材料的协同效应，探讨掺石灰石粉水泥基材料的抗硫酸盐腐蚀特性和抗氯离子渗透性，以及抗硫酸盐腐蚀特性和抗氯离子渗透性与胶凝材料组成特性的关系。研究结果表明，石灰石粉的比表面积和掺量对其3天CaCO3反应比例影响较大，但对其180天CaCO3反应比例影响不大。在不同的石灰石粉比表面积和掺量下，其3天CaCO3反应比例为0.67~2.02%，而180天CaCO3反应比例为2.27~2.43%。随着石灰石粉比表面积的增大，水泥浆的早期最可几孔径和孔隙率随之降低，而在180天时，掺比表面积为650 m2/kg石灰石粉的水泥浆最可几孔径和孔隙率最小。随着石灰石粉掺量的增大，水泥浆的最可几孔径和孔隙率随之增大。掺入粉煤灰和矿粉可提高CaCO3的反应比例，和单掺石灰石粉相比，复掺石灰石粉和粉煤灰、矿粉水泥浆的后期CaCO3反应比例分别增大了2、4倍，从而降低了水泥浆的最可几孔径和孔隙率。当石灰石粉掺量为5~15%，粉煤灰掺量小于10%，或者矿粉掺量为10~30%时，混凝土的氯离子渗透系数最小。在常温条件下，掺石灰石粉混凝土的硫酸盐腐蚀主要为石膏侵蚀。石灰石粉掺量越多，受侵蚀浆体中产生的石膏数量越多，单掺50%石灰石粉样品中石膏含量高达13.53%。采用粉煤灰/矿粉与石灰石粉复掺能够显著降低侵蚀产物中石膏的含量，胶凝材料为67%水泥-17%石灰石粉-17%矿粉的样品中石膏含量仅为1.64%。本项目的研究结果，为优化掺石灰石粉的胶凝材料组成设计，提高石灰石粉的反应比例，以及在水泥或混凝土中的安全使用和推广应用提供理论基础。