基于Rietveld法硅酸盐水泥熟料定量结果的准确性分析

通过固相反应所制备的熟料单矿物用于人工配制不同硅酸盐水泥熟料体系,利用Topas软件对其X射线衍射图谱进行拟合分析,研究Rietveld定量结果的准确性。结果表明,所制备的4种单矿物精修后的相关系数fc均为1±0.07,说明不存在显著的无定型相等样品误差以及Rietveld精修的计算误差。Rietveld法定量分析所配制的不同熟料体系,各相绝对误差加和(SAE)约为5%。同一熟料体系中相对含量高的矿物(25%),其定量结果的相对误差约为5%;相对含量低的矿物(20%),其定量结果的相对误差介于8.3%~16.8%之间。比较不同扫描方式的Rietveld定量结果,虽然从相对误差分析显示步进扫描(5s/step)的准确度高于连续扫描(2°/min),尤其是C3S和C2S两种矿物的相对误差和(SRE)较2°/min的连续扫描低约4%,但两种扫描方式的SAE并无明显差异,各样品的SAE的差值均在1%左右。     

Rietveld全谱拟合方法对磷酸镁水泥水化产物的定量分析研究

在X射线衍射定性分析的基础上,结合Rietveld全谱拟合方法对不同龄期磷酸镁水泥样品的水化产物晶相含量进行了定量研究。结果表明,龄期为10 min、1 h及1 d的磷酸镁水泥样品中水化产物MgKPO4·6H2O的相对含量分别为12.39%、15.77%和18.38%,拟合的Rwp因子为9.73%～12. 8%,说明该方法能准确、直观、快速的确定不同龄期样品中各晶相的组成及相对含量,并获得各相的相关晶体学结构参数,同时结合相关理论对磷酸镁水泥的水化及性能作出客观分析,为加深对水泥材料的认识提供了一种可行的研究方法。     

纤维素醚-膨胀珍珠岩耦合作用下水泥浆体早期水化规律

利用水化放热速率、XRD、FT-IR、DTG和Ca(OH)2含量测试手段,研究了羟丙基甲基纤维素醚和膨胀珍珠岩两种保水因子单掺和耦合作用条件下水泥浆体的早期水化规律及二者的作用机理。结果表明羟丙基甲基纤维素醚能够显著降低水泥浆体早期水化放热速率峰值,且能延缓诱导期和加速期出现的时间,对水泥浆体中后期水化没有明显的延缓效应。膨胀珍珠岩可以降低早期水化放热速率峰值,效果较羟丙基甲基纤维素醚差,但对水泥水化无延缓效应。当二者耦合作用时,具有显著的叠加效应。水化12h时,羟丙基甲基纤维素醚和膨胀珍珠岩能够显著降低水泥浆体中Ca(OH)2含量,较空白样分别降低了43.6%和9.1%。水化1和3d时,水泥浆体中Ca(OH)2含量随二者掺加而降低的趋势变缓。     

硼、钠复合掺杂对贝利特-硫铝酸钙水泥性能及微观结构的影响

采用粘土、铝矾土、碳酸钙为主要原料制备以贝利特(C_2S)、硫铝酸钙和铁铝酸钙为主导矿物的低碳排放水泥熟料(BCSAF),并通过硼(B)和钠(Na)复合掺杂对C_2S矿物进行活化。将熟料与无水石膏按比例混合后制备水泥,研究复合掺杂对水泥净浆强度及微观结构的影响。采用X射线衍射全谱拟合定量相分析法、红外光谱、扫描电子显微镜、X射线能谱分析等测试方法表征熟料及水泥水化浆体组成与结构。研究结果表明,一定掺量的B和Na复合掺杂制备BCSAF水泥熟料可在常温下稳定α′-C_2S或更高活性的C_2S,减少熟料中β-C_2S含量,从而实现C_2S矿物的活化,提高BCSAF水泥熟料早期水化活性,显著提高水泥浆体抗压强度。     

