基于电阻率法研究铝酸盐水泥的早期水化过程EI北大核心CSCD

通过测定铝酸盐水泥在24h内水化时的电阻率、浆体内部温度和水化产物的变化规律,研究铝酸盐水泥的早期水化过程。结果表明：根据电阻率变化规律可将铝酸盐水泥的水化过程分为4个阶段（溶解期、诱导期、晶相转变期和硬化期）;溶解期的电阻率快速减小;诱导期的电阻率几乎保持不变;晶相转变期的电阻率急剧减小,水泥浆体温度升高,水化产物CAH10发生转变,AH3凝胶转变为AH3晶体;硬化期的电阻率逐渐增大,水化产物增多,孔隙率减小;在相同龄期,高水灰比水泥浆体的电阻率比低水灰比水泥浆体的小。     

采用电阻率法研究水泥水化过程

用无接触电阻率测定仪测定了不同水灰比水泥浆基体的电阻率随时间变化的特征曲线ρ(t)-t,研究了普通硅酸盐水泥的水化特性。研究表明：基体电阻率ρ(t)是液相电阻率ρ0(t)和孔隙率φ的函数。实验结果说明：根据基体电阻率曲线的特征点将水泥水化过程划分为溶解期、诱导形成期和诱导期、凝结硬化期3个阶段。钙矾石包裹层的形成导致水化进入诱导期,渗透压导致包裹层的破裂,使水化进入凝结硬化期。溶解期电阻率的下降主要与水泥浆体中液相离子浓度的增加相关。诱导形成期和诱导期电阻率变化小,此时液相离子浓度和孔隙率的变化都较小,凝结硬化期电阻率的上升主要与水泥浆体孔隙率的下降相关。     

不同温度下矿渣对铝酸盐水泥早期水化行为的影响

通过凝结时间、抗压强度、电阻率、浆体内部温度测试和水化产物分析,研究了20 ℃、35 ℃和50 ℃下矿渣(GGBFS)对铝酸盐水泥(CAC)早期水化行为的影响。结果表明,掺入矿渣会逐渐减小CAC 72 h的化学收缩,降低化学收缩速率峰值。20 ℃时,电阻率变化曲线出现了明显的晶相转变期,化学收缩曲线存在明显的诱导期; 35 ℃时,凝结时间延长,掺入矿渣抑制了电阻率的发展;50 ℃时,电阻率在接近24 h时显著降低,凝结时间显著缩短,掺入矿渣缓解了24 h电阻率的减小。矿渣-铝酸盐水泥体系的水化产物和抗压强度受养护温度的影响较大。20 ℃时,掺入40%(质量分数)矿渣减少了CAH₁₀的生成量,降低了硬化浆体的强度;35 ℃和50 ℃时,1 d水化产物主要为C₂AH₈和少量C₃AH₆,掺入矿渣延缓了强度的倒缩。在28 d龄期时,不同养护温度下掺入矿渣均能促进C₂ASH₈的生成。     

高水灰比条件下pH值对硫铝酸盐水泥水化的影响

研究了高水灰比(1.0)与常规水灰比(0.5)条件下pH值对硫铝酸盐水泥凝结时间和抗压强度的影响,并对其水化产物,孔结构和微观形貌进行了分析.结果 表明:pH值大于13时硫铝酸盐水泥凝结时间大幅缩短;pH值提升到13.5时硫铝酸盐水泥超高水灰比条件下抗压强度大幅提升.高pH值条件下钙矾石产物长径比增大,微观结构更加致密,硬化浆体的总孔隙率和最可几孔径减小.     

铝酸钙水泥水化产物对铝酸钙水泥水化的影响

在铝酸钙水泥的生产、运输、储存过程中,会有部分水泥吸水而发生水化。为了研究这部分水化产物是否会对水泥的水化速度和水化产物产生影响,将Secar 71水泥经制浆、30℃养护、冷冻干燥、粉磨制成水化产物粉,再与Secar 71水泥配制成水化产物粉含量(w)分别为3%和30%的混合粉,然后以纯Secar 71水泥和纯水化产物作为参比,在30℃环境温度下测试它们的水溶解特性(以水灰质量比5 1的稀浆体的电导率-时间曲线表征)和水化特性(以水灰质量比2 5的浆体的温度-时间曲线表征);并经制浆(水灰质量比为2 5)、养护(30℃、100%相对湿度)、冷冻干燥后,分析试样的物相组成和显微结构。结果表明:在30℃环境温度下,引入铝酸钙水泥水化产物能够促进铝酸钙水泥的溶解和水化;含水化产物的混合粉水化后试样中有AH3存在,而纯Secar 71水泥水化后试样中几乎没有AH_3;含水化产物的混合粉水化后试样中C_2AH_8板片状结晶比纯Secar 71水泥试样的更加粗大。     

