「砼 · 学术」石灰石煅烧粘土水泥（LC3）简述

1.火山灰配方

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2.火山灰烧烤

 Sustainable Concrete of Tongji University 编者按1. 引言随着可持续发展理念的兴起，水泥生产的可持续性受到越来越多的关注，因而不断有改进水泥生产工艺的技术手段涌现。

3.火山灰用处

首批研究的发展方向集中于减少水泥熟料煅烧过程中的能源消耗，但大多数现代煅烧窑炉都接近于热力学上可能达到的最高热效率因此，用辅助胶凝材料（SCMs）替代部分水泥熟料以减少水泥生产过程中的环境影响成为了研究热点。

4.火山灰粉末

如今，大多数水泥生产时都会混合部分粉煤灰、矿渣等辅助胶凝材料近年来，对于辅助胶凝材料在水泥中的应用研究不断深入，人们发现辅助胶凝材料替代熟料的比例存在一定界限，这一瓶颈在目前看来难以迅速打破石灰石煅烧粘土水泥（

5.火山灰的药用价值

LC3）是一种新型的复合水泥，它结合煅烧粘土中氧化铝与石灰石中碳酸盐的化学反应，煅烧粘土的火山灰效应以及石灰石的填充效应，在水泥熟料、煅烧粘土和石灰石之间产生协同作用这使得LC3具有更高的熟料替代比例，并使得其微观结构更紧密，具有良好的力学性能与耐久性。

6.火山灰反应的作用

并且由于世界上的粘土及石灰石资源分布广泛，LC3的生产切实可行而水泥生产过程中碳排放主要来源为水泥熟料，因此LC3的生产被认为是实现水泥行业减碳目标的一种重要技术途径，值得进一步研究2. LC3的组成与理化性质。

7.火山灰里面有什么营养

LC3的构想基于以下原理：在研究中观察到含有氧化铝的水泥与碳酸盐相反应产生硬而结晶的碳铝酸盐相，并且这有助于微观结构的发展而在此前，煅烧粘土是被公认为具有火山灰反应的材料，石灰石也被广泛用作水泥填料，但将二者结合以实现高水平的熟料替代，是在。

8.火山灰怎么处理

2012年Antoni等人的研究中首次报道，LC3的组成如图1所示。研究显示，以这种组分作为基础的水泥，其中的碳铝酸盐相会显著增加，导致其在性能上接近于硅酸盐水泥。

9.火山灰可以食用吗

图1. LC3的组成LC3前24小时内的典型水化热如图2所示，图中为使用石灰石和煅烧粘土（LC2）的混合物部分替代普通硅酸盐水泥的水化热结果可以看到，在LC3替代的情况下，水泥水化诱导期后的加速度更快，并且在第一个峰之后又出现了一个类似于普通硅酸盐水泥中铝酸三钙的额外尖峰，该峰通常被认为是熟料或煅烧粘土中的氧化铝与硅酸钙反应所产生。

10.火山灰有什么营养

更有研究表明LC3在前72小时内的水化放热量要低于普通硅酸盐水泥此外，由于原料中煅烧粘土的颗粒精细，LC3相较于传统水泥具有更高的比表面积，研究显示在所用熟料与制备条件相同时，当LC3的Blaine细度超过

600 m2/kg，相较于Blaine细度在300 m2/kg左右的普通硅酸盐水泥而言，达到标准稠度的水灰比会从0.28增加到0.31。

图2. LC2替代水平对水泥浆体水化热的影响3. LC3的制备LC3一般通过将其组成物混合形成均匀混合物或原料共同粉磨而制备LC3中大多采用以高岭石为主要矿物的粘土，而使用伊利石与蒙脱石的为主要矿物的粘土反应活性要远低于高岭石，不同粘土矿物的结构与化学式如图。

3所示这是由于在添加到水泥之前，需通过煅烧以除去粘土中的水分子，而与伊利石和蒙脱石相比，高岭石粘土结构中的水分子更易除去，除去水分子会破坏粘土的晶体结构，使其在碱性条件下更易溶解通常需将粘土加热到700

