高温蒸养对粉煤灰水泥基材料水化产物结构的影响

运用基本力学及导热系数测定实验系统对高温蒸养作用后的粉煤灰水泥基材料的抗压强度和热导率进行了试验研究,并借助于X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和热重-差热分析（TG-DTA）等手段对水化产物的微观结构对其宏观性能的决定性机理进行了分析。结果表明：随蒸养温度的增加,粉煤灰水泥基材料的强度和保温性能均增强。钙矾石（AFt）转变为单硫型水化硫铝酸钙（AFm）,粉煤灰释放珠状的铝、硅成分形成莫来石,水化产物失水后重新结合,晶相、晶形稳定性增强是蒸养后强度及保温性能增强的主要原因。     

钢渣矿渣水泥性能的研究

以钢渣、矿渣、水泥熟料为主要原料,并掺入少量激发剂,成功制备了高强、高钢渣掺量的钢渣水泥。探讨了激发剂、熟料掺量、钢渣掺量对钢渣水泥性能的影响。并通过SEM、XRD分析了激发剂对钢渣水泥水化产物及水泥石微观结构的影响。结果表明:激发剂显著提高了钢(矿)渣的活性,从而大幅度提高了钢渣水泥的早期性能。掺加激发剂后,钢渣水泥3d抗压强度可增加119.7%,激发剂对水泥水化产物的种类影响不大。与硅酸盐水泥相比,钢渣水泥浆体中C-S-H凝胶和AFt晶体含量明显增多,Ca(OH)2晶体含量显著降低。     

一种新型高性能低环境负荷水泥(高贝利特水泥)的研究

与通用硅酸盐水泥对比,系统介绍了高贝利特水泥的生产工艺特点、物理力学性能及耐久性能(水化放热特性、耐磨性能、干缩性能、抗侵蚀性能等);此外对高贝利特水泥混凝土的相关性能也作了一些简单介绍.     

氧化铝水泥及其水化

氧化铝水泥是生产耐火浇注料的主要原料之一。本文应用X射线衍射、差热分析等方法,研究了氧化铝水泥的物相组成及其水化过程,不同类型的氧化铝水泥的工艺矿物有CaO·Al2O3 、CaO·2Al2O3 、12CaO·7Al2O3、α-Al2O3及特殊工艺矿物。水化产物与水灰比（W／C）、温度、时间等有关。     

PP膜对表层混凝土微观结构的影响研究

利用PP膜制成透水模板,进行混凝土性能实验.对实验混凝土表层取样,进行扫描电镜的观察研究.扫描电镜结果表明:了随着养护时间的延长,水泥水化逐渐完善,水化产物硅酸钙凝胶逐渐转化成水化硅酸盐晶相.同时,使用透水模扳的混凝土较普通模板的表层混凝土的水泥水化产物-硅酸盐晶体致密.因此混凝土的抗渗等性能将得到相应的增加,混凝土的耐久性也将得到提高.     

低碱高强硅铝聚合材料的研究

以煅烧铝土矿选尾矿、矿渣微粉、水玻璃为主要原料,在800℃下煅烧1 h制备得到高强硅铝聚合材料。用XRD和SEM研究了反应产物的相组成和微观结构,并着重比较研究了该材料与特种水泥的抗化学侵蚀性能差异。结果表明：制备得到的胶砂试样,28d抗折、抗压强度分别达到10.2MPa,60.2MPa;试样分别经3%硫酸钠、3%硫酸镁溶液浸泡28 d后,其强度没有下降反而略有上升,在石膏掺量为7%的硫酸盐环境中,其累计膨胀率远远小于中抗硫酸盐硅酸盐水泥的;分别经5%盐酸、5%硫酸溶液浸泡28d后,其质量损失及强度损失均小于铝酸盐水泥和快硬硫铝酸盐水泥的。制备得到的硅铝聚合材料具有优异的抗硫酸盐侵蚀性能、一定的耐稀酸侵蚀性能。     

先进水泥及先进水泥基材料的研究进展

介绍了有关先进水泥和先进水泥基材料的探索和研究进展。消纳工业废渣的低环境负荷水泥技术、高胶凝性高钙水泥熟料体系的研究、高贝利特水泥的研究和应用、地聚合物的深入开发等成果反映了我国在水泥科学领域的突破。水泥基材料的研究进展主要体现在多因素协同作用下水泥基材料性能劣化和寿命预测的研究、大流动度自流平混凝土的研究、改善水泥基材料体积稳定性的研究、高延性纤维增强水泥基复合材料的研究方面。水泥和水泥基材料近期研究重点将主要集中在与节能减排、环保利废有关的新设备、新材料和新技术方面;水泥基材料的抗裂性和耐久性,功能性复合材料的开发也将是研究的重点。     

