纳米贝利特水泥的设计与耐久性研究

本项目针对目前混凝土中高孔隙率引起的早期高水化热引起的干缩、开裂等问题，制备了一种纳米贝利特（Belite）水泥材料，系统研究了纳米贝利特水泥的制备、水化机理以及对高性能混凝土力学性能和耐久性的影响，完成并取得了以下研究成果。 （1）采用化学燃烧的方法，系统研究了反应物（石灰石、微硅粉）和燃料的配比对贝利特水泥组分的影响，并结合相图，利用XRD定量分析了反应物比例与生成物之间的对应关系。实验发现，反应物比例对生成物组分的影响与相图预测基本吻合。为了得到有效成分比较高的纳米贝利特材料，应该对初始配方中的原料比例进行调整，使得原料中的等效CaO的含量应该在60-70%。对于燃料来说，减少50%的燃料（硝酸，尿素，水），对超细贝利特水泥的最终组成无显著影响。通过减少约50%的燃料，在保证有效贝利特成分的前提下，大大节省了生产成本以及对环境的污染。 （2）通过激光粒度仪、SEM等方式确定了纳米贝利特颗粒的粒径为几百个nm两级；所生产的贝利特水泥主要为有水化活性的、α、以及α’型，符合水化活性要求。通过降低颗粒粒径，其水化速度比起传统的硅酸二钙大大提高，转化为高密度的水化产物的时间比普通硅酸盐略慢；水化产物以铝箔状的C-S-H为主，但CH成分大大减少，这对于提高此种水泥的耐久性有利。另外，钙硅比比起传统硅酸盐水泥有所降低。 （3）在高性能混凝土中掺入5%纳米贝利特水泥材料，其抗碳化性能提高。这可能与纳米贝利特水泥材料改善高性能混凝土的孔隙结构，使得其微结构更加致密有关。5%的掺量，使得高性能混凝土的干燥收缩率降低了7%，抗压强度提高约10%。 因此，此纳米贝利特水泥具有改善高性能混凝土性能的潜力。从SEM显微照片中可以发现，与OPC的水化过程相比，纳米贝利特的水化速度相对较慢，原因是其主要成分为可以延缓水化反应的C2S。此结果导致了初凝和终凝时间的延长，但其强度发展满足高性能混凝土最基本的强度要求。 （4）研究成果已经发表学术论文11篇，其中SCI收录9篇，EI收录1篇，中文核心期刊1篇；获得国内发明专利2项，国内专利已申请在实质审查阶段2项，国际专利取得PCT 1项。培养硕士生2名（在读）。 2100433B

混凝土结构的寿命和可靠性问题受到了世界各国政府、专业技术人员的高度重视。发展高性能混凝土、研究提高混凝土工程耐久性能的方法和途径，具有重大的现实意义。针对目前混凝土中高孔隙率引起的抗渗性劣化和早期高水化热引起的干缩、开裂等问题，制备了一种纳米贝利特（Belite）水泥材料，利用低水化热的纳米硅酸二钙颗粒填充高性能混凝土中的孔隙，从而实现提高钢筋混凝土耐久性的目的。纳米贝利特水泥利用化学燃烧技术制备，通过系统改变制备参数（各反应物含量、反应温度、冷却速度等），优化制备参数，实现纳米水泥成分的可控；探讨纳米贝利特水泥的水化机制，研究当传统水泥中硅酸二钙成分的尺度从亚毫米量级降低到纳米量级时，对水化速度和产物的影响；研究不同掺量的纳米贝利特水泥（5%~10%）对于高性能混凝土耐久性的影响，最终实现利用纳米水泥材料提高混凝土的抗渗性、延长使用寿命的目标。

本项目以低钙高贝利特水泥为研究对象，以低钙高贝利特水泥的水化硬化机理为切入点，围绕该类水泥制备混凝土的工作性、力学性能及长期耐久性进行试验研究和理论分析，针对该类型水泥的水化硬化特点，结合交流阻抗电化学测试与传统测试方法，建立低钙高贝利特水泥的综合性能评价体系。其中耐久性涵盖低钙高贝利特水泥的抗渗性、抗冻性、热工性能、抗碳化性能，而同时研究该类型混凝土孔隙结构与耐久性间的相关性，并在此基础上提出低钙高贝利特混凝土的耐久性优化措施。

本项目以低钙高贝利特水泥为研究对象，以低钙高贝利特水泥的水化硬化机理为切入点，围绕该类水泥制备混凝土的工作性、力学性能及长期耐久性进行了试验研究和理论分析，针对该类型水泥的水化硬化特点，结合交流阻抗电化学测试与传统测试方法，建立低钙高贝利特水泥的综合性能评价体系。其中耐久性涵盖低钙高贝利特水泥的抗渗性、抗冻性、热工性能、抗碳化性能，而同时研究该类型混凝土孔隙结构与耐久性间的相关性，并在此基础上提出低钙高贝利特混凝土的耐久性优化措施

贝利特公司（原贝斯特铸造材料有限公司）是世界上最早研究开发铸造涂料及熔剂辅助材料的公司之一，公司于1935年在美国成立，最初为爱士多铸造化工有限公司，后更名为贝利特公司（原贝斯特铸造材料有限公司）。在世界各地都建立了分厂或产品代理，贝斯特公司拥有世界上一流的研究队伍和一流的生产设备，数十年一贯地专注于金属铸造技术和产品的开发应用，其业务遍布全球。为了更好地适应更多国家及地区的铸造行业，贝利特（原贝斯特铸造材料有限公司）和世界上比较知名的同行也开展与合作，使其产品更加多元化。 　 贝利特（原贝斯特铸造材料有限公司）在中国生产销售的产品包括压铸脱模剂，低压、重力铸造涂料，冷、热芯盒涂料，各种铝铜锌镁熔体处理熔剂及耐火成型件等几十种产品。在中国的用户主要是汽车、摩托车、铝加工行业及对技术要求高的合资、独资企业，其产品被很多厂家为指定使用产品。如中信戴卡、戴卡兴龙、兴龙轮毂、天津戴卡、滨洲活塞、宁波宝迪、戴美铝卡、滨洲BBS轮毂、济南慧成、泰安盛泰隆、包头铝业、希望铝业、立中轮毂、长春一汽、无锡戴卡轮毂、万丰轮毂、台资昆山六和、六丰、六和精密、韩资武成真元等上百家大中型企业所采用。贝斯特秉承一贯的服务理念，以成功的经验和和成熟的产品，真诚地为用户提供铸造问题的全面解决方案！相信贝利特就是相信你自己！