醇胺类助磨剂对硅酸盐水泥水化及胶砂强度影响的研究

研究了C和D两种醇胺类助磨剂对硅酸盐水泥水化过程及胶砂强度的影响。化学结合水、水化热分析、综合热分析及XRD结果表明,C加快了水泥3d水化放热和28d水化速度及水化放热,促进了铁铝酸盐矿物的水化;D加快了水泥3d水化速度和水化放热：C、D复合加快了水泥3d和28d的水化,且复合作用优于两者的叠加效应。胶砂强度结果表明,C对水泥28d胶砂抗压强度提高幅度显著;D的加入有利于提高水泥3d胶砂抗压强度;C和D复合对28d抗压强度的增幅远高于两者的叠加效应。     

水泥基材料的水化动力学模型

介绍了水泥基材料的水化动力学模型.根据实验测定的水化放热数据,采用模型给出的积分和微分方程,对水泥基材料的水化反应中的3个基本过程即结晶成核与晶体生长(NG)、相边界反应(I)和扩散(D)进行了表征,得到反应速率常数K、反应级数n和表观活化能Ea等动力学参数以及各反应阶段的反应速率与反应度的关系.计算得到的各阶段的反应速率曲线能较好地分段模拟由量热实验得到的胶凝材料实际水化速率dα/dt曲线.观察3个阶段的相互关系,可对水泥基材料复杂的水化机理进行解释.水泥基材料的水化反应存在两种不同的历程:NG-I-D或NG-D.在水化初期NG是控制因素,随着水化程度提高,逐渐转由I或D控制反应.     

差热分析在水泥水化研究中的应用

简述了差热分析与热重分析的测定原理，介绍了差热与热重分析在研究水泥水化速度及进程上的应用，和水化产物转变温度及其热效应的确定方法。结论是热分析方法可以确定水泥的水化产物种类、水化产物在加热过程中转变的温度范围、热效应以及水泥水化的进程和速度等。     

掺粉煤灰水泥基材料水化过程的交流阻抗研究

水泥基材料是一种线性动态系统，而交流阻抗谱方法是一种灵敏的方法，可以用来对水化的长期过程进行监测。本文应用交流阻抗谱研究水泥基材料的水化过程和加入粉煤灰等矿物掺合料的水泥基材料的水化过程。     

活化煤矸石在水泥基材料中的早期水化动力学研究

采用活化煤矸石(CCG)部分取代波特兰水泥的方式,对比研究了CCG对CCG-水泥复合胶凝材料的凝结时间、力学性能和水化热反应等的影响.利用水化热法研究了CCG-水泥复合胶凝体系的水化特性;并基于Krstulovic-Dabic模型,分析了CCG-水泥复合胶凝体系的水化反应机理.试验结果表明,活化煤矸石取代硅酸盐水泥熟料的最佳掺量为30％,此掺量下,能保证良好的力学性能与工作性能;CCG对CCG-水泥复合胶凝材料的早期水化无明显影响,后期活化煤矸石中的铝相、硅相会与氢氧化钙反应发生火山灰效应;活化煤矸石能增大水泥水化结晶成核与晶体生长(NG)、相边界反应(Ⅰ)过程的反应程度并降低扩散(D)阶段的反应程度;同时能降低NG、I过程的反应速率,并在不高于30％的掺量下,对D过程的反应速率有一定的增强作用.     

