甲酸钙对硫铝酸盐水泥早期水化过程的影响

利用维卡仪、水化放热速率、XRD、TG-DSC和SEM等测试手段,研究了甲酸钙(Ca(HCOO)2)对硫铝酸盐水泥凝结时间、水化历程和水化产物及微观形貌的影响。结果表明,Ca(HCOO)2可明显促进硫铝酸盐水泥的凝结,并缩短初凝和终凝时间间隔;显著缩短了硫铝酸盐水泥的水化诱导期,且使水化加速期提前,使第一水化热峰值提高32%,但对水化稳定期的水化放热速率无明显影响;Ca(HCOO)2可以提高硫铝酸盐水泥水化环境的碱度,在早期提高了水化产物钙矾石(AFt)的结晶度,水化早期生成的水化产物结构致密,但并不改变水化稳定期的水化产物和微观形貌。     

复合调凝组分对硫铝酸盐水泥性能的影响及机理

为了有效控制硫铝酸盐水泥(SAC)的凝结时间,研究了硼砂、葡萄糖酸钠、柠檬酸钠单掺和复掺对硫铝酸盐水泥凝结时间和流动性能的影响。结果表明:葡萄糖酸钠与柠檬酸钠以一定质量比复合后可以有效控制水泥浆体的凝结时间,并很好地改善其工作性能和早期强度,而且葡萄糖酸钠与柠檬酸钠复合质量比为5∶1时对硫铝酸盐水泥的缓凝效果最好。水化早期浆体的XRD和SEM分析结果表明,复合调凝组分的加入减缓了钙矾石的生成,并且使得水化产物中CSH凝结的生成数量增多,从而有效抑制了硫铝酸盐水泥的水化速度,并改善了其工作性能。     

常温下硝酸铵钙对硫铝酸盐水泥的早强作用

研究了常温下硝酸铵钙对硫铝酸盐水泥浆体的流动度、凝结时间、抗压强度、电阻率及浆体内部温度、水化热、水化产物和孔结构的影响,对硝酸铵钙的早强作用机理进行了分析。结果表明,当硝酸铵钙的掺量从0增大到5%时,水泥浆体的初始流动度明显增大,凝结时间显著缩短,6 h,1,3,7和28 d抗压强度均显著提高,电阻率变化速率曲线峰值出现的时间逐渐提前,水泥浆体内部温度逐渐升高,温峰出现时间提前;其掺量在2%以内时,水泥水化放热速率明显加快,1 d累积放热量略有增大,钙矾石的生成速率及生成量均增大,硬化水泥浆体的平均孔径、总孔体积和孔隙率减小。由于硝酸铵钙能够明显加快硫铝酸盐水泥的水化进程,使其早期强度显著提高,因此可用作早强剂。     

含钡硫铝酸盐水泥的水化动力学与热力学研究

采用XRD和等温微量热法测试计算含钡硫铝酸盐水泥的水化动力学和热力学过程。结果表明,含钡硫铝酸盐水泥的水化过程主要受扩散过程控制,水化速率变化模式与铝酸钙、硅酸盐水泥类似。水化过程分为加速期、减速期和衰减期:在加速期,水化反应受成核反应控制,属自催化反应;从减速期开始,水化物在颗粒表面形成水化物薄膜,水化反应阻力加大,速率减缓;进入衰减期,水化反应完全受扩散过程控制。     

纳米SiO_2对硫铝酸盐水泥水化硬化的影响

研究了不同掺量纳米SiO_2对硫铝酸盐水泥抗压/抗折强度的影响,即掺入纳米SiO_2使水泥砂浆早期抗压/抗折强度显著提高,后期抗折强度未出现倒缩现象且具有较大的上升空间,掺3%纳米SiO_2水泥砂浆2,8h,1,3,28和56d抗折强度相比空白样分别提高了44.84%,41.80%,37.85%,37.78%,42.32%和65.03%。并通过XRD、SEM-EDS及水化热揭示了强度发展的影响机理。即水化早期的微集料填充作用、结晶成核作用使硬化浆体微观结构均匀密实,并促进了硫铝酸盐水泥8h前的水化;水化后期纳米SiO_2的火山灰效应进一步提高了水泥的水化程度。     