硫酸亚铁对铝酸盐水泥浆体性能及水化产物的影响

铁相对水泥混凝土耐久性具有显著的积极作用,为拓宽铁相来源,本文研究了铁盐对铝酸盐水泥性能及水化产物的影响。通过将铝酸盐水泥和硫酸盐(二水石膏和硫酸亚铁)复合,使铝酸盐水泥水化生成以钙矾石为主的产物,在此基础上,研究了硫酸盐中硫酸亚铁比例对铝酸盐水泥浆体凝结时间、抗压强度以及体积稳定性的影响规律,并采用XRD和SEM分析水化产物类型以及微观形貌,阐明硫酸亚铁对水泥浆体性能的影响机理。结果表明：适量的硫酸盐可提升铝酸盐水泥浆体的抗压强度;硫酸亚铁对铝酸盐水泥表现出轻微的促凝作用,对膨胀率具有显著的抑制作用;硫酸亚铁对钙矾石的形成具有明显的抑制作用,适量的硫酸亚铁使得所生成的钙矾石尺寸较小,且分布均匀,有利于提升硬化浆体的抗压强度。     

硫铝酸钙-二水石膏-氢氧化钙-水水化系统的热力学计算

硫铝酸钙(C_4A_3$)是硫铝酸盐水泥熟料中最重要的组成部分。既有研究表明,调整C_4A_3$、二水石膏(C$H_2)和氢氧化钙(CH)的比例可以改变水化产物中钙矾石(AFt)和氢氧化铝(AH_3)相的比例,但缺乏从热力学计算和实验方面的验证。使用Gibbs自由能变和焓变对水化反应进行计算,结果表明:水化反应在热力学上可自发进行;将实验室烧成的C_4A_3$复配一定比例的C$H_2、CH,在水灰比为10的情况下水化28 d,使用X射线衍射和热重分析对水化产物进行定量分析,结果表明水化产物中只有AFt和AH_3。虽然实验值与理论计算值不能完全吻合,但随着C$H_2、CH掺量的增加,水化产物中AFt的含量逐渐增多,AH_3相的含量逐渐减少。     

回转窑烧结矾土水泥的水化

研究了三种CaO/Al_2O_3不同的矾土水泥的水化,常温下的主要水化产物都是CAH_(10)(而不是C_2AH_3)和氧化铝胶滞体,与熔融法制矾土水泥是一致的。CaO/Al_2O_3小的水泥具有较好的稳定性,表现在生成或转化为高碱性水化铝酸钙(C_2AH_3或C_3AH_6)和三水矾土(AH_3)的温度较高;在同一养护温度下,水化物转化需要的时间亦较长,三种水泥在不同养护条件下的强度变化规律可从其水化产物的稳定性得到说明,即CaO/Al_2O_3比大的水泥生成的水化物热稳定性最差,高温下强度降低更甚。     

固井水泥浆早期水化过程电导率研究

研究纯水泥浆在不同水灰比条件下的电导率与温度变化之间存在的规律,同时探究了电导率与浆体水化过程的联系.结果表明:当水灰比相同时,浆体的电导率峰值随着实验温度(4～30 ℃)的增大而逐渐减小;通过水泥浆滤液测试,得到了与水泥浆电导率相同的变化趋势,即先增大后减小;实验采用水化热分析和扫描电子显微镜(SEM)观察,进一步解释了电导率的变化与水泥浆体水化过程及浆体结构之间所存在的关系.     

粉煤灰对水泥浆体的电阻率与化学收缩的影响

研究了粉煤灰掺量分别为0、20%和40%,水胶比为0.4的水泥浆体的抗压强度、电阻率、化学收缩以及水化产物的变化规律.电阻率采用无电极电阻率法进行测试,化学收缩采用ASTM C1608-12规定的膨胀测定法进行测试.结果表明,在250 d龄期时,粉煤灰掺量为20%的硬化水泥浆体抗压强度仅比空白组低5%;当粉煤灰掺量增大时,水泥浆体在3 d龄期时的强度、电阻率和化学收缩均减小,抗压强度与电阻率之间具有很好的线性关系.XRD及热重分析表明,随着粉煤灰掺量增加,水化硅酸钙含量减少,在3 d龄期时水化产物中出现了钙矾石.     

