电化学沉积法制备氢氧化镁晶体的影响因素研究

以MgCl_2溶液作为电解质,利用电化学沉积方法制备了Mg(OH)_2晶体.研究了电流密度、MgCl_2浓度、沉积时间等因素对沉积产物生长速率、结晶度、微观形貌和孔径分布的影响.结果表明:上述各因素均不影响沉积产物(Mg(OH)_2)的物相组成;电流密度的增大加快了Mg(OH)_2的生长速率,但同时降低了Mg(OH)_2晶体的结晶度,增大了产物中的孔隙率与大孔体积;MgCl_2浓度对Mg(OH)_2结晶度及晶体颗粒大小的影响较小,存在使Mg(OH)_2生长速率达到最大值的最佳MgCl_2浓度;Mg(OH)_2质量随沉积时间增加呈线性增长,生长速率基本维持恒定.     

三维约束条件下MgO膨胀剂对油井水泥石早期性能的影响

为探讨三维约束条件下MgO膨胀剂对油井水泥石早期性能的影响,通过水泥石线膨胀率、抗压强度和孔结构的测定,结合XRD、DSC、SEM/EDS等微观分析手段,对掺入MgO膨胀剂油井水泥石的早期性能和MgO膨胀作用机制进行研究。结果表明:三维约束条件下,MgO水化产生的膨胀力有利于油井水泥石抗压强度和孔结构的优化,有望改善水泥环的胶结强度和防窜性能;MgO膨胀剂掺量为12%时,油井水泥石经80℃养护1 d和7 d的自由线膨胀率分别为0.034%和0.072%,水泥石三维约束膨胀经80℃养护3 d和7 d的抗压强度为27.5 MPa和31.6 MPa,较净浆油井水泥石提高了41.8%和49.1%,较自由膨胀水泥石提高了9.6%和16.2%;80℃养护7 d的三维约束膨胀水泥石孔隙率仅为22.7%,较净浆油井水泥石降低了30.8%,较自由膨胀油井水泥石降低了16.8%,且孔径尺寸向小孔(无害孔)方向移动;80℃养护7 d的油井水泥石试样出现了Mg(OH)2的衍射峰,DSC测试在365℃附近出现了Mg(OH)2的吸热峰,水泥石结构致密,且检测到Mg(OH)2晶体的存在,证实了MgO反应生成Mg(OH)2的过程。     

MgO对水泥-粉煤灰胶凝材料膨胀及微观性能的影响

采用中热硅酸盐水泥、粉煤灰、氧化镁膨胀剂制备水泥-粉煤灰微膨胀胶凝材料，研究MgO膨胀剂对浆体初始流动度、膨胀效能、孔结构和微观结构的影响。结果表明：浆体初始流动度随膨胀剂掺量增加而减小；在相同养护龄期下，膨胀率随膨胀剂掺量增加而增大；在相同掺量下，膨胀率随着养护龄期的延长而增大；加入粉煤灰后会抑制MgO膨胀剂的微膨胀性能。MgO膨胀剂掺量为7%时，孔径及孔隙率最小，且随着MgO水化的进行，孔隙中的Mg(OH)2数量不断增多，结构更加致密。     

内掺Ca(OH)_2对碱矿渣混凝土水化进程的影响

以钠水玻璃为激发剂,用Ca(OH)_2等量取代矿渣,研究了不同水胶比下Ca(OH)_2对碱矿渣混凝土早期性能的影响.使用水化动力学分析、X射线衍射(XRD)及扫描电子显微镜(SEM)分析了碱矿渣混凝土的水化过程.结果表明:掺入Ca(OH)_2后,碱矿渣混凝土的凝结速率增大并造成快速坍落度损失;当Ca(OH)_2掺量(质量分数)分别为5%和10%时,碱矿渣混凝土中水泥加速期的水化反应速率常数(K)由4.76×10~(-5)分别增长至5.60×10~(-3)和1.56×10~(-2),水泥水化诱导期显著缩短,Ca(OH)_2主要作用于水化加速期,同时水化加速期反应级数(N)由2.89分别减小至1.26和0.98,意味着加速期反应由反应物通过致密层生成物扩散控制逐渐转变成反应物沉积控制;Ca(OH)_2加快了24h内碱矿渣水泥的水化,并生成了C_2ASH_8及C_4AH_(13)等水化产物.     