环氧乳液改性水泥基材水化过程的硬化机理

极端环境和复杂荷载条件对混凝土结构的材料性能提出了更高的要求,聚合物通过改性水泥基材提高混凝土性能的方法已经得到了广泛应用。本研究为揭示环氧乳液改性水泥基材水化过程的硬化机理,通过等温放热试验分析环氧乳液对水泥水化放热过程的影响,结合原位XRD技术跟踪水泥主要矿物熟料和水化产物在水化反应早期的相含量发展。研究结果表明,环氧乳液对水泥水化的阻滞作用与环氧颗粒、水泥矿物熟料和水化产物之间的相互作用有关,并随着水化时间的延长,相互作用效果越明显。在水泥胶凝体系中,环氧乳液会减缓水化放热速率,降低水化放热峰值,减少累积放热量。环氧乳液通过抑制水泥矿物(C₃S、C₃A、石膏)的溶解和水化产物(钙矾石、氢氧化钙)的析出,延缓硅酸盐反应和铝酸盐反应;环氧乳液对水泥水化的影响随着其掺量的增加而增强。     

石灰石替代石膏的可行性研究

研究了用石灰石替代对单矿物C3S、C3A及硅酸盐水泥水化过程及性能的影响。结果表明，CaCO3对C3S、C3A的水化均有促进作用，并且在水化后期阶段与Ca（OH）2发生反应生成碱式碳酸钙。掺入硅酸盐水泥的CaCO3有一定的调凝作用，但对强度有不利影响。石灰石替代石膏的最佳值为20％－50％，这样，既能保证水泥有正常的凝结时间，又能使水泥强度发展较理想。     

D型速凝剂对喷射混凝土微观结构和力学性能的影响

为了研究D型速凝剂对喷射混凝土微观结构的影响,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和水泥稠凝测定仪等研究手段对喷射混凝土中主要胶凝材料的微观形貌、晶体结构及初凝时间等进行测试.研究结果表明,D型速凝剂的促凝效果良好,水化早期,D型速凝剂促使水泥石产生CaCO3晶体、AFt晶体和C-S-H凝胶等水化产物,水泥石结构密实,这使得喷射混凝土早期强度上升较快;水化中后期,水泥石收缩较大,出现微裂缝,结构较松散,这影响了喷射混凝土中后期强度.     

非规则水泥颗粒水化和孔隙结构表征的数值模拟

为了描述和重构水泥颗粒真实不规则的颗粒形态,更好地理解水泥基材料水化过程、微观结构演变和力学性能变化,基于离散方法和元胞自动机理论的中心生长模型开发了一种不规则颗粒重构方法,构建了水泥粒子形状库,并将不规则水泥颗粒引入CEMHYD3D模型中,建立了非规则水泥颗粒的水化模型,分析了颗粒形状对水化进程和孔隙特征参数的影响规律。结合数值模型与实验值或解析模型比对,发现非规则水泥颗粒提高了水化模型的可靠性和精确度;非球形基模型的总孔隙率和孔径范围均小于球形基模型,而非球形基微结构的各类孔隙比表面积均大于球形基模型。     

3℃下不同矿物掺合料的水泥水化程度试验研究

通过试验,研究3 ℃下水灰比为0.31的水泥净浆水化程度以及添加不同矿物掺合料的水泥水化程度,研究矿物掺合料对水泥水化的影响和添加了不同矿物掺合料的水泥水化规律,为定量化研究水泥水化提供参考依据.对试验原材料性能进行了测试,分别进行了不同矿物掺合料以及不同配合比的水泥浆体水化热测定和水化程度计算.试验结果表明:在3 ℃下用粉煤灰、矿粉等量取代部分水泥,胶凝材料的水化程度比普通硅酸盐水泥的水化程度低,但降低的幅度不完全与掺量成比例关系,粉煤灰降低水化程度的值比矿粉要高.同时拟合出了3 ℃下添加矿物掺合料的水泥水化规律曲线函数,通过对比试验数据,函数曲线与3 ℃下添加矿物掺合料的水泥水化规律有较高的相符程度.     

