高温下赤泥与硅粉协同强化固井水泥石力学性能

为了抑制水泥石高温下强度衰退现象，研究硅粉加量，以及赤泥与硅粉在高温下的协同作用对G级油井水泥石抗压强度的影响，并借助X射线衍射、热重分析高温下水泥水化产物的变化，通过扫描电镜观察水泥石的微观形貌。结果表明：225℃高温养护7 d后，35%硅粉(质量分数)可以提高水泥石高温力学性能，5%赤泥(质量分数)可以协助硅粉进一步提高水泥石高温下的强度，同对照组相比抗压强度提高11.3%。赤泥掺入促进水泥石内部生成纤维状硬硅钙石(Ca₆Si₆O₁₇(OH)₂, C₆S₆H)物相，水泥石内部孔结构减少，水泥石内部结构致密。     

赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化特性*

采用XRD、IR、TG-DTA、MIP等手段表征赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化产物及其硬化浆体的孔结构, 研究了解赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化特性。结果表明, 赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化产物主要有C-S-H凝胶、钙矾石和Ca(OH)₂, 前两者对其强度的发展有促进作用; 水化1 d至90 d其中Ca(OH)₂的含量呈先升高后降低的趋势; 随着水化反应的进行在CaO/SiO₂比值较低的赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料中Si-OH基团之间发生聚合反应, 水化产物的聚合度升高; CaO/SiO₂比值为0.95和1.04的赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的硬化浆体具有较好的孔结构, 而CaO/SiO₂比值为1.13的胶凝材料硬化浆体的孔结构相对较差。     

基于电阻率和ζ-电位法的低热硅酸盐水泥早期水化特性

为研究低热硅酸盐水泥早期水化特性，采用电阻率测试仪和电声法ζ-电位分析仪分别对低热水泥和普通硅酸盐水泥水化的电阻率和ζ-电位进行测试。结果表明：电阻率和ζ-电位曲线在表征水泥浆体阶段的水化过程上具有较好的一致性。在水化20 min内，低热水泥浆体的ζ-电位与Ca²⁺浓度成正比，ζ-电位的急剧上升与{Ca₆[Al(OH)₆]₂·24H₂O}⁶⁺浓度有关；水化20 min后，浆体中开始形成AFt和CSH,ζ-电位的变化受SO₄^2-与{Ca₆[Al(OH)₆]₂·24H₂O}⁶⁺、Ca²⁺与HSiO₃^-反应速率控制。与普通水泥相比，低热水泥在水化20 min内Ca²⁺溶出速率更快，浆体中AFt形成时间更早；其诱导期持续时间短...     

水热法合成白磷钙石

以CaO、Mg(NO₃)₂和H₃PO₄为原料, 通过水热法合成白磷钙石。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、热分析(TG-DTA)和X射线荧光光谱(XRF)进行了分析表征。结果表明, 随着初始溶液中Mg/(Ca+Mg)摩尔比的增加, 白磷钙石的结晶行为有显著不同: 形貌由六方板状晶体(直径30~50 μm)向球形聚集体(直径3~5 μm)转变, 晶胞参数a和c值则逐渐减小。初始溶液中Mg/(Ca+Mg)增加, 产物中的Mg/(Ca+Mg)含量也逐渐增加, Mg/ (Ca+Mg)的最高值为13.6%。在实验条件下, 白磷钙石的成核与结晶过程在2 h之内基本完成。白磷钙石Ca₁₈Mg₂H₂(PO₄)₁₄在680~950℃之间脱去结构水, 转变为Ca₁₈Mg₂(PO₄)₁₂P₂O₇。     