含镁铝尖晶石的铝酸钙水泥的水化过程研究

采用XRD半定量法及扫描电镜显微分析,表征新型含镁铝尖晶石的铝酸钙水泥(CMA)水化过程的物相演变及显微形貌,并结合电导率法分析研究了传统铝酸钙水泥(CAC)与CMA水泥水化过程的异同。结果表明:CMA与CAC水泥水化过程相似,首先生成CAH10与C2AH8,最后逐渐转变为C4Ac H11与C3AH6;与CAC水泥相比,CMA水泥水化初期及水化加速期进行较快,但诱导期、减速期及稳定期较慢;CMA与CAC水泥的各水化产物形貌接近,但水化产物数量略少且尺寸略小,在CMA水泥水化产物周围分布着细小的镁铝尖晶石颗粒。     

骨微量元素掺杂对磷酸钙骨水泥水化性能的影响

在磷酸钙骨水泥中分别掺杂骨微量元素镁(Mg)、铁(Fe)、锌(Zn)、锶(Sr),考察掺杂离子种类、含量对骨水泥固化时间、羟基磷灰石(HAp)结构、晶形以及骨水泥的抗压强度和孔隙率的影响。结果表明:掺杂不同离子将使骨水泥的固化时间有不同程度的延长;同时,影响水化产物羟基磷灰石的晶体形态。Mg2+掺杂使水化产物HAp晶粒细化,呈板状形态;Sr2+掺杂可获得纳米级晶须,且晶须相互缠绕,二者均有利于材料力学性能的提高。而掺杂Fe3+和Zn2+的骨水泥,其孔隙率明显提高,有利于体液循环和提高材料的生物降解性能。     

韧性材料对页岩气压裂井水泥环界面完整性影响

目的 提高页岩气井多级压裂过程中水泥环界面完整性。方法 针对4种在页岩气井中使用的水泥浆体系,基于水泥环完整性评价装置,开展在循环压力条件下水泥环界面完整性实验。采用高精度流量计、扫描电镜和核磁共振等监测手段,定量检测环空气窜速率,探索水泥环在加载前后的微观结构变化。根据实验装置基础参数,采用有限元方法模拟循环加载过程水泥环界面的损伤演化情况。结果 常规水泥浆、18%(均为质量分数)胶乳剂水泥浆、36%胶乳剂水泥浆、18%胶乳剂加1%增韧剂水泥浆,其环空气窜速率分别为722、300~677、20~45、10~25 mL/min。经循环载荷作用后,常规水泥浆在水泥环本体出现明显径向裂缝和界面微环隙,且水泥浆水化产物较疏松;36%胶乳剂水泥浆仅在水泥环界面产生较小的微环隙,水化产物在界面处较致密,水泥石孔径较小。在循环载荷作用下,水泥环界面孔隙显著增加,界面处产生塑性应变并不断增加。结论 胶乳剂和韧性剂材料可有效填充水泥颗粒之间的间隙,降低水泥石孔径尺寸。胶乳剂通过改善水泥环的微观形态结构,避免在本体产生裂缝,提高了界面密封性能。增韧剂对水泥颗粒产生较强的粘结作用,与胶乳剂的配合使用进一步增强了水泥环界面的密封效果,两者共同作用可显著提升水泥环空密封能力。在循环载荷作用下,水泥环界面易形成微环隙,为环空气体提供了窜流通道,造成环空带压。现场采用添加18%胶乳剂加1%增韧剂的韧性水泥浆体系开展固井施工,水泥石力学性能能够满足水泥石强度大于30 MPa和弹性模量小于7 GPa的性能要求。同时,使用韧性水泥浆的井段固井质量也较好,后续压裂施工过程也未见环空带压问题。通过合理优选韧性水泥浆添加剂含量,能够为环空提供良好的密封效果,提升水泥环的密封完整性。     

碱性环境条件下玻璃纤维的侵蚀性研究

试验研究了普通玻璃纤维和抗碱玻璃纤维在各种溶液中的强度变化;实验表明碱性溶液对玻璃纤维具有很强的侵蚀作用,其中钙离子对玻璃纤维的侵蚀作用最为显著;硫铝酸盐水泥水化产物碱性较低,适合于制作玻璃纤维增强水泥基复合材料。     

Corrosion of aluminium in ordinary Portland cement paste: Influence of matrix porosity and the presence of LiNO3 corrosion inhibitor

The Belgian reactor 1 fuel cladding is made of aluminium. If disposed of in a geological disposal repository, aluminium could come into contact with ordinary Portland cement and is going to corrode to form hydrogen gas and aluminium hydroxide. In this study, the long-term corrosion was evaluated by electrochemical impedance spectroscopy on metal embedded in cement paste immersed in saturated calcium hydroxide solution under anaerobic conditions. Mass transfer effects were investigated by embedding aluminium in cement paste with two different porosities. LiNO₃ was also added to the systems to study its corrosion inhibiting effect. After high initial values, the corrosion rate rapidly declined to reach a steady state after a few days. After ~100 days, the corrosion rate was the lowest when cement paste possessing a low porosity with the addition of LiNO₃ was used and the highest when cement paste with high porosity without LiNO₃ was used. Finally, scanning electron microscopy–energy X-ray dispersive spectroscopy revealed that the corrosion product layer was thicker than expected by electrochemical impedance spectroscopy measurements, while it is only composed of aluminium and oxygen. Aluminium was found to diffuse into the cement paste close to this corrosion product layer.     