磷石膏的微量组分及其对水泥凝结、水化和硬化的影响

借助差热分析、热失重、X射线衍射和扫描电镜等测试手段,分析了磷石膏的微量组分,研究了磷石膏对硅酸盐水泥物理性能及水化过程和水化产物的影响,进而探讨了磷石膏对水泥单矿物的水化作用机理。     

-3℃下矿粉和粉煤灰掺合料对水泥水化程度的影响

本文以水灰比为0.31的水泥和添加不同矿物掺合料的水泥为研究对象,采用人工气候模拟试验箱,使其水化环境维持在-3℃,测定其水泥净浆和添加不同矿物掺合料的水泥水化程度.通过试验,研究了掺合料对水泥水化程度的影响和水泥水化的规律.对试验原材料性能进行了测试,分别进行了不同矿物掺合料以及不同配合比的水泥浆体水化热测定和水化程度计算.试验结果表明:在-3℃的养护环境下,混合水泥比纯水泥的水化程度低,但是降低的幅度不完全与掺量成比例关系.通过试验同时拟合出了-3℃下添加矿物掺合料的水泥水化规律曲线函数,为定量化研究水泥水化提供参考依据.通过对比试验数据,函数曲线与-3℃下添加矿物掺合料的水泥水化规律有较高的相符程度.     

垃圾焚烧飞灰煅烧阿利尼特水泥熟料的形成过程及其水化性能研究

以城市垃圾焚烧飞灰(以下简称焚烧飞灰)为主要原料,在实验室电炉里成功研制了阿利尼特水泥熟料。本文主要研究水泥熟料煅烧形成过程及其水化性能,分析了阿利尼特水泥的适宜石膏掺量、水化放热特征、水化产物及其显微结构。研究结果表明:利用垃圾焚烧飞灰为主要原料可以成功烧制阿利尼特水泥熟料,煅烧过程中首先出现C2S、C12A7和C2S·CaCl2,随后与MgO和CaCl2反应生成阿利尼特;掺加5%二水石膏可以促进阿利尼特水泥水化,较普通硅酸盐水泥更快,阿利尼特水泥可以作为一种早强快硬型水泥使用;阿利尼特水泥主要水化产物除含有硅酸盐水泥中常见的CSH凝胶、棒状AFt和Ca(OH)2晶体外,还含有C3A·CaCl·210H2O晶体。     

硅酸盐熟料-煤矸石/粉煤灰混合水泥水化模型研究

对两种不同3CaO·SiO_2(C_3S)含量的硅酸盐水泥和分别掺有30%(质量分数,下同)煤矸石和30%粉煤灰的混合水泥中水化产物含量变化和形态进行了研究,建立了水化产物量变模型和水化产物形态模型,分析了模型的主要特征和意义。相同龄期,高C_3S硅酸盐水泥比低C_3S硅酸盐水泥生成更多的水化硅酸钙(calcium silicate hydrate,CSH)凝胶和氢氧化钙。含混合材的水泥水化时,CSH凝胶在水化早期和后期有两个增长幅度较大的阶段,并且1年后形成的CSH凝胶量与纯硅酸盐水泥的相当。水泥水化产物与混合材的二次水化反应较慢,研究掺有混合材水泥更长龄期的水化产物含量及结构变化,将有助于理解混合材对水泥性能的作用机理。     

基于超声波速与介电性能的硅酸盐水泥早期水化过程连续监测技术

本文提出了两种通过跟踪监测水泥浆体超声波速和介电常数研究水泥早期水化过程的新方法.研究结果表明:超声波传播速度和介电常数受到水泥水化过程的影响,可以间接反应固、液、气三相的体积比例与分布.根据超声波速变化规律可以将水泥的水化过程分为5个阶段,分别对应潜伏期、加速期、减速期、终凝期和稳定期.水泥水化程度愈高,生成水化产物数量愈多,超声波速愈大.水泥砂浆的介电常数随水化龄期逐渐减小,并与水泥净浆的超声波传播速率线性相关.     