半浸泡硫铝酸盐水泥混凝土蒸发区孔结构变化

硫铝酸盐水泥水化需水量大、水化速度快，凝结硬化后留下的大量未水化水泥在后期继续水化生成钙矾石，影响混凝土的孔结构变化和力学性能发展。用半浸泡方式模拟半掩埋混凝土实际工况，运用背散射电镜和核磁共振等微观测试手段，研究了水灰比为0.35、0.45和0.55的硫铝酸盐水泥混凝土半浸泡35 d、70 d和130 d后蒸发区孔结构和混凝土抗压强度变化规律，结果表明：水灰比为0.35和0.45的混凝土孔隙率呈现先增大后降低再增大的变化特点；水灰比为0.55的混凝土孔隙率呈现先降低后增大的变化特点。研究表明：硫铝酸盐水泥凝结硬化后水化生成的钙矾石会产生结晶膨胀和填充密实两种效应，共同影响硫铝酸盐水泥混凝土孔结构变化。     

硫铝酸盐水泥和丁苯乳液对水泥基修补材料性能的影响

将硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥复合,并引入丁苯乳液作为聚合物改性剂制备高性能修补材料,研究硫铝酸盐水泥和丁苯乳液对修补材料的强度、凝结时间和黏度的影响和作用机制。结果表明:硫铝酸盐水泥明显提高复合水泥的早期强度,缩短初凝和终凝时间,增大黏度;适量丁苯乳液能在复合水泥浆体中形成网状结构,提高力学强度;丁苯乳液中的羧基能够减小熟料矿物铝酸钙、硅酸三钙和硅酸二钙的水化速率,复合水泥净浆的初凝和终凝时间均明显延长,黏度减小。     

硫铝酸盐复合水泥体系水化特征研究

通过正交试验研究了硫铝酸盐复合水泥中不同掺量的普通硅酸盐水泥、石膏、硅灰及粉煤灰对其强度、自收缩以及水化热的影响。结果表明:普通硅酸盐水泥及石膏的掺入显著改变了硫铝酸盐复合水泥水化进程,硅灰及粉煤灰是影响后期强度的主要因素;自收缩试验结果表明普通硅酸盐水泥和石膏是影响硫铝酸盐复合水泥水化早期自收缩的主要因素;水化热测试结果表明粉煤灰和普通硅酸盐水泥在水化前6 h起到显著作用,粉煤灰降低了水化放热,而普通硅酸盐水泥增加水化放热;硅灰及石膏对6~24 h水化放热影响显著。结合XRD及SEM测试结果,表明普通硅酸盐水泥和石膏的存在加速了硫铝酸盐复合水泥水化早期钙矾石生成,随着石膏浓度的下降,发生转晶(AFm),随着后期硫铝酸盐水泥中β-C₂S的水化以及硅灰、粉煤灰的火山灰反应产生C-S-H凝胶,使得体系致密化。     

纳米二氧化硅对苯丙共聚物/水泥复合胶凝材料凝结硬化的影响

采用纳米二氧化硅作为调凝物质以期解决苯丙共聚物/水泥复合胶凝材料凝结硬化慢的问题。通过测定纳米二氧化硅改性苯丙共聚物/水泥复合胶凝材料的凝结时间及早期强度,分析纳米二氧化硅对复合胶凝材料凝结硬化过程的影响;采用等温量热法测定纳米二氧化硅改性苯丙共聚物/水泥的水化热,并采用X射线衍射仪对其水化产物进行表征;综合以上分析结果探讨纳米二氧化硅的作用机制。结果表明:掺入二氧化硅能有效促进复合胶凝材料的凝结硬化,二氧化硅掺量为1. 25%时促进作用最为显著;掺入纳米二氧化硅可促进铝酸三钙和硅酸三钙的水化,加快钙钒石和氢氧化钙的生成,缩短复合胶凝材料的水化诱导期和加速期,加快水泥水化进程,从而缩短凝结时间,提高早期强度。     

