应用纳米压痕技术表征水化硅酸钙凝胶

应用纳米压痕技术实测了水化硅酸钙(C-S-H)凝胶的折合模量.结果表明:将特定尺寸的净浆试样进行打磨、抛光和超声波清洗,可制得表面光洁度符合纳米压痕仪要求的试样;不同水化反应阶段生成的C-S-H凝胶的微区力学特征迥异,随着龄期的增长,C-S-H凝胶的折合模量频率分布曲线呈现不同峰值;水化产生的C-S-H凝胶分层包裹在水泥颗粒外围,并以未水化的水泥颗粒为中心向外形成的水化产物其折合模量逐步降低.     

纳米SiO2与VAE复合改性水泥基材料的耐久性能

研究了单掺乙烯-醋酸乙烯酯共聚乳胶粉（VAE）和复掺VAE/纳米SiO₂（NS）对水泥基材料抗氯离子渗透性能、抗硫酸盐侵蚀性能和吸水率的影响,并通过X射线衍射仪、热分析仪、扫描电子显微镜、压汞仪和红外光谱仪等探究了其作用机理.结果表明：单掺VAE和复掺VAE/NS均可提高材料的抗氯离子渗透性能以及抗硫酸盐侵蚀性能,降低其总吸水率,且复掺效果优于单掺;单掺VAE可以改善材料的水化特性,有害孔和多害孔减少了65.3%,但增大了最可几孔径和界面过渡区的钙硅比;复掺VAE/NS可进一步改善材料的水化特性,有害孔和多害孔减少了82.6%,提高了水化硅酸钙（C-S-H）的生成量和聚合度,增强了材料的耐久性能.     

纳米C-S-H早强剂对水泥水化的影响研究

通过凝结时间、水化温度、XRD、SEM、抗压强度试验等研究了纳米C-S-H早强剂对水泥水化及混凝土强度的影响,并分析了作用机理。结果表明：纳米C-S-H早强剂明显缩短了水泥的凝结时间;随着纳米C-S-H早强剂掺量的增加,水化温度峰出现时间缩短,且峰值提高;掺入适量的纳米C-S-H早强剂不改变水泥的水化产物种类,但加速了水泥水化进程,提高了混凝土的早期抗压强度,且后期（28 d、56 d）抗压强度无倒缩。     

蒸汽养护条件下纳米TiO2对粉煤灰水泥体系早期力学性能的影响

研究了蒸汽养护条件下纳米TiO2 (NT)对粉煤灰-水泥体系早期力学性能的影响,并探索了其影响机制.结果 表明:NT的掺入可显著提高粉煤灰-水泥体系的早期抗压强度,其最佳掺量为3％;NT的掺入显著提高了水泥熟料的水化程度及粉煤灰的二次水化程度,增加了水化硅酸钙(C-S-H)凝胶的聚合度;NT的掺入降低了粉煤灰-水泥体系的孔隙率及总孔容,改善了其孔径分布,从而提高了粉煤灰-水泥砂浆的密实度及早期抗压强度.     

纳米C-S-H晶核对水泥浆体流变性能的影响

纳米C-S-H晶核由于对水泥早期水化的显著加速效果逐渐被广泛用作早强剂,通过流变仪测试掺纳米C-S-H晶核水泥浆体的塑性黏度、动态屈服应力、静态屈服应力和触变性,以研究纳米C-S-H晶核对水泥浆体流变性能的影响。结果表明：纳米C-S-H晶核掺入水泥浆体后,水泥浆体塑性黏度、动态屈服应力、静态屈服应力和触变性均随之增加,掺量越大,增加越多。水灰比对水泥浆体的流变性能也具有显著影响,水灰比越小,浆体的塑性黏度、动态屈服应力、静态屈服应力和触变性越大。     

纳米C-S-H对固硫灰蒸压加气混凝土水化产物形成的影响

通过强度、干密度测试以及XRD、FTIR、SEM分析,研究了纳米C-S-H对固硫灰蒸压加气混凝土性能及水化产物的影响.结果表明:随着纳米C-S-H掺量的增加,蒸压加气混凝土的干密度和抗压强度均呈先增后降的趋势,且当纳米C-S-H掺量为3％时,蒸压加气混凝土的抗压强度最大,较空白组提高了13.2％;在蒸压养护条件下,纳米...     