石灰石粉对水泥水化及C-S-H成核的动力学影响

通过等温量热试验研究了掺入不同掺量和细度的石灰石粉时水泥水化的放热速率及放热量,分析其随时间的变化规律.同时对水化放热速率及放热量曲线进行动力学分析,通过计算拟合得到水泥-石灰石粉体系的KNG、KI、KD等水化动力学参数,分析石灰石粉掺量、细度对水泥水化动力学过程及其对C-S-H成核的影响,探究石粉加速水泥水化的关键因素.研究结果表明:石灰石粉加速了水泥早期水化,C-S-H成核效率随石粉掺量增大先增大后减小,10％掺量时最大,C-S-H成核效率随石灰石粉细度的增大而增大.水泥水化的NG过程随石粉掺量增大而逐渐延长,I过程随石灰石粉掺量增大而缩短.     

计算机模拟在水泥水化及微观结构演化研究的应用进展

水泥水化是十分复杂的物理与化学反应过程,这一过程直接决定了硬化水泥浆体的微观结构和宏观性能。传统的实验方法普遍存在耗时费力、成本高等不足。利用计算机模拟来阐明水泥水化和微结构演变机制已成为当前的研究热点。首先介绍了水泥水化模型的发展演变过程,并对比分析了不同模型的优缺点。然后,结合水泥水化模拟的最新研究进展,着重介绍了非球形水泥颗粒的水化模型、水化硅酸钙凝胶纳米尺度的研究现状。最后,基于相关模型的应用情况,探讨了矿物掺合料对水泥浆体水化过程和微观结构的影响,并对水泥基材料的宏观性能(如介质传输、氯离子扩散和微裂纹扩展)进行了预测。     

高掺量混合材复合水泥的水化性能

通过水化微量热、化学结合水测定和X射线衍射、热重-差热分析、扫描电镜等测试方法研究了3种高掺量矿渣、粉煤灰、石灰石复合水泥的水化性能,并与硅酸盐水泥的水化进行了对比。结果表明：高掺混合材复合水泥的水化放热特征与硅酸盐水泥有明显不同,早期水化反应速度低于硅酸盐水泥,但后期由于矿渣、粉煤灰的二次水化反应使其水化速度增长较快。主要的水化产物亦为水化硅酸钙凝胶、钙钒石和Ca(OH)2晶体,但Ca(OH)2含量明显低于硅酸盐水泥浆体中的Ca(OH)2含量。     

有机助磨剂对水泥性能的影响及其有机水泥化学分析(英文)

现代水泥、混凝土中大量使用化学外加剂,特别是有机化合物和高分子聚合物化学外加剂,例如：水泥助磨剂、混凝土超塑化剂、引气剂、增稠剂等,大量有机物的加入改变了水泥水化过程、水化动力学、微观结构的发展,传统的水泥混凝土化学不再能很好地解释其微观结构与宏观性能的关系。为此,提出一个新兴的水泥混凝土化学的补充分支—有机水泥化学,在未来的水泥混凝土研究中该给予更多的重视。以有机化学外加剂—助磨剂为例,说明其对水泥水化动力学、水化产物形态以及水泥浆体的超塑化剂需求量、流变特性、强度发展等宏观性能的影响。水泥中加入微量的助磨剂,不仅改变了水泥颗粒分布,还改变了水化动力学,促进起始离子的溶解和铝酸钙（C3A）和铁铝酸钙（C4AF）的早期水化,明显地提高早期强度和28 d强度。助磨剂吸附在水泥表面改变了水泥的表面性质,其中助磨剂和Ca2＋、Fe2＋螯合起关键作用。     

STA同步热分析在硫铝酸盐水泥生产中的应用

采用STA同步热分析仪研究了铝矾土、水泥生料、石膏、水化水泥等在加热过程中的热效应及重量变化特征,以及水泥石膏结晶水受温度及加热方式对水泥性能影响,水泥水化为水泥石过程中氢氧化钙的形成及分解机理。进而为指导工业生产硫铝酸盐水泥生料配料,回转窑煅烧工艺参数控制等提供理论依据。