納米貝利特水泥的設(shè)計與耐久性研究

本項目針對目前混凝土中高孔隙率引起的早期高水化熱引起的干縮、開裂等問題，制備了一種納米貝利特（Belite）水泥材料，系統(tǒng)研究了納米貝利特水泥的制備、水化機理以及對高性能混凝土力學(xué)性能和耐久性的影響，完成并取得了以下研究成果。 （1）采用化學(xué)燃燒的方法，系統(tǒng)研究了反應(yīng)物（石灰石、微硅粉）和燃料的配比對貝利特水泥組分的影響，并結(jié)合相圖，利用XRD定量分析了反應(yīng)物比例與生成物之間的對應(yīng)關(guān)系。實驗發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)物比例對生成物組分的影響與相圖預(yù)測基本吻合。為了得到有效成分比較高的納米貝利特材料，應(yīng)該對初始配方中的原料比例進行調(diào)整，使得原料中的等效CaO的含量應(yīng)該在60-70%。對于燃料來說，減少50%的燃料（硝酸，尿素，水），對超細(xì)貝利特水泥的最終組成無顯著影響。通過減少約50%的燃料，在保證有效貝利特成分的前提下，大大節(jié)省了生產(chǎn)成本以及對環(huán)境的污染。 （2）通過激光粒度儀、SEM等方式確定了納米貝利特顆粒的粒徑為幾百個nm兩級；所生產(chǎn)的貝利特水泥主要為有水化活性的?、α、以及α’型，符合水化活性要求。通過降低顆粒粒徑，其水化速度比起傳統(tǒng)的硅酸二鈣大大提高，轉(zhuǎn)化為高密度的水化產(chǎn)物的時間比普通硅酸鹽略慢；水化產(chǎn)物以鋁箔狀的C-S-H為主，但CH成分大大減少，這對于提高此種水泥的耐久性有利。另外，鈣硅比比起傳統(tǒng)硅酸鹽水泥有所降低。 （3）在高性能混凝土中摻入5%納米貝利特水泥材料，其抗碳化性能提高。這可能與納米貝利特水泥材料改善高性能混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，使得其微結(jié)構(gòu)更加致密有關(guān)。5%的摻量，使得高性能混凝土的干燥收縮率降低了7%，抗壓強度提高約10%。 因此，此納米貝利特水泥具有改善高性能混凝土性能的潛力。從SEM顯微照片中可以發(fā)現(xiàn)，與OPC的水化過程相比，納米貝利特的水化速度相對較慢，原因是其主要成分為可以延緩水化反應(yīng)的C2S。此結(jié)果導(dǎo)致了初凝和終凝時間的延長，但其強度發(fā)展?jié)M足高性能混凝土最基本的強度要求。 （4）研究成果已經(jīng)發(fā)表學(xué)術(shù)論文11篇，其中SCI收錄9篇，EI收錄1篇，中文核心期刊1篇；獲得國內(nèi)發(fā)明專利2項，國內(nèi)專利已申請在實質(zhì)審查階段2項，國際專利取得PCT 1項。培養(yǎng)碩士生2名（在讀）。 2100433B

混凝土結(jié)構(gòu)的壽命和可靠性問題受到了世界各國政府、專業(yè)技術(shù)人員的高度重視。發(fā)展高性能混凝土、研究提高混凝土工程耐久性能的方法和途徑，具有重大的現(xiàn)實意義。針對目前混凝土中高孔隙率引起的抗?jié)B性劣化和早期高水化熱引起的干縮、開裂等問題，制備了一種納米貝利特（Belite）水泥材料，利用低水化熱的納米硅酸二鈣顆粒填充高性能混凝土中的孔隙，從而實現(xiàn)提高鋼筋混凝土耐久性的目的。納米貝利特水泥利用化學(xué)燃燒技術(shù)制備，通過系統(tǒng)改變制備參數(shù)（各反應(yīng)物含量、反應(yīng)溫度、冷卻速度等），優(yōu)化制備參數(shù)，實現(xiàn)納米水泥成分的可控；探討納米貝利特水泥的水化機制，研究當(dāng)傳統(tǒng)水泥中硅酸二鈣成分的尺度從亞毫米量級降低到納米量級時，對水化速度和產(chǎn)物的影響；研究不同摻量的納米貝利特水泥（5%~10%）對于高性能混凝土耐久性的影響，最終實現(xiàn)利用納米水泥材料提高混凝土的抗?jié)B性、延長使用壽命的目標(biāo)。

