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第1章 绪论1

1.1 背景1

1.2 研究现状3

1.2.1 C-S-H结构与模型3

1.2.2 低尺度下C-S-H微结构量测与表征6

1.2.3 C-S-H与水泥石劣化机理8

1.2.4 C-S-H与开裂敏感性10

1.2.5 C-S-H与粉煤灰、矿渣的活性12

1.2.6 C-S-H与抗冲耐磨性15

1.3 当前研究存在的主要问题16

1.4 研究目标和内容18

1.4.1 研究目标18

1.4.2 主要研究内容及方法18

1.4.3 拟采用的研究方法、技术路线21

1.5 预期的研究成果和创新点22

1.6 课题来源23

第2章 原材料和试验方法24

2.1 主要原材料及性质24

2.1.1 水泥24

2.1.2 粉煤灰24

2.1.3 矿渣25

2.1.4 硅粉26

2.1.5 骨料27

2.1.6 C-S-H的合成27

2.1.7 C3S的合成27

2.2 宏观性能测试29

2.2.1 力学性能测试方法29

2.2.2 椭圆环约束收缩试验方法29

2.2.3 砂浆棒自由收缩30

2.3 水化和微观测试方法及原理30

2.3.1 显微硬度30

2.3.2 水化热31

2.3.3 场发射扫描电镜32

2.3.4 电阻率32

2.3.5 原子力显微镜32

2.3.6 红外32

2.3.7 综合热分析33

2.3.8 X射线衍射33

2.3.9 核磁共振33

2.3.10 X射线荧光分析33

2.4 计算方法与软件34

2.4.1 量子化学方法及使用软件34

2.4.2 核磁共振定量分析方法及软件35

2.4.3 绘图软件36

第3章 不同体系C-S-H结构的实验和计算模拟37

3.1 本章实验方案38

3.1.1 比较不同体系C-S-H的结构特点38

3.1.2 提出C-S-H的聚合机理并利用量子化学进行假定39

3.1.3 Al对C-S-H聚合的影响及量子化学验证39

3.2 不同体系中C-S-H的结构特点39

3.2.1 合成C-S-H的结构特点39

3.2.2 C3S水化形成的C-S-H的结构特点42

3.2.3 水泥水化形成的C-S-H的结构特点46

3.2.4 C-S-H与结晶矿物的比较49

3.3 C-S-H聚合机理假定及量子化学验证51

3.3.1 C-S-H聚合机理的假定51

3.3.2 C-S-H聚合机理的量子化学验证54

3.4 Al对C-S-H聚合的影响及量子学验证58

3.4.1 Al在水泥水化产物中的存在形式和位置59

3.4.2 Al对C-S.H聚合的影响61

3.4.3 Al对C-S-H聚合的影响的量子学验证63

3.5 本章小结66

第4章 溶蚀条件下水泥石劣化机理分析68

4.1 本章实验方案69

4.1.1 脱钙对C-S-H凝胶组成、结构的影响69

4.1.2 脱钙对浆体力学性能的影响70

4.1.3 建立C-S-H脱钙特性与浆体力学性能的关系71

4.2 脱钙对C-S-H凝胶组成、结构的影响71

4.2.1 脱钙过程中浆体C/S的变化71

4.2.2 不同C/S条件下C-S-H结构变化74

4.2.3 极限脱钙对水泥石微结构的影响78

4.3 脱钙对浆体力学性能的影响81

4.3.1 首先建立强度和硬度的关系81

4.3.2 脱钙对浆体显微硬度的影响82

4.3.3 浆体C/S、显微硬度与C-S-H的ACL及Q1的关系84

4.3.4 溶蚀条件下水泥石劣化机理分析86

4.4 本章小结88

第5章 碱影响水泥基材料早期强度和开裂敏感性的机理90

5.1 研究方案93

5.1.1 碱对早期水泥石强度和自由收缩、早期开裂的影响93

5.1.2 碱对水泥早期水化的影响94

