低场核磁共振技术在水泥基材料研究中的应用及展望

阐述了低场核磁共振技术在水泥基材料研究中的应用现状,认为现有的研究主要集中于水泥水化进程和水在硬化浆体中的扩散特征,也包括对硬化水泥浆体孔结构和比表面积的测试。分析了低场核磁共振技术在实际应用中面临的挑战,展望了该技术在新拌水泥浆体结构性能研究中的应用前景。     

水泥基材料无机/有机复合内养护剂的研究进展

无机/有机复合吸水材料具有一定的亲水基团和三维网络结构,吸水性、保水性和释水性优异,是水泥基材料重要的内养护剂之一。通过在水泥基材料中引入无机/有机复合吸水材料,利用其吸-释水特性可自动调节水泥基材料内部相对湿度,促进水化反应,减少水泥基材料自收缩和早期开裂等现象,提高力学性能和耐久性。概述了无机/有机复合内养护剂(CICA)的制备方法、结构特征以及吸-释水行为;综述了CICA对水泥基材料水化进程、微观结构、宏观性能和耐久性的影响;展望了CICA在混凝土应用的发展前景,为CICA在水泥基内养护中的应用提供一定理论指导和技术参考。     

基于中心粒子模型的超高性能水泥基材料水化进程模拟

水泥基材料的水化进程关系着其微结构形成和性能演化。超高性能水泥基材料的组分和制备工艺特殊,其水化进程描述不同于普通混凝土材料。本工作基于中心粒子水化模型,结合高效减水剂、水胶比、硅灰掺量、温度等对水泥基材料水化进程的作用机制,提出不同因素的模型修正系数,建立超高性能水泥基材料的水化动力学模型;应用建立的模型对比分析了修正与未修正的水化进程,并与已有实验数据进行对比验证。结果表明,该模型可较好地模拟超高性能水泥基材料的水化进程。     

太赫兹技术在水泥基材料研究中的应用

本文介绍了太赫兹波的特性以及太赫兹技术的工作原理及其应用,重点介绍了太赫兹时域光谱技术和太赫兹成像技术在水泥水化过程、水泥基材料的微观结构检测和水泥基材料耐久性能三方面的研究进展.利用太赫兹光谱技术可跟踪硅酸三钙、硅酸二钙以及主要水化产物水化硅酸钙、氢氧化钙在水化过程中的变化情况;利用水分对太赫兹波强烈吸收的特性,能够...     

固体核磁共振技术在水泥及其水化产物研究中的应用

固体核磁共振作为一种十分理想的强大的分析手段,已在水泥及水泥水化产物研究领域得到了广泛的应用。本文在介绍核磁共振基本原理以及固体核磁共振技术的基础上,重点介绍了~(27)Al和~(29)Si核磁共振在水泥熟料矿物分析、水泥及其他水泥掺合料的水化产物分析、水化过程研究中的应用情况,评价了目前固体核磁共振技术在水泥领域存在的问题,并展望了其在无机非金属材料领域的发展趋势。     

掺有磷渣的水泥基材料研究现状与分析

简介了磷渣的组成、结构与活性,分析了影响磷渣活性的主要影响因素;综述了磷渣作为辅助性胶凝材料对水泥基材料凝结时间、水化热、结构变化、强度、干燥收缩和耐久性等的影响,分析了磷渣在水泥基材料中应用存在的主要问题,并提出了一些改善措施和解决思路。加强磷渣在水泥基材料中的应用基础研究,对提高磷渣在水基材料中的利用率和减少环境污染有着重要意义。     

水泥基超疏水材料自清洁技术研究进展

超疏水材料是一种新型智能仿生材料，具有优良的自清洁、抗凝冰、防腐等性能，已广泛应用于航天、建筑、电力等领域。但在公路交通领域尚处于探索研究阶段。水泥基超疏水材料自清洁技术源于自然界的“荷叶效应”，超疏水表面的微纳结构和低表面能降低了污染物与涂层的粘附力，赋予超疏水表面优异的自清洁性，为水泥基材料的主动防污技术提供了新思路。目前，水泥基超疏材料自清洁理论与技术尚不成熟，主要通过表面微纳米复合结构和低表面能化学物质协同制备水泥基超疏水材料，从而实现水泥基材料自清洁功能。水泥基超疏水材料的制备技术主要包括表面疏水改性和本体疏水改性两种。硅烷/硅氧烷类和硬脂酸等疏水材料因其环保、成本相对低廉，使用频率较高。水泥基表面超疏水涂层处理类型主要包括涂覆法、模板法、层层自组装法等。表面超疏水改性对水泥基材料力学强度的影响较小，而整体超疏水改性因内掺疏水材料，延缓水泥水化反应，降低了水泥基材料的力学强度。水泥基表面超疏水涂层因其施工简便、性价比高、能耗低，应用更为广泛。水泥基超疏水材料自清洁性能评价方法尚未统一，其中以模拟污染物收集法应用较为广泛。由于水泥基材料工程结构复杂，影响因素众多，从实际工程应用...     

