Effect of Polycarboxylate-Type Superplasticizer on Hydration Behavior of C_3A-Gypsum Suspension

通过水化热、热分析等手段研究了两种具有相同侧链长度,但桥接基团不同（酯基、醚键）的聚羧酸系超塑化剂（PCs）对铝酸三钙（C3A）-石膏水化行为的影响。结果表明：当石膏与C3A的摩尔比为0.3时,PCs的加入能促进硫酸根的消耗,加快C3A的溶解,有利于单硫型硫铝酸盐（AFm）的沉淀,但对水榴石（C3AH6）的生长具有抑制作用。PCs的化学结构与其吸附能力息息相关,侧链桥接基团为酯基时,PCs在C3A-石膏体系中的吸附量较大,对C3AH6的生长抑制作用更强。由于PCs与硫酸根离子在C3A颗粒表面发生竞争吸附,PCs部分占据颗粒表面的溶解点,进而释放出额外的自由硫酸根离子,这是PCs促进硫酸根消耗并加速AFm相形成的原因。     

硫酸盐侵蚀条件下C–(A)–S–H组成-结构演化的量化分析

采用Fourier变换红外光谱、综合热分析、~(29)Si魔角自旋核磁共振及透射电镜-能谱等方法,研究了5%Mg SO_4(质量分数)溶液干湿循环作用下硅酸盐水泥及高抗硫酸盐水泥砂浆中水化硅酸钙凝胶(C–(A)–S–H)结构变化。结果表明:硫酸盐易侵蚀C–(A)–S–H凝胶中[Al O_4]桥氧四面体,[Si O_4]长链中Q~1(二聚体或硅链尾端)也易受Mg SO_4侵蚀形成M/C–(A)–S–H凝胶;硫酸根与阳离子桥接,形成–Si–O–M~(2+)–1/2SO_4~(2–)结构吸附于C–(A)–S–H凝胶表层。采用托贝莫来石/羟基硅钙石混合模型(T/J model)推演了硅酸盐水泥和高抗硫酸盐水泥中C–(A)–S–H凝胶在Mg SO_4溶液中干湿循环后的结构差异,给出了侵蚀后C–(A)–S–H组成化学式。提升抗Mg SO_4侵蚀能力在于控制膨胀产物(石膏及AFt)及C–(A)–S–H凝胶中[Al O_4]桥氧四面体含量。     

硫铝酸盐水泥基复合体系的胶凝膨胀性能

研究了硫铝酸盐水泥熟料、二水石膏和氢氧化钙的不同复合胶凝体系水化产物与其膨胀性能及抗压强度的关系，利用XRD及Rietveld全谱拟合法和TG/DTG技术，对水化产物进行定性定量分析，得出硫铝酸盐水泥熟料-二水石膏体系（简称CG体系）和硫铝酸盐水泥熟料-二水石膏-氢氧化钙体系（简称CGL体系）水化产物中钙矾石（AFt）、单硫型水化硫铝酸钙（AFm）、铝凝胶（AH3）等物相含量的变化规律，并进行比较。结果表明，CGL体系水化产物中AH3和AFm生成量多于CG体系，而AFt生成量在二水石膏与硫铝酸钙摩尔比为0.5和1.0时少于CG体系，达到1.5摩尔比时两个体系相差不大；CGL体系中，掺加氢氧化钙会降低试件早期抗压强度，后期其抗压强度赶上甚至超过未掺加氢氧化钙的试件；随着二水石膏掺量增加，CG体系中AFt早期生成速率和试件膨胀率均呈增大趋势，而CGL体系中AFt早期生成速率和试件膨胀率均呈减小趋势。     

