纳米C-S-H对矿粉-水泥体系水化的影响

C-S-H是通用硅酸盐水泥主要的水化产物,对水泥基材料的性能起着十分重要的作用,但水泥水化产物复杂,难以从水化产物中分离出纯净的C-S-H并研究其对水泥基材料的影响。故本文通过双分解法制备了纳米C-S-H(NC)颗粒,并将其掺入矿粉-水泥体系中,通过无接触式电阻率测定仪、X射线衍射仪、差热分析仪(DSC-TG)、扫描电镜、压汞测试仪(MIP)等探究了NC对矿粉-水泥体系水化的影响。研究发现,在1%~4%(质量分数)掺量范围内,掺入NC可缩短基体的凝结时间,并为水泥早期水化提供更多的活性位点,加速水化产物的形成和沉淀,促进水化产物之间的搭接,从而降低了基体孔隙率并使基体早期强度和水化浆体电阻率均有所提升。     

掺橡胶乳液和弹性粒子柔性油井水泥石的微结构

研究了80和130℃养护条件下掺入胶乳和弹性粒子对油井水泥石微结构的影响。利用X射线衍射分析了掺胶乳和弹性粒子柔性油井水泥石的水化产物,用扫描电子显微镜观测其微观形貌,用压汞法测试了硬化浆体的孔隙结构。结果表明:胶乳和弹性粒子的掺入没有影响油井水泥水化产物的种类;胶乳改变了硬化浆体的微观形貌,水化产物表面出现绒状物质结构,形成连续的薄膜,Ca(OH)_2晶体呈薄片松散分布;胶乳降低了水泥石的孔隙率,使孔径细化,弹性粒子则增大了水泥石的孔隙率,使孔径粗化。     

纳米二氧化硅改性大掺量矿粉-水泥胶凝体系性能与微结构研究

利用沉淀法制备的纳米二氧化硅(PNS)极强的火山灰活性,能改善大掺量矿粉-水泥胶凝体系早期抗压强度低、内部结构疏松等缺陷,研究了PNS对大掺量矿粉-水泥胶凝体系抗压强度、抗氯离子渗透性的影响,通过XRD、TG-DSC及MIP对该体系的水化产物与孔结构进行微观分析。研究表明:随着PNS掺量的增加,试件的抗压强度也随之提高,尤其是7 d抗压强度,掺5%(质量分数,下同)PNS试件的强度增幅达到了20%;同时,水泥抗氯离子渗透能力先上升后下降,PNS掺量为3%时,达到最优,其28 d氯离子扩散系数较不掺PNS降低44.8%。PNS在早期能够大量消耗Ca(OH)₂,生成更多的C-S-H凝胶等水化产物,使得孔结构更加致密,降低孔隙率,在适宜范围内掺入PNS还可有效细化孔径。     

碱粉煤灰矿渣混凝土的抗渗性能实验研究

抗渗性是混凝土重要的耐久性指标之一.通过对比研究了不同固态分散相组成的碱粉煤灰矿渣混凝土的抗渗性能,并结合X-射线衍射(XRD)、傅立叶转变红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、压汞法(MIP)对碱粉煤灰矿渣水泥石的物相组成和微观结构进行分析.结果表明:碱矿渣混凝土水化产物主要为低Ca/Si比的(I)C-S-H凝胶,体系中随着粉煤灰掺量的增大,水化产物逐渐向聚合度更高的C(N)-A-S-H凝胶结构转变;当粉煤灰掺量不超过30％,粉煤灰能够优化碱粉煤灰矿渣体系孔隙结构,提高碱粉煤灰矿渣混凝土的抗渗性;当粉煤灰掺量大于30％,粉煤灰较低的活性导致水泥石水化产物数量减少,水泥石大孔数量和总孔隙量增大,相应混凝土抗渗性能呈明显下降趋势.     