纳米SiO2改性聚合物水泥基复合材料早期微观结构及性能

利用纳米SiO₂(nano SiO₂)早期可促进聚合物水泥基复合材料水化速率、提升其力学性能、改善其界面过渡区(ITZ)性能及优化其孔隙结构等特点,借助XRD、SEM、EDS、显微硬度(MH)及压汞(MIP)等试验,揭示了nano SiO₂对聚合物水泥基复合材料早期性能影响的微观机制。结果表明:当nano SiO₂掺量为2wt%时,聚合物水泥基复合材料的力学性能最优,3 d和7 d龄期抗压强度分别为57.5 MPa和67.3 MPa,较仅仅掺加聚合物的水泥基复合材料分别提高了12.7%和13.9%;nano SiO₂的掺入改变了聚合物水泥基复合材料水化产物数量及微观形貌。对于ITZ性能,nano SiO₂掺入后,聚合物水泥硬化浆体-骨料的ITZ厚度减小,形貌变得更加致密;ITZ的钙硅比因nano SiO₂的加入变小而其显微硬度变大;此外,nano SiO₂加入后可以进一步填充聚合物水泥基复合材料更加细小的孔隙,使其凝胶孔比例变高,最可几孔径变小,大大优化了聚合物水泥基复合材料的孔隙结构。      

解毒飞灰对水泥稳定碎石抗压强度的影响机制研究

为了探究解毒飞灰对水泥稳定碎石抗压强度形成与发展的影响机制，研究了水泥-解毒飞灰浆体中Ca(OH)₂与Friedel盐变化、水化产物微观形态以及水化产物元素的变化规律，揭示了水泥-解毒飞灰水化产物变化与水泥稳定碎石试件的抗压强度演变间的关系，基于解毒飞灰的合理掺配区间，提出不同氯盐含量下解毒飞灰在水泥稳定碎石中的掺量限制范围。结果表明，水泥稳定碎石抗压强度随解毒飞灰掺量的增加先升高后降低，后期强度呈现回升趋势；解毒飞灰中可溶氯盐的含量是影响水泥水化产物生成量与强度发展的关键因素，低解毒飞灰掺量引入了合理含量的可溶氯盐，水化产物中Ca(OH)₂含量增加，且生成新的水化产物Friedel盐，促使浆体结构更加密实和优化，抗压强度得以增长；随解毒飞灰掺量的增加，Ca(OH)₂生成量先增后降，而Friedel盐持续增长；当解毒飞灰掺量超过一定掺量后，体系中出现游离的氯盐，在水泥熟料颗粒表面形成包裹层阻碍其进一步水化，从而抑制抗压强度的发展。为保证水泥稳定碎石早期与后期强度稳定发展，建议该解毒飞灰掺量控制在4%以内，各地区解毒飞灰掺...     

含游离石膏高铁硫铝酸盐水泥熟料的组成设计与性能研究

本工作在高铁硫铝酸盐水泥熟料中引入游离石膏相(以C₂S/CaSO₄比呈现),并将其与铁相和煅烧温度作为正交试验三个因素,探究三因素对高铁硫铝酸盐水泥矿物组成与力学性能的影响规律,并借助XRD和SEM-EDS等表征手段分析了水泥熟料的物相组成、微结构以及水化产物种类。结果表明：含游离石膏相的高铁硫铝酸盐水泥熟料的主要矿物组成为C₄A₃$、C₂S、铁相、C₅S₂$和游离石膏,其中铁相矿物的实际组成为C₄AF且其含量均大于设计值,而C₄A₃$矿物含量的实际值均小于设计值。随着煅烧温度升高,熟料中C₄A₃$矿物颗粒尺寸变大,含量增加,而圆棒状的C₅S₂$矿物颗粒减少,分解成了游离石膏和C₂S,且团聚状的游离石膏附着在卵粒状的C₂S颗粒表面上。当铁相...     