熟料和水泥水化产物中Mg2+赋存状态显微分析

采用光学显微镜、扫描电镜（SEM）、背散射电子图像（BSE）和X射线能谱分析（EDAX）观察和分析了Mg2+在熟料和水泥水化产物中的赋存状态.结果表明：在生长空间充裕的情况下熟料中的方镁石可形成八面体晶体,受生长空间限制可形成半自形晶或他形晶;熟料中方镁石晶粒尺寸主要分布在100～650μm,其中250～300μm晶体最多,最大粒径可达4000μm;水泥水化后期,Mg(OH)2晶体沿c轴方向生长速度加快,颗粒厚度明显增加;固溶于熟料铝相中的MgO原位水化后形成Mg6Al2CO3(OH)16·4H2O;从熟料中引入的Mg2+可以与Ca2+、Si4+等离子形成水化硅酸钙镁或者吸附于水化硅酸钙表面.     

MgO活性对MgO-SiO2-H2O胶凝体系的影响

通过在900℃保温煅烧不同时间来制备活性不同的MgO,研究了MgO与硅灰(SF)所制备胶凝材料(MgO-SF)的流动性、凝结时间、强度和pH值,采用X射线衍射(XRD)、同步热分析(DSC-TG-DTG)、傅里叶红外光谱(FTIR)等分析了MgO对MgO-SF水化产物和水化硅酸镁(MgO-SiO_2-H_2O,M-S-H)结构的影响.结果表明:随着保温时间的缩短,MgO衍射峰强度减弱,峰宽增大,晶粒尺寸减小,活性增强;高活性MgO制备的MgO-SF净浆和砂浆流动性较差,初凝和终凝时间较短,强度较高;采用保温时间为2.0h的MgO所制备的MgO-SF浆体流动性最好,凝结时间最长,力学性能最好;MgO-SF净浆试样养护3d时M-S-H中Mg(OH)_2的含量达到最高,随后降低,在28d时Mg(OH)_2含量小幅度增加并出现强度倒缩现象;随着养护龄期的增长,M-S-H含量逐渐增加且其硅酸盐网络结构聚合程度增加.     

原料配比对氯氧镁水泥稳定砾石土强度的影响研究

氯氧镁水泥(MOC)具有抗冻性好和抵抗盐卤腐蚀的特点。研究MOC用作高寒盐碱地区公路工程无机结合料稳定材料的可行性,探讨原料配比对MOC稳定材料抗压强度的影响规律。制作试件,测定试件的无侧限抗压强度并分析物相组成。结果表明:卤水浓度较低(7.48%)时,活性MgO/MgCl_2物质的量比(Mg/Cl比)较大,MOC稳定砾石土的主要水化产物是Mg(OH)_2,无侧限抗压强度较低;卤水浓度升高(9.35%)时,Mg/Cl比降低,水化产物中出现3Mg(OH)_2·MgCl_2·8H_2O(P318)和5Mg(OH)_2·MgCl_2·8H_2O(P518);主要水化产物为P318时无侧限抗压强度升高,主要水化产物为P518时无侧限抗压强度最高。轻烧镁粉掺量越大,水化产物越多,MOC稳定材料的无侧限抗压强度越大。MOC稳定材料的无侧限抗压强度决定于物相组成;卤水浓度、Mg/Cl比、轻烧镁粉掺量和卤水掺量是物相组成的重要影响因素。MOC稳定材料产生强度的机制包括活性MgO的水化作用及其水化产物的碳化作用、MgCl_2·6H_2O的结晶作用、填充作用、机械压实和离子交换作用。     

