VoL.26 No.6 侯运炳等：高活性阿利特硫铝酸盐水泥及其水化反应 635 3Ca0-3Al201CaS0+8CaS0.+6Ca0+96H20+ 3(CA·3CaS0-32HO) (4) (②)高活性矿物掺合料在激发剂的作用下，发 生二次水化反应 熟料矿物水化生成少量C(OHh作为碱性激 发剂，通过液相扩散到粉煤灰和矿渣中玻璃体的 表面，与高活性组分SiO2和Al,O,反应，其水化反 应示意如下： SiOz+mCa(OH)2+(n-1)H2O- mCaO-SiO,nH2O (5) Al2O,+mzCa(OH)2+(n2-1)H2O- m2CaOA12O3n2H2O (6) 矿渣与粉煤灰微粉中的玻璃体在碱的作用下，S OSi,SiO一AL,A1O-A1等键断裂，结构解 体，产生[SiO,[AIO,Ca等，并进入溶液形成 新的低钙型水化硅酸钙凝胶体和水化铝酸钙，起 到进一步增强水泥浆体强度的作用，其中水化铝 酸钙还可以继续与石膏溶解提供的SO,作用生 成钙矾石， 二次水化生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙 凝胶，大多是在硬化后的水泥石内部形成，因而 主要填充水泥石的毛细孔，降低水泥石的孔隙 图4普通硅酸盐水泥试样水化SEM图.(a)3d;(b)7d 率，增大水泥石的密实性，使其抗侵蚀力增强.此 Fig.4 SEM morphologies of hydration products made of 外，活性矿物材料中的SO2还可与熟料水化生成 ordinary Portland cement after 3 d (a)and 7 d(b)of cur- ing 的高碱度C一S一H产生二次反应，生成强度更 高、稳定性更优的低碱度C一S—H,改善了水泥 灰与矿渣的活性 浆体性能。 高活性阿利特硫铝酸盐水泥利用经高活化 (1.5-2.0)Ca0-Si02aq+Si02+(0.8~1.5)Ca0:Si02aq 处理的矿渣与粉煤灰的优势互补效应，不仅使水 (3)复合外加剂的引入，改善了水泥石的早期 泥具有较好的颗粒级配，同时还利用矿渣与粉煤 结构. 灰活性发挥的时间差异（水化早期主要是发挥熟 随着水化反应的进行，溶液中Ca(OH)2的含 料与矿渣的作用，后期则是矿渣和粉煤灰共同作 量减少，碱度逐渐降低，高活性掺合料分解作用 用)，使得水泥在早、后期均能生成较多水化产 减弱，溶出的铝酸根、硅酸根离子数量降低，使水 物，从而获得较为密实的水化结构. 泥石结构存在较大的缺陷，表现为早期强度低， 综合X射线衍射分析、TG-DTA分析、SEM观 当引入复合外加剂后，进一步激发矿物材料的活 察的结果，可将高活性阿利特硫铝酸盐水泥水化 性，生成溶解度更低的C一S一H凝胶及AFt,改善 过程与机理描述如下. 了水泥石的早期结构，使水泥石的结构越来越致 (1)高活性阿利特疏铝酸盐水泥中的熟料矿 密，从而提高了水泥石的强度 物水化并释放出少量Ca(OH)z.熟料矿物的水化 反应示意如下： 3结论 3Cao.SiO2+nH2O- xCaO.SiO2yH.O+(3-x)Ca(OH)2 (2) (1)高活性阿利特硫铝酸盐水泥，由于熟料自 2Ca0.SiO2tmHz0→ 身独特的矿物组成与活性矿物材料的火山灰效 xCaO.SiO,yH,O+(2-x)Ca(OH)2 (3) 应，使硬化浆体中Ca(OH)2的含量降低，并获得较V b】 . 2 6 N 0 . 6 侯 运炳 等 : 高 活性 阿利特 硫铝 酸盐 水泥 及其水 化反 应 . 犯5 . 图 4 普通硅 酸盐 水泥 试样 水化 S EM 图 . ( a ) 3 d ; (b ) 7 d F ig · 4 S E M m o 印h o le g ie s o f h y d ra ti o n P ro d u e ts m a d e o f o rd i n a ry P o rt la n d c e m e n t a ft e r 3 d ( a ) a n d 7 d ( b ) o f e u r- in g 灰 与 矿渣 的活性 . 