水泥基胶凝材料氯离子扩散性的研究

借助X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、水银压汞法等测试技术,从水泥熟料矿物组成、石膏种类及掺量、混合材掺量以及混合材优化匹配、粒度分布等几方面分析水泥砂浆氯离子扩散能力,并结合28d水化产物、水泥石孔隙特征等微观结构分析,探讨影响水泥氯离子扩散性的主要因素及其机理。研究表明,〉100nm孔总量与总孔隙率比值（硬化水泥石有害大孔相对含量）与水泥氯离子扩散系数有较好相关性,是影响氯离子扩散系数的最主要因素。同时提出用水泥组成特征参数（n）表征水泥氯离子扩散性的新观点。     

珍珠岩掺合料水泥浆体的微孔结构

为探讨珍珠岩掺合料对水泥基材料性能影响的机理,用压汞法测试掺加质量分数为0～40%珍珠岩掺合料水泥石的微孔结构参数,分析珍珠岩掺合料对3,28,60d龄期水泥石孔结构参数:孔隙率、中值孔径、孔比表面积和孔级配的影响.结果表明:随着养护龄期延长和二次水化反应的进行,珍珠岩掺合料对水泥石起到了降低孔隙率、减小孔径和孔表面积的作用,可改善和优化后期水泥石的孔结构,使这些微孔从早期的少害孔(孔径20～50nm)细化为后期的无害孔(孔径＜20nm),甚至消失,有助于提高水泥基材料的力学强度和耐久性.     

粉煤灰对水泥石氯离子渗透扩散性的影响

采用改进的ASTM C1202法研究了粉煤灰在不同龄期对水泥石氯离子渗透性的影响;用压汞仪、扫描电子显微镜、X射线能谱仪(EDS)测定了水泥石的孔结构、水泥基材料水化产物的形貌特征及化学组成.结果表明:在加速养护60℃条件下,掺入粉煤灰能在较短龄期内发生二次火山灰反应,形成大量蜂窝状结构;水化28 d可以降低水泥石总孔隙率,形成更为密实的水化结构,进而显著提高水泥石的氯离子抗渗性.     

持续负温下矿粉掺量对水泥水化和水泥石抗渗性影响的试验研究

通过试验,研究持续负温下矿粉掺量对水泥水化和水泥石抗渗性的影响,分析水泥石抗渗性和水泥水化之间的关系,探究不同矿粉掺量对水泥水化和水泥石抗渗性的作用机理.试验结果表明:温度越低,水泥水化程度越低;随着矿粉掺量的增加,水泥水化程度都有一定程度降低,且水化前期减小量较小,水化后期减小量较大;掺入一定比例矿粉,随着龄期的增长,水泥水化速率整体呈降低趋势,而当矿粉掺入比例不同时,随着掺量的增加,不同龄期内水泥水化速率的变化规律不同.通过试验得出,28 d龄期水泥石6h电通量随着矿粉掺入比例的增加而增增加.     

聚合硫酸铝改性矿渣硅酸盐水泥水化及其抗氯离子渗透性能研究

通过RCM法研究不同掺量聚合硫酸铝(0wt％、1wt％、2wt％、3wt％)加入后对矿粉掺量60wt％的矿渣硅酸盐水泥浆体水化及其抗氯离子渗透能力的影响.研究了抗压强度、孔隙率的变化并对水化产物的组成、含量、微观形貌进行了XRD、TG-DSC及SEM分析.实验结果表明,掺入聚合硫酸铝后可以提高矿渣硅酸盐水泥抗氯离子渗透性能,可以显著提高硬化浆体28 d龄期抗压强度,降低孔隙率,促进矿渣颗粒水化,提高水化产物生成量,使微观结构更密实.     