沸石粉对硫铝酸盐水泥水化行为的影响机理研究

研究了沸石粉对硫铝酸盐水泥浆体流动度、凝结时间和抗压强度的影响规律,并通过自收缩、电阻率和XRD测试分析了沸石粉在硫铝酸盐水泥水化行为中的作用机理。结果表明,掺入沸石粉后水泥浆体的流动度明显降低,凝结时间显著延长,且延长时间随掺量的增大呈先增大后减小的趋势。当沸石粉掺量为5%~15%(质量分数)时,硬化水泥浆体的1 d、3 d、7 d抗压强度均有显著提高;沸石粉掺量为10%时,水泥浆体3 d、7 d、28 d的强度增长幅度最大,和空白组相比,分别增长了21.6%、13.9%和5.4%。掺入沸石粉后水泥浆体的24 h电阻率显著增大,硬化浆体的7 d自收缩减小,且在相同龄期时,硬化浆体的自收缩随沸石粉掺量的增大而减小。XRD分析显示沸石粉的掺入能有效促进硫铝酸盐水泥的水化,有利于1 d、3 d和28 d龄期内钙矾石的形成。     

温度对铝酸盐水泥基三元体系早期水化的影响

采用X射线衍射仪、环境扫描电子显微镜(背散射电子成像)、压汞仪分析了养护温度对铝酸盐水泥-硅酸盐水泥-无水石膏三元体系水化早期的水化相组成、抛光断面微观结构和孔结构等微结构演变的影响。结果表明:无论0℃还是40℃养护,三元体系的主要水化产物始终为水化硫铝酸钙类物相;但养护温度越高,所生成的钙矾石越易向单硫型水化硫铝酸钙转变,且转变得越早,所得硬化浆体的最可几孔径越大。此外,40℃养护3 d后的浆体中还生成了水化钙铝黄长石和三水铝石。     

氧化铝微粉对铝酸钙水泥异常水化行为的影响

为了研究氧化铝微粉对铝酸钙水泥水化行为的影响,以不添加氧化铝微粉的Secar 71水泥净浆为参比样,Secar 71水泥与氧化铝微粉质量比为6 4的混合粉制备水泥浆体,采用半绝热法测定水泥浆体、水泥净浆分别在10、20、30和40℃下的水化放热;采用冷冻-真空干燥迅速终止浆体的水化,并采用XRD和SEM对比分析不同温度下水化产物的物相组成和显微形貌的变化。结果表明:氧化铝微粉使Secar 71在10~30℃时的异常水化行为消失,其原因是氧化铝微粉促进了C_2AH_8在20~30℃时的生成。     

水灰比对磷酸钾镁水泥性能的影响

通过测试不同水灰比的含复合缓凝剂的新型磷酸钾镁水泥(MKPC)浆体的凝结时间、流动性和水化过程温度变化,测试其硬化体的抗压强度、分析硬化体的物相组成和微观结构,研究水灰比对MKPC浆体特性的影响.结果表明:水灰比对MKPC的抗压强度和微观结构有显著影响;存在最佳的水灰比范围(0.10,0.11),使MKPC硬化体的结构较完善和后期抗压强度较高.     

电阻率法研究水泥早期行为

测定了水泥水化电阻率变化,根据浆体电阻率和Ca(OH)2含量的变化规律可将水泥水化分为初始期、诱导期、加速期、减速期4个阶段.诱导期开始时,浆体电阻率突然增大,热重/差示扫描量热综合分析表明此时可能生成了中间反应物水化铝酸钙.水化物包裹在水泥颗粒表面,形成保护层,阻止水泥进一步水化,水化进入诱导期,这与诱导期的"保护层理论"相符.电阻率微分曲线在加速中期有极大值,X射线衍射分析表明该极大值的出现与钙矾石(AFt)转化为单硫型铝酸钙水化物(AFm)有关.研究发现电阻率微分曲线与放热速率曲线的对应性较好,诱导期结束后浆体电阻率与其Ca(OH)2质量分数成线性关系,电阻率变化可反映水化程度变化.     

