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复合膨胀体系中 f -CaO 膨胀组分在水泥浆体中水化历
程的定量研究
1,2 1 3 4
(1. 广西大学土木建筑工程学院，南宁 530003 ； 2. 武汉市市政工程质量监督站，武汉 430015 ； 3. 江苏苏
博特新材料股份有限公司，南京 211103 ； 4. 武汉市市政建设集团有限公司，武汉 430015)
摘要： 对膨胀剂中膨胀组分水化历程的分析是研究其在水泥基材料中膨胀行为的关键。采用
化学分析（硝酸锶催化 - 乙二醇 - 乙醇 - 苯甲酸法）和仪器分析（ TG-DSC ）相结合的方法，测
试了掺加以氧化钙为主要组分的复合膨胀体系的水泥浆体中游离氧化钙的含量变化，并分析
了氢氧化钙、碳酸钙、硫酸钙、水化硅酸钙凝胶、硫铝酸钙、钙矾石等水泥浆体中常见含钙
矿物对测试结果的影响，获得了游离氧化钙在水泥浆体中的水化反应程度随时间的变化，结
果表明，膨胀熟料中的游离氧化钙在水泥浆体中的反应极为迅速，在 20 ℃恒温条件下，水
胶比为 0.4 的水泥浆体加水搅拌 2h 后游离氧化钙的水化反应程度即达到 30% ， 24h 反应程
度即超过 50% ， 7d 基本反应完全。因而游离氧化钙组分的水化膨胀作用主要发生在 7d 前，
7d 以后的膨胀则主要来源于膨胀熟料中硫酸钙、硫铝酸钙等组分的继续水化。浆体中游离
氧化钙含量及膨胀熟料反应程度的定量表征，为研究膨胀剂在水泥基材料中的反应动力学及
其与宏观膨胀性能的关系提供了基础。
关键词： 膨胀熟料；游离氧化钙；水化程度；缓凝剂
Quantitative study on Hydration of f -CaO from Composite
Expansive System in Cement Paste
TANG Dongyun 1,2 , XIE Xiaoli 1 , LI Hua 3 , CHENG Huaqiang 4
(1. College of civil engineering, Guangxi University, Nanning 530003, China; 2. Wuhan Municipal Engineering Quality Supervision Station, Wuhan 430015, China; 3. Jiangsu Sobute New Materials, Co., Ltd, Nanjing 211103,
China; 4. Wuhan Municipal Construction Group Co., Ltd, Wuhan 430015, China)
Abstract: The analysis of hydration process of expansion components in expansive agent is the key to study its黑白硅酸盐水泥海螺厂家325425.525.625宁波余姚
expansion behavior in cement based materials. A combination method of chemical analysis (strontium
nitrate-ethylene glycol-ethanol-benzoic acid) and thermal analysis (TG-DSC) was adopted in this paper to test the
收稿日期： 2018-09-12 ；修订日期： 2018-11-11
基金项目：国家重点研发计划项目（ 2017YFB0310100 ）；武汉城建科技计划项目（ 201614 ） 一作者：唐冬云（ 1987- ），男，湖南永州人，广西大学博士研究生 . E-mail@
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content of f -CaO in cement paste added with or without a kind of composite expansive clinker with f -CaO as the
main component., and the effect of calcium-containing minerals in cement paste and expansive clinker including
calcium hydroxide, calcium carbonate, calcium sulfate, calcium silicate hydrate gel, calcium sulphoaluminate and
Ettringite were analyzed, and finally, the reaction process of f -CaO from composite expansive clinker in cement
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paste was obtained. The result shows that the hydration of f -CaO from expansive clinker is very rapid in cement
paste, under the constant temperature of 20 ℃ , the hydration degree of f -CaO reached 30% at 2 hours of curing,
reacted more than 50% at 1d, and almost reacted at 7d. Thus, the hydration of f -CaO just produces
expansion before 7d, and the expansion produced after 7d is mainly due to the hydration of calcium sulfate and
calcium sulphoaluminate. The quantitative characterization of the content of f -CaO and the reaction degree of
expansive clinker provides a basis for the study of the reaction kinetics of expansive agent in cement-based
materials and the relationship between hydration properties with the macro expansion properties.
Key words: expansive clinker ； f -CaO ； hydration degree ； retarder
利用膨胀组分在水化过程中产生体积膨胀来补偿混凝土的收缩，是抑制混凝土收缩开裂
的主要措施 [1] 。相较于氧化镁类膨胀剂、硫铝酸钙类膨胀剂，利用煅烧氧化钙作为主要膨胀
组分制成的膨胀剂（如氧化钙 - 硫铝酸钙膨胀剂、氧化钙 - 硫酸钙 - 硫铝酸钙复合膨胀剂）具有 膨胀速率快、早期膨胀量高、需水量少等优点 [2,3] 。已被越来越多地应用于地铁车站、城市 管廊、大型地下商场等地下工程 [4-6] 。
相较于工程应用的广泛推进，膨胀剂的作用机理及性能在工程界及学术界尚存在较大争
议 [7,8] 。膨胀剂在混凝土中所起的膨胀作用是一个复杂的化学 - 力学转化过程，膨胀的起因来
源于膨胀组分在水泥浆体中的水化反应。对于以氧化钙作为主要膨胀组分的膨胀剂，氧化钙
在水泥浆体中水化历程的定量分析对于预测其在水泥基材料中的膨胀历程至关重要。韩建国
[9] 等研究了 CaO-CaSO 4 -C 4 A 3 $ 体系中 CaO 水化活性与膨胀特性关系，但没有给出 CaO 的定 量反应历程。 Shi 等 [10] 采用测量水化热的方法研究了煅烧温度和水化反应温度对纯氧化钙和
工业级氧化钙中游离氧化钙水化热性的影响，并计算得出两种体系中游离氧化钙水化反应的
表观活化能；陈荣等 [11] 通过测定高钙粉煤灰灰水泥硬化浆体的膨胀值方法研究了高钙灰中 游离氧化钙的水化反应特性及表观活化能；刘加平等 [12] 采用水合反应法研究了水化反应温
度对以氧化钙为主要成分的膨胀熟料水化反应速率的影响，根据表观活化能判定氧化钙的水