蒸汽养护对组成不同水泥水化特性影响

研究了蒸汽养护和标准养护条件下混合材掺量不同的水泥力学性能差异,并利用XRD、SEM、DSC等测试方法对组分不同水泥水化产物及水化特性等进行对比分析。结果表明,与20℃标准养护相比,85℃常压蒸养下水泥水化产物基本相同,且水化产物数量远高于前者,并有钙矾石(AFt)稳定存在;混合材掺量适宜的水泥样品中有亚稳态水化硅酸钙(C_9S_6H_(18))的形成,这可能是蒸养强度差异的主要原因之一。混合材掺量不同,水化产物形貌也存在明显差异。混合材掺量高达50%时,水化产物形成数量明显减少,水泥石结构疏松,蒸养强度显著降低。混合材中硅灰的掺入,有利于细化水泥石结构,促进水泥石蒸养强度的发展。     

无机盐对水泥石水化程度和孔结构的影响(英文)

采用压汞法研究了水灰比为0.3和0.5的掺加无机盐外加剂[CaCl2,Na2SO4,NaNO2和Ca(NO3)2]水泥石在3 d和28d时的孔结构,并测试化学结合水含量.结果表明:CaCl2,Na2SO4 NaNO2能促进水泥水化:CaCl2促进水泥水化作用最为明显,并可降低水泥石大孔和毛细孔孔隙率;Na2SO4增大了大孔孔隙率;NaNO2能显著减小28d时毛细孔连通孔径和毛细孔孔隙率;Ca(NO3)2在前3d对水泥水化没有明显的作用,在3d时水泥石中大孔和毛细孔孔隙率以及毛细孔连通孔径增大.     

木质素磺酸钠改性Ca-LDH对水泥基材料性能的影响

水滑石材料(LDHs)是一种新型多功能二维纳米材料,水泥的水化产物(AFm相)属于钙铝型水滑石系列,因LDHs优异的性能在建筑材料领域其应用前景广阔。本文以木质素磺酸钠作为改性剂,采用水热法合成了木质素磺酸盐改性LDHs(Ca-SLS-LDH),对比了改性前后Ca-LDH的表面形貌、平均颗粒尺寸和比表面积的差异,研究了不同掺量Ca-LDH对水泥凝结时间、砂浆流动性和力学性能的影响,并采用SEM、XRD和压汞仪(MIP)等方法对水泥水化产物组成和微观结构进行了分析。结果表明:Ca-SLS-LDH的平均颗粒尺寸更小,比表面积是未改性Ca-LDH的60多倍;当LDHs掺量不超过4%(质量分数)时,能够有效改善水泥石孔结构,促进水泥砂浆强度发展,掺量为6%(质量分数)时会导致孔隙率增大,强度降低。     

磨细矿渣掺量对混凝土徐变性能的影响及其机理

为研究磨细矿渣对混凝土徐变性能的影响,在(20±1)℃,相对湿度为(60±5)%的条件下测试了33%载荷水平下磨细矿渣等量取代水泥量分别为0,30%,50%和80%4种情况下混凝土的徐变度.结果表明:磨细矿渣掺量(质量分数,下同)为30%和50%时,磨细矿渣对混凝士徐变性能的影响不明显,当磨细矿渣掺量增加为80%时,混凝土抵抗徐变的能力大大下降,其1 a的徐变度为不掺矿渣混凝土的1.74倍.通过扫描电镜二次电子成像观测,结合压汞法测试基体的孔隙率与孔径分布,对不同掺量下的磨细矿渣及水泥颗粒与基体的结合情况进行了分析研究.采用烧失量法测试水泥-矿渣体系中的非蒸发水量来表征水化产物数量,并基于纳米压痕技术测量了磨细矿渣与水泥颗粒的弹性模量,通过上述几种实验方法的联合观测分析,对磨细矿渣影响混凝土徐变性能的机理进行了详细研究.由于磨细矿渣颗粒的弹性模量略低于水泥颗粒,故不能通过"微集料效应"抑制混凝土的徐变.混凝土徐变性能受水泥及磨细矿渣颗粒与基体的界面结合状况的影响较大,当界面结合良好时,可忽略其对混凝土徐变的影响,混凝土的徐变度和体系的水化产物数量正相关;当界面结合不良时,其对抑制混凝土徐变的负面效应显著增强,徐变性能受到水化产物数量与界面结合情况的双重影响.     

