1. 研究目的与意义
1.1研究背景
硅酸盐水泥具有性能稳定，生产成本低的特点，是目前应用最为广泛的水泥品种。但其早期强度发展缓慢，体积稳定性差。因此，在硅酸盐水泥发展过程中，出现了多种改性的硅酸盐水泥和复合水泥1。而铝酸盐水泥的突出优点是高强快硬以及良好的耐高温性能，多用于抢修工程和配制耐热混凝土。但由于水化产物的不稳定而导致铝酸盐水泥力学性能上的不稳定，如后期强度倒缩就是铝酸盐水泥的致命弱点2。如果将铝酸盐水泥和硅酸盐水泥这两大系列水泥复合，由于铝酸盐水泥和硅酸盐水泥的混合物在水化过程中生成水化钙黄长石，克服了铝酸盐水泥水化铝酸钙的相转变引起的危害，使耐久性得到了保证。由此可见，两种水泥混合后组成的硅酸盐-铝酸盐水泥二元复合体系，其凝结时间将缩短3；更重要的是，该体系既能保留硅酸盐水泥的后期强度，又能利用铝酸盐水泥的早强特性4，还能避免铝酸盐水泥因水化产物晶型转化而产生的后期强度损失5。正是基于如此好的特性，所以硅酸盐水泥和铝酸盐水泥的混合得到广泛应用，主要用来配制具有特种性能和用途的特种干粉砂浆，以满足建筑上的各种高标准要求，例如：以缩短工期，快速交付使用为目的（冬季施工）的各种快硬性砂浆；以获得优良修补性能为目的的各种修补砂浆；无收缩灌浆材料；防水堵漏材料；自流平地面材料；墙地砖粘贴用水泥基砂浆。在二元体系中添加石膏组成三元复合体系，还能利用三者之间反应形成钙矾石的特性，使之具有快速硬化及收缩补偿等功能6。
综上所述，硅酸盐-铝酸盐-石膏三元复合体系具有早强，快干，微膨胀，使得高铝水泥在自流平，高强灌浆，修补，防水，瓷砖粘结等特种砂浆领域广泛应用，而开展三元复合体系的理论研究也越来越受到人们的关注。
2. 研究内容和预期目标
2.1研究内容：
（1）石膏类型对基本三元复合体系早期性能影响
选取典型三元复合体系组成方案，比较研究无水石膏，半水石膏，二水石膏对基本三元复合体系早期物理力学性能（凝结时间，强度和膨胀性能）的影响。
3. 研究的方法与步骤
3.1研究步骤 3.1.1石膏类型对基本三元复合体系早期性能影响 本实验采用低掺铝酸盐水泥和高掺铝酸盐水泥两个体系进行研究，以下为掺量表： 高掺高铝水泥的三元体系配比表
低掺高铝水泥的三元体系配比表
注：对于α-半水石膏和二水石膏，只需按照等质量CaSO4进行换算 通过在给定组成的高铝水泥（不加外加剂）中分别掺含等质量CaSO4的无水石膏，半水石膏，二水石膏，测其凝结时间、（1d,3d,28d）抗压强度、1d膨胀率等性能，对实验数据进行比较分析，研究其规律，总结无水石膏，半水石膏，二水石膏对基本三元复合体系早期性能的影响。 3.1.2石膏类型对三元复合体系早期性能影响 （1）通过在给定组成的高铝水泥（只加聚羧酸减水剂）中分别掺含等质量CaSO4的无水石膏，半水石膏，二水石膏，测其凝结时间、（1d,3d,28d）抗压强度、1d膨胀率等性能，对实验数据进行比较分析，研究其规律，总结无水石膏，半水石膏，二水石膏对基本三元复合体系早期性能的影响。 （2）通过在给定组成的高铝水泥（加聚羧酸减水剂和糖钠）中分别掺含等质量CaSO4的无水石膏，半水石膏，二水石膏，测其凝结时间、（1d,3d,28d）抗压强度、1d膨胀率等性能，对实验数据进行比较分析，研究其规律，总结无水石膏，半水石膏，二水石膏对基本三元复合体系早期性能的影响。 （3）通过在给定组成的高铝水泥（加聚羧酸减水剂和酒石酸）中分别掺含等质量CaSO4的无水石膏，半水石膏，二水石膏，测其凝结时间、（1d,3d,28d）抗压强度、1d膨胀率等性能，对实验数据进行比较分析，研究其规律，总结无水石膏，半水石膏，二水石膏对基本三元复合体系早期性能的影响。 （4）通过在给定组成的高铝水泥（加聚羧酸减水剂和糖钠与酒石酸复配）中分别掺含等质量CaSO4的无水石膏，半水石膏，二水石膏，测其凝结时间、（1d,3d,28d）抗压强度、1d膨胀率等性能，对实验数据进行比较分析，研究其规律，总结无水石膏，半水石膏，二水石膏对基本三元复合体系早期性能的影响。 （5）通过在给定组成的高铝水泥（同时加聚羧酸减水剂，缓凝剂以及早强剂）中分别掺含等质量CaSO4的无水石膏，半水石膏，二水石膏，测其凝结时间、（1d,3d,28d）抗压强度、1d膨胀率等性能，对实验数据进行比较分析，研究其规律，总结无水石膏，半水石膏，二水石膏对基本三元复合体系早期性能的影响。 注：第（5）组中的缓凝剂为（2），（3）,（4）组中缓凝效果的最优组 3.1.3石膏类型对三元复合体系早期性能影响的作用机理研究 根据做的宏观实验中各个体系的1d，3d强度,1d膨胀率以及流动度的差异，选取基本三元复合体系以及三元复合体系中有突变的几个点来制作相对应的水化样，并且做一系列微观实验，包括X射线衍射分析，差热分析和红外光谱分析实验，以此来探究石膏类型对三元复合体系早期水化的作用机理。 