矿渣掺量对水泥浆体水化放热性能及微观形貌的影响研究

采用等温微量热技术和场发射扫描电子显微镜(FESEM),研究了矿渣掺量对水泥浆体水化放热性能及微观形貌的影响规律。以直观的数据反映了矿渣-水泥浆体随矿渣掺量变化,水化放热速率以及放热量变化规律,以直观的图形描述了矿渣-水泥浆体水化产物C-S-H凝聚形态的多样化,以及随着矿渣掺量变化C-S-H凝胶含量的变化规律。     

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。     

C-S-H凝胶的持碱机制研究

碱是混凝土发生碱-硅酸反应(ASR)的重要因素之一。K 、Na 离子在水化产物和孔溶液中的分配直接影响碱与活性集料发生ASR的潜能。许多学者研究发现,水泥的主要水化产物C-S-H凝胶对K 、Na 有很强的结合力,且随其n(Ca)/n(Si)比降低,结合能力增强。本文采用HRTEM(高分辨率透射电镜)/EDS(能量散射谱仪)、FT-IR(付立叶变换红外光谱)以及29Si MASNMR(带魔角旋转的核磁共振)测定不同粉煤灰掺量的水泥石样品中C-S-H凝胶的化学组成和结构变化,讨论其对C-S-H凝胶持碱能力的影响。结果表明:随粉煤灰掺量增加,二次火山灰反应生成大量低n(Ca)/n(Si)比的C-S-H凝胶。且随n(Ca)/n(Si)比降低,C-S-H凝胶的持碱能力增强。低n(Ca)/n(Si)比的C-S-H凝胶中硅氧四面体的平均链长较大,Si-OH数目增多,从而导致碱在C-S-H凝胶中的结合位置增多,因此碱离子更容易进入低n(Ca)/n(Si)比的C-S-H凝胶中。     

碱激发钢渣-矿渣加气混凝土的制备研究

分别采用标准养护及蒸汽养护方式,对以钢渣和矿渣为原材料、双氧水为发气剂的碱激发钢渣-矿渣加气混凝土进行养护,研究钢渣掺量、矿渣掺量、水玻璃模数、碱含量、水胶比和碱溶液温度对加气混凝土性能的影响,并利用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对加气混凝土的微观结构进行分析.结果表明:碱激发钢渣-矿渣加气混凝土的最佳配合比为钢渣掺量40%,矿渣掺量60%,水玻璃模数1.6,碱含量6%,水胶比0.42,碱溶液温度30℃,双氧水掺量分别为4%及8%;制备的2种制品(B06和B05级)的孔径分布主要为0.3～0.6mm和0.5～1.0mm,宏观孔多为圆形封闭孔;此外,采用不同养护方式的制品水化产物均为C-S-H凝胶和C-S-A-H凝胶,水化产物中没有Ca(OH)_2;当采用蒸汽养护时,B06级制品的物理力学性能均能达到GB 11968—2006《蒸压加气混凝土砌块》标准规定值.     

碱激发矿渣-钢渣复合胶凝体系的性能研究

以氢氧化钠和水玻璃为激发剂制备矿渣-钢渣复合胶凝材料,研究矿渣掺量、碱当量和水玻璃模数对复合胶凝材料抗压强度的影响,并采用XRD、SEM对硬化试样的显微形貌和水化产物组成进行了分析。结果表明：随矿渣掺量减少,抗压强度降低。随碱当量的增加,抗压强度先提高后降低,碱当量为11%时强度达到最高。随水玻璃模数的增大,抗压强度先提高后降低,当水玻璃模数为1.2时强度达到最高。水化产物主要为CaCO3、C-S-H凝胶、C-A-S-H凝胶、托贝莫来石及RO惰性相。     

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.     

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。     

乙烯基可再分散聚合物对水泥水化产物的影响

利用步进扫描X线衍射、磁共振、场发射环境扫描电镜分析了乙烯基可再分散聚合物对72 h水泥水化产物的影响.结果表明:乙烯基可再分散聚合物能显著延缓水泥水化产物钙矾石、氢氧化钙以及C-S-H凝胶的生成时间,降低其生成量,且水化24 h内的降幅尤其显著.掺入10%(质量分数)乙烯基可再分散聚合物后,钙矾石生成时间由几分钟延迟到3 h以上,氢氧化钙和C-S-H凝胶开始生成时间由水化3 h延迟到9 h,在相同水化时间下氢氧化钙和C-S-H凝胶的含量明显低于纯水泥浆体.乙烯基可再分散聚合物能显著影响C-S-H凝胶的结构和形貌,促进C-S-H凝胶硅氧四面体由一聚态向高聚态转变,且转变时间由水化24 h提前到12 h,导致C-S-H凝胶表面气孔明显增多.     

