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1、本课题组提出一种新的胶凝材料设计方法，从物理和化学两方面进行考虑，对RPC胶凝材料进行设计。1.1.设计思路通过物理和化学两方面的综合考虑，计算水泥与硅灰的最优比例。物理参数是用Aim和Goff模型计算的水泥与硅灰二元体系的堆积密实度表示，化学方面是考虑水泥水化产生的CH与硅灰中的SiCh发生二次水化反应。设计过程是首先计算水泥水化产生的CH与硅灰中的SiOz完全反应时两者的比例，然后计算水泥与硅灰在各比例下的堆积密实度，最后进行判断、选择最优比例。判断的依据是堆积密实度越大越好，表示两者堆积越密实。1.2.原材料参数表1原材料参数化学参数物理参数材料堆积密度PT表观密度PFSiO2(%)平均
2、粒径(1(um)(kgm3)(kgm3)水泥(C)-12603050硅灰(F)97.590.162-2293表2水泥熟料化学组成化合物名称氧化物成分缩写符号含量(%)硅酸三钙3CaO.SiO2C3S55.6硅酸二钙2CaO.SiO2C2S19.6铝酸三钙3CaO.A12O3C3A7.5铁铝酸四钙4CaO.Al2O3.Fe23C4AF9.31.3.胶凝材料设计1.3.1.基于化学反应的水泥与硅灰的比例计算水泥的水化机理大致如下：2(3CaO-SiO2)+6H2O=3CaO2SiO23H2O+3Ca(OH)22(2CaOSiO2)+4H2O=3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)23CaO-Al
3、2O3+6H2O=3CaOAl2O36H2O4CaOAl2O3Fe2O3+7H2O=3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O假设胶凝材料IOoOg,当水泥与硅灰质量比为1:0.3时，即水泥769g,硅灰231g。由表2可计算出C3S、C2SC3AC4AF质量为428g、151g、58g、72g。而C3S、C2SC3A、CAF的摩尔质量分别为228gmok172gmol5270g/mols486g/moL通过计算可以算出其C3S、C2SC3AC4AF摩尔量为1.876mol0.877moL0.214mol0.147moL因为C3S的摩尔量为1.876mol,在化学反应式中根据化学反应式
4、的系数比(即摩尔量比)可以反应生成Ca(OH)2为L876X1.5=2.814mol,C2S的摩尔量为0.877mol,在化学反应式根据化学反应式的系数比(即摩尔量比)中可以反应生成Ca(OH)2为0.877X0.5=0.438molo所以C3S、CzS反应生成的Ca(OH)2共计摩尔量为3.252mol。第二次水化反应反应机理如下：Ca(OH)2+SiO2+mH20=CaO-SiO2mH2O硅灰231g,根据表1,硅灰中SiO2为225g。其中SiO2的摩尔质量为60gmol,则硅灰中SiO2为3.753mol。根据上述二次水化反应式，1molCa(OH)2和1molSiO2反应。因此当Si
5、O2量大于Ca(OH)2的量时，即SiO2/Ca(OH)21时，认为Ca(OH)2完全反应。上述计算结果是通过excel计算得到，因此可能与手算会有少许误差。根据上述方法，计算得到当硅灰与水泥质量比大于0.26:1时(此时SiOCa(OH)2=1.0002),水泥水化产生的CH与硅灰中的SiO2完全反应。1.3.2,堆积密实度计算对于含有两种粒径颗粒的二元颗粒体系，可用Aim和GOff等人发展的数学模型对其堆积密实度进行估算。按照该模型，此二元体系中存在一个最大堆积密实度K,且此时尺寸较小的颗粒所对应的体积分数U；可用下式计算：l-(l0.9J1/J2Xl-E2J12-(1+0.91/J2Xl
6、-E2)当必u；时,系统的堆积密实度可用下式表示：K=)(7,+(l-Ll)(1+0.W1/J2Xl-E2)式中：Ul为小颗粒在二元体系中的体积分数：4为小颗粒的平均粒径；d2为大颗粒的平均粒径；E2为大颗粒材料的空隙率。在本文中大颗粒材料指水泥，小颗粒材料指硅灰。其中多的计算公式如下：G=组(4)PlF式中P2f为大颗粒材料的表观密度，P2T为大颗粒材料的堆积密度。已知大颗粒材料的质量“2和小颗粒材料的质量M的比，G可由下式列方程求得。f1+(2=lMl=PIFUl(6)A/?=P2F2式中Pia为小颗粒材料的表观密度。1.3.3.计算结果与优选表3计算结果对比水泥与硅灰的比例物理堆积密实度SiO2ZCa(OH)21:0.20.76941:0.250.96181:0.31.15411:0.351.34651:0.41.53891:0.451.73121:0.51.92361.4.参考文献I龙广成，王新友，肖瑞敏.矿物掺合料对C3S胶凝体系的填充密实效应研究UL建筑材料学报,2002,5(3):215-219.