轻骨料的返水作用对粉煤灰二次水化的影响(英文)

研究了轻骨科掺量不同的混凝土当掺与不掺粉煤灰时不同龄期的抗氯离子扩散性能以及骨料附近水化产物中Ca(OH)2含量和水泥石孔结构的变化情况.结果表明:随着混凝土中轻骨料掺量的增加,掺加了粉煤灰的浆体28～90 d期间水化产物中Ca(OH)2含量的减少幅度大于未掺粉煤灰试样的,且水泥石孔隙率有所降低,孔径细化,掺入粉煤灰后轻骨科掺量越多的试样孔径细化越显著,可见轻骨料后期返出的水分起到了自养护作用,保证了粉煤灰的水化.在混凝土中掺入适量的轻骨料,其返水特性与粉煤灰二次水化反应的协同作用使得混凝土后期抗渗性能显著提高,优于普通骨料混凝土.     

石英砂细度和掺量对G级油井水泥浆体系性能的影响

通常G级油井水泥石在高温环境下(≥110℃)易出现强度倒缩,可加入SiO₂≥95%的石英砂作为高温强度衰退抑制剂。本文通过室内综合试验研究,测试了不同细度、掺量的石英砂对G级油井水泥石强度及浆体综合性能的影响,分析了水泥石的形貌结构和水化产物。结果表明：掺入30%～35%的石英砂(粒径80μm筛筛余10%～15%)可使其水泥石中高温水化产物的钙硅比降低至1.0,达到防止油井水泥石在高温下强度衰退的目的,但当温度由160℃升高至180℃时,水化产物雪硅钙石转化成硬硅钙石使其加砂油井水泥石强度降低,故可将160℃作为一个临界衰退点。以粒径80μm筛筛余10%～15%、掺量30%的加砂油井水泥为基准材料,与外加剂配伍设计了一套抗高温油井水泥浆体系配方,其水泥浆各项性能指标均能满足油田技术指标,可为后期抗高温水泥浆体系设计提供依据。     

纳米C-S-H对水泥水化、硬化浆体孔结构及混凝土强度的影响

通过水化热测试、化学结合水含量测试、X射线衍射分析、压汞测试及强度测试研究了合成的纳米水化硅酸钙(n-C-S-H)对水泥水化过程、硬化水泥浆孔结构及混凝土强度的影响。结果表明:n-C-S-H显著加速了水泥早期水化,提升了水泥在12～24 h龄期的水化程度,从而显著提高混凝土12～24 h龄期的抗压强度,24 h以后对强度提升效果逐渐减小。3 d以后n-C-S-H对混凝土强度发展没有明显的促进作用,1.5%掺量下混凝土强度反而较空白样有所降低;加入n-C-S-H的硬化水泥浆在12 h～3 d龄期内相比空白水泥浆临界孔径降低,凝胶孔孔隙率提高,毛细孔孔隙率降低。n-C-S-H改变了C-S-H凝胶的生成方式,使其原本从水泥颗粒表面析出变为了从孔溶液中析出,显著减小了毛细孔孔隙率,同时增加了凝胶间孔的体积。这种多核生长的方式导致水化产物结构疏松,从而导致基体强度略微降低。因此,在相同水化程度时,掺有n-C-S-H的混凝土抗压强度略低于空白混凝土。     