富镁矿渣对油井水泥浆体膨胀性能的影响及水化机理

80℃水浴养护环境下,研究了不同掺量富镁矿渣对G级油井水泥浆体膨胀性能及其他基本性能的影响,考察了40%富镁矿渣掺量下水泥浆体的工程性能,同时研究了富镁矿渣的水化机理。实验结果表明,掺加富镁矿渣的水泥浆体具有微膨胀性能,其中掺40%富镁矿渣的水泥浆1d线膨胀率为0.0035%,28d线膨胀率为0.0255%;富镁矿渣掺量对水泥浆体凝结时间、流动度、密度影响不大;水化放热量和水泥石早期强度(3d前)均随富镁矿渣掺量的增加而降低,而后期强度(28d后)逐渐升高并高于净浆水泥石;硬化体中Ca(OH)2含量随富镁矿渣掺量增加和养护龄期的延长而降低;40%富镁矿渣掺量下,浆体各项工程性能基本满足固井施工基本技术要求。     

Ca(OH)2解耦法对混合水泥中C-S-H凝胶的半定量研究

基于掺合料反应程度与Ca(OH)2消耗量之间关系的建立,结合水泥水化平衡计算理论,提出混合水泥水化产物中Ca(OH)2量的解耦方法并将其用于混合水泥水化产物C-S-H凝胶半定量计算.采用该法对掺粉煤灰的混合水泥不同龄期水化产物C-S-H凝胶进行了半定量分析研究.     

掺矿渣复合水泥基材料硬化浆体中Ca(OH)_2含量的变化规律

采用热重法测试了不同矿渣掺量复合水泥基材料硬化浆体至2a时各龄期的Ca(OH)_2含量,并计算相对于复合水泥基材料中水泥质量分数的Ca(OH)_2含量,形成掺矿渣复合水泥基材料硬化浆体中Ca(OH)_2含量变化规律。研究结果认为矿渣早期反应消耗部分Ca(OH)_2,而后期不再消耗Ca(OH)_2,矿渣反应不同阶段对Ca(OH)_2的消耗是不一致的。因此不能根据早期矿渣反应消耗Ca(OH)_2的量来预估长龄期时掺矿渣复合水泥基材料中Ca(OH)_2的含量。     

采用原位XRD研究早强剂对水泥早期水化的影响

采用原位XRD和等温量热法研究了无机盐早强剂硫氰酸钠、硫酸钠和硫代硫酸钠对水泥早期水化的影响,并对各组水化样品物相定量结果进行了分析。结果表明:在适宜掺量范围内掺加三种无机盐早强剂都会不同程度地促进熟料矿物C3S、C3A及C4AF的水化,加快水泥水化放热速率,从而提高水泥早期水化程度。根据原位水化样品物相定量结果得到的变化趋势与水化放热曲线变化规律相一致,表明原位XRD是研究水泥早期水化较为可靠有效的方法。     

含铬熟料的烧成、水化及其浸出毒性

为探索水泥窑协同处置含铬固体废弃物的可行性,通过测定熟料的f-CaO含量、强度、铬浸出浓度,以及分析熟料的矿物、水化产物和水化放热,研究了CrO3对熟料烧成、水化及浸出毒性的影响规律及机制。结果表明:当CrO3掺量低于2%时,熟料的f-CaO含量和3d、28d、90d强度随掺量的变化不明显;Cr(Ⅵ)/∑Cr浸出浓度随CrO3掺量增加而增大,随养护龄期延长而减小。当CrO3掺量小于0.25%时,熟料Cr(Ⅵ)浸出浓度均低于0.05mg/L,符合Ⅱ类地表水环境质量标准限值;当CrO3掺量较高时,抑制C3S形成,并显著延缓水化;熟料对铬的固化可归因于熟料矿物和水化产物对铬的固溶和包裹。掺加少量CrO3对熟料烧成、水化、性能均无不利影响,产品的环境安全性能够得到保证,水泥窑协同处置含铬废弃物是值得深入研究的技术途径。     