3.2实验方法 3.2.1实验条件 实验室的温度和湿度应符合GB／T176711999中4.1的规定，试体成型试验室的温度应保持在20℃~4-2℃，相对湿度应不低于50％；试体带模养护的养护箱或雾室温度保持2O℃~4-1℃，相对湿度不低于90％；试体养护池水温度应在20℃1℃范围内。 3.2.2宏观分析 3.2.2.1流动度 流动度试验按《GB/T501192003混凝土外加剂应用技术规范》进行。 （1）将玻璃板放置在水平位置，用湿布将玻璃板、截锥圆模、搅拌器及搅拌锅均匀擦过，使其表面湿而不带水滴，将截锥圆模放在玻璃板中央，并用湿布覆盖待用； （2）将不同配比的干料以水灰比为1.2加水，搅拌4min，制备水泥净浆， （3）将拌好的净浆迅速注入截锥圆模内，用刮刀刮平，将截锥圆模按垂直方向提起，同时，开启秒表计时，至120s用直尺量取流淌水泥净浆互相垂直的两个方向的最大直径，取平均值作为水泥净浆初始流动度。 3.2.2.2凝结时间 凝结时间试验《GB／T1346-2001水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法》中的凝结时间测定方法进行。按水灰比为1.2制备浆液，将制备好的浆液直接装入凝结时间测定的圆模中，并刮平后，立即放在凝结时间测定仪上，进行凝结时间的测定，记录开始加水的时间为凝结时间的起始时间。 3.2.2.3抗压强度 抗压强度试验《GB／T17671-1999水泥胶砂强度试验》进行，胶砂比改为0.82，水灰比改为0.3，干粉减水剂掺量为1.25g。 本方法为40mm40mm160mm棱柱试体的水泥抗压强度和抗折强度测定。 3.2.2.4竖向膨胀率 竖向膨胀率按《GB／T50448水泥基灌浆材料应用技术规范》进行。 将玻璃板平放在试模中间位置，并轻轻压住玻璃板。拌合料一次性从一侧倒满试模，至另一侧溢出并高于试模边缘约2mm。用湿棉丝覆盖玻璃板两侧的浆体。把百分表测量头垂直放在玻璃板中央，并安装牢固。在30s内读取百分表初始读数；成型过程应在搅拌结束后3min内完成。自加水拌合时起于t时间读取百分表的读数h。整个测量过程中应保持棉丝湿润，装置不得受震动。成型养护温度均为(202)℃。 3.2.3微观分析 3.2.3.1水化样的制备 根据上述的配比对原料进行称量，并进行干拌，装袋养护1d。取出按照0.22的水灰比进行搅拌水化，搅拌完成后，将拌料装袋养护。以加水时间为始，分别在水化15min、0.5h、4h、24h时取样适量，并加酒精使其停止水化，最后在45-50摄氏度的环境下干燥，待质量变化适当时，水化样即制备完成。 3.2.3.2X衍射分析（XRD） 仪器（D8FOCUSX射线衍射仪、高效节能循环水制冷机组、试样架、玻璃板）。将制备好的水化样放入研钵中研磨至均匀粉末、装样、压实、使用X射线衍射仪器、得出XRD图像。 3.2.3.3差热分析（DTA） 设备主要由加热炉，差热电偶，样品座及差热信号和温度的显示仪表等所组成。加热炉依据测量的温度范围不同有低温型(800-1000℃以下)，中温型1200C℃以下)，高温型(1400-1600℃以下)。 3.2.3.4红外光谱分析（IR） 样品制备：将按100:1的比例掺的溴化钾和试样放入研钵中研磨至均匀粉末，将粉末在模具上铺一层，用压力机压成片。将压成片的试样放入样板中制成样品；打开软件，先扫描一下背景，然后将样品放入红外光谱仪中扫描，将其转换成吸收率。 |
4. 参考文献
1.sumuzhen,kurdowskiw,sonentinof.developmentinnon-portlandcement,9thinternationalcongressonthechemistryofcement.1991.1.
2.胡曙光编著.特种水泥[m].武汉工业大学出版社.1999
3.guping,yanfu,xieping,etal.astudyofthehydrationandsettingbehaviourofopc-hacpastes[j].cemconcrres,1994,24(4):682
5. 计划与进度安排
第1~4周：2月28日~3月15日文献检索；
第5~6周：3月16日~3月29日完成不加外加剂以及只加减水剂的复合三元体系的抗压强度，凝结时间，流动度，膨胀率的宏观实验；
第7~9周：3月30日~4月12日完成加减水剂和缓凝剂（单掺糖钠和酒石酸）以及复掺糖钠和酒石酸的复合三元体系的抗压强度，凝结时间，流动度，膨胀率的宏观实验；
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