膨润土对磷酸镁水泥性能的影响

采用膨润土等量取代磷酸镁水泥的方法,研究了膨润土对磷酸镁水泥流动度、凝结时间、强度、水化热和早期收缩的影响,并对水化产物进行了分析与讨论。结果表明,膨润土降低了磷酸镁水泥的流动度、凝结时间和强度,为保证施工的可操作性,其掺量应控制在10%以内;膨润土有效降低了磷酸镁水泥的放热速率和放热量,减少了其早期收缩;掺有膨润土的磷酸镁水泥的水化产物中存在膨润土的主要成分蒙脱石和石英;膨润土影响了磷酸镁水泥的水化过程、水化产物的数量及其结晶程度。     

养护温度对矿渣硫铝酸盐水泥水化的影响机理

研究了5℃、20℃和40℃养护下矿渣硫铝酸盐水泥的强度发展、水化放热、干燥收缩、水化产物及孔结构演变。结果表明,不同于硅酸盐水泥,矿渣硫铝酸盐水泥早期水化生成较多钙矾石,但累计放热量较低。养护温度越高,矿渣硫铝酸盐水泥石的早期力学强度越高;但20℃下后期抗压强度显著提升,远超过其他温度。相应的,源自小孔内水分蒸发产生的较大孔壁压力,20℃下水泥石表现出最显著的收缩行为。     

普通硅酸盐-硫铝酸盐复合胶凝体系水化性能和机理研究

对普通硅酸盐(P·O)-硫铝酸盐(R·SAC)复合胶凝体系的凝结时间、胶砂强度进行了分析,利用等温量热仪、综合热分析仪(TG-DSC)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等从水化速率及水化产物微观形貌等方面分析了复合胶凝体系的水化机理。结果表明:当R·SAC掺量约为10%时,复合胶凝体系的凝结时间相比P·O明显缩短,早期强度提高幅度较大,同时也能获得较大幅度的后期强度增长,力学性能较纯组分水泥性能优越。复合胶凝体系的早期水化速率和放热量高于单组分水泥。随着R·SAC的掺入,复合胶凝体系的水化产物中钙矾石(AFt)增多,Ca(OH)₂晶体减少,且AFt的生成量越多,越有利于早期强度的发展,当R·SAC掺量超过30%时,Ca(OH)₂消失。     

水泥对石膏基自流平材料性能的影响

研究了硅酸盐水泥和铝酸盐水泥对石膏基自流平材料流动度、凝结时间、力学性能和耐水性能的影响,通过X射线衍射仪、量热仪、压汞仪和环境扫描电子显微镜微观测试方法对水化产物、水化热、孔结构、微观形貌等进行分析表征。结果表明,随着硅酸盐水泥掺量的增加,初始流动度增大,30min流动度损失减小,凝结时间缩短,掺加铝酸盐水泥对流动度、凝结时间规律与硅酸盐水泥相似;随着硅酸盐水泥掺量的增加,力学性能和耐水性能呈先增加后降低趋势,当掺量为8%时,达到最优;28d抗折强度和耐水性能随着铝酸盐水泥掺量的增加,波动比较大,在13%掺量时出现最低点,抗压强度随着铝酸盐水泥掺量的增加呈稳步上升趋势;掺入硅酸盐水泥和铝酸盐水泥均出现钙矾石的微弱衍射峰。     

石墨烯及氧化石墨烯对水泥基材料水化过程及强度的影响

本工作采用超声分散方法将插层剥离法制备的石墨烯pG(Peeling graphene)及传统Hummers法制备的氧化石墨烯hGO(Hummers graphene oxide)制备成纳米片分散液,研究了两种分散液对水泥基材料凝结时间、水化产物微观结构及强度的影响。结果表明：两种纳米片分散液的掺入均能明显缩短水泥的凝结时间,减少水泥石内部的孔隙,使结构致密化,部分CH晶体呈现出由一位点向外发散的多面聚集的结构状态。pG和hGO的加入能加速水泥水化反应速率,未改变水化产物的种类,还可提高水泥基材料的力学性能,尤其是3 d抗折强度提高最为明显。掺pG的试件均比掺hGO的试件强度略高,这为成本低、尺寸可控、可批量生产的石墨烯产品在水泥基材料中的应用提供了广阔的应用前景。     

