单掺活性MgO水泥膨胀性能与微观结构表征

胶凝材料水化反应过程中收缩或膨胀体积变化是由其水化产物性质决定。水泥的收缩值随水化龄期的变化规律反应了水泥水化特点。研究活性MgO水泥浆体水化过程及水化产物,探索单掺MgO对水泥体系膨胀特性的影响。活性MgO由菱镁矿经700℃保温2.5h煅烧制备。单掺8%活性MgO水泥净浆的安定性合格,单掺质量分数12%活性MgO水泥净浆的安定性不合格。MgO掺量由4%增长到20%时,20℃水浸泡膨胀率由1.88‰增加到10.05‰。纯水泥浆体20℃水浸泡90d后的孔容为0.018cm3/g,活性MgO增大了水泥浆体的孔容。MgO质量掺量由8%增加至12%时,水化产物Mg(OH)2堵塞了孔径,浆体20℃水浸泡90d的孔容从0.079cm3/g减小到0.030cm3/g。12%MgO水泥浆体孔径分布范围比8%MgO水泥浆体广,主要分布在2～100nm之间,且孔径微分分布增大。根据MgO水化反应产物、形貌表征以及孔径分析、体积膨胀率的实验结果,解释单掺活性MgO导致水泥浆体安定性问题的原因。     

干湿循环MgCl_2侵蚀对硅酸盐水泥浆体相组成和演变的影响

研究了质量分数10%的MgCl_2溶液和干湿循环耦合侵蚀对硅酸盐水泥浆体的水化进程、C-(A-)S-H凝胶微结构和水化产物相转变的影响规律。XRD、NMR和SEM-EDS测试分析的结果表明:MgCl_2侵蚀水泥水化浆体的主要产物为Mg(OH)_2和Friedel盐,高浓度时Cl~-会与Ca~(2+)结合形成3CaO·CaCl_2·15H_2O结晶,造成浆体破坏。此外MgCl_2侵蚀还会导致浆体中C-(A-)S-H凝胶产生脱铝脱钙,其MCL增加、Al[4]/Si降低,降低C-(A-)S-H凝胶的胶凝能力。干湿循环耦合MgCl_2侵蚀可以加速水泥浆体与外界的离子交换,促进了硅酸盐水泥的水化,也加剧了MgCl_2对水泥浆体的侵蚀,造成以上侵蚀现象更加严重。     

氯氧镁水泥相稳定性的研究

为在生产和广泛使用氯氧镁水泥时提高氯氧镁水泥相稳定性,运用热力学方法对MgO-MgCl_2-H_2O体系水化产物的生成、溶解和相转化进行分析,并对不同MgO/MgCl_2摩尔比的氯氧镁水泥的耐水性和相变规律进行试验研究.结果表明,水泥石所处的溶液pH值对水化产物相稳定有较大影响,pH升高水化产物的溶解度减小,相稳定性提高;当pH值大于10.37时,溶液析出大量Mg(OH)_2使水化产物相稳定性变差.当摩尔比小于6时,随着摩尔比的增大,水化产物内部过量MgO增多使体系碱度提高,水化产物稳定性改善;当摩尔比大于6 时,水化产物中含过量MgO,由于较多Mg(OH)_2生成产生过大的结晶应力,引起水泥石结构破坏.     

速凝剂与水泥的适应性及速凝剂的作用机理研究

利用XRD及SEM微观测试结果分析了速凝剂和水泥适应性问题的原因及速凝剂促凝机理.研究结果表明:(1)水泥中石膏形态和速凝剂中的NaAlO2含量对速凝剂的促凝效果具有决定性作用;(2)对于以铝氧熟料为主的高碱速凝剂而言,大量AFt的生成是促凝的主要原因.同时,NaOH的激发作用及Ca(OH)2晶体作为中间产物提高浆体早期的固相比例,使浆体失去可塑性,也有助于水泥浆体速凝.     