碱式碳酸镁焙烧法制备多孔氧化镁晶体

【目的】实现多孔MgO晶体的可控制备。【方法】以菱镁矿为镁源,采用水化碳化-低温水溶液法,热解Mg(HCO₃)₂溶液合成平均直径为10.0μm、平均长度为50.0μm的多孔棒状碱式碳酸镁(4MgCO₃·Mg(OH)₂·4H₂O);通过焙烧法制备多孔MgO晶体,分别探讨焙烧温度、时间对前驱体4MgCO₃·Mg(OH)₂·4H₂O分解率、 MgO物相组成和形貌的影响,探究4MgCO₃·Mg(OH)₂·4H₂O热分解机制。【结果】在焙烧温度为700℃、时间为3.0 h时,制得平均直径为20.0μm、平均长度为50.0μm、比表面积为76.12 m²/g的介孔棒状MgO晶体;在4MgCO₃·Mg(OH)₂·4H₂O分解过程中,随着温度升高,结晶水失去,—OH的分离和C—...     

改性沉珠对吸附脱除SO2效率的影响

SO₂是目前危害最大的大气污染源之一，为控制SO₂的超标排放，我国展开了多种脱硫剂的研究。其中粉煤灰经改性后脱硫效果得到大幅度提升。沉珠是可从粉煤灰中分选而来的一种特殊的微珠，不仅化学组分与粉煤灰基本相似，而且具有比常规粉煤灰更强的“火山灰活性”。为了探究改性沉珠对吸附脱除SO₂效率的影响，对比分析改性前后沉珠的矿物组成、颗粒形貌等，并在模拟干法烟气脱硫实验平台上，实验研究改性沉珠与传统Ca(OH)₂脱硫剂吸附脱除SO₂的效率。结果表明：改性沉珠比原状沉珠的比表面积更大，孔隙更多，有利于提升吸附脱除烟气中SO₂的效率；沉珠改性后生成水合硅酸钙、水合铝酸钙、水合硅铝酸钙等产物；对比分析Ca(OH)₂与改性沉珠的脱硫效率，Ca(OH)₂的脱硫效率随时间推移明显降低，最高脱硫率为93.5%,而改性沉珠的脱硫效率稳定，最高脱硫率高达100%且持续80 min,脱硫效果明显远优于Ca(OH)₂。     

碱激发再生砖粉地聚物的抗压强度与微观特性

废弃黏土砖在建筑垃圾中占有较高比例，经过破碎、研磨后得到的再生砖粉存在火山灰活性，可作为地聚物的原料进行使用。采用正交实验方法研究矿物掺合料、激发剂、水与胶凝材料的质量比(水胶比)等因素对再生砖粉地聚物抗压强度的影响，并通过X射线衍射、扫描电镜能谱、红外光谱等微观手段系统地进行表征。结果表明：矿粉取代率、水玻璃掺量对再生砖粉地聚物抗压强度影响显著；矿粉取代率的提高，促使水化硅铝酸钠凝胶向水化硅铝酸钙凝胶转变，提高再生砖粉地聚物的抗压强度；高钙体系再生砖粉地聚物中含钠的水化硅铝酸钙、水化硅酸钙等多种凝胶与Ca(OH)₂晶体共存；偏高岭土的掺入促进含钠的水化硅铝酸钙凝胶的生成，提高聚合反应程度，延缓裂缝的生长，内部微结构得到较大改善，利于强度的发展。     

C-S-H纳米晶种及其对水泥水化硬化的促进作用综述

近些年来的研究发现，将一些纳米粒子加入到水泥中，可以为水化产物提供更多形核位点，降低水化产物的形核势垒，加快水泥的水化进程。这些纳米材料包括纳米SiO₂、纳米CaCO₃、纳米TiO₂、碳纳米管、纳米水化硅酸钙(C-S-H)等。其中，人工合成的纳米C-S-H晶种与水泥水化产物C-S-H凝胶具有相似的化学组成，是C-S-H凝胶的良好的形核基质，在众多晶种材料中，对水泥水化的加速作用最为显著，成为近年来的研究热点。到目前为止，众多学者围绕C-S-H微/纳米材料的成核方式、制备方法及对水泥水化的促进机理进行了大量研究，发现采用共沉淀法在聚合物存在的条件下制备的纳米C-S-H晶种成核剂遵循非经典成核方式，其具有纳米级的晶粒尺寸和良好的分散稳定性。将纳米C-S-H晶种以一定掺量加入到水泥中，可以充当水泥水化产物C-S-H凝胶的额外成核位点，极大地降低了C-S-H凝胶的成核势垒，有效地促进了水泥水化速率和早期强度的发展，尤其可以显著提升水泥1 d龄期以内的强度。与常用的早强剂相比，这种纳米C-S-H晶种成核剂除具有掺量低、早强效果好、...     

