未烧、轻烧白云石粉与偏高岭土复合对水泥性能的影响开题报告

1. 研究目的与意义

随着全球经济水平的不断提高，作为最经济、用途最广泛的建筑材料，水泥混凝土的用量与日俱增。水泥熟料的生产过程会消耗大量能源和原材料，同时排放出co₂等有害气体。目前，为了减轻环境负担和促进可持续发展，科学合理地开发辅助性胶凝材料（scms）来取代部分水泥成为了业内研究的热点。此外，由于失水干缩、温度应力和自收缩等原因，混凝土的开裂问题在工程应用中十分普遍。采用膨胀剂来配制混凝土时，膨胀剂的水化反应和产生的预应力可以补偿体积收缩，提高耐久性。相比传统膨胀剂，新型氧化镁膨胀剂具有需水量小、水化产物稳定和膨胀过程可调控设计等优点，可以更好地抑制混凝土中裂缝的产生和扩展。

而氧化镁膨胀剂主要通过煅烧菱镁矿制备获得。但菱镁矿产量少，分布不广。因此，利用其他的富镁矿物来制备氧化镁膨胀剂并应用于水泥基材料中，具有十分重要的意义。我国的白云石分布广泛、蕴藏丰富、成本低且易于开采，但一般用于钢铁冶炼、陶瓷和耐火材料等领域，资源利用率不高。白云石是石灰石最主要的伴生矿物，化学式为camg(co₃)₂，在800℃条件下轻烧白云石可以获得以方镁石(mgo)和方解石(caco₃)为主矿物相的混合物。其中，mgo可以作为膨胀剂补偿体积收缩，caco₃则与铝相反应生成碳铝酸盐，理论上可以解决上述提到的两个问题。但白云石粉掺量过大时，水泥中的铝相有限，碳铝酸钙生成量少，水泥砂浆强度下降显著。因此，需要在复合体系中引入具备优异活性的偏高岭土，以期强化水泥中碳铝酸钙的形成效应。目前，相关的研究和实践尚不充分。

因此，为了兼顾减少水泥用量和控制混凝土产生裂缝这两个目标，本课题以不同比例的未烧、轻烧白云石粉与偏高岭土复掺来研究对水泥各种性能产生的影响和规律，并且根据实验数据结果来进行讨论和分析，以期获得强度和经济性能良好的三元胶凝体系，从而实现白云石粉在水泥混凝土中的高效应用。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

（1）原材料的基本性能分析：包括白云石粉和水泥的化学组成和细度等；

（2）研究轻烧白云石的煅烧制度；

3. 研究的方法与步骤

（1）原材料的基本性能分析

用激光粒度仪测定水泥、白云石粉和偏高岭土的粒度分布。用X射线荧光光谱仪（XRF）测定水泥、白云石粉和偏高岭土的化学组成。

（2）煅烧制度的确定

将等量的白云石粉分别在750℃、800℃、850℃的温度下煅烧1.5h和2h，用X射线衍射法（XRD）测定不同煅烧制度下轻烧白云石粉的矿物组成，主要看MgO和CaCO₃的含量。

（3）试验配比

将未烧白云石粉（L）或轻烧白云石粉（LBD）和偏高岭土（M）按不同质量比复合取代30%的水泥，共11组试样。PC表示空白样，LBD10M20表示轻烧白云石粉和偏高岭土的取代量分别为10%和20%，下同。各试样编号和配比见表1。

表1未烧、轻烧白云石粉和偏高岭土复合胶凝材料的配比w/%

（4）水化性能试验

采用等温量热仪测定。将各水泥样品按0.5的水灰比混合均匀并称取50g，加25ml蒸馏水，外搅拌2min，测定在25℃条件下72h的放热曲线。

以0.5的水灰比制备净浆试样，并在恒温箱内养护至规定龄期取样，样品破碎后用酒精浸泡24h以上终止水化，在50℃的烘箱内干燥2h，研磨制备粉末样品。分别采用XRD和TG表征水泥浆体产物组成，观察是否有Hc和Mc的生成。

XRD测试条件为5~30°(2θ)，扫描速率为5(°)/min。TG测试条件为25℃至900℃、N2气氛，升温速率为10℃/min。根据TG结果，分别计算浆体中结合水和Ca(OH)2的含量以及未烧、轻烧白云石粉的反应程度(R)。

（5）水泥砂浆体积稳定性试验

按 JC/T 603-2004 水泥砂浆干缩试验方法进行水泥砂浆的干缩试验，其中水灰比为0.5，胶砂比为1:3。制作尺寸为25 mm×25 mm×280 mm 胶砂试件，每组3个，按表1配比将拌和物浇筑于试模中，将试件连同试模放入温度（20±1）℃，相对湿度不低于90% 的养护箱内养护。试件自加水时开始计时，养护24 h后脱模。再将试件放入水中养护。试件经过水中养护2 d后，由水中取出，用湿布擦去试件表面水分和钉头上的污垢，然后用比长仪测定初始读数(L₀)，再将试件放入置有硫氰酸钾固体（每组放置0.5kg）的干缩养护箱中养护25 d 后( 即从成型时算起28 d)，取出测量试块长度(L₁)。干燥收缩计算公式为：ε₂₈=(L₀-L₁)/250×100%。

（6）水泥砂浆强度

各组复合水泥试样按照GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法成型、养护，试件尺寸为40 mm×40 mm×160 mm，每组3个砂浆试件，分别测定3d、7d和28d的抗压、抗折强度，其中水灰比为0.5，胶砂比为1:3。

4. 参考文献

[1]chen z, deng m and liu p. application of light-burntdolomite as a mineral addition in concrete [j].advances in cement research,2018, 11: 1-9.

[2]张少华,卢都友,徐江涛,等.白云石微粉对水泥早期水化性能的影响及其机制[j].硅酸盐学报,2017,39(4):60-65.

[3]李云峰,王宣卜,马建栋,等.偏高岭土对水泥胶砂力学性能的影响[j].中国科技论文,2018,13(1):60-63.

5. 计划与进度安排

第一阶段（第1～3周）：2月24日～3月16日

文献检索，论文开题，写出开题报告；

第二阶段（第4～6周）：3月17日～4月6日