硅基材料和矿渣应用于水泥基材料的研究进展

水泥基材料是目前使用量最大的建筑材料,在实际应用过程中,水泥基材料会出现损坏,达不到预期的性能要求.水泥水化产物中存在大量结晶的Ca(OH)2,影响各种水泥水化产物之间的粘结性,造成水泥基材料性能的降低.如何增强水泥基材料的性能成了国内外研究的热点,需要找到能够有效改善水泥基材料性能的方法.查阅国内外相关文献发现,将粉煤灰、硅灰、纳米SiO2(因三种材料的主要组分为SiO2,以下统称为硅基材料)或矿渣掺入到水泥基材料中,因其具有火山灰反应,并能起到填充作用,可明显提高水泥基材料的性能.掺合料的加入可降低水泥基材料中Ca(OH)2含量,减小其晶粒尺寸,使C-S-H凝胶的数量增多,改善水泥基材料的孔隙率,提高其性能.粉煤灰和矿渣成分中有部分玻璃态物质,能减少水泥浆体用水量,增加和易性;具有较低的火山灰性,适量掺入能降低水泥浆体的水化速度;含有粉煤灰或矿渣的水泥基材料早期强度较低,后期强度较高.硅灰与纳米SiO2的火山灰活性较高,能促进水化,适量掺入能够使水泥基材料早期强度大幅提高,但后期强度发展较慢;同时也会增大水泥基材料早期收缩,增加其结构开裂的风险.不同掺合料复掺后能产生协同增强效应,可获得性能优异的复掺改性水泥基材料.本文主要介绍了硅基材料和矿渣在水泥基材料中的应用,从反应机理、水化热、强度、孔隙率等方面来阐述其在水泥基材料中的研究现状和相关成果.对目前研究中存在的相关问题进行了分析总结,以期为制备性能优异的水泥基材料提供一定的参考.     

低水胶比水泥基材料中的水分迁移

外界水分若进入低水胶比水泥基材料内部,并参与未水化水泥的后期水化,必然对耐久性造成影响。通过测试80℃高温水浴加速试验下不同水胶比(W/B)水泥基材料的自由水、结合水含量变化,探究低水胶比水泥基材料内的水分迁移机制。研究表明:低水胶比水泥基材料与外界水分接触时,必然存在水分自外向内的迁移过程,并参与未水化水泥的后期水化。对试验数据采用回归拟合的方式,建立了低水胶比水泥基材料中水分迁移的数学模型。     

胶乳改性水泥基材料的机理研究进展

综述了胶乳改性水泥基材料的机理在国内外研究进展。对胶乳改性水泥基材料的机理从理论角度进行了归纳与总结,主要从4个方面讨论了改性机理:在水泥水化过程胶乳具有物理作用和化学作用;在微观结构方面,胶乳中的乳胶粒子具有分散作用且能够形成乳胶膜;从孔洞结构看,胶乳能够改变水泥基材料的孔径分布、特征孔径、平均孔径、最可几孔径、孔隙率等,提高了材料的内聚强度;从胶乳自身结构来看,其链结构和聚集态结构对水泥基材料的性能具有重要作用。     

大掺量高吸附性石粉高强机制砂混凝土收缩开裂抑制试验

针对大掺量高吸附性石粉高强机制砂混凝土早期易发生收缩开裂的问题,开展了掺加膨胀剂、减缩剂、聚乙烯醇(PVA)纤维、高吸水树脂(SAP)混凝土的早期收缩、抗裂和力学试验,并利用核磁共振仪和扫描电子显微镜对混凝土孔结构和微观形貌进行了测试,揭示抑制收缩开裂的机制。试验结果表明:掺入膨胀剂、减缩剂、PVA纤维、预吸水SAP均能有效抑制混凝土早期收缩和开裂,其中掺预吸水SAP降低早期收缩的效果最好,收缩应变可降低93%,PVA纤维抑制早期开裂的作用最明显,总开裂面积可降低68.26%,同时,掺入两者会使混凝土力学性能提高,而掺入膨胀剂和减缩剂会使混凝土力学性能降低。SEM图像表明,SAP能将预吸收的水分释放到混凝土中,促进水泥水化反应,而PVA纤维的掺入改善了混凝土内部孔隙结构,有良好的填充作用和桥接作用。核磁共振试验表明,抑制收缩开裂的机制是通过改善混凝土孔隙结构,增强界面密实度,从而减小早期收缩,进而提高抗裂性能。      

硫酸盐侵蚀溶液pH值对硅酸盐水泥浆体C-(A)-S-H凝胶结构的影响

C-（A）-S-H凝胶的结构不仅受水泥基材料自身组成的影响,更受其所处环境的影响。本文利用固体核磁共振（NMR）并结合去卷积技术,探究硫酸盐侵蚀溶液pH值对硅酸盐水泥浆体中C-（A）-S-H凝胶结构的影响。结果表明:硫酸盐侵蚀过程中,前期进入凝胶中的Al3+后期又会脱出,使凝胶中四配位铝（Al[4]）/Si比值降低。侵蚀溶液pH值的降低促进了凝胶中Al[4]的脱出,使Al[4]的峰位向负值移动;同时也促进了[SiO₄]（[AlO₄]）四面体间的聚合,使C-（A）-S-H凝胶平均分子链长（MCL）增加。此外,侵蚀溶液pH值的降低,促进了浆体的水化,但抑制了浆体中钙矾石（AFt）的生成。      