羟乙基甲基纤维素对水泥水化产物Ca(OH)_2形貌特征的影响

利用场发射扫描电子显微镜(ESEM)研究了羟乙基甲基纤维素(HEMC)对水泥水化产物Ca(OH)_2形貌特征的影响以及HEMC的成膜特性.结果表明:羟乙基甲基纤维素会对水泥水化产物Ca(OH)_2的形貌特征和生长取向性产生显著影响,并导致气孔中生成较多的Ca(OH)_2,使得水泥浆体及其气孔中Ca(OH)_2晶体的生长呈现出多向性,其形貌特征多呈X形状或花瓣状,这种影响在水化早期尤为显著;羟乙基甲基纤维素能在水泥浆体中形成细小的线状聚合物膜,也有少量的连续聚合物膜,并搭接在Ca(OH)_2晶体表面及其层隙之间,起到了一定的桥接作用,改善了Ca(OH)_2晶体之间的界面特性.     

铝酸盐水泥对硫氧镁水泥强度和耐水性的影响EI北大核心CSCD

为改善硫氧镁水泥(MOS)耐水性差的问题,引入了铝凝胶相(AH_(3)),研究了铝酸盐水泥(CAC)掺量对MOS凝结时间、抗压强度以及水化产物相组成的影响.结果表明:CAC可明显缩短MOS的凝结时间,并提升其抗压强度和耐水性;掺加CAC后,MOS水化产物中出现了新的水化相CAH10、镁钙矾石相(3CaO·Al_(2)O_(3)·3Mg(OH)_(2)·(30~32)H_(2)O)、AH_(3)和C_(3)AH_(6);掺加5%~15%CAC时,MOS中水化产物5·1·7相的含量增加,MgO、Mg(OH)_(2)含量减少;掺加10%CAC时,空气养护28 d后MOS的抗压强度提升了25.11%,5·1·7相的含量提升了36.85%;浸水养护28 d后,5·1·7相的含量提升了51.86%,耐水性最好,强度保留系数达到0.99;掺加CAC使体系中生成了3CaO·Al_(2)O·33Mg(OH)·(230~32)H_(2)O和AH_(3),促进了MgO的后期水化并消耗了体系中的Mg(OH)2,但是CAC掺量超过20%时会出现水榴石反应,大量CAH10转化为C_(3)AH_(6),导致强度严重倒缩.     

焙烧菱镁尾矿制MgO膨胀剂对水泥砂浆膨胀性能的影响

为降低大体积混凝土收缩现象,将焙烧菱镁尾矿制成MgO膨胀剂,掺入水泥砂浆中,研究了焙烧温度对MgO膨胀剂矿物组成、晶粒尺寸及活性等的影响.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、热分析仪等分析了内掺MgO膨胀剂水泥砂浆的矿物组成、水化进程、热稳定性和微观形貌,结果表明:在菱镁尾矿完全分解的条件(焙烧温度1000℃以上,保温1 h)下,随着焙烧温度的提高,MgO晶粒尺寸由27.6 nm增至138.0 nm,其活性从70.8％降至3.3％,MgO水化速率减慢,晶粒尺寸与其反应活性之间存在线性关系;MgO的活性影响水泥砂浆的膨胀限制率,水泥砂浆试样M-C-1000的限制膨胀率最大,在水养20℃条件下,其7、28、120 d的限制膨胀率分别为0.022％、0.037 ％和0.062％.此外,体系中的水化产物Mg(OH)2在基体中呈片层状生长.     

某高架桥混凝土破坏原因分析

从现场取样分析和试验室研究两方面,分析了某高架桥混凝土破坏的原因.采用XRD、TG-DSC、化学分析及继续水化试验方法,明确了样品的主要成分为MgO、Mg(OH)2和Ca(OH)2.水泥中过量的游离CaO和过烧MgO水化反应缓慢,在混凝土硬化过后仍继续水化,引起混凝土不均匀体积膨胀,导致桥梁混凝土产生裂缝.     

