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中国建筑材料科学研究总院有限公司，特种水泥团队在《Construction and Building Materials》发表了题为“Effect of gypsum on low-heat Portland cement early mechanical properties and hydration in the presence of DEIPA” (DEIPA存在下石膏对低热硅酸盐水泥早期力学性能和水化的影响)的论文。
↓论文链接↓
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.138477
论文综述：
低热硅酸盐水泥（LHPC）具有低能耗、低碳排放和良好耐用性的优点，主要熟料成分与普通硅酸盐水泥相似，但不同之处在于贝利特（C₂S）取代阿利特（C₃S）成为LHPC中的主要矿物相，铁相（C4AF）含量更高，铝相（C₃A）含量更低。由于C₂S和C4AF的早期水化缓慢，LHPC面临着早期强度低的问题，限制了其应用场景。为此，特种水泥团队针对提高LHPC的早期水化活性开展了研究，研究了0.03%二乙醇单异丙醇胺（DEIPA）存在下，不同硫酸盐含量对LHPC早期强度发展的影响。采用等温量热法、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）、X射线衍射法（XRD）、热重法（TG）、压汞孔隙率法（MIP）和扫描电镜（SEM）等多种技术方法，分析了DEIPA和石膏对LHPC水化协同作用的机理。本研究有望为DEIPA与不同离子络合对水泥水化的影响提供新的见解，并为DEIPA在LHPC中的应用提供理论指导。取得的成果如下：
研究成果：
1. 增加硫酸盐含量显著改变了0.03%DEIPA对LHPC砂浆早期抗压强度的影响。共同添加0.03%DEIPA和2%石膏后，LHPC的1d抗压强度下降了5.49%，但是LHPC的3天和7天抗压强度分别增加了8.49%和12.01%。共同添加0.03%DEIPA和3%石膏后，1d抗压强度下降了16.48%，3d和7d抗压强度分别增加了10.85%和10.95%（图1）。
2. 随着硫酸盐含量的增加，LHPC浆体的诱导期逐渐延长，主峰变得不那么尖锐，肩部变宽，3天的累积放热显著增加（图2）。
3. DEIPA的加入加速了纯C4AF的溶解。硫酸盐含量的增加增强了C₃A和C4AF的水化作用，加速了DEIPA的消耗（图3）。
4. DEIPA和石膏的协同作用增强了LHPC浆体中铁素体相的水化反应，加速了水化产物AFt和AFm的形成。这些水化产物填充了LHPC浆料的孔隙，优化了孔径分布，形成了更致密的孔结构（图4-5），有效地提高了LHPC浆体的早期性能。
图1. 不同硫酸盐含量下含DEIPA的LHPC的早期抗压强度
图2. 不同硫酸盐含量下含DEIPA的LHPC的水化热曲线图
图3. DEIPA对纯C4AF水化热的影响
图4. LHPC水化浆体3d和7d的孔结构
图5. LHPC水化浆体在3d和7d时的PVD图
主要创新点：
单独添加0.03% DEIPA（3D组）可提高LHPC在1d时的抗压强度，但在3d和7d时抗压强度会有所降低。当共同添加0.03% DEIPA和3%石膏（3D+3G组）时，LHPC在3d和7d的抗压强度分别提高到23.5MPa和31.4MPa，比R对照组提高了10.85%和10.95%。DEIPA与石膏共同添加后，LHPC浆体水化肩峰出现时间较3D组更晚、更宽，累计放热量较3D组显著增加。在水化3d和7d时，共添加DEIPA和石膏后，与3D组相比，氢氧化钙生成量增加，化学结合水含量显著增加，水化程度显著提高。石膏的加入进一步增强了DEIPA对LHPC浆体中铁相水化的促进作用。减轻了DEIPA对C₃S水化的抑制作用，加速了水化产物单硫铝酸盐的形成，优化了孔径分布，使微观结构致密化，有效改善了LHPC的早期力学性能。本研究为提高LHPC的早期反应性提供了新的途径。提高硫酸盐含量可以提高低热硅酸盐水泥的早期强度，为脱硫石膏等高硫酸盐固废在水泥基材料中的应用提供了理论指导。未来的研究可以探索石膏在各种环境条件下的性能及其与其他新型添加剂的协同作用。
特种水泥团队简介：
特种水泥团队长期致力于我国水泥工业科技创新和技术进步，联合华新、冀东、葛洲坝等水泥企业集团开展紧密的科技合作，成功开发了水工大坝、油井、核电等特种水泥新型干法水泥制备技术，提升了我国特种水泥生产工艺装备水平。针对我国水电、核电和道路等工程建设迫切需求，组织水泥企业集团、核电和水电等工程领域优势单位，开展产学研用联合攻关，成功开发水电、核电工程专用硅酸盐水泥系列及应用技术，并实现在国家重点建设中的大规模应用。