含Ni单矿C3S晶型及早期水化特性研究

以Ca(OH)2、SiO2化学纯为原料,分别掺入不同质量分数的Ni2O3制备不同晶型的C3S相,运用化学分析、XRD、DTA、SEM、水化热测试方法,研究了掺Ni2O3后C3S矿物相形成、晶型及其水化特性变化趋势。结果表明,Ni2O3促进C3S形成效应一般,掺量大于2%后促进效应增强;且掺量大于2%时,Ni2O3可稳定单斜型C3S存在;含Ni的C3S具有一定的活性点或活性面,水化后会导致液相呈现较高的Ca2+浓度,轻微地加快了C3S水化速率,且水化产物颗粒较小,分散度和水化程度高。     

超低水胶比水泥浆体材料的水化进程测试

随着水泥基材料的技术进步和工程需求,混凝土强度的越来越高,水胶比越来越低。活性粉末混凝土的水胶比已降至0．16以下,水胶比0．10的浆体材料也已经可以制得。本论文用结合水量法测试了不同水胶比、不同矿物掺料与不同龄期下超低水胶比水泥石的水化进程及Ca（OH）2含量。研究表明：超低水胶比水泥浆体材料的水化程度极低。当水胶比为0．16时,180天标准养护的水泥石,其结合水量仅为13．52％,水胶比0．10时,只有12．04％;研究证实,超低水胶比下,超细矿渣和磨细石灰石粉加快了水泥石的水化进程。水胶比相对较高时,水化产物中Ca（OH）2含量相对较小,表明此时掺合料的火山灰反应更充分;矿渣和石灰石粉等量取代水泥后,更降低了Ca（OH）2的含量。     

活化煤矸石对水泥水化的影响

研究了活化煤矸石-氢氧化钙体系的水化热、水化产物成分以及活化煤矸石水泥体系的水化过程、水化产物的微结构,结果表明,在石膏的激发下,活化煤矸石能够发生二次水化,与Ca（OH）2反应形成钙矾石、水化硅酸钙、水化铝酸钙等有利于提高水泥石强度的水化产物;活化煤矸石水泥硬化浆体中Ca（OH）2的含量在水化3d时最多,而后随龄期逐渐减少;阐明了活化煤矸石能够降低水化产物中氢氧化钙的含量、抑制氢氧化钙晶体的生长和聚集,并改善水泥石结构．     

水泥-粉煤灰-硅灰基超高性能混凝土水化过程微观结构的演变规律

超高性能混凝土(UHPC)具有卓越的力学性能和耐久性能,应用前景广阔。采用扫描电镜背散射电子图像、热重法和氮气吸附法系统研究了水泥-粉煤灰-硅灰基UHPC浆体水化过程中微观结构的演变过程。结果表明:UHPC浆体在早期水泥水化较快,但7d后水化变得较为缓慢,粉煤灰在UHPC浆体中反应较为缓慢,28d时反应程度仅为7%;UHPC浆体中Ca(OH)2含量早期上升快速,由于硅灰和粉煤灰的火山灰反应逐渐消耗,3d后含量开始下降,但28d时浆体中仍存在部分Ca(OH)2;此外,在水化过程中,UHPC浆体的比表面积不断降低,孔隙率逐渐下降,水化产物变得更为致密。     

铜离子掺杂对水泥水化的影响机理

本文研究了铜离子对熟料矿相种类、结构和水化进程的影响机理。结果表明:铜离子对水泥水化进程的缓凝抑制作用按照影响机理分为两个阶段:第一阶段,铜离子掺杂导致水化体系中Ca~(2+)浓度降低,早期氢氧化钙(Cu(OH)_2)结晶形成受阻,破坏了反应溶液的高碱性环境,且钙矾石(Aft)的形成速率减小、生成量减少,诱导期延长,水化产物间无法快速搭接形成网状结构,水泥浆体凝结硬化受阻;第二阶段,铜离子造成C_3S晶粒异常长大,水化反应活性降低,水泥浆体结构变得疏松、孔隙率增大,从而导致其后期强度显著降低,且孔隙中分布晶体尺寸较大的钙矾石,相互穿插,形成水泥浆体中的薄弱联结。     

三乙醇胺对锰渣-水泥复合体系早期水化过程的影响

将锰渣与基准水泥等比例混合后在三乙醇胺的激发下制成复合体系,在分析复合体系力学强度的基础上测定复合体系早期水化过程中的Ca(OH)2剩余量,并采用红外光谱分析法、X射线衍射分析法对该体系早期水化过程进行追踪测定.结果表明,三乙醇胺对体系的激发效果明显,三乙醇胺参与了复合体系的水化过程,促进了水化反应程度,加快了锰渣中活性矿物与Ca(OH)2的二次水化,体系中的水化产物增多,有利于提高体系的早期强度.     