矿物掺合料调控界面过渡区微结构对混凝土力学性能的影响EI北大核心CSCD

系统测试了利用石灰石粉、矿粉及不同集料体积掺量、粒径分布配制试件的抗压强度与动弹模量,采用压汞法对相应试件孔径分布特征进行对比分析,研究掺合料对基体及界面过渡区(ITZ)孔结构的作用,分析掺合料调控ITZ微结构对混凝土力学性能的影响机理。结果表明:掺加5%石灰石粉可细化样品孔结构,使总孔隙率及10 nm以上孔的含量有所降低;掺加10%石灰石粉则会提高总孔隙率和10~100 nm孔体积,但降低100 nm以上孔的含量;掺加35%矿粉虽然减少了试件的总孔隙率及10 nm以上孔的含量,但会提高10 nm以下孔的体积;在大掺量矿粉时(70%),大于10 nm的毛细孔有所减少,而小于10 nm的微孔含量显著增加;掺加5%石灰石粉或35%矿粉,试件56 d抗压强度、动弹模量略有增加,且增加幅度随集料体积掺量增加或集料平均粒径的减小而增大;混凝土力学性能的改善主要取决于100 nm以上区间即界面过渡区孔结构的优化。     

矿物掺合料调控界面过渡区微结构对混凝土力学性能的影响

系统测试了利用石灰石粉、矿粉及不同集料体积掺量、粒径分布配制试件的抗压强度与动弹模量,采用压汞法对相应试件孔径分布特征进行对比分析,研究掺合料对基体及界面过渡区(ITZ)孔结构的作用,分析掺合料调控ITZ微结构对混凝土力学性能的影响机理。结果表明:掺加5%石灰石粉可细化样品孔结构,使总孔隙率及10 nm以上孔的含量有所降低;掺加10%石灰石粉则会提高总孔隙率和10~100 nm孔体积,但降低100 nm以上孔的含量;掺加35%矿粉虽然减少了试件的总孔隙率及10 nm以上孔的含量,但会提高10 nm以下孔的体积;在大掺量矿粉时(70%),大于10 nm的毛细孔有所减少,而小于10 nm的微孔含量显著增加;掺加5%石灰石粉或35%矿粉,试件56 d抗压强度、动弹模量略有增加,且增加幅度随集料体积掺量增加或集料平均粒径的减小而增大;混凝土力学性能的改善主要取决于100 nm以上区间即界面过渡区孔结构的优化。     

玄武岩粉对海工胶凝材料性能及水化的影响

利用玄武岩粉、矿粉及脱硫石膏大掺量取代硅酸盐水泥制备海工胶凝材料,研究了玄武岩粉对海工胶凝材料抗压强度及抗氯离子渗透性能的影响,并通过红外光谱、X射线衍射、压汞等手段研究了其水化机理.结果表明,当玄武岩粉掺量小于24％ 时,56 d龄期的海工胶凝材料具有良好的性能,与普通硅酸盐水泥相比,尽管抗压强度有所降低,但抗氯离子渗透性能提高了76％.适量玄武岩粉能优化水泥-矿粉胶凝体系的级配,在掺量从6％ 增加到30％ 时,28 d龄期的浆体孔隙率提高了2.3％,但浆体的孔径分布得到了优化.     

粉煤灰水泥基材料的水化产物

用热重仪-差示扫描量热仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线能量散射、高分辩电子显微镜、压汞仪,测定了粉煤灰水泥基材料水化产物的形貌特征、微观结构、化学组成及水泥石的孔结构,讨论了水化产物性质及水泥石孔结构随粉煤灰掺量的变化规律。结果表明：粉煤灰的大量掺加,可以改善凝胶的化学组成。水化后期,粉煤灰与Ca(OH)2及由熟料水化生成的高n(Ca)／n(Si)的水化硅酸钙(C—S—H)凝胶发生二次水化反应,生成低n(Ca)／n(Si)的C—S—H凝胶,此种凝胶的固碱能力强,可减少碱-集料反应的危害性。同时,二次水化产物能够填充那些对水泥石强度和耐久性极为不利的孔隙空洞,使水泥石的结构更加致密,优化水泥石的孔结构,对提高水泥基材料的耐久性作用极大,为进一步提高工业废渣利用的技术水平奠定了基础。