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。     

纳米CaCO_3对硫铝酸盐水泥水化硬化特性的影响

研究了纳米CaCO_3(NC)对硫铝酸盐水泥(SAC)凝结时间、抗压强度、水化热、水化产物和微观形貌的影响。结果表明,NC可促进SAC的凝结,缩短初凝和终凝时间间隔;显著提高SAC各龄期的抗压强度;缩短SAC的水化诱导期,使水化第一、第二放热峰值分别提高了15.4%和18.9%,并增加了水化放热量;NC在SAC结构中起微集料成核效应和填充效应,提高了水化产物钙矾石(AFt)的结晶度,从而促进SAC的凝结和水化,并使硬化浆体呈整体化的均匀致密结构,提高了SAC净浆的强度。     

硫铝酸盐基高水材料强度与微观结构研究

研究了20℃和5℃时硫铝酸盐基高水填充材料的强度发展规律及微观结构,通过XRD、孔结构测试等方法研究了高水充填材料的微观结构与强度的关系,并重点研究了亚硝酸钠对高水充填材料水化产物微观结构及强度的影响.研究表明:高水充填材料的水化产物主要是以钙矾石为主的胶凝材料;亚硝酸钠具有促进硫铝酸盐水泥熟料水化和改善高水充填材料硬化体孔结构的双重作用,在5℃时这种作用更加明显.以硫铝酸盐基填充材料代替木材、钢材作为可泵性支护材料,具有凝结硬化速度快、施工方便、价廉等优点,但施工温度低于20℃时材料的性能研究报道甚少.     

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、...     

矿物外加剂对丁苯聚合物/水泥复合胶凝材料凝结硬化过程的影响及机制

为了比较沸石、纳米二氧化硅和稻壳灰这3种矿物外加剂对丁苯聚合物/水泥复合胶凝材料凝结硬化过程作用的差异,分别采用这3种矿物外加剂为调凝材料,并从凝结时间、早期强度、水化进程以及水化产物等角度比较3种矿物外加剂对丁苯聚合物/水泥复合胶凝材料的影响。结果表明,3种矿物外加剂都能促进复合胶凝材料的凝结硬化,大幅缩短凝结时间,提高早期强度。但3种矿物外加剂的调凝效果互不相同,调凝机理也有差异:沸石对AFt的生成有较大的促进作用,它不仅能促进C3A的水化,自身也能与Ca(OH)_2反应生成AFt和CSH凝胶;而纳米二氧化硅和稻壳灰对C3S水化的促进作用较强,自身也会与Ca(OH)_2反应生成CSH凝胶。     

无水乙酸钠对磷酸钾镁水泥水化性能和微观形貌的影响

磷酸钾镁水泥(MKPC)快速凝结硬化和集中大量放热的特点制约了其实际应用。传统的缓凝剂难以显著降低其水化硬化速率且无法平衡缓凝剂对凝结时间和力学性能的影响。采用无水乙酸钠(SA)作为新型缓凝剂,研究了其对MKPC水化放热特性、工作性能和抗压强度的影响,并采用XRD、TG-DSC及SEM等分析了SA对MKPC水化硬化过程中固相组成和形貌的影响及机理。结果表明,SA吸附在氧化镁表面能够抑制Mg~(2+)的溶解,延缓氧化镁和磷酸二氢钾的水化反应速率,降低水化温度。因此,随着SA掺量的增加,MKPC的凝结时间得到有效延长,而MKPC的强度尤其是早期强度则随之下降。SA掺入后,MKPC仍以MgKPO_4·6H_2O为主要水化产物,但产物数量减少,棱柱状或板状晶体被球状晶体取代,晶体尺寸减小。