水化硫铝酸钙和水化铝酸钙对内掺、外渗氯离子的固结机理及能力（英文）

为研究单硫型水化硫铝酸钙(AFm)和水化铝酸钙(C₃AH₆)的Cl^–固结能力和机理，通过人工合成的方法采用C₃A制备了高纯AFm与C₃AH₆，并研究了内掺、外渗Cl^–条件下2种物质固结Cl^–后的产物类型、微观形貌、Cl^–固结量和固结率。结果表明：C₃AH₆对内掺Cl^–的固结能力(最高可达75%)远高于AFm(稳定约为17%)，该差异在内掺Cl^–含量相对较低的情况下尤为显著；对比AFm,Cl^-与C₃AH₆的反应更迅速且更为彻底；C₃AH₆的固氯产物一致为Friedel盐，AFm则根据Cl^-浓度及其不同引入方式分为Hc、Kuzel盐、Friedel盐以及高硫型水化硫铝酸钙(Aft...     

苯丙共聚物改性硫铝酸钙胶结料-无水石膏复合体系的水化

采用量热仪、X射线衍射仪、热重、扫描电镜、电感耦合等离子光谱等方法研究了苯丙共聚物（SA）对硫铝酸钙胶结料-无水石膏复合体系早期水化的影响。结果表明:SA会延缓水化进程,减少水化加速期钙矾石（AFt）、单硫型水化硫铝酸钙（AFm）和Al（OH）₃ （AH₃）含量,促进AH₃与石膏和氢氧化钙反应生成AFt,并促进水化后期AFt向AFm转变。同时,SA会迅速降低体系孔溶液的表面张力,随着水化反应进行表面张力趋于稳定;SA也提高了孔溶液的p H值,增大OH^–浓度,影响了体系中Ca²⁺、SO₄^2–和[Al（OH）₄]^–的浓度和比例,减小水化初期水化产物的离子浓度积,降低水化产物析出速率,进而延缓水化进程、减少水化产物。     

无水硫铝酸钙在石膏和氢氧化钙水溶液中的水化试验研究

基于无水硫铝酸钙水化固液反应的机理,分别在20℃和60℃恒温条件下研究了不同的n(C4A3S∶C SH2∶CH)对C4A3S的水化程度以及水化产物的影响.利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表征水化试样的矿物种类和微观结构.研究结果表明,CH对C4A3S的水化有一定的抑制作用,温度的升高都有利于C4A3S的水化.在溶液中有CH存在的条件下,温度的提高使得C4A3S在水化早期形成AFm相;由于C SH2量充足,最终的水化产物为AFt相.(在本文缩写中,C=CaO,A=Al2O3,H=H2O,S=SO3,S=SiO2)     

铝酸盐水泥-半水石膏二元体系饰面砂浆泛白原因分析

采用碱浸出率法测试了铝酸盐水泥及两种铝酸盐水泥-半水石膏二元体系饰面砂浆浸水后水中物相的质量,并用XRD分析了水化产物及浸水后水中物相成分,得出(1)引起铝酸盐水泥饰面砂浆泛白的主要物相为CaCO3和Al(OH)3,而CaCO3和Al(OH)3是由铝酸盐水泥的水化产物水化铝酸钙碳化分解而生成;(2)铝酸盐水泥-半水石膏二元体系在石膏量为5％时水化产物主要为CAH10和AFm,在石膏量为25％时水化产物主要为AFt,铝酸盐水泥-半水石膏二元体系出现泛白的原因是AFm的碳化,推测主要水化产物为AFt时砂浆未出现泛白的原因是生成AFt的同时有足够的AH3生成并包裹AFt,保护其不被碳化.     

