铜离子掺杂对水泥水化的影响机理

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(武汉理工大学 硅酸盐建筑材料国家重点实验室， 湖北 武汉 430070)

1 前 言

围绕 “绿色低碳、节能环保”理念，水泥企业开始向绿色环保建材企业转型，大力开展利用工业水泥窑协同处置城市生活垃圾、危险废弃物、钢渣、淤泥污水等环保业务。在城市垃圾、市政污泥等废弃物中Cu为主要包含的重金属离子之一，其含量超过国家限值[1-4]。

铜离子对水泥水化有着显著的缓凝抑制作用。关于铜离子的缓凝作用，一些学者[5-7]认为主要是因为水泥浆体中生成了Cu(OH)2，该物质在未水化的水泥颗粒表面形成致密包覆层，阻止水泥颗粒的进一步水化；杨建明等[8]研究缓凝剂对磷酸镁水泥水化特性影响时发现，硼砂缓凝剂通过形成保护膜而减缓水化反应速率延缓浆体凝结。Q.Y.Chen等[9]采用外掺重金属盐的方式研究了铜离子对C3S的水化影响，发现Cu2+可与Ca2+反应生成Ca2(OH)44Cu(OH)2·H2O，该物质进入包覆层中并增加其密度。Xian Wei Ma等[10]研究CuO对水泥熟料矿物形成及水化热影响时发现，CuO延长了熟料的诱导期，促进了初始期及加速期水泥水化，两者的共同作用导致试样强度和水化程度降低；王培铭等[11]研究了TiO2对C3S熟料水化的影响，结果发现TiO2延缓了熟料的初始水化，高掺量时亦增长诱导期。目前，关于铜离子对硅酸盐水泥的影响主要集中在熟料烧成阶段，而铜离子对烧成后的水泥水化进程影响研究相对较少，铜离子对水化产物的形成转化、微观形貌等研究尚且不足。而且已有研究也存在一些问题：关于铜离子对水泥水化的缓凝抑制作用，认为是重金属氢氧化物在未水化水泥颗粒表面的覆盖，阻止水化反应的进行，然而物理覆盖作用并不能很好解释铜离子对水化反应的抑制作用，其缓凝抑制机理仍需进一步完善；……