℃以上来除去这些水分子，而一般认为将固体的温度提高到900℃以上时会降低其反应活性，因此可以采用一些有效的物理和化学活化技术以调控到合适的煅烧温度。

图3. 不同粘土矿物的结构与化学式a)高岭石,b)伊利石、蒙脱石石灰石的纯度对于LC3的性能影响较小，而如何提高包括石灰石在内的原料粉磨效率对LC3的制备至关重要熟料、石灰石、煅烧粘土和石膏的共磨试验表明，石灰石、粘土的软质以及熟料的硬质导致水泥粒径的双峰分布，即使粘土和石灰石颗粒被磨得很细，熟料颗粒仍然较大，据分析可能是共磨过程中煅烧粘土的细颗粒附着包裹住了研磨介质使得共磨效率降低。

研究表明，使用二甘醇（DEG）、聚羧酸醚（PCE）和三乙醇胺（TEA）等有机物作为助磨剂，可减少煅烧粘土颗粒对于研磨介质的包裹，并且TEA、三异丙醇胺（TIPA）等醇胺类研磨剂已被试验证明能够有效促进L

C3共磨过程中铁相与铝酸盐相的水化作用也有研究建议将粘土与石灰石单独粉磨再与共磨后的石膏和熟料混合均匀，这种做法可以更好地替代共磨4. LC3的性能4.1 力学性能LC3的主要优势在于生产中用到的熟料比例可以降到。

40%～50%，并且不会对力学性能产生较大影响抗压强度是结构设计中的关键因素，因此在有关LC3的文献中，有大量关于各种参数对抗压强度影响的研究工作LC3的28天抗压强度与使用相同熟料生产的OPC接近，但在其他水化龄期的结果存在一定差异。

研究表明，LC3的3天强度略低于普通硅酸盐水泥，但要高于矿渣或粉煤灰水泥，而LC3的7天强度与普通硅酸盐水泥相近甚至略高。

图4. LC3水泥与其它水泥的抗压强度对比LC3除抗压强度以外的其它力学性能也存在一些研究研究表明，LC3混凝土的弹性模量、抗压强度之间的关系与一般混凝土相似，而采用LC3制备的工程水泥基复合材料（ECC

）相比采用普通硅酸盐水泥的ECC具有更高的应变能及更小的裂缝宽度LC3-ECC的抗拉强度可达到约5 MPa，该强度随水胶比的增大而减小此外，LC3混凝土具有更好的抗弯强度，由于LC3中具有更高含量的结晶型铝酸盐和水化硅铝酸钙（。

C-A-S-H）4.2 耐久性由于LC3相较于普通硅酸盐水泥具有更为精细的孔隙结构，这使得LC3混凝土的渗透率较低，从而在许多暴露环境条件下具有更好的耐久性渗透率降低而产生的影响包括：毛细吸水率的降低、氯离子侵蚀的减缓以及混凝土电阻率的增大。

并且有研究发现LC3的孔隙结构发展比其他水泥更早，使得LC3混凝土不容易因为养护不良而发生耐久性下降LC3（约13.2）中孔隙溶液的pH略低于普通硅酸盐水泥（约13.8），导致在碳化环境下LC3混凝土的腐蚀速率可能会加快，但。

LC3混凝土的渗透率更低，也会使得水分以及离子在混凝土中的传输速度降低从而减少腐蚀电流，这些因素综合起来对LC3混凝土的碳化腐蚀能够产生何种影响需进一步开展研究有研究通过测试其在碱性溶液中的膨胀来研究L

C3的碱硅反应（ASR）试验结果表明，LC3砂浆不会与集料中的活性硅成分发生ASR产生膨胀，这是由于LC3较低的碱性以及煅烧粘土的孔隙溶液中释放的氧化铝可以显著降低集料的溶解速率而对于LC3混凝土抵抗硫酸盐侵蚀以及冻融循环的相关试验数据，尚待研究补足。

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-END-来源 / 潘志强编辑 / 袁乐琅  蒋泓米同济可持续混凝土先进土木工程材料教育部重点实验室更多精彩敬请关注

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