密度测量法在硅酸盐水泥水化过程分析中的应用

采用密度测量法定量研究水泥水化过程的体积变化规律,对不同水灰比净浆试样的水化过程中随龄期的密度变化进行定量测量,讨论了体积变化与水泥水化过程的关系.采用X射线衍射法确认水化过程中各物相的变化,验证了密度测量分析法的可靠性,得到比容与抗压强度之间的关系曲线.结果表明:这个方法可用来定量表征水化过程的体积(或比容)变化,该...     

蒸养条件下硅酸三钙(C3S)水化热动力学特性研究

采用传统的固相烧结法制备了C3 S矿物相,基于Parrot-Killoh(PK)水化动力学模型和GEM-Selektor软件研究了蒸养条件下C3 S水化热动力学特征,并与试验结果进行对比分析.结果表明:蒸汽养护能够明显促进C3 S前期的水化,但会抑制其后期的水化,且养护温度越高,这种现象越明显,当水化至90 d龄期时,五种养护条件下的C3 S水化程度基本相同.养护温度的升高对C-S-H凝胶中CaO与SiO2的物质的量比(C/S)的影响不大,但会降低H2 O与SiO2的物质的量比(H/S).而GEM-Selektor软件在模拟计算养护温度对C/S的影响时结果较为准确,对H/S的模拟计算无论是在数值大小还是变化趋势上误差都较大.     

硫铝酸钙-贝利特水泥熟料的低温制备及其水化性能研究

以煤矸石、脱硫石膏、石灰为主要原料,采用水热合成-低温煅烧方法制备了硫铝酸钙-贝利特水泥熟料,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等分析了水热合成物、煅烧试样及水化产物的矿物相,利用等温量热仪测定了水泥早期水化放热随时间的变化,并测定了水泥的力学性能。结果表明:在120℃下水热合成前驱体后再经煅烧,可在1 050℃低温下制成硫铝酸钙-贝利特水泥熟料。与一步法相比,该低温水泥的早期水化放热速率较高。当水泥中的二水石膏掺量为13%(质量分数)时,水泥1d、28d的抗压强度分别为30.2 MPa和57.3 MPa,28d的水化产物主要为长纤维状的AFt。     

硫硅酸钙的合成及水化性能的研究

以分析纯物料制备硫硅酸钙(C_5S_2$)矿物,通过XRD、f-CaO分析不同煅烧温度对C_5S_2$矿物合成的影响,Rietveld精修计算C_5S_2$矿物的合成率,SEM观测其形貌。将合成的C_5S_2$矿物按不同比例掺入硫铝酸盐水泥中,通过测定抗压强度及水化试样结合水含量来研究C_5S_2$矿物对硫铝酸盐水泥力学性能及水化速率的影响。研究表明:C_5S_2$矿物的最佳煅烧温度为1 150℃,合成率可达到94.9%,C_5S_2$晶体形貌为圆棒状。当C_5S_2$掺量在7.5%～10%时,水泥强度明显提高;当C_5S_2$掺量为10%时,水泥28 d强度可达到73.3 MPa。掺入适量C_5S_2$可以提高硫铝酸盐水泥的水化速率,当C_5S_2$掺量为10%时,水泥28 d结合水量达到27.48%,水化速率最高。     

水化程度对水泥基材料固化氯离子的影响

由于水泥基材料中水泥的水化是经时变化的,因此测定了水化程度对硬化水泥浆体固化氯离子的影响,同时考察了pH值对固化氯离子的影响.结果表明,与用龄期表征水泥固化氯离子相比,用水化程度表征更准确.此外,随着pH值增大,固化氯离子量减少.通过回归分析发现,水泥固化氯离子的能力与氯离子浓度符合幂函数关系.