煅烧制度对MgO膨胀剂组成结构及膨胀性能的影响

针对大体积混凝土收缩开裂的特点,研究了煅烧菱镁矿所得MgO膨胀剂组成、微观结构、水化活性及膨胀变形性能,探讨了煅烧制度与MgO膨胀剂的微观结构、水化活性及膨胀性能的关系。结果表明,煅烧温度升高,MgO微晶聚集而成的MgO颗粒表面逐渐密实,团聚体中MgO晶体自由烧结程度提高、晶粒尺寸增大,水化活性值增大;相同粒度分布的菱镁矿粉体,煅烧温度对MgO膨胀剂粒度分布的影响基本一致。矿物组分、粒度分布基本一致条件下,水化活性值、晶粒尺寸与煅烧温度存在指数关系;水化活性值与晶粒尺寸存在线性关系。水化活性值可调控MgO膨胀剂的膨胀历程;不同煅烧制度制备的MgO膨胀剂的早期膨胀性能(水养20℃)随着活性值增大呈指数性减小。     

活性MgO–粉煤灰固化淤泥微观机制研究

以武汉东湖淤泥为研究对象,研究低碳环保活性MgO–粉煤灰复合型材料固化淤泥的宏观效能及内在机制。通过无侧限抗压强度、X射线衍射、扫描电镜、热重和压汞等系列试验,深入探索固化淤泥的抗压强度、化学成分、结构形貌及微观孔隙等特征随活性MgO–粉煤灰掺量、MgO/粉煤灰配比和养护龄期多种因素的演变规律。结果表明:活性MgO–粉煤灰可有效提高固化淤泥无侧限抗压强度,且随养护龄期、活性MgO–粉煤灰掺量及MgO/粉煤灰配比增加而提高。水化产物Mg(OH)_2和M-S-H等胶结产物生成是活性MgO–粉煤灰固化淤泥宏观力学强度提高的本质原因。活性MgO–粉煤灰掺量与MgO/粉煤灰配比增加,引起水化产物Mg(OH)_2和水化硅酸镁M-S-H衍射峰峰值逐渐增强、热重质量损失逐渐增多、团粒内孔隙更多地转化为颗粒间孔隙,导致固化淤泥微观结构更加致密、整体性更强,宏观上表现为力学特性大幅改善。上述结果深入完善了活性MgO–粉煤灰固化淤泥宏微观特征演变过程,建立了活性MgO–粉煤灰内在化学反应诱发固化淤泥性能改良的全过程模型。研究成果可为绿色低碳活性MgO–粉煤灰复合型材料在淤泥固化等实际工程中应用提供理论依据。     

氯氧镁水泥水化物形成反应历程

本文对氯氧镁水泥水化物的形成反应历程进行了初步探讨.指出其水化物晶体5Mg（OH）_2·MgCl_2·8H_2O和3Mg（OH）_2·MgCl_2·8H_2O是镁离子的碱式盐;认为由简单离子（Mg~(2 )、Cl-.、OH-等）到水化物晶体之间的反应历程是Mg~(2 )离子的水解——配聚反应,形成多核水羟合镁离子的过程.正是这样的反应历程导致氯氧镁水泥常温下凝结硬化和水泥水化中化学键合的建立.     

养护温度对氧化镁水泥砂浆交流阻抗谱性能的影响研究

选取不同配合比MgO水泥砂浆(水灰比0.4~0.6,MgO掺量0~5%),研究养护温度对MgO水泥砂浆的交流阻抗性能的影响,并根据等效电路拟合结果分析养护温度对MgO水泥砂浆水化进程及微结构的影响。结果表明:在水灰比和MgO掺量适中时,阻抗谱Nyquist曲线低频圆弧左侧交点(R_0)和直径(R_1)均会随着养护温度的提升而增加;在MgO掺量较高、水灰比较较低的情况下,过高的养护温度会使MgO膨胀效应显著,劣化MgO水泥砂浆微结构,增大孔隙率,大幅降低阻抗谱Nyquist曲线低频圆弧左侧交点(R_0)和直径(R_1)。     