膨润土对硅酸盐水泥水化硬化的影响

研究了膨润土的种类和掺量对水泥硬化浆体抗压强度、Ca(OH)2含量、微观孔结构分布和对硬化浆体的水化形貌的影响。结果表明:掺钠基膨润土的水泥浆体抗压强度高于掺钙基膨润土的水泥浆体抗压强度。提高膨润土掺量,抗压强度和Ca(OH)2含量均降低;膨润土的种类和掺量对硬化水泥浆体的孔结构分布和形貌也有明显的影响。     

镁氧类油井水泥膨胀剂膨胀机理的研究

基于膨胀剂原地反应模型和化学热力学原理,讨论了晶体生长压的源动力及水泥浆体体积膨胀与结晶压的关系。经过分析得知：膨胀驱动力来自于水化体系化学势的降低而产生的结晶膨胀压,即化学能被转化成机械功。采用镁氧油井水泥膨胀剂和高抗硫Ｇ级油井水泥,考察了油井水泥浆塑性体的塑性强度和膨胀的关系以及硬化体的膨胀性能,为理论分析提供了有力的实验证据。结果表明：水泥浆体产生膨胀的充要条件是①浆体的塑性强度足够大（受限的晶体生长）;②在水泥浆体中反应物的局部浓度过饱和（反应产物的溶度积比标准状态下大）。     

氯氧镁水泥浆体水化相及其对强度指标影响初探

本文力图从合成氯氧镁水泥的纯相入手,研究浆体的基本水化相及其相变规律。研究表明,用正确的配比,采用人工合成的方法,可以得到氯氧镁水泥的基本水化相,即5·1·8和3·1·8,并指出了这两种水化相的变化规律。采用不同浓度的MgCl_2溶液配制的氯氧镁水泥浆体,其水化相主要是5·1·8和Mg(OH)_2,采用半定量的计算方法,可以得到这两种水化相之比与浆体强度的对应关系,因而正确选择水化相的比例,可以获得最佳强度的水泥浆体。     

MgSO_4侵蚀条件下水泥浆体相组成及Al相转变

研究了水化7d的水泥浆体在5%浓度的MgSO_4溶液中侵蚀不同时间(7d、28d、90d、180d)以及不同浓度MgSO_4(0%、5%、10%、15%)对水化3d水泥浆体的水化产物相组成、含Al相产物迁移与转变的影响规律。XRD与27 AlNMR测试结果表明:5%浓度的MgSO_4侵蚀水泥浆体180d,浆体中CaSO4·2H2O和AFt含量显著增加,C—(A)—S—H中的Al[4]、AFm中的Al[6]以及TAH向AFt中的Al[6]转变,导致试件膨胀破坏。MgSO_4侵蚀前期形成的Mg(OH)2层可抑制C—(A)—S—H中的Al[4]、TAH和AFm向AFt转变,随着侵蚀龄期延长Mg(OH)_2层破坏,SO_4~(2-)的扩散速率增大,AFt生成量显著增加。MgSO_4侵蚀早期促进Al 3+进入C—S—H形成C—(A)—S—H,随着侵蚀龄期延长,C—(A)—S—H发生脱铝作用,Al[4]大量迁移转变为AFt中的Al[6]。MgSO_4浓度增大,其对C—(A)—S—H的脱铝作用增强,AFt的生成量显著增加。     

X射线衍射在纳米材料物理性能测试中的应用

借助X射线衍射（XRD）试验，测定纳米SiO和纳米CaCO3的微观结构，采用半定量法（QXRD）测定了纳米SiO2与普通Ca（OH）2和水泥硬化浆体界面中Ca（OH）2的反应程度，以及在水泥硬化浆体界面中Ca（OH）2晶体的取向程度，试验结果表明纳米SiO2能大幅度地降低这种取向程度，同时采用基本参数法和谢乐公式法计算了在水泥硬化浆体界面中Ca（OH）2的晶粒尺寸，得到纳米SiO2有细化Ca（OH）2晶粒作用的结论。     

高游离氧化钙水泥的显微结构与膨胀机理研究

运用扫描电子显微镜（SEM）研究了高游离氧化钙（f-CaO）水泥的 经及其在水泥石中氢氧化钙的分布和显微结构特征。讨论了水化早期和后期Ca(OH）2晶体的结晶特性及界面结合关系,指出了熟料中成大堆分布的f－CaO晶体缓慢水化导致Ca（OH）2晶体不断长大是造成水泥安定性不合格的主要原因。     