磷建筑石膏对超硫酸盐水泥水化的影响

本文采用不同掺量的磷建筑石膏(CPG)、粒化高炉矿渣和熟石灰制备超硫酸盐水泥(SSC),通过测试水泥浆体的水化热、电阻率、化学收缩、水化产物、孔溶液pH值和抗压强度的变化规律,研究了CPG掺量对SSC水化性能的影响规律。结果表明:当CPG掺量从0%(质量分数,下同)增大到20% 时,水泥浆体的第三放热峰出现时间延迟,3 d放热量与14 d化学收缩均增大,3 d电阻率减小,28 d孔溶液pH值从11.95减小到10.80;掺入CPG会促进钙矾石的生成;当CPG掺量为10%时,试件的28 d抗压强度最大,达到23.8 MPa。     

用电阻率法确定混凝土结构形成的发展阶段及结构形成动力学参数

测定和分析了水灰比为0.4和0.5的不同骨料掺量(Va)的混凝土早龄期(24 h)水化期间电阻率发展的特性.根据电阻率微分曲线上的特征峰值点将混凝土分为:溶解和结晶期、诱导和凝结期、硬化加速期、硬化减速期4个结构形成发展阶段.相同水灰比、不同骨料掺量的混凝土电阻率微分曲线上的前2个特征峰值点对应的时间几乎相等,骨料含量高(Va=70％)的混凝土的第3个特征峰值点对应的时间延长,这与其界面过渡区面积较大有关.不同水灰比、相同骨料掺量的混凝土的电阻率微分曲线表明,水灰比为0.4时混凝土的3个特征峰值点对应的时间都提前,这与低水灰比基体材料的结构密实速度较快有关.混凝土电阻率随时间对数的发展在硬化后表现出线性关系,混凝土电阻率时间对数曲线斜率越大,说明单位体积混凝土中的骨料量较多,或者净浆基体的水泥颗粒较多.     

电阻率法测定硅酸盐水泥水化活化能

研究了温度对水泥水化时电阻率的影响情况,建立了用于估算电阻率极大值的双曲线方程,提出根据不同温度时的电阻率可以计算孔隙液相活化能(Eas)和水化反应的活化能(Ear).试验所用水泥浆体试样的水灰比分别为0.30、0.35、0.40、0.45和0.55,养护温度分别为15、20℃和30℃,测试时间均为72h.为消除温度对...     

超细矿渣粉和偏高岭土对硫铝酸盐水泥水化和强度的影响

掺入矿物掺合料是改善硫铝酸盐水泥(CSA)混凝土凝结硬化性能和降低生产成本的主要技术途径之一。研究了水胶比为0.4时,单掺超细矿渣粉(UFS)、偏高岭土(MK)与复掺超细矿渣粉、偏高岭土对硫铝酸盐水泥凝结时间、流动度、电阻率、抗压强度的影响,并对其1 d、28 d龄期时的水化产物进行XRD半定量分析。结果表明,单掺和复掺缩短了水泥浆体的凝结时间,但单掺偏高岭土时的缩短效果更明显,且水泥浆体的流动度随着超细矿渣粉和偏高岭土掺量的增加而减小。掺入超细矿渣粉、偏高岭土缩短了水泥浆体电阻率变化速率曲线峰值出现的时间,峰值大小与掺量成递减关系。当掺量从0%(质量分数,下同)增大到20%时,单掺超细矿渣粉试样的28 d抗压强度减小了24.7%,单掺偏高岭土试样的28 d抗压强度减小了17.7%,两者复掺试样的28 d抗压强度减小了17.3%。超细矿渣粉和偏高岭土对水泥水化产物没有明显影响,但促进了硅酸二钙(β-C₂S)的早期水化。     

新型超硫酸盐水泥水化硬化机理

研究了硫铝酸盐激发的超硫酸盐水泥(CSA-SSC)的水化硬化机理.采用微量热仪、TGA和SEM-SE方法对CSA-SSC的水化放热过程、水化产物和微观结构进行了分析.研究表明:CSA-SSC早期的强度略低,后期CSA-SSC的强度快速增长;该材料表现出超低水化热特性;CSA-SSC水化早期产物主要是钙矾石,在水化后期,主要产物是C-S-H凝胶;CSA-SSC硬化体中的针状钙矾石相互交错形成骨架,C-S-H凝胶则填充于骨架之间,使整个水泥浆体形成致密的结构,从而CSA-SSC的强度逐渐提高.