Ⅲ级粉煤灰与水泥浆体的微界面改性

采用电石渣对Ⅲ级粉煤灰进行高温煅烧改性,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和纳米划痕仪对改性Ⅲ级粉煤灰的矿物组成和表面形貌进行表征,研究了改性Ⅲ级粉煤灰的水化性能,对比分析了未改性和改性Ⅲ级粉煤灰与水泥浆体的微界面形貌和力学性能.结果表明:改性Ⅲ级粉煤灰表面生成了水化活性较好的β-C2S,其水化生成的C-S-H凝胶改善了Ⅲ级粉煤灰颗粒与水泥浆体的微界面,减少了微界面区的孔隙,提高了微界面的力学性能.     

纳米SiO2对硅酸盐水泥水化特性的影响

通过测试Ca(OH)2含量、化学结合水量和水化放热量,探讨了纳米SiO2对硅酸盐水泥水化特性的影响.结果表明:纳米SiO2的掺入降低了水泥水化生成物Ca(OH)2含量,增加了水泥水化的化学结合水量及水化放热量.     

纳米粒子的制备及其在水泥基材料中的性能研究

通过化学沉淀法,采用2种分散剂分别制备了平均粒径为285 nm和146 nm的有机/无机杂化纳米C-S-H凝胶粒子,分散剂的加入大幅度提高了纳米粒子在溶液中的分散稳定性。考察了纳米粒子在水泥基材料中的性能,结果表明:纳米粒子能缩短水泥水化诱导期,加速水泥早期水化,提高水泥胶砂早龄期的抗压和抗折强度,且随着纳米粒子掺量的增加,早期增强作用效果越显著,对后期强度基本无影响。     

纳米压痕表征水泥基材料高温后微观力学性能

为了考察水泥基材料经历高温后其微观各相的力学性能变化,采用三种典型水灰比(0. 2,0. 4,0. 6)的P·O 42. 5氢氧化钙水泥制备了水泥净浆试样并开展高温试验,采用纳米压痕试验和解卷积分析获取微观各相的弹模和硬度,对比分析了温度对各组分弹模和硬度的影响规律。结果表明:温度导致多孔复合相和水合硅酸钙(C-S-H)相的弹性模量、硬度降低,而氢氧化钙(CH)及未水化水泥矿物复合相则影响不显著。温度低于200℃时,C-S-H的弹性模量、硬度略微降低,此时水泥基材料中主要失去自由水和毛细孔水; 400℃时弹性模量、硬度显著降低,此时C-S-H中失去层间水和部分化学结合水,并造成C-S-H微观结构破坏;高于400℃后C-S-H的弹性模量、硬度不再显著降低。据此推算C-S-H微观破坏的临界温度在300～400℃。     

纳米SiO2、纳米TiO2和纳米CaCO3对水泥基材料早期性能的影响

采用纳米SiO₂、纳米TiO₂和纳米CaCO₃分别替代部分水泥,研究了3种不同类型的纳米颗粒对水泥基材料流变性能、早期水化过程、早期强度和微观特性的影响。通过压汞孔隙度测定法(MIP)、热重分析仪(TG)、X射线衍射法(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)观察纳米材料对水泥基材料早期微观结构及形貌的影响。探讨了3种纳米颗粒在改善水泥混凝土材料早期强度方面的差异。结果表明,纳米材料的填充效应、火山灰活性、成核效应,纳米尺寸效应及分散性等对水泥混凝土材料的早期力学性能有显著影响。     