本項目以低鈣高貝利特水泥為研究對象，以低鈣高貝利特水泥的水化硬化機理為切入點，圍繞該類水泥制備混凝土的工作性、力學(xué)性能及長期耐久性進行試驗研究和理論分析，針對該類型水泥的水化硬化特點，結(jié)合交流阻抗電化學(xué)測試與傳統(tǒng)測試方法，建立低鈣高貝利特水泥的綜合性能評價體系。其中耐久性涵蓋低鈣高貝利特水泥的抗?jié)B性、抗凍性、熱工性能、抗碳化性能，而同時研究該類型混凝土孔隙結(jié)構(gòu)與耐久性間的相關(guān)性，并在此基礎(chǔ)上提出低鈣高貝利特混凝土的耐久性優(yōu)化措施。

本項目以低鈣高貝利特水泥為研究對象，以低鈣高貝利特水泥的水化硬化機理為切入點，圍繞該類水泥制備混凝土的工作性、力學(xué)性能及長期耐久性進行了試驗研究和理論分析，針對該類型水泥的水化硬化特點，結(jié)合交流阻抗電化學(xué)測試與傳統(tǒng)測試方法，建立低鈣高貝利特水泥的綜合性能評價體系。其中耐久性涵蓋低鈣高貝利特水泥的抗?jié)B性、抗凍性、熱工性能、抗碳化性能，而同時研究該類型混凝土孔隙結(jié)構(gòu)與耐久性間的相關(guān)性，并在此基礎(chǔ)上提出低鈣高貝利特混凝土的耐久性優(yōu)化措施

貝利特公司（原貝斯特鑄造材料有限公司）是世界上最早研究開發(fā)鑄造涂料及熔劑輔助材料的公司之一，公司于1935年在美國成立，最初為愛士多鑄造化工有限公司，后更名為貝利特公司（原貝斯特鑄造材料有限公司）。在世界各地都建立了分廠或產(chǎn)品代理，貝斯特公司擁有世界上一流的研究隊伍和一流的生產(chǎn)設(shè)備，數(shù)十年一貫地專注于金屬鑄造技術(shù)和產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用，其業(yè)務(wù)遍布全球。為了更好地適應(yīng)更多國家及地區(qū)的鑄造行業(yè)，貝利特（原貝斯特鑄造材料有限公司）和世界上比較知名的同行也開展與合作，使其產(chǎn)品更加多元化。 　 貝利特（原貝斯特鑄造材料有限公司）在中國生產(chǎn)銷售的產(chǎn)品包括壓鑄脫模劑，低壓、重力鑄造涂料，冷、熱芯盒涂料，各種鋁銅鋅鎂熔體處理熔劑及耐火成型件等幾十種產(chǎn)品。在中國的用戶主要是汽車、摩托車、鋁加工行業(yè)及對技術(shù)要求高的合資、獨資企業(yè)，其產(chǎn)品被很多廠家為指定使用產(chǎn)品。如中信戴卡、戴卡興龍、興龍輪轂、天津戴卡、濱洲活塞、寧波寶迪、戴美鋁卡、濱洲BBS輪轂、濟南慧成、泰安盛泰隆、包頭鋁業(yè)、希望鋁業(yè)、立中輪轂、長春一汽、無錫戴卡輪轂、萬豐輪轂、臺資昆山六和、六豐、六和精密、韓資武成真元等上百家大中型企業(yè)所采用。貝斯特秉承一貫的服務(wù)理念，以成功的經(jīng)驗和和成熟的產(chǎn)品，真誠地為用戶提供鑄造問題的全面解決方案！相信貝利特就是相信你自己！