干燥过程中CAC结合浇注料的物相转变和力学性能演变的研究

作     者：李娜 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：叶国田;穆元冬

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：铝酸钙水泥 刚玉质浇注料 干燥过程 物相转变 力学性能 

摘      要：作为浇注料中常用的结合剂,铝酸钙水泥(Calcium aluminate cement,CAC)在较低温度养护时会水化生成亚稳态的水化产物CAH(Ca O·AlO·10HO)和CAH(2Ca O·AlO·8HO),随温度的升高,亚稳态的水化产物会逐渐转化为稳态的水化产物CAH(3Ca O·AlO·6HO)和AH(AlO·3HO)。此外,养护过程通常并不能使CAC完全水化,仍会残余一定量的CA(Ca O·AlO)和CA(Ca O·2AlO)。因此,后续的干燥过程会影响CAC水化产物的生成和转变,进而影响浇注料的宏观性能。然而,关于干燥过程中CAC水化产物转化速率、残余CAC水化速率以及浇注料强度增长速率的研究迄今鲜有报道。为了揭示CAC结合浇注料干燥过程中的力学性能演变与残余CAC水化以及水化产物转化之间的本质关系,本文以CAC结合刚玉质浇注料为研究对象,通过改变养护条件和水泥掺入量来调控水化产物的种类和CAC的水化程度,研究干燥过程中水化产物的生成和转变规律及其对浇注料宏观力学性能的影响机制。本文的主要研究成果如下:探明了干燥时间对CAC结合刚玉质浇注料的物相转变及力学性能的影响。结果表明,在110°C干燥过程中,浇注料中残余CA的快速水化促进了水化产物的生成,进一步提高了浇注料中骨料和粉料颗粒紧密胶结的能力,从而使浇注料在干燥早期阶段(4 h之内)的强度呈现快速增长的变化趋势。通过改变养护温度和养护时间考察了养护条件对CAC结合刚玉质浇注料干燥过程中物相转变及性能的影响。结果表明,浇注料经较低温度(10°C和30°C)养护后,形成的亚稳态水化产物CAH或者CAH在110°C干燥0.5 h后会快速转化为稳态的水化产物CAH和AH。此外,当养护温度较低(10°C)或养护时间较短(0.5 d)的时候,CAC结合浇注料经养护处理后残余CA和CA含量较高,且CA和CA在干燥过程中可以快速水化,因此在110℃干燥过程的早期阶段(4 h之内),浇注料的强度增幅更为明显,即养护温度较低或养护时间较短的浇注料在110°C干燥早期阶段(4 h之内)强度提升幅度更明显。研究了CAC加入量(2 wt%～8 wt%)对于刚玉质浇注料干燥过程中物相转变及性能的影响。结果表明,随水泥含量从2 wt%增加至8 wt%,浇注料基质经30°C养护1 d后水化产物CAH增多,同时较高CAC含量的基质试样仍残留较多未水化的矿物相CA和CA。干燥过程促进了残余CA和CA的水化以及亚稳态的物相CAH向稳定态的水化产物CAH和AH发生转化,这使得较高水泥含量(8 wt%)的浇注料在干燥过程中可以生成更多的水化产物CAH和AH。因此,较高CAC含量的浇注料在110°C干燥早期阶段(4 h之内)强度提升幅度更高。本工作的主要贡献是发现了在干燥早期阶段(4 h之内)残余可水化物相CA和CA水化速率很快,CAH或CAH在干燥过程中可以快速转化生成CAH和AH。同时,阐明了在110°C干燥早期阶段(4 h之内)浇注料强度快速增加,且养护温度较低、养护时间较短或水泥含量较高的浇注料在干燥早期阶段(4 h之内)强度提升幅度更高的原因。本工作的研究结果进一步丰富了铝酸钙水泥的水化理论,并且可以为确定CAC结合浇注料的干燥制度提供一定的参考。