快速失水条件下纤维素醚改性水泥浆体水化规律

以泡沫混凝土为高吸水性基体,研究了薄层纤维素醚改性水泥浆体在快速失水条件下的水化规律。从水泥浆体表面至与基体界面处,将水泥浆体平均分为3层,利用失水速度、含水率、XRD、FTIR和TG DSC DTG等测试方法对每层6 h、12 h、1 d和3 d的试样进行分析。结果表明：水化时间小于6 h时,各层水泥浆体快速失水,只在第2和第3层中检测到Ca(OH)2的特征衍射峰。当水化时间大于12 h时,失水速度显著降低,在3层水泥浆体中均可检测到Ca(OH)2的特征衍射峰,且从浆体表层至与基层界面处,水化产物衍射峰的强度不断增大,水化产物C-S-H凝胶中硅氧四面体的聚合态发生变化。随着水化时间延长,水化产物Ca(OH)2的衍射峰和振动峰不断增强。     

脱钙对水泥浆体中C-S-H凝胶结构的影响

采用X射线荧光分析、X射线衍射、Fourier红外光谱、~(29)Si固体核磁共振谱结合去卷积技术研究了脱钙对水泥(ASTMⅠ型)浆体中C-S-H凝胶结构的影响.结果表明:对于水化3,28d的水泥浆体,其脱钙过程均为2个阶段,即:当水泥浆体的钙硅比(摩尔比)由2.78左右降至2.00左右时,几乎全部游离的CH被脱去,C-S-H凝胶部分脱钙,浆体的脱钙主要在这个阶段完成,C-S-H平均链长分别由2.4,2.9增加至4.4,5.8,且I(Q~2)/I(Q~1)增加;当水泥浆体的钙硅比降至1.83左右时,C-S-H凝胶脱钙,并产生了更显著的聚合,C-S-H平均链长进一步分别增加至6.2,9.9,且I(Q~2)/I(Q~1)继续增加;Alite和Belite在整个脱钙过程中的变化并不明显.脱钙过程中C-S-H二聚体向更高聚合态转变,但是Al掺杂会影响C-S-H结构的稳定性.从分子尺度理解,脱钙如能使桥硅氧四面体结构稳定,对于C-S-H结构的优化是有利的.     

Quantification of hydration products in cementitious materials incorporating silica nanoparticles

In the present work, silica nanoparticles (30-70nm) were supplemented into cement paste to study their influence on degree of hydration, porosity and formation of different type of calcium-silicate-hydrate (C-S-H) gel. As the hydration time proceeds, the degree of hydration reach to 76% in nano-modified cement paste whereas plain cement achieve up to 63% at 28 days. An influence of degree of hydration on the porosity was also determined. In plain cement paste, the capillary porosity at 1hr is ~48%, whereas in silica nanoparticles added cement is ~35 % only, it revealed that silica nanoparticles refines the pore structure due to accelerated hydration mechanism leading to denser microstructure. Similarly, increasing gel porosity reveals the formation of more C-S-H gel. Furthermore, C-S-H gel of different Ca/Si ratio in hydrated cement paste was quantified using X-ray diffractometer and thermogravimetry. The results show that in presence of silica nanoparticles, ~24% C-S-H (Ca/Si<1.0) forms, leading to the formation of polymerised and compact C-S-H. In case of plain cement this type of C-S-H was completely absent at 28 days. These studies reveal that the hydration mechanism of the cement can be tuned with the incorporation of silica nanoparticles and thus, producing more durable cementitious materials.     

碳化对碱矿渣水泥石孔结构的影响

以水玻璃(WG)和氢氧化钠(NH)为碱组分配制碱矿渣水泥石（AASS）,采用氮吸附方法分析了这两种碱矿渣水泥石碳化前后的孔结构,并与硅酸盐水泥石（PC）作对比.结果表明：碳化前,以水玻璃为碱组分的矿渣水泥石比表面积最大,平均孔径最小,累积孔体积最大,最可几孔径最小;以氢氧化钠为碱组分的碱矿渣水泥石比表面积最小,平均孔径最大,累积孔体积最小,最可几孔径最大;而硅酸盐水泥石的比表面积、平均孔径、累积孔体积及最可几孔径均介于上述两者之间.碳化后,上述3种水泥石平均孔径、最可几孔径均减小;碱矿渣水泥石比表面积增大,硅酸盐水泥石比表面积减小.     

