硫铝酸盐水泥胶凝膨胀性能与石膏种类的关系

分别对含二水石膏和无水石膏的硫铝酸盐水泥进行研究,通过进行抗压强度和膨胀率测定,以及利用XRD、TG/DTG、Rietveld等方法对水化产物进行定性定量分析,探讨两者水化产物、膨胀率与抗压强度的差异。结果显示,含无水石膏的硫铝酸盐水泥抗压强度要大于含二水石膏的硫铝酸盐水泥;石膏掺量较多(石膏与硫铝酸钙摩尔比为1.5)时二水石膏对于发挥水泥膨胀性能的贡献较大,掺量较低(石膏与硫铝酸钙摩尔比为0.5和1.0)时两种石膏对于促进膨胀率发展作用相差不大;二水石膏对于促进硫铝酸盐熟料水化的效果比无水石膏要好。     

硫铝酸盐水泥膨胀性能与水化胶凝特性的 关系研究*

利用XRD和TG/DTG等实验方法，对硫铝酸盐水泥膨胀性能与水化产物及抗压强度的关系进行研究，并通过Rietveld分析法对水化产物进行定量分析。结果表明，二水石膏与硫铝酸钙物质的量比达到2.0及以上时，试件膨胀速率可达0.05%/d以上，且膨胀持续时间延长；试件强度是影响膨胀量大小的外在因素，强度增大会制约水泥试件膨胀发展，强度小的试件膨胀率较大；钙矾石（AFt）增长速率是影响膨胀率变化的内在因素，铝凝胶（AH3）不具有膨胀特性。     

硫铝酸盐基促强减缩剂与硫铝酸盐水泥对比分析

将硫铝酸盐基促强减缩剂(SP-SRA)掺入到基准水泥中,并且按一定的比例设计了硫铝酸盐熟料-硬石膏-基准水泥的配合比,对宏观性能、水化过程、微观产物进行了对比分析.结果表明:掺SP-SRA的水泥各个龄期抗压抗折强度均高于硫铝酸盐熟料-硬石膏-基准水泥三元体系;掺SP-SRA的水泥早期水化放热速率大于硫铝酸盐熟料-硬石膏-基准水泥三元体系;XRD结果表明,掺SP-SRA的水泥水化生成的AFt(三硫型水化硫铝酸钙即钙矾石)含量多于三元体系生成的AFt,钙矾石的微膨胀性使得水泥石结构更加致密,有利于提高水泥石的强度,硫铝酸盐熟料-硬石膏-基准水泥体系有明显的AFm(单硫型水化硫铝酸钙)生成,即部分AFt转化成AFm.     

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.     

熟料细度对硫铝酸盐水泥胶凝膨胀性能的影响

采用XRD和TG/DTG等试验方法,对两种不同细度熟料配制成的硫铝酸盐水泥进行研究,通过Rietveld分析法对水化产物进行定量分析,探讨其膨胀性能与水泥粒径及水化产物的关系。结果表明,减小硫铝酸盐水泥熟料平均粒径对提高抗压强度贡献很大,也可促进硫铝酸盐水泥水化,但并不能显著增加试件膨胀率和膨胀持续时间,二水石膏掺量对于硫铝酸盐水泥膨胀性能的影响要大于熟料粒径的影响。     

掺煅烧石膏水泥早期水化过程的研究

利用DTA，XRD，IR测定水泥水化浆体的化学结合水和Ca(OH)2的生成量，研究了煅烧石膏，二水石膏对硅酸盐水泥早期水化过程的影响。结果表明：在水化龄期相同时，掺煅烧石膏水泥浆体中水化产物同掺二水石膏相比，Ca(OH)2生成量大；在1d前无钙钒石（AFt)生成，结合水量在1d前，前者高于后者，而1d后则相反。指出了煅烧石膏加快水泥水化产物形成的机理在于：由于它的溶解度较低，在水泥水化初期（1d前），存在于水泥中的铝酸盐相不能形成AFt，从而减缓了AFt对水泥水化的延缓作用，加速了整个熟料矿物相的水化。     

硫铝酸盐基复合胶凝体系水化性能的温度敏感性

研究了5、20℃和40℃硫铝酸盐水泥熟料-硅酸盐水泥-无水石膏三元体系(简称三元体系)的初凝时间、抗压强度及水化产物组成。结果表明:源自水化产物的显著差异,所涉硫铝酸盐水泥熟料为主的复合胶凝体系的性能对养护温度的敏感程度直接取决于初始配合比。与纯硫铝酸盐水泥熟料相比,单掺硅酸盐水泥时水化产物由钙矾石变为水化钙铝黄长石,导致硬化浆体力学强度显著降低。而单掺无水石膏或复掺无水石膏和硅酸盐水泥时,石膏的掺入促进了钙矾石的生成,有效抑制了向单硫型水化硫铝酸钙的转变(尤其在高温下),使得高温下的抗压强度略有提升。此外,欲使三元体系在不同养护温度下的初凝时间变化不大,硅酸盐水泥的掺量需控制在30%以上;要使抗压强度变化不大,石膏掺量宜在25%以上。     

AFm阴离子类型对硫铝酸盐水泥水化产物钙矾石稳定性的影响

钙矾石是硫铝酸盐水泥主要水化产物之一,其稳定性对水泥性能影响很大。将碳酸钙、硝酸钙或亚硝酸钠按不同掺量加入硫铝酸盐水泥,并研究了它们对水泥水化、线性膨胀率和抗压强度等影响。结果表明,掺入这3种物质后可生成相应的阴离子单取代水化铝酸钙(AFm);含硝酸钙或亚硝酸钠净浆线性膨胀率均高于纯硫铝酸盐水泥净浆;含有这3种物质的水泥砂浆56 d龄期抗压强度均高于纯硫铝酸盐水泥砂浆。碳酸钙、硝酸钙或亚硝酸钠可提高硫铝酸盐水泥水化产物钙矾石的稳定性,从而提升水泥性能,其中硝酸钙和亚硝酸钠效果较佳。     