水溶液系中聚羧酸超塑化剂在C3AH6上的吸附过程研究

采用紫外分光光度法测试水溶液体系中聚羧酸超塑化剂(polycarboxylate superplasticizer,简称PCE)在铝酸三钙(C3A)水化产物(C3AH6)上的吸附量,研究了聚羧酸初始浓度、分散时间、环境温度以及SO24-对吸附量的影响。采用准一级动力学模型、准二级动力学模型和颗粒内扩散模型进行动力学模拟,结果表明,C3AH6对PCE的吸附过程符合准二级动力学模型。利用Langmiur、Freundlich和Temkin等温吸附模型进行拟合,发现C3AH6对PCE的吸附规律符合Freundlich方程。红外光谱分析表明PCE在C3AH6上的吸附为化学吸附。     

亚硫酸钙对C3A和C4AF凝结时间的影响

本文研究了亚硫酸钙对C3A和C4AF含量不同的水泥熟料凝结时间的影响.研究结果表明:亚硫酸钙对C4AF有缓凝作用,而对C3A基本不具有缓凝作用;对于中间相含量较多、C3A含量较高,自身凝结很快的熟料,在水泥中SO3不大于3.5%的条件下,亚硫酸钙不起缓凝作用;对于中间相含量较少、C3A含量较低,自身凝结较慢的熟料,亚硫酸钙有缓凝作用;与二水石膏相比,半水亚硫酸钙在水中的溶解度极低,掺入水泥后,其主要水化产物为单硫型水化硫铝酸钙(AFm).     

C2S-C12A7-CaSO4·2H2O-H2O系统水化机理

采用差热分析、结合水、化学减缩等分析方法,研究了七铝酸十二钙(C12A7)和石膏对硅酸二钙(C2S)水化的影响。结果表明：加入C12A7及石膏,3d以后硅酸二钙(C2S)的水化速度及强度都比单矿物的高得多。C12A7促进C2S的水化,其原因是C12A7水解析出的Al(OH)4-与C2S水解析出的Ca^2 反应生成C3AH6。当有石膏存在时,生成钙钒石,从而加快C2S的水化。     

不同有效碱含量下纳米氧化铝对水泥石固、液相组成的影响

研究了水泥中有效碱含量为0.58%、1.25%条件下纳米氧化铝(取代3%的水泥)对水泥石固相、液相组成的影响。有效碱含量为0.58%条件下,纳米氧化铝溶解所释放的Al进入孔溶液,参与形成单硫型水化硫铝酸钙,同时降低孔溶液中S(硫)元素浓度。形成的单硫型水化硫铝酸钙可以向水化碳铝酸钙和半碳型水化碳铝酸钙等更加稳定的AFm相转化。AFm相溶解度是孔溶液Al浓度的控制因素,3%的纳米氧化铝并不能提高Al浓度。部分溶解的Al进入C-S-H中,也限制了孔溶液Al浓度的提高和AFm相数量的增加。有效碱含量为1.25%时,液相碱度的提高导致AFm相溶解度增大,使水化后期孔溶液中Al、S浓度同时提高,但Al浓度不超过0.3 mmol/L,AFm相仍然是孔溶液Al浓度的控制因素。     

碱性和无碱液体速凝剂促凝早强作用机理对比研究

碱性和无碱速凝剂掺入水泥后的水化机理不同,导致应用性能存在明显差异。本文通过测试凝结时间和砂浆抗压强度等宏观性能对比了两种速凝剂的应用性能,并通过水化放热分析、XRD定量分析、热重分析和SEM微观形貌观察等微观方法综合分析了两者的早期水化历程。结果表明:碱性速凝剂加入水泥后,[Al(OH)₄]^-加快了水泥中石膏的消耗速度,水化初期生成大量钙矾石(AFt),促进了硅酸三钙(C₃S)矿物的水化,缩短了水泥浆体的凝结时间并提高了砂浆的早期抗压强度,但石膏的加速消耗也使得单硫型水化硫铝酸钙(AFm)和水化铝酸钙(C-A-H)等水化产物提前生成,影响了水泥基材料的后期抗压强度发展;无碱速凝剂加入水泥后,[Al(OH)₄]^-和SO^2-₄在液相中生成了大量AFt,促进了铝酸三钙(C₃A)和C₃S矿物的水化,影响了氢氧化钙(CH)的结晶析出。值得注意的是,SO^2-₄不仅促进了C₃A生成AFt的过程,也延缓了水泥中石膏的消耗及AFm和C-A-H等产物的生成,因此无碱速凝剂的加入除了明显提高早期抗压强度外,后期28 d抗压强度也不受影响。     