Evaluation of calcium hydroxide contents in pozzolanic cement pastes by a chemical extraction method

The aim of the study is to investigate the calcium hydroxide (Ca(OH)₂) contents in pozzolanic cement pastes analyzed by the chemical extraction method and thermal analysis (DTA/TG). The second part of the study involves the carbonation of pozzolanic cement pastes and its influence on Ca(OH)₂ reduction. The Ca(OH)₂ contents in cement pastes after being subjected to accelerated carbonation were investigated by a chemical extraction method and compared to those values from DTA/TG analysis. The experimental results show that the chemical method reveals overall results comparable to those from DTA/TG analysis. However, in case of pastes containing high amounts of mineral admixtures or pastes subjected to carbonation which contain very low Ca(OH)₂, only the chemical method yields precise reliable results by showing the pseudo-negative contents.     

混凝土碳化收缩及其机理分析

混凝土在长期的使用过程中,由于环境中CO2的进入,在一定的相对湿度下形成碳酸,导致水泥的水化产物与碳酸发生反应而破坏水泥石的结构,同时导致水泥石发生碳化收缩。论文综合分析了混凝土各种收缩及其机理,在此基础上,提出了混凝土发生碳化收缩的3种机理:碳酸钙对毛细孔的细化及水分的散失导致凝胶表面张力增加而产生收缩、钙矾石发生碳化反应后绝对体积的减小而产生的体积收缩,以及在碳化后期C-S-H凝胶结构的转换而导致体积的收缩。     

不同类型水性聚合物水泥净浆的制备与性能研究

选用“WWJF 8020”型聚乙烯醋酸乙烯酯(EVA乳胶粉)以及“05-88”型聚乙烯醇(PVA)对水泥净浆进行改性,并与普通水泥净浆(OPC)进行对比.结果显示,两种水性聚合物的添加对水泥试样抗折强度均有改善,而PVA则更加显著;在聚合物浆体中的晶体更好地填充了水泥石中的孔洞及裂纹,以改善其微结构;同时,EVA与水化产物发生反应,且反应生成的乙酸盐又促进了水泥水化;PVA的加入则增加了C-S-H的聚合度;对于不同龄期聚合物水泥试样的水化进程,EVA及PVA有不同程度的影响.     

改进水吸附法用于C-S-H凝胶的半定量分析

在Olson水吸附法的基础上,针对其存在的问题,提出了改进水吸附法,然后用改进水吸附法对水泥中的C-S-H凝胶进行了半定量分析.     

C-S-H凝胶产物在抑制ASR中的作用

用粉煤灰部分取代水泥制作砂浆试件，在模拟孔溶液碱度的碱液中养护，测定了不同龄期砂浆棒的膨胀率和Ca(OH)2含量的变化。试验用扫描电子显微镜(SEM)观察C-S-H凝胶的形貌和用能谱分析(EDAX)测定了C-S-H凝胶的化学组成。结果显示，粉煤灰的掺入对ASR有较好的抑制效果。粉煤灰主要是通过与Ca(OH)2及水泥熟料水化生成的高Ca／Si比的C-S-H凝胶发生二次火山灰反应，生成大量低Ca／Si比的C-S-H凝胶，提高了对孔溶液中Na^ 和K^ 的吸收，从而起到抑制ASR的作用。     

碱性水泥系统的长期碱集料反应研究

通过测定砂浆经不同养护阶段的碱集料反应膨胀率变化,探讨了碱性水泥系统碱集料反应 长期膨胀潜力。结果表明,碱矿渣水泥砂浆的碱集料反应膨胀主要发生在湿养过程的早期,在随后的压蒸养护过程中,其膨胀潜力很小;以水玻璃为碱组分的碱－熟料－矿渣水泥减涛浆的碱集料反应膨胀变化趋势与碱矿渣水泥砂浆的相似;以碳酸钠为碱组分的碱－熟料－矿渣水泥砂浆后期碱集料反应膨胀应力较大。