硅酸盐水泥水化动力学模型与试验方法研究进展

水泥水化过程决定水泥基材料强度、耐久性等诸多性能，深入理解水泥水化机理具有重要的科学意义和工程价值。本工作回顾了硅酸盐水泥水化动力学模型的最新研究进展，评述了GEMS热力学计算、HymoStruc3D和CEMHY3D等水化数值模拟方法及其局限性，总结了准弹性中子散射和核磁共振等先进测试手段在研究水泥水化过程中水态演变和孔结构发展中的具体应用，提出了该领域未来研究的趋势和挑战。     

蒸压建材生产过程中钢渣安定性处理与活性化利用

钢渣安定性处理过程常常造成胶凝活性的损失。为此，本文利用改性助剂消除钢渣水化过程中产生的氢氧化物并生成胶凝产物，在蒸压建材的生产过程中实现钢渣安定性处理和游离氧化物的活性化利用，并避免单独处置钢渣造成的活性物质损失。研究表明，8%秸秆灰和3%磷酸二氢铵作为复合助剂制备的尾矿-钢渣蒸压试块体积稳定，抗压强度达24.0MPa。通过对蒸压样品游离氧化物消解率、化学结合水量及热重、XRD分析，得出钢渣安定性处理与活性化利用机制：硅质材料与钢渣中f-CaO水化生成的Ca(OH)₂结合迅速生成对体系力学强度有益的水化硅酸钙，避免因大量Ca(OH)₂积累造成体积膨胀；磷酸盐中的NH₄⁺、H₂PO₄^-与f-MgO结合生成磷酸铵镁及其他低溶度积复盐类矿物，进而消除因f-MgO水化生成Mg(OH)₂造成体积膨胀的隐患。试样在180℃蒸压4h后，f-CaO及f-MgO消解率分别可达86.28%、89.73%。本文将为利用钢渣大比例取代水泥和石灰生产蒸压建筑材料提供理论基础，对于提高钢渣利用率、减少碳排放具有重要价值。     

Li、Na、K基蒙脱石的基因特性与其水化膨胀特性的关系

为了研究 Li，Na，K 基蒙脱石的基因特性对水化膨胀特性的影响，采用氯化锂、氯化钠、氯化钾对离心提纯后的怀俄明型钠基蒙脱石进行改型处理，制备出 Li、Na、K 基蒙脱石样品，并进行了水化膨胀试验，之后采用 ICP、FTIR、XRD、NMR 等方法分析了 Li、Na、K 基蒙脱石的元素含量、官能团种类、水化膨胀状态下层间距变化及水分赋存状态。结果表明，Li 基蒙脱石的羟基伸缩振动峰和羟基弯曲振动峰强度高于 Na 基和 K 基蒙脱石，改型蒙脱石的水化膨胀能力由强到弱排序为：Li 基＞Na 基＞K 基，Li、Na、K 基蒙脱石在水化膨胀状态下均有结合水和自由水 2 种水分，含水量排序为：Li 基＞Na 基＞K 基，水化膨胀后 Li 基蒙脱石的层间距增加最多，K 基蒙脱石的层间距增加最少。研究结论为揭示蒙脱石的结构内水赋存机理和综合利用提供了重要的理论基础。     

蒙脱石水化膨胀抑制对煤泥水过滤的影响

为了研究蒙脱石水化膨胀抑制对煤泥水过滤的影响，采用氯化钾和苄基三甲基氯化铵(TMBAC)作为抑制剂，在抑制和非抑制状态下进行了含蒙脱石煤泥水的过滤试验。结果表明:氯化钾和TMBAC对蒙脱石水化膨胀均有较好的抑制作用，氯化钾质量分数为1.12%和TMBAC质量分数为0.4%时，可以使蒙脱石的防膨率达90%。与非抑制状态相比，抑制状态下含蒙脱石煤泥水过滤的滤饼水分降低、过滤时间缩短和脱水速率增大，且TMBAC抑制状态下含蒙脱石煤泥水过滤效果更好。氯化钾和TMBAC通过水化能较低的K+,C6H5CH2—N+(CH3)3进入蒙脱石层间，限制层间阳离子和水分子的扩散运动，达到蒙脱石水化膨胀的抑制。C6H5CH2—N+(CH3)3还可以吸附在蒙脱石和煤颗粒表面，增加蒙脱石和煤颗粒的疏水性，起到助滤剂的作用。     