养护温度对MgO/SiO2体系水化产物微观结构的影响

采用X射线衍射(XRD)和固体魔角核磁共振硅谱(~(29)Si MAS NMR)技术,研究了不同养护温度下MgO/SiO_2体系水化产物的结构特征.结果表明:死烧MgO比轻烧MgO衍射峰强度更大;水化硅酸镁(M-S-H)凝胶呈结晶性较差、短程有序的层状硅酸盐结构;M-S-H含量随着养护温度的升高而增多,相同养护温度下M-S-H的含量随着龄期的延长而增多,50℃下养护28d的试样M-S-H含量最多;养护温度过高会抑制M-S-H的生成;高温养护有利于Q~1向Q~2、Q~2向Q~3转化,使得M-S-H硅氧四面体聚合度提高.     

高抗硫酸盐水泥及早期膨胀水泥的研究

本文研究了含高炉矿渣、石膏、波特兰水泥及生石灰的高抗硫酸盐水泥及早期膨胀水泥。由于有极强的碱性活化剂,具有不同粒径的生石灰能连续激发高炉矿渣。生石灰水化释放出的Ca~(+2)离子促使钙矾石的形成。另外,新生成的Ca(OH)_2也导致水泥砂浆有轻微的膨胀。 在高炉矿渣-石膏-波特兰水泥系统中,添加高铝水泥可加速钙矾石的生成。水泥浆体中快速生成的钙矾石及Ca(OH)_2可能增加水泥砂浆的早期膨胀。但由于波特兰水泥及高铝水泥的水化产物可能提高水泥砂浆的抗压强度,而降低其收缩性。     

不同恒重温度对氯氧镁水泥制品性能影响的试验研究

氯氧镁水泥制品的硬化产物通常以5Mg(OH)_2·Mg Cl_2·8H_2O相(5·1·8相)为主,这也是制品强度的来源,但其热稳定性欠佳。就不同水化硬化温度和制品恒重温度对氯氧镁水泥制品性能的影响进行了研究。结果表明,氯氧镁水泥制品水化硬化温度和制品恒重温度不宜超过65℃,超过该温度后,制品强度逐渐下降,表面粉化,结构孔隙增加,吸水率提高,耐水性降低。     

MgO/硅酸钠复合对碱矿渣水化和力学特性的影响

为促进MgO基单组分碱激发矿渣胶凝材料(AASM)的发展和应用,采用MgO和硅酸钠作为激发剂,通过单独及复合激发的方式,研究了MgO和硅酸钠组合形式对单组分AASM水化微结构和力学特性的影响,并采用纳米压痕分析了其微观力学性能.结果表明：加入MgO后,会形成Mg(OH)₂,可提供碱性环境,促使矿渣溶解;硅酸钠溶解后,会进一步提升溶液pH值,加速矿渣Al—O、Si—O键断裂以及Ca²⁺等溶出,形成双重强化效应,促进矿渣水化;MgO/硅酸钠复合激发时,体系产生了相对单独激发时更丰富的水化产物;孔结构分析发现,复合激发时AASM具有最小的孔隙率,且有害孔隙最少;两者复合激发时会产生更多的高弹性模量水化产物,较强的微观力学性能则促使宏观力学强度的提高.     

活性MgO含量对改性硫氧镁水泥强度的影响及机理分析

研究了不同活性MgO含量(60.4%、46.7%、45.9%)对改性硫氧镁水泥强度的影响规律，并结合XRD、SEM等方法分析了其影响机理。结果表明：改性硫氧镁水泥试件的抗压强度均随n(MgO)∶n(MgSO₄)的增大而增大；用活性含量为45.9%的MgO制备的水泥试件各龄期抗压强度均高于活性含量为46.7%和60.4%的MgO；改性硫氧镁水泥样品的主要成分为MgO、Mg(OH)₂和5Mg(OH)₂·MgSO₄·7H₂O相(5·1·7相)，随着养护时间的延长，5·1·7相的衍射峰增强；样品内生成大量针棒状晶体，存在较多空隙。