纳米SiO_2对钢纤维混凝土高温抗压性能的影响及微观分析北大核心

研究了普通混凝土(NC)、钢纤维增强混凝土(SFRC)、掺纳米SiO_2的普通混凝土(NNC)、掺纳米SiO_2的钢纤维混凝土(NSFC)四种混凝土高温时和高温后抗压性能试验,对不同温度下的微观结构进行了SEM分析,对基体相结构进行了XRD分析。结果表明,四种混凝土的高温后立方体抗压强度在400℃时达到最大值。其中NSFC的抗压强度最高,为88.46 MPa,比同温下的SFRC提高21.68%,比NC提高25.96%。四种混凝土高温时抗压强度在200℃时就达到峰值。200℃时,NSFC的抗压强度为77.45 MPa,分别是同温度时SFRC、NNC、NC的1.13、1.21、1.34倍。纳米SiO_2可与水泥水化产物Ca(OH)2发生二次水化反应,降低Ca(OH)_2含量和细化Ca(OH)_2晶体,把对强度不利的Ca(OH)_2转化为C-S-H凝胶,提高基体密实度。因此加入纳米SiO_2可明显提高混凝土的高温抗压强度,特别是对提高钢纤维混凝土的抗压强度具有显著作用。     

基于微纳米处理与级配调控的铜尾矿掺合料混凝土耐久性研究

采用粉磨、化学激发和级配调控复合处理制得铜尾矿掺合料,用于制备C30混凝土,研究了铜尾矿掺合料对混凝土长龄期抗碳化、抗氯离子渗透性能的影响。结果表明:铜尾矿掺合料掺量为60 kg/m^(3)以内时,掺加铜尾矿掺合料的混凝土不同龄期(0~365 d)抗压强度、抗碳化以及抗氯离子渗透性能与掺等量Ⅱ级粉煤灰的基本相同。铜尾矿掺合料中2μm以内的微纳米颗粒具备微活性,其中活性SiO_(2)和Al_(2)O_(3)与浆体的Ca(OH)_(2)发生二次水化反应,生成C-S-H凝胶;同时,Ca(OH)_(2)的消耗可以促进水化,减少有害孔的形成;级配调控作用可改善粉体胶凝体系的堆积密实度,增强了混凝土的骨料-浆体界面强度,进而提高混凝土的耐久性。     

纳米CaCO3对不同级配再生细骨料混凝土性能影响

为了研究再生细骨料级配和纳米CaCO₃含量对混凝土坍落度和抗压强度的影响，选取G1、G2、G3三种级配的再生细骨料以及不同的纳米CaCO₃掺量为试验变量，进行坍落度和抗压强度试验。利用X射线衍射(XRD)、热重分析(TG-DSC)测试并分析纳米CaCO₃对水泥水化反应的影响。结果表明：相较于G1和G2级配，G3级配的再生细骨料混凝土拥有最好的坍落度和抗压强度。纳米CaCO₃在掺量适当的情况下可以改善混凝土的坍落度，提高混凝土的抗压强度。当纳米CaCO₃掺量为1%时，混凝土的坍落度和抗压强度得到了较为明显的提升，而掺量达到3%时，混凝土的坍落度和抗压强度显著下降。另外，XRD和TG-DSC试验结果表明纳米CaCO₃的掺入可以促进水泥的水化反应，达到增强混凝土抗压强度的作用。     

玄武岩纤维与纳米SiO2增强混凝土力学性能研究和微观分析

研究了单掺、复掺玄武岩纤维和纳米 SiO₂对混凝土力学性能的影响,并采用扫描电子显微镜（SEM）分析了玄武岩纤维和纳米 SiO₂的增强机理。 结果表明：单掺玄武岩纤维时,混凝土的强度得到提高,且随着玄武岩纤维长度的增加,抗折强度提高更明显;单掺纳米 SiO₂时,随着纳米 SiO₂掺量的增加,混凝土的抗压、抗折强度逐渐增大;复掺玄武岩纤维与纳米 SiO₂时,混凝土的抗压、抗折强度均高于两种材料分别单掺时的混凝土强度;SEM 分析结果表明,纳米 SiO₂在混凝土中起到了填充和成核作用,同时促进了水泥水化,生成了大量 C-S-H 凝胶和钙矾石,这些水化产物将玄武岩纤维包裹在一起,在混凝土内部形成致密的三维网状空间结构,从而提高了混凝土的强度。     

纳米ZrO2对普通硅酸盐水泥水化的机理研究

本文就在水泥中掺入纳米ZrO2进行水泥净浆实验和砂浆实验,研究表明,掺纳米ZrO2的复合水泥标准稠度用水量变小,凝结时间变长,对水泥的安定性无不良影响;在掺量为0.50%时复合水泥砂浆强度最大.用XRD、SEM分析表明,复合水泥石内部显微结构致密,C-S-H凝胶含量较多且交织成致密的网状结构,其中填充大量细长且相互搭接的钙矾石,通过实验初步探讨纳米ZrO2对水泥的"纳米诱导水化作用"机理.     