一种新型超深水低温早强剂

近年来，中海油在中国南海已经开发了多口超深水井，水深最深超过2000 m，极端的低温环境对水泥石的强度发展提出了严峻的挑战。针对超深水的固井技术难题，开发出了新型超深水低温早强剂ACC与NS，并对其低温下的增强性能展开了研究。结果表明，ACC与NS的最佳加量分别为8%和3%；在3～15℃的低温下，ACC与NS能提高水泥石的24 h和48 h抗压强度；在15℃下，采用水化热分析仪和超声波强度分析仪对水泥浆进行24 h不间断监测，与空白样和原有早强剂相比，ACC和NS能够使水泥水化放热量和水化反应速率明显增加，水泥石强度发展速率得到明显地提升，同时静胶凝强度过渡时间明显缩短。该新型早强剂ACC与NS已经在中国南海WN-XX井进行了现场应用，效果良好。      

电石渣-煤基固废混合胶凝体系制硅酸钙板的试验

为减少制备硅酸钙板对矿物原浆资源的损耗和提高对固体废弃物的协同利用效果, 试验以电石渣-煤基固废胶凝体系为原料来研制高强度的纯固废硅酸钙板, 并通过热重-差示扫描量热法、X射线衍射测试来分析硅酸钙板中生成的主要矿物成分及不同配比对硅酸钙板的强度变化关系.研究表明: 在水灰比为0.3的条件下, 使用电石渣完全替代水泥, 将粉煤灰和硅灰按1:1的质量比互掺调制所得的混合胶凝体系最终制得托贝莫来石型纯固废硅酸钙样板.在硅灰占原料的质量分数为0~10%范围内, 样板抗折强度随硅灰添量增加而升高, 硅灰添量为10%时样板达到最大抗折强度, 不同粒径的原料颗粒相互填充, 板内晶体与水化胶凝体相互咬合, 最终使得样板力学性能得到大幅提升; 样板的抗折强度随着NaOH添量的增加呈现先增后降的趋势, NaOH添加质量分数为4%时样板板面平滑, 强度达到最大值11.8 MPa, 该添量为NaOH的最佳添量, 通过扫描电镜分析发现加入4% NaOH时对该胶凝体系的水化反应起到最佳激发作用, 且样板料坯的微观结构对其最终的力学性能有重要影响, 但不起决定性作用, 其中决定其最终强度的是板坯内水化胶凝体的数量、形态以及其相互间的联结方式.      

C-S-H凝胶分子结构研究进展

水化硅酸钙(C-S-H)凝胶是硅酸盐水泥的主要水化产物,是水泥胶凝能力的主要来源。C-S-H凝胶的纳米结构由长程无序、短程有序的类Tobermorite纳米晶组成。明确类Tobermorite相纳米晶的分子结构、氢键等分子间作用力组成及性质、H2O和羟基基团与硅氧主链的相互作用机理对理解C-S-H凝胶的胶凝能力形成机理、调控水化产物的胶凝能力具有重要意义。本文在总结固体核磁共振分析技术研究C-S-H凝胶硅氧主链结构研究进展的基础上,提出其钙硅比对硅氧主链聚合度和平均链长的影响规律,并运用固体核磁测试与第一性原理计算核磁结果相结合的研究方法,揭示了C-S-H凝胶分子结构中氢键的组成及性质,明确了水分子及羟基基团与硅氧主链的相互作用机理。     

硫酸铝类无碱速凝剂促凝机理研究

通过设计加入速凝剂的水泥净浆实验组和不加速凝剂的空白组两组试验,探究速凝剂对水泥水化的影响作用机理并通过XRD和SEM等手段从微观层面上对水泥水化进程进行表征。XRD试验结果表明,由于速凝剂的加入,水泥在5min之内的水化产物已经可以观察到AFt的衍射峰,并且SEM图中可以观察到大量的针棒状AFt,而空白组在水化2h后才能观察到AFt。这表明硫酸铝类无碱速凝剂是通过引入Al~(3+)来加速C3A的早期水化反应,在短时间内生成大量AFt从而导致水泥速凝。     

水化石榴石对赤泥基地聚物形成过程的影响研究

拜耳法赤泥是铝硅酸盐矿物为主的碱性混合物,是制备地聚物材料的潜在原料.以高温拜耳法赤泥的主要成分水化石榴石为原料制备了地聚物材料,并分析了其强度形成及固碱机理.研究表明,水化石榴石经焙烧、碱激发可制备以水化聚硅铝酸盐(Ca-PS、Na-PS)、水化铝酸钙(C3AH6)为主的钙基地聚物,其形成可分为三个步骤:高温下水化石榴石发生Al-O链断裂,分解成钙基铝酸盐、聚铝硅酸盐;在水玻璃的激发下,聚铝硅酸钙中Al-O链断裂,形成正硅铝酸钙的水化物并释放出氢氧化铝;铝酸钙、氢氧化铝、氢氧化钙与自由的硅酸根离子、钠离子反应生成聚硅铝酸钙、聚硅铝酸钠的水化物,并排除剩余的水分,固结硬化成地聚物材料.钠离子在地聚物的形成过程中进入结构被固定下来,可以有效抑制赤泥基材料的泛碱.