Novel thermal expansion of lead titanate

Lattice parameters of lead titanate were precisely re-determined in the temperature range of -150-950℃ by high precision XRPD measurements. It was clarified that there was no any evidence for a new phase transition at low tempera-tures. Tetragonal distortion strain decreases with temperature increasing. A novel thermal expansion was observed, positive thermal expansion from -150℃ to room temperature (RT) and above 490℃, and the negative thermal expansion in the temperature range of RT-490℃. A big jump of thermal expansion coefficient is attributed to the tetragonal-cubic phase transition. A rationalization for the negative thermal expansion of PbTiO3 is due to the decrease of anion-anion repulsion as polyhedra become more regular at heating. The mechanisms of positive and negative thermal expansions were elucidated as the same nature in the homogenous tetragonal phase at present case.     

热处理对轻质绝热耐火材料性能的影响

研究了煅烧温度对以轻质骨料、珍珠岩、叶蜡石和焦宝石为主要原料,铝酸钙水泥和硅微粉为粘结剂的轻质绝热耐火材料性能的影响。试样自然干燥24 h脱模后,再经110℃烘干24 h,分别于500℃、800℃、1000℃和1300℃煅烧3 h,然后检测试样的体积密度（BD）、线变化率（PLC）、常温抗折强度（MOR）、常温耐压强度（CCS）及热膨胀系数和抗热震性能。结果表明,随着热处理温度的提高,该轻质绝热耐火材料的体积密度减小,常温抗折强度和常温耐压强度则先减小后增大,热膨胀系数减小。该轻质绝热耐火材料具有优良的抗热震性能。     

Nb3Sn超导股线热应变分析模型研究

ITER聚变反应堆上Nb3Sn超导股线是由脆性金属间化合物构成的,由于其间各组分不同的热胀冷缩系数和不同的弹性模量,使得股线从热反应温度或热处理温度到室温、以至到低温运行时,会在Nb3Sn复合物中产生热应变。为了研究Nb3Sn的热应变和构建相应的数学模型,进行了加热期间局部应变测量以及室温下的拉力测试。根据Nb3Sn股线不同组分应力/应变曲线所显示的弹塑特性,对它们进行量化分析。测试分析发现,在室温下沿轴向加载到Nb3Sn超导丝的局部应变是压缩应变,高温下是拉应变;另外用数值分析计算方法可以再现依靠温度的轴向热应变。     

A2W3O12（A=Y, Er, Ho, Yb）型稀土钨酸盐的高温XRD研究及结构精修

用高温固相反应法制备出A_2W_3O_(12) 型稀土钨酸盐材料(A=Y,Er,Ho,Yb),用室温及高温XRD测定其在不同温度下的结构、晶胞参数及晶胞体积,并用TOPSA软件对其结构进行精修.发现除HO_2W_3O_(12)外,都具有较大的负热膨胀系数.据A. W. Sleight预测,HO_2W_3O_(12)具有较大的负热膨胀特性,但本实验却发现它并没有负热膨胀性,反而具有非常大的正热膨胀系数.     

石英玻璃热膨胀性能的高温分子动力学研究

采用基于第一性原理的COMPASS力场对石英玻璃的热膨胀性能作了分子动力学研究。结果分析表明Si-O键长与Si-O-Si键角是导致结构随温度变化的主要因素，两者的变化趋势和变化速率决定了材料热膨胀的不规则性。此外，还根据四面体体积随温度的变化粗略估算了四面体间隙的变化，对负热膨胀现象做了进一步讨论。     

碱激发化学结合陶瓷的反应机理

采用水玻璃激发高炉粒化矿渣,制备出了强度等级达到水泥52.5的化学结合陶瓷,并研究其反应机理.X射线衍射分析及扫描电镜分析表明,主要反应产物有C-S-H无定形凝胶、水化钙铝黄长石、水化铝酸钙、钠长石等,其中C-S-H与硅酸盐水泥相比,不仅C/S低,而且碱含量较高.结合体系pH值与反应热的测定分析认为:水玻璃的掺入,OH-离子迅速从高炉粒化矿渣表面产生激发作用,打破高炉粒化矿渣玻璃体的Si-O及Al-O键,加速Si~(4+)、Al~(3+)、Ca~(2+)离子的溶解,反应过程通过诱导前期、诱导期、加速期、稳定期、2次加速期、2次稳定期等阶段完成.