膨胀型水泥硬化浆体变形的分形与粘弹性分析——含钙矾石和水镁石膨？…

应用分形学与粘弹性力学对含钙矾石和水镁石膨胀源的水泥硬化浆体的膨胀机理进行了研究与分析。得到在这种膨胀型水泥硬化浆体中的钙矾石和水镁石膨胀随ＳＯ３与ＭｇＯ质量分数和时间的变化规律;揭示了膨胀型水泥硬化浆体的分形行为,其膨胀曲线的分形元服从指数规律;解释了在钙矾石膨胀的基础上水镁石膨胀的非线性叠加现象;解释了来自钙矾石和水镁石的结晶膨胀能不可能全部用作膨胀功,而是部分消耗在变形过程中,部分贮存在硬化     

硼掺合料对水泥浆体性能的影响

研究了不同含硼添加剂对水泥浆体凝结时间、抗压强度、抗折强度、结合水含量及碱度的影响,并采用XRD和SEM测试手段分析了硬化浆体微观结构,着重考察了硼元素的引入方式对水泥水化性能的影响。研究表明:硼砂、硼酐及硼玻璃粉对水泥浆体性能的影响存在很大差异。硼砂具有明显的缓凝作用;硼酐稍延缓了水泥的凝结时间,但严重影响了水泥石的力学性能,主要可能是硼酐中可溶性硼与水泥水化后的钙离子形成致密的水化硼酸钙膜,覆盖在水泥颗粒表面,阻止了水泥颗粒与外部溶液的接触,使水泥水化反应无法正常进行;而硼玻璃粉对水泥的凝结时间和力学性能均不存在不良影响。     

早龄期水泥基材收缩与电学性能相关性

为了探索水灰比变化对水泥基材料收缩性能和电学性能的影响,采用电阻率测试方法,分别测试了水灰比为0.3、0.35、0.4、0.45的水泥浆体在3 d内的自收缩和电阻率变化.结果表明:水泥浆体3 d龄期总自收缩随着水灰比的增大而减小;水灰比0.3和0.35的试件在3 d龄期内体积呈现收缩一致性,水灰比0.4和0.45的试件分别在7.7 h和16.8 h内呈现膨胀趋势;浆体早期体积变化主要由自收缩发展、强度发展(抑制收缩)和水化升温导致热胀三者耦合作用控制.水泥浆体3 d龄期电阻率随水灰比的增大而减小,对于同一试件,电阻率呈现先减小后增大的发展趋势.结合电阻率变化和电阻率微分曲线可以将水泥水化过程分为溶解期、诱导期、水化加速期和水化减速期4个阶段.不同水灰比水泥浆体自收缩均随电阻率呈现出良好的指数变化,根据浆体电阻率的变化可以预测自收缩的发展趋势.     

几种物料中f—CaO的膨胀特性及其对硬化水泥将体强度的影响研究

不同物料中f-CaO的水化活性、膨胀特性及其对硬化水泥浆体强度的影响各不相同,高钙粉煤灰中的f-CaO水化最快,试样膨胀主要发生在7天以内;水泥熟料中的次之;钢渣中的水化最慢,试样膨胀稳定期超过56天,掺高f-CaO熟料的试样强度最高;掺高钙粉煤灰者次之;掺钢渣者强度最低。     

快速失水条件下纤维素醚改性水泥浆体水化规律

以泡沫混凝土为高吸水性基体,研究了薄层纤维素醚改性水泥浆体在快速失水条件下的水化规律.从水泥浆体表面至与基体界面处,将水泥浆体平均分为3层,利用失水速度、含水率、XRD、FTIR和TG-DSC-DTG等测试方法对每层6h、12 h、1d和3d的试样进行分析.结果表明:水化时间小于6h时,各层水泥浆体快速失水,只在第2和第3层中检测到Ca(OH)2的特征衍射峰.当水化时间大于12 h时,失水速度显著降低,在3层水泥浆体中均可检测到Ca(OH)2的特征衍射峰,且从浆体表层至与基层界面处,水化产物衍射峰的强度不断增大,水化产物C-S-H凝胶中硅氧四面体的聚合态发生变化.随着水化时间延长,水化产物Ca(OH)2的衍射峰和振动峰不断增强.     