5.1.3 碱对水化产物的影响94

5.1.4 碱对水泥水化体系中C-S-H结构的影响95

5.2 碱对早期水泥石强度和自由收缩、早期开裂的影响95

5.2.1 碱对抗压强度的影响95

5.2.2 碱对初始开裂时间和自由收缩的影响96

5.3 碱对水泥水化进程的影响97

5.4 碱对水化产物的影响99

5.5 碱对C-S-H结构和堆聚状态的影响102

5.5.1 碱对Si-O振动的FTIR研究102

5.5.2 碱对C-S-H结构影响的29Si MAS NMR研究104

5.5.3 碱对C-S-H结构影响的27Al MAS NMR研究107

5.5.4 碱对C-S-H颗粒堆积状况的影响109

5.6 碱影响水泥基材料开裂敏感性的作用机理110

5.6.1 碱降低浆体早期强度的机理分析110

5.6.2 碱提高浆体早期开裂敏感性的机理分析113

5.7 本章小结115

第6章 粉煤灰、矿渣胶凝性的差异及其对开裂敏感性的影响116

6.1 研究方案118

6.1.1 粉煤灰和矿渣对抗压强度和早期开裂性能的影响118

6.1.2 粉煤灰和矿渣对水泥早期水化的影响118

6.1.3 粉煤灰和矿渣对水化产物的影响119

6.1.4 粉煤灰和矿渣对水泥水化体系中C-S-H结构的影响119

6.2 粉煤灰矿渣对浆体强度和早期开裂性的影响120

6.3 粉煤灰矿渣对水泥水化进程的影响121

6.4 粉煤灰和矿渣对水泥水化产物的影响123

6.5 粉煤灰矿渣对C-S-H结构的影响125

6.5.1 粉煤灰和矿渣对Si-O振动的FTIR研究125

6.5.2 矿渣、粉煤灰对C-S-H结构的29Si MAS NMR研究127

6.5.3 矿渣、粉煤灰对C-S-H结构的27Al MAS NMR研究130

6.6 粉煤灰、矿渣活性的差异及其对强度和开裂敏感性的影响134

6.6.1 矿渣和粉煤灰的活性差异及机理分析134

6.6.2 矿渣和粉煤灰对C-S-H结构的影响135

6.6.3 粉煤灰和矿渣对浆体强度和开裂敏感性的影响137

6.7 本章小结139

第7章 硅粉提高水泥基材料抗冲耐磨性能机理的研究141

7.1 研究方案142

7.1.1 硅粉对水泥石、混凝土强度和混凝土抗冲耐磨强度的影响142

7.1.2 硅粉对水泥早期水化的影响143

7.1.3 硅粉对水化产物的影响143

7.1.4 硅粉对水泥水化体系中C-S-H结构的影响144

7.2 硅粉对混凝土强度和混凝土抗冲耐磨强度的影响144

7.3 硅粉对水泥水化进程的影响145

7.4 硅粉对水泥水化产物的影响147

7.5 硅粉对C-S-H结构的影响148

7.5.1 硅粉影响Si-O振动的FTIR研究148

7.5.2 硅粉对C-S-H结构作用的29Si MAS NMR研究149

7.6 硅粉影响混凝土强度和抗冲耐磨性的作用机理152

7.6.1 SF的火山灰反应活性153

7.6.2 火山灰反应对C-S-H结构的影响153

7.6.3 硅粉改善混凝土强度和抗冲耐磨性的机理154

7.7 本章小结157

第8章 影响C-S-H胶凝性的因素及微结构调控159

8.1 C/S和Q1含量影响力学性能的模型160

8.2 C-S-H的Al含量以及ACL影响力学性能的模型162

8.3 影响C-S-H胶凝性关系的模型以及微结构调控164

8.4 本章小结165

第9章 结论167

9.1 不同体系C-S-H结构的实验和计算模拟167

9.2 溶蚀条件下水泥石劣化机理分析168

9.3 碱影响水泥基材料早期强度和开裂敏感性的机理169

9.4 粉煤灰、矿渣活性的差异及其对开裂敏感性的影响170

9.5 硅粉提高水泥基材料抗冲耐磨性能的机理171

9.6 影响C-S-H胶凝性的因素及微结构调控172

参考文献174

附录186

致谢188