高 活 性 阿 利特 硫 铝 酸 盐 水 泥 利 用 经 高 活化 处理 的矿渣 与粉 煤灰 的优 势互 补效 应 , 不仅 使水 泥 具有 较好 的颗 粒级 配 , 同时还利 用矿 渣 与粉煤 灰 活 性发挥 的时 间差异 (水 化早 期主 要 是发 挥熟 料 与矿 渣 的作用 , 后 期 则是矿 渣和 粉煤 灰共 同作 用 ) , 使得 水 泥在 早 、 后 期均 能 生成较 多水 化产 物 , 从而 获 得较为 密实 的水 化 结构 . 综 合 X 射 线衍 射 分 析 、 TG 一D TA 分析 、 S E M 观 察 的 结果 , 可将 高 活性 阿利特 硫铝 酸盐 水泥 水化 过 程 与机 理描 述 如 下 . ( l) 高 活 性 阿利特 硫 铝酸 盐 水泥 中 的熟 料矿 物 水 化 并释 放 出少 量 C a( 0 H ) 2 . 熟料 矿 物 的水化 反应 示 意如 下 : 3 C a O · 5 10 2十月玫O ~ x C aO · 5 10 2 ·夕凡 O + ( 3一 x ) C城O H ) 2 ( 2 ) ZC a o · 5 10 2+ m玫 0 ~ xC aO · 5 10 2 少H Z以( 2 一 x ) C a( O H玉 ( 3 ) 3 C a O · 3 A 1 2 0 3 · C a s q + SC a S O+4 6 C a o + 9 6残0 ~ 3(C 冰 · 3 C a S O ; · 3 2 H 2 0 ) (4 ) (2 ) 高活性矿 物 掺合 料在激 发 剂 的作用 下 , 发 生二 次水 化 反应 . 熟料 矿 物 水化 生成 少 量 C a( O H玉作为碱性激 发 剂 , 通过 液相 扩散 到粉 煤灰和 矿 渣 中玻璃 体 的 表 面 , 与 高活 性 组分 51 0 2 和 1A 2 O , 反 应 , 其 水 化反 应 示意 如 下 : 5 10 2+ m , C a( 0 H ) 2+ ( n : 一 l )玖 0 ~ m l C a o · 5 10 2 · n :玫0 (5 ) A 1 2 O 3+ m Z C a (O H玉+ (从一 l )凡 0 ~ m Z C aO · A 1 2 0 3 · 伪玩 0 (6 ) 矿 渣 与粉 煤灰 微 粉 中 的玻璃 体 在碱 的作用 下 , is 一D ~ 一iS , 5 1一《 ) 一 A I , A l一 ( ) 一 A I 等键 断裂 , 结构解 体 , 产 生 s[ iq 1 4一 , A[ l仪」 2一 , C +az 等 , 并 进入 溶液 形成 新 的低钙 型 水化 硅酸 钙凝 胶体 和水 化铝 酸钙 , 起 到 进一 步增 强水 泥浆体强 度 的作用 , 其 中水 化铝 酸 钙还 可 以继 续 与石 膏溶 解提 供 的 5 0 扩 一 作 用生 成钙 矾 石 . 二 次水 化 生 成 的水 化 硅 酸钙 和 水化 铝 酸 钙 凝胶 , 大 多是 在硬 化 后 的水 泥石 内部 形成 , 因而 主 要填 充 水 泥石 的毛 细 孔 , 降低 水 泥 石 的孔 隙 率 , 增大 水泥石 的密实性 , 使其 抗侵蚀 力 增强 . 此 外 , 活性 矿物 材 料 中的 51 0 2还 可 与熟 料水 化 生成 的 高碱度 C一S一 H 产 生二 次 反应 , 生 成 强度 更 高 、 稳 定性 更优 的低 碱度 C一S一H , 改善 了水 泥 浆 体 性 能 . ( 1 . 5~2 . 0) C aO · 5 10 2 . a q+ 5 1认 ~ (0 . 8一 1 . 5 )C aO · 5 10 2 · aq (3) 复合外 加剂 的 引入 , 改善 了水 泥 石 的早期 结构 . 随着 水化 反应 的进行 , 溶 液 中 C a( O H ) 2 的含 量 减 少 , 碱 度 逐渐 降低 , 高 活性 掺 合料 分 解作 用 减 弱 , 溶 出 的铝 酸根 、 硅 酸 根离 子数量 降低 , 使水 泥 石 结 构存 在较 大 的缺 陷 , 表现 为 早 期强度 低 . 当 引入复合 外 加剂后 , 进一 步激 发矿 物材 料 的活 性 , 生成 溶解 度 更低 的 C一S一H 凝胶 及 A卫t , 改善 了水 泥石 的早 期结 构 , 使水 泥石 的结构越 来越 致 密 , 从 而提 高 了水 泥 石 的强度 . 3 结 论 ( l) 高活性 阿 利特硫 铝 酸盐水泥 , 由于熟 料 自 身 独特 的矿物 组 成 与 活 性矿 物 材 料 的 火 山灰 效 应 , 使硬 化浆 体 中 C a( 0 H关的含量 降低 , 并获得 较