C3S-C12A7-H2O和C3S-C12A7-CaSO4·2H2O-H2O系统的水化及其性能研究

试验用结合水法、化学减缩法、XRD定量等物理、化学分析方法 ,研究了C1 2 A7和石膏同时存在时C3S在不同系统中的水化动力学及水化机理。结果表明C1 2 A7能够促进C3S的水化 ,尤其是对C3S早期水化有显著的促进作用 ;当有石膏存在时 ,这种促进作用更为显著。其机理是由于C1 2 A7水解放出的Al(OH) - 4 与C3S水解放出的Ca2 反应生成C3AH6 ,当有石膏存在时 ,生成钙钒石 ,从而加快了C3S的水化。研究得出了C3S在不同系统中的水化动力学方程     

地热环境下AFt和AFm的转化机制

在地热环境下水泥水化初期，单硫型硫铝酸盐(AFm)易与硫酸根在孔隙或界面处生成延迟钙矾石(DEF),导致混凝土膨胀开裂。本文采用溶液法模拟钙矾石(AFt)生成的温湿耦合液相环境，通过分子动力学模拟方法研究AFt在常温和地热环境下的内部结构变化，确定DEF的生成温度界限和水泥中石膏临界掺量。结果表明，地热高温环境会影响AFt晶体在(100)、(110)晶面上的生长，导致AFt生成量随温度升高逐渐减少；70～75℃为AFt转变为AFm的关键温度区间，但在75℃以上液相环境中AFt依然能够生成，转化的AFm含量会随温度增加而逐渐增多；高温对水泥早期水化生成AFt具有促进作用，但随着养护龄期增长，高温会造成早期生成的AFt逐渐转化为AFm;混凝土中AFt生成量随石膏掺量增大而增加，质量分数为4%左右的石膏是适宜掺量；分子动力学模拟结果同样表明AFt在常温下结构稳定，而在地热条件下结构发生改变。     

石膏含量对含钡铁铝酸盐水泥性能的影响

介绍了石膏含量对含钡铁铝酸盐水泥的水化、抗压强度和凝结时间等性能的影响。试验中,石膏掺加量分别为水泥质量的0％、1％、3％、5％、7％、10％和12％。试验结果表明,石膏的掺入会抑制C2.75B1.25A3S^-矿物和C4F早期的水化,降低含钡铁铝酸盐水泥的早期强度,延长水泥的凝结时间。石膏会与水泥早期水化产物CxAHy（包括CAH10、C2AH8和C4AH19等）继续反应生成稳定的AFt,阻止了CAH10、C2AH8和C4AH19等矿物发生晶型转化生成C3AH6,使水泥后期强度稳定增长。石膏的最佳掺量为水泥质量的7％。     

C4A3S对氨基磺酸盐高效减水剂的吸附研究

实验室制备了无水硫铝酸钙（C4A2S）单矿物,采用紫外-可见吸收光谱法测定氨基磺酸盐高效减水剂（简称“AS减水剂”）在C4A3S单矿物及其混合料（C4A3S＋Ca（OH）：＋CaSO4·2H2O）矿物颗粒表面的吸附量,对AS减水剂在水化体系矿物颗粒表面的吸附行为进行了研究。结果表明：C4A3S单矿物和水化混合料对As减水剂的吸附量随初始浓度的增大而增大;对As减水剂的吸附量与极限吸附量随水化时间的延长而增大;在相同吸附时间内,AS减水剂在C4A3S混合料水化体系的吸附量与极限吸附量大于在C4A3S单矿物水化体系的吸附量与极限吸附量。     