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．     

高密实多元复合水泥浆体组成设计与抗侵蚀性能研究

Cl^-与SO₄^2-侵蚀是造成海洋环境下水泥混凝土劣化的主要原因，掺入辅助胶凝材料(SCMs)是改善水泥浆体抗侵蚀性能的有效方法。引入细粒度、高活性胶凝材料能加速复合水泥力学性能的发展并改善其抗蚀性，但会造成浆体流变性差、收缩应力大、开裂风险高等问题。基于Dinger-Andersen颗粒级配模型，在硅酸盐水泥基础上引入细矿渣、粗粉煤灰以及偏高岭土活性组分，设计并制备了SCMs含量高达60%的高密实度多元级配复合水泥。研究结果表明:多元级配复合水泥强度接近硅酸盐水泥，抗Cl-与SO₄^2-侵蚀性能显著提升，采用快速氯离子迁移系数法(RCM)测得氯离子扩散系数降低81%,30次干湿循环硫酸盐侵蚀后耐蚀系数仍有77%。高密实度多元级配复合水泥浆体初始堆积密实、持续水化，使得孔隙显著细化，同时水化产物对氯离子固化作用强，有效阻滞有害离子向内部迁移。此外，SCMs的高效水化大量消耗Ca(OH)₂，抑制了二次钙钒石等侵蚀产物的生成。通过颗粒级配调控与组成设计，可充分发挥...     

石灰消化条件对高比表面积Ca(OH)2性能的影响

在烟气干法脱硫过程中，由于普通Ca(OH)₂比表面积小，孔容和孔径小，导致脱硫效率低，因此制备高比表面积的Ca(OH)₂粉体对烟气净化具有重要意义。消化条件是影响Ca(OH)₂的结构和性能的重要因素。为了制备高比表面积的Ca(OH)₂,对水与石灰的质量比(水灰比)、消化时间、去离子水的初始温度、生石灰初始粒径、搅拌速度等消化条件进行研究，利用比表面积分析仪、激光粒度仪、 X射线衍射仪和扫描电镜对石灰消化产物进行表征。结果表明：制备的Ca(OH)₂具有高比表面积和疏松多孔及晶粒小的特点，不同的消化条件对Ca(OH)₂的性能影响均不同；当水灰比为0.6、消化时间为15 min、去离子水的初始温度为90℃、生石灰初始粒径为>75～150μm、搅拌速度为120 r/min时，石灰消化产物Ca(OH)₂的比表面积为26.990 m²/g,比孔容积为0.908 cm³/g。     

高温堵漏剂的微观结构与堵漏机理

利用XRD、TG和SEM-EDS对XAN-RC高温堵漏剂在模拟实际作业环境的高温高压条件下水化的水化产物和硬化浆体微观结构进行了分析,对其高温堵漏机理进行了讨论.在高温高压条件下,除普通的硅酸盐水泥的水化反应外,XAN-RC高温堵漏剂中还存在硅质或硅铝质抗高温添加剂与硅酸盐水泥水化生成的Ca(OH)2之间的二次水化反应.初始水化生成的水化硅酸钙凝胶并不能转化为纤维状晶体;只有二次水化反应才能生成纤维状晶体,从而形成致密浆体,大幅度提高其高温粘结强度.     