活性MgO-粉煤灰软土固化材料强度与机理研究

为了研发绿色可持续软土固化剂,采用无侧限抗压强度、X射线衍射和扫描电镜等系列试验,提出了活性MgO联合工业副产物粉煤灰新型固化材料,研究了活性MgO-粉煤灰浆体宏观强度和微观性质.结果表明:活性MgO-粉煤灰胶凝材料试样抗压强度随活性MgO掺量增加、养护龄期增长和水灰质量比降低而显著提高;活性MgO-粉煤灰胶凝材料破坏应变主要集中在1%~3%,且变形模量与抗压强度之间呈线性关系;Mg(OH)_2和水化硅酸镁(M-S-H)这2种胶结产物是使活性MgO-粉煤灰-H_2O材料体系强度性能显著改良的最主要原因.     

硅酸二钡的高温合成与水化性能

用碳酸钡(BaCO_3)和氧化硅(SiO_2)在1 400℃保温3 h合成了2BaO·SiO_2(B_2S)水泥,采用XRD、SEM和TG-DSC等研究了B_2S的特征和水化性能。研究结果表明:合成的B_2S结晶完整,呈花束状,直径约0.5μm,长度约1μm。该系统中,BaCO_3热分解的起始温度、峰值温度和终点温度分别约为826℃、975℃和1 148℃,分解活化能为333 kJ/mol。硬化水泥浆体主要有结晶不完整的BaO·SiO_2·H_2O、Ba(OH)_2和未水化的B_2S构成。     

PC-CSA复合水泥收缩特性与微观结构

为了解决水泥混凝土普遍存在的收缩开裂问题,研究了硅酸盐-硫铝酸盐(Portland cement and calcium sulfoaluminate cement,PC-CSA)复合水泥化学收缩、自收缩和干燥收缩的机理及影响因素,通过微观形貌扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、孔结构分析等手段对复合水泥浆体微观结构进行表征,对比普通硅酸盐水泥与PC-CSA复合水泥,揭示了不同矿物组成的水泥基材料的收缩特性与水泥基材料微观结构的对应关系.结果表明:化学收缩直接由水泥矿物组成决定,相比于自收缩,膨胀组分的加入对干燥收缩的影响最小.自收缩特性同时受到水泥内部相对湿度和水化产物组成及结构的影响.运用SEM图像定量分析水泥的孔隙率,通过此研究得到了一个图像选取区域的最佳范围:矿物30%~45%,该范围与水泥水化程度密切相关.分析了水化过程中水泥浆体孔结构的变化规律,发现膨胀组分的加入会改变水泥初期孔结构,同时验证了水化1d时复合水泥表现出明显的微膨胀现象,与实际测量的体积变化规律吻合.     

用碱厂含 Mg(OH)_2的混合泥、天然石膏、二氧化碳为原料制取医用硫酸镁的研究

用 CO_2碳化天然石膏和碱厂含 Mg(OH)_2的混合泥的悬浊物,获得10—12%的硫酸镁溶液,加工该溶液制得符合中华人民共和国药典(1977年)规定的医用硫酸镁(MgSO_4·7H_2O),石膏的利用率可达97%,Mg(OH)_2的利用率可达90%。为碱厂废泥的综合利用提供一条新途径。研究试验就不同的温度,压力、时间、CO_2体积浓度、配料 MgO/CaSO_4分子比等工艺参数对于碳化的影响以及 MgSO_4·7H_2O 的结晶条件,进行了探讨。     

基于水膜厚度假设分析磨细高炉矿渣对水泥浆性能影响

为探索磨细高炉矿渣对水泥浆性能及其水膜厚度的影响,研究测量了30组不同水胶比、不同磨细高炉矿渣掺量的水泥–;矿渣复合浆体的流动性能、黏聚性和抗压强度.为探索浆体的流变性能控制机理,进一步测量了5组不同磨细高炉矿渣掺量水泥–;矿渣复合浆体的填充密度,并基于填充密度测量结果计算出各浆体试样配比的水膜厚度,探索水膜厚度对水泥–;矿渣复合浆体流变性能的影响.实验结果表明,适量磨细高炉矿渣的掺入能提高浆体的流动性能和抗压强度,黏聚性些许减弱,最优配比磨细高炉矿渣掺量为5%,此时水泥–;矿渣复合浆体综合性能最好.磨细高炉矿渣掺入能提高胶凝材料的填充密度,水膜厚度为流动性主要控制因素,水泥浆的流动性能随水膜厚度增大而增大.