Can nanotechnology be ‘green’? Comparing efficacy of nano and microparticles in cementitious materials

The use of nano-sized particles in cementitious materials introduces a myriad of potential innovations from new functionality to enhanced mechanical performance, but such materials can be energy-intensive to manufacture. With increasing emphasis on sustainable development, it is important to investigate and understand benefits and costs of using nanomaterials compared to relatively less energy-intensive microparticles. The current research investigates the effect of chemically inert nano and microparticles (i.e., titanium dioxide (TiO₂) and calcium carbonate (limestone)) on early age properties and behavior of cement-based materials. Results indicate that the early age hydration rates, shrinkage, and pore structure of cement-based materials can be modified and optimized by tailoring the size of fillers. Life cycle analysis indicates that photocatalytic reactivity of TiO₂ could offset initial higher environmental impacts. Thus, optimally sized nanoparticles could revolutionize the construction industry by allowing tailoring of structure and properties of cement-based composites, with environmental sustainability preserved through the selection of lower embodied-energy particles.     

二级界面对水泥基材料孔结构和性能的影响

将粉煤灰、硅灰和纳米纤维材料--活性NR粉应用于水泥基材料中，依据最大密实度理论和微粒级配数学模型设计出水泥基材料，研究了水泥基材料中二级界面对其性能的影响．结果表明，加入活性NR粉纳米纤维矿物可改善体系的颗粒级配和水泥基材料中二级界面的显微结构，提高均匀性，降低孔隙率，优化体系的孔结构．改善二级界面的显微结构可降低体系的总比孔容，提高球形孔隙体积率，降低体系的最可几孔径，优化硬化浆体的孔结构以及提高体系的内部拉应力，提高水泥基材料的抗弯强度．     

纳米SiO2改性聚合物水泥基复合材料早期微观结构及性能

利用纳米SiO₂(nano SiO₂)早期可促进聚合物水泥基复合材料水化速率、提升其力学性能、改善其界面过渡区(ITZ)性能及优化其孔隙结构等特点,借助XRD、SEM、EDS、显微硬度(MH)及压汞(MIP)等试验,揭示了nano SiO₂对聚合物水泥基复合材料早期性能影响的微观机制。结果表明:当nano SiO₂掺量为2wt%时,聚合物水泥基复合材料的力学性能最优,3 d和7 d龄期抗压强度分别为57.5 MPa和67.3 MPa,较仅仅掺加聚合物的水泥基复合材料分别提高了12.7%和13.9%;nano SiO₂的掺入改变了聚合物水泥基复合材料水化产物数量及微观形貌。对于ITZ性能,nano SiO₂掺入后,聚合物水泥硬化浆体-骨料的ITZ厚度减小,形貌变得更加致密;ITZ的钙硅比因nano SiO₂的加入变小而其显微硬度变大;此外,nano SiO₂加入后可以进一步填充聚合物水泥基复合材料更加细小的孔隙,使其凝胶孔比例变高,最可几孔径变小,大大优化了聚合物水泥基复合材料的孔隙结构。      

赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化特性*

采用XRD、IR、TG-DTA、MIP等手段表征赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化产物及其硬化浆体的孔结构, 研究了解赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化特性。结果表明, 赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化产物主要有C-S-H凝胶、钙矾石和Ca(OH)₂, 前两者对其强度的发展有促进作用; 水化1 d至90 d其中Ca(OH)₂的含量呈先升高后降低的趋势; 随着水化反应的进行在CaO/SiO₂比值较低的赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料中Si-OH基团之间发生聚合反应, 水化产物的聚合度升高; CaO/SiO₂比值为0.95和1.04的赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的硬化浆体具有较好的孔结构, 而CaO/SiO₂比值为1.13的胶凝材料硬化浆体的孔结构相对较差。     

水泥基材料硫酸盐侵蚀机理的研究进展

硫酸盐侵蚀是影响水泥基材料结构耐久性的重要因素。本文在分析硫酸盐侵蚀对水泥基胶凝材料铝相水化产物和C-S-H凝胶影响的基础上,归纳了现有水泥基胶凝材料硫酸盐侵蚀的作用机理,提出了硫酸盐侵蚀作用下水泥基材料微结构研究中存在的不足和进一步的研究方向。     

掺珍珠岩水泥石孔分形维数及其与孔结构、强度的关系

通过压汞法测试不同龄期掺0-40%珍珠岩掺合料水泥石的孔结构参数,利用分形理论的相关知识研究这些水化物的孔体积分形特征,计算它们的孔分形维数D=3.3～3.5,分析并探讨该水泥石孔分形维数与孔结构参数、抗压强度之间的关系.结果表明水泥石孔分形维数与孔隙率、孔径、孔表面积有密切的关系,随着孔分形维数增大,孔隙率提高,孔径扩大、孔表面积增大,孔结构就越劣化,对应的材料抗压强度下降.因此孔体积分形维数可用于综合评定材料的孔结构特性.