MgCl2对锌在干湿交替环境中腐蚀行为的影响

使用腐蚀失重、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜与能谱(SEM-EDS)等手段研究了干湿交替环境中MgCl₂对锌腐蚀行为的影响。结果表明,MgCl₂对锌的腐蚀有显著的抑制作用;在沉积NaCl条件下锌表面的腐蚀产物为Zn₅(OH)₈Cl₂·H₂O、Zn₄CO₃(OH)₆·H₂O和Zn(OH)₂,而在沉积MgCl₂条件下锌表面的腐蚀产物只有Zn₅(OH)₈Cl₂·H₂O。在干湿交替环境中MgCl₂对锌腐蚀行为的影响主要是Mg²⁺与氧还原反应产生的OH^-结合使阴极区的pH值降低造成的。     

硅酸铝短纤维增强铝硅合金复合材料的界面结构

用挤压铸造法制备硅酸铝短纤维(Al₂O₃·SiO₂) 增强铝硅(Al-Si) 合金复合材料, 并利用透射电镜观察了Al₂O₃·SiO₂ 纤维与Al-Si 合金基体界面。结果表明: 硅酸铝纤维局部区域与合金中的镁及预制件中的粘结剂起反应, 反应生成物分别为M gAl₂O₄ 和Si₃ (PO₄)₄。      

多级孔Co/Al-SiO2催化剂制备及其费-托合成催化性能

多级孔硅铝材料因优异的性能而成为金属催化剂的重要载体。研究采用水热法以硝酸铝为铝源、正硅酸乙酯(TEOS)为硅源合成了Al掺杂SiO₂(Al-SiO₂)的多级孔材料, 然后采用等体积浸渍法负载钴, 制备了具有多级孔结构的 Co/Al-SiO₂催化剂。对Al-SiO₂材料的表征结果表明: 以四丙基氢氧化铵(TPAOH)为结构导向剂, 经80 ℃水热处理可以合成多级孔Al-SiO₂, 呈尺寸在30~40 nm范围的 “蠕虫状”大孔分布形态。将催化剂用于费-托合成反应, 与商业SiO₂负载的钴催化剂相比, Co/Al-SiO₂的CO转化率提高近一倍, CH₄选择性降低19.3wt%, C₂-C₄选择性降低13.3wt%, 汽油段产物(C₅-C₁₂)选择性达到53.3wt%。     

核壳结构SiC/SiO2纳米线的低温合成与表征

以酚醛树脂(PF)作为碳源, 纳米SiO₂为硅源, 在1300℃氩气气氛下通过碳热还原反应, 制备出具有核壳结构的SiC/SiO₂纳米线。采用X射线分析衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、拉曼光谱(Raman)对产物的组成、形貌、微观结构等进行了表征。结果表明; SiC/SiO₂纳米线长可达数毫米, 单根SiC/SiO₂纳米线由直径30 nm的β-SiC晶体为内核和厚度约12 nm的无定形SiO₂壳层组成; 室温下SiC/SiO₂纳米线的PL发光峰与β-SiC单晶的发光特征峰相比有蓝移。最后, 讨论了核壳结构SiC/SiO₂纳米线的生成机制。     

硅碱钙石微晶玻璃的析晶特性及其增韧机理研究

通过调整热处理工艺制备了不同结构的R₂O-CaO-SiO₂-F系硅碱钙石微晶玻璃, 分析了析晶特性和力学性能, 重点研究以硅碱钙石为主晶微晶玻璃的裂纹扩展机制及增韧机理。结果表明, 基础玻璃在低温处理时首先析出CaF₂微晶作为异质晶核, 一步法处理后得到岛屿状硬硅钙石/硅碱钙石复相微晶玻璃, 两步法处理后得到了力学性能优异、具有板条交错结构的硅碱钙石微晶玻璃。研究发现, 硅碱钙石微晶玻璃的裂纹扩展受到周围板条晶体取向及晶界影响, 存在穿晶断裂和沿晶断裂两种模式扩展, 呈现出随机取向的折线或台阶状裂纹路径。其中具有一定长径比的板条状硅碱钙石具有较好的桥联作用, 承载补强效果显著, 此外硅碱钙石晶体与玻璃相之间存在的残余应力, 有利于缓解裂纹应力集中以及增加裂纹扩展能。即, 硅碱钙石微晶玻璃优异的力学性能是各种增强和增韧机制综合作用的结果。