不同有效碱含量下纳米氧化铝对水泥石固、液相组成的影响EI北大核心CSCD

研究了水泥中有效碱含量为0.58%、1.25%条件下纳米氧化铝（取代3%的水泥）对水泥石固相、液相组成的影响。有效碱含量为0.58%条件下,纳米氧化铝溶解所释放的Al进入孔溶液,参与形成单硫型水化硫铝酸钙,同时降低孔溶液中S（硫）元素浓度。形成的单硫型水化硫铝酸钙可以向水化碳铝酸钙和半碳型水化碳铝酸钙等更加稳定的AFm相转化。AFm相溶解度是孔溶液Al浓度的控制因素,3%的纳米氧化铝并不能提高Al浓度。部分溶解的Al进入C-S-H中,也限制了孔溶液Al浓度的提高和AFm相数量的增加。有效碱含量为1.25%时,液相碱度的提高导致AFm相溶解度增大,使水化后期孔溶液中Al、S浓度同时提高,但Al浓度不超过0.3 mmol/L,AFm相仍然是孔溶液Al浓度的控制因素。     

贝利特-硫铝酸钡钙水泥的水化硬化过程

贝利特-硫铝酸钡钙水泥熟料的矿物组成主要有C2S、C2S、C3A、C4AF和C2.75B1.25A3S,其早期和长期强度均较高。研究水泥水化放热速率的结果表明：石膏掺量为10％的贝利特一硫铝酸钡钙水泥（BS）,预诱导期阶段水化放热速率高,诱导期持续时间长,加速期曲线峰型尖锐。石膏掺量不同时水化放热量总量基本相同,均介于硅酸盐水泥（PC）和贝利特水泥（BE）之间。该水泥水化产物主要有含钡AFt、CH、C—S—H凝胶及少量CAH10C3AH6等,相同龄期时比贝利特水泥水化程度高,水化铝酸钙转化为AFt的量较多。其早期水化程度略低,水化程度增进率高,15d左右就超过了硅酸盐水泥,且各龄期水化程度和水化速度都远远超过贝利特水泥。     

集料化学特性对C–S–H成核和生长的影响

探究集料化学特性对水化硅酸钙(C–S–H)成核和生长的影响及其作用机理对集料优选和性能改善意义重大。选用石灰石、石英石和菱镁石为研究对象,通过测量3种集料的粉末颗粒在模拟溶液中的zeta电位,研究了集料表面与模拟溶液中离子间的相互作用;采用扫描电子显微镜观察了C–S–H在这些集料表面的成核和生长。采用水化热的方法,研究了集料的化学特性对水泥早期水化的影响。结果表明:石灰石表面对Ca~(2+)有极强的吸附作用(化学吸附),这使得C–S–H在石灰石表面成核密度高且生长具有方向性,从而极大地促进了水泥的水化;石英石表面通过静电力作用吸附Ca~(2+),该作用弱于化学吸附作用,从而使得C–S–H在石英石表面成核密度低,且呈无序和稀疏分布;菱镁石对Ca~(2+)的吸附作用最弱而对SO_4~(2-)具有很强的吸附作用,这使得C–S–H在菱镁石表面成核密度最低,从而减缓了水泥的早期水化。     

石膏对贝利特-硫铝酸钡钙水泥强度和硬化浆体结构的影响

研究了石膏对贝利特-硫铝酸钡钙水泥强度和硬化浆体结构的影响.结果表明:贝利特-硫铝酸钡钙水泥熟料的矿物组成主要有C3S、C2S、C,A、C4AF和C2.7B1.25A3S;当水泥中石膏掺量为10%时,贝利特-硫铝酸钡钙水泥的3d、7 d、28 d和90 d抗压强度分别达到了45.0、61.9、82.1和85.6 MPa;贝利特.硫铝酸钡钙水泥的水化产物主要有AFt、Ca(OH)2、C-S-H凝胶等,随石膏掺量的增加,AFt的数量逐渐增加,水化后期的Ca(OH)2数量逐渐减少.用XRD和SEM来分析硬化水泥浆体组成和结构.