三元胶凝材料比例对自流平砂浆性能的影响

硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥-半水石膏三元胶凝体系可以满足自流平砂浆凝结快、早期强度高、收缩小等要求,而三元胶凝材料的比例又是影响自流平砂浆性能的主要因素.研究结果表明,半水石膏比例是影响流动度和凝结时间的主要因素,为了满足快凝、大流动性的自流平要求,半水石膏的比例不宜过高.自流平砂浆的强度和体积变形主要受硫铝酸盐水泥与半水石膏的比例影响,比例较低时会在早期产生较大的体积膨胀而影响强度的发展.为满足自流平砂浆工作性、强度及体积变形的要求,建议控制硫铝酸盐水泥和半水石膏质量比不小于2:1.三元胶凝体系自流平砂浆水化产物主要为棒状的三硫型水化硫铝酸钙(AFt)和片状的单硫型水化硫铝酸钙(AFm)晶体以及一些絮状凝胶体.     

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。     

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。     

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％。     

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。     

硬石膏和脱硫石膏对低钙硫铝酸盐水泥熟料 性能的影响

研究了不同掺量硬石膏和脱硫石膏对高贝利特硫铝酸盐水泥熟料抗压强度、水化放热和水化产物的影响。结果显示：无论硬石膏或者脱硫石膏,当掺量为15%时,熟料的抗压强度达到最大值;当硬石膏掺量小于5%时,对熟料具有一定的缓凝作用,随着掺量的增加,硬石膏的加入会促进熟料的水化;当加入脱硫石膏时,同样促进了熟料的水化反应进程,与硬石膏相比,脱硫石膏在低掺量时并未有缓凝作用,且力学性能相差较小,由此可见利用脱硫石膏调控高贝利特硫铝酸盐水泥熟料性能是可行的。     

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。     

石膏种类影响硫铝酸盐水泥碱度的研究

硫铝酸盐水泥碱度低是影响其在结构工程使用的主要原因，而石膏是制备硫铝酸盐水泥品种的关键组分。本文研究分析了石膏种类对不同种类硫铝酸盐熟料制备水泥碱度的影响。研究发现，石膏种类显著影响硫铝酸盐水泥体系碱度。与传统硫铝酸盐熟料、石膏复合体系不同，低硫铝酸钙含量的硫铝酸盐熟料与化学硬石膏、天然二水石膏复合时，水泥体系碱度pH值超过12。同时，也分析了碱度产生差异的机理。     

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。     

“水泥-速凝剂-水”系统的水化反应特征及凝结硬化机理研究现状

速凝剂是喷射混凝土不可缺少的化学外加剂,但目前对速凝剂速凝及硬化作用机理方面的认识存在分歧和争议.本文从“水泥-速凝剂-水”系统的角度出发,综述分析了不同类型的速凝剂对“水泥-速凝剂-水”系统水化反应特征的影响和其快速凝结硬化的机理.明确了水化产物中的水化硫铝酸盐在充水孔隙中的快速形成是实现速凝的主要原因.高硫型水化硫铝酸钙(AFt)向低硫型水化硫铝酸钙(AFm)的晶型转化导致硬化浆体孔隙率增加,并延缓硅酸盐矿物的水化,是铝酸盐类速凝剂引起喷射混凝土后期强度降低的原因.水泥的化学组成对“水泥-速凝剂-水”系统的水化进程和凝结硬化具有重要的影响.喷射工艺的高剪切作用会加速AFm形成,抑制硅酸盐矿物的水化,对掺加碱性速凝剂的喷射混凝土强度发展有不利影响.     

低温养护对硫铝酸盐基三元复合体系水化性能的影响

研究了低温养护对硫铝酸盐水泥-硅酸盐水泥-石膏三元体系凝结时间、抗压强度、干燥收缩等宏观性能的影响,并采用X射线衍射仪分析了不同温度下的水化产物。结果表明,低温及石膏掺量均影响着水化产物钙矾石及单硫型水化硫铝酸钙的生成,从而对宏观性能产生影响。石膏掺量较低时,低温对凝结时间影响不大;石膏掺量较高时,低温大幅延缓了凝结。低温养护延缓三元体系的早期水化,明显降低早期强度及干燥收缩,但对后期强度影响不大。     

大掺量矿渣石膏水泥基复合材料的水化特性

通过测试宏观抗压强度,同时采用XRD和TG-DTA技术对大掺量矿渣石膏水泥基复合材料的水化特性进行了研究,研究表明:大掺量矿渣石膏水泥基材料早期强度远低于纯水泥,但其强度发展较快,尤其是7～28 d阶段,28 d强度基本达到42.5 MPa水平,90 d龄期强度除SG-4试件均超过纯水泥水平.试件早期强度随着熟料含量的增加而增长,而后期强度并不遵循这一规律,水化后期主要是矿渣粉中活性Al2O3与活性SiO2参与水化反应,提高了体系抗压强度.SG系列水化产物主要为C-S-H凝胶和AFt,而纯水泥试样有大量Ca(OH)2而几乎无AFt存在.熟料含量对早期水化产物数量影响较大,而对水化产物种类及水化后期产物数量影响不大.