矿渣-水泥硬化浆体水化产物结构研究

采用XRD、~(29)Si NMR、纳米压痕以及SEM分析等方法对矿渣-水泥体系的水化产物结构进行研究,结果表明,随着水化龄期的延长,矿渣-水泥体系中的Ca(OH)_2含量呈现先增加后减少的趋势,7 d时Ca(OH)_2含量达到最大,水化14 d后,Ca(OH)_2含量逐渐减少;矿渣-水泥水化浆体中的硅氧四面体结构主要以Q~0、Q~1和Q~2状态存在;部分Al~(3+)取代硅氧四面体中的Si~(4+),生成含Al的C-A-S-H凝胶;矿渣-水泥体系水化3 d时,水化产物主要以LD C-S-H为主,水化28 d后,主要以HD C-S-H以及C-S-H/CH的混合相为主;与纯水泥相比,矿渣-水泥体系中HD C-S-H含量提高,孔隙率降低,结构更为致密。     

基于红外与核磁共振技术揭示C-S-H聚合机理

采用傅里叶红外和高分辨29Si固体核磁共振技术,研究了2种硅酸盐水泥水化浆体中C-S-H凝胶的微结构,探讨了C-S-H的聚合机理.结果表明:硅酸盐水泥水化生成的C-S-H凝胶与矿物1.4nm tobermorite和jennite存在的显著结构差异主要表现在结晶性和硅氧四面体聚合度这2个方面.水泥水化持续生成的水化硅酸根单体(Q0H)与质子化后的二聚C-S-H发生聚合,形成少量C-S-H长链,这是随龄期增加C-S-H聚合度升高的主要原因;同时,C-S-H中四配位铝(Al[4])出现在桥四面体位置,其作用类似水化硅酸根单体,桥连二聚C-S-H形成更高聚合态的铝硅链.     

偏高岭土对硅酸盐水泥水化产物的影响

通过热重-差式扫描量热仪、原子力显微镜、扫描电子显微镜-能谱分析研究了偏高岭土对硅酸盐水泥水化产物Ca(OH)2的含量,C-S-H凝胶的形貌特征、化学组成和堆聚结构的影响,讨论了水化产物性质随偏高岭土掺量变化的规律。结果表明:偏高岭土的掺入,水化产物Ca(OH)2的含量相应降低,在偏高岭土掺量15%时,水化28d龄期试样中Ca(OH)2的质量分数由18.68%降低到13.66%;同时C-S-H凝胶颗粒尺寸随着偏高岭土掺量的增加而逐渐减小,堆聚更加紧密,偏高岭土与水泥水化产物Ca(OH)2反应生成结构致密稳定性更好的低Ca/Si值的C-S-H凝胶,改善了C-S-H凝胶的结构和化学组成。     

纳米SiO2/橡胶粉对RCC抗压特性及微观结构的影响

采用橡胶粉(RP)替代部分细集料制备橡胶水泥基复合材料(RCC),分析了RP体积分数对RCC试件抗压强度劣化规律的影响,同时复掺纳米SiO_2(NS)对RCC试件进一步改性,结合毛细吸水试验以及微观结构分析,揭示了NS对RCC试件的增强作用机理.结果表明:掺RP后,RCC试件抗压时的延性增大,抗压强度下降速率随RP体积分数的增加呈3个明显阶段,掺RP对RCC试件早龄期抗压强度增长尤为不利;复掺1%质量分数的NS后,RP体积分数为5%和10%的RCC试件抗压强度分别提高了19.8%和18.1%,毛细吸水系数分别下降了28.9%和30.6%;环境扫描电镜(ESEM)以及能谱分析结果显示,掺NS后RCC试件的RP界面过渡区缺陷减少,材料内部孔隙结构得到细化,同时生成了大量低钙硅比的C-S-H凝胶相.