新型水硬性磷铝酸盐水泥的研究进展

水硬性磷铝酸盐水泥是我国原创的一种新型水硬性水泥，其熟料主要矿物组成为磷铝酸钙、铝酸一钙和磷酸三钙。其中，磷铝酸钙是以材料设计为指导思想，设计、制备的具有优越水化性能的新化合物。依据熟料中各组成矿物的水化性能特征，通过调整磷铝酸钙、铝酸一钙和磷酸三钙的相对含量，使其相互配合，可获得满足不同性能需求的磷铝酸盐水泥。在原料中掺杂金属氧化物，可促进熟料煅烧过程中矿相的生成以及提高熟料的水化硬化性能。磷铝酸盐水泥具有高强早强、长期强度稳定发展、硬化体积稳定、优良的抗氯离子渗透、抗硫酸盐侵蚀以及抗碳化性能等，是一种高性能、多功能胶凝材料，可适用于复杂服役环境下的多种工程。     

P2O5含量对磷石膏硫铝酸盐水泥性能的影响

采用磷石膏配制硫铝酸盐水泥,掺入部分分析纯P2O5,研究P2O5含量对磷石膏硫铝酸盐水泥性能的影响.结果表明:随着P2O5含量的增加,硫铝酸盐水泥熟料的凝结时间延长,强度大幅下降.因此,在使用磷石膏配制硫铝酸盐水泥时,应对磷石膏中P2O5含量进行限制,控制在1.5％以内.     

P_2O_5含量对磷石膏硫铝酸盐水泥性能的影响

采用磷石膏配制硫铝酸盐水泥,掺入部分分析纯P2O5,研究P2O5含量对磷石膏硫铝酸盐水泥性能的影响。结果表明:随着P2O5含量的增加,硫铝酸盐水泥熟料的凝结时间延长,强度大幅下降。因此,在使用磷石膏配制硫铝酸盐水泥时,应对磷石膏中P2O5含量进行限制,控制在1.5%以内。     

CaO-Al_2O_3-H_2O和CaO-Al_2O_3-CaSO_4-H_2O系统相图及其在有关水泥中的应用

由于 CaO-Al_2O_3-H_2O 和 CaO-Al_2O_3-CaSO_4-H_2O 系统相图与许多水泥品种有关,故具有一定的实用价值。本文主要是根据我们在实际研究工作中的体会,就该两个系统相图在研究某些水泥水化时的实际应用问题,谈些看法。为此,首先对文献中有关这两个系统相平衡的研究结果,作一概要介绍。     

P2O5含量对磷石膏硫铝酸盐水泥性能的影响

采用磷石膏配制硫铝酸盐水泥,掺入部分分析纯P205,研究P205,含量对磷石膏硫铝酸盐水泥性能的影响。结果表明：随着P205,含量的增加,硫铝酸盐水泥熟料的凝结时间延长,强度大幅下降。因此,在使用磷石膏配制硫铝酸盐水泥时,应对磷石膏中P205,含量进行限制,控制在1．5％以内。     

硅酸盐与磷铝酸盐复合水泥水化动力学的研究

研究了石膏掺量为3.5%(以SO3计,质量分数,下同)、磷铝酸盐水泥熟料掺量为10%的硅酸盐与磷铝酸盐复合水泥的力学性能和水化动力学,测定了该复合水泥在不同水化时间下的Ca2 和[SiO4]4-溶出浓度、相应的电导率及pH值.研究结果表明,磷铝酸盐水泥的掺入不仅可以提高硅酸盐水泥的水化硬化速率,而且能使硅酸盐水泥的早期以及后期强度有不同程度的提高.该复合水泥水化硬化浆体的Ca2 和[SiO4]4-的相对溶出浓度、电导率及pH值均较同龄期的硅酸盐水泥低,说明该复合水泥的水化产物较为稳定,不易溶解,而且碱性较低.硅酸盐与磷铝酸盐复合水泥的水化历程与硅酸盐水泥相同,经历5个阶段,即初始期或预诱导期、诱导期、加速反应期、减速反应期和稳定期.加速反应期的水化主要由成核反应控制,而稳定期的水化主要由扩散过程控制.     

养护温度对硫铝酸盐水泥基三元体系微结构演变的影响

采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、压汞仪(MIP)分析了养护温度对硫铝酸盐水泥-硅酸盐水泥-无水石膏三元体系水化早期浆体物相组成、抛光断面结构、孔结构等微结构演变的影响.结果表明:无论在10,20℃还是在40℃下养护,三元体系的主要水化产物始终为水化硫铝酸钙类物相.养护温度越高,相同龄期时无水硫铝酸钙熟料的剩余量越低,而相应水化产物钙矾石的生成量越高,片状单硫型水化硫铝酸钙的生成时间越早、生成量越高;且所得硬化浆体的最可几孔径越大.     

磷建筑石膏对硫铝酸盐水泥熟料收缩特性的影响

研究了不同掺量磷建筑石膏对硫铝酸盐水泥熟料凝结时间、化学收缩、自收缩、浆体内部相对湿度和干燥收缩的影响.结果表明：随着磷建筑石膏掺量的增加,熟料浆体的凝结时间显著缩短,化学收缩变化速率加快,浆体内部相对湿度逐渐降低,浆体自收缩与内部相对湿度具有较好的相关性;当磷建筑石膏掺量不超过25%时,硫铝酸盐水泥浆体化学收缩到达稳定阶段的时间缩短;当磷建筑石膏掺量为25%~30%时,硫铝酸盐水泥浆体在自收缩测试条件下产生膨胀,且干燥收缩小于空白组.     

掺磷铝酸盐水泥的矿渣硅酸盐水泥水化行为

主要研究了掺放磷铝酸盐特种水泥（PALC）后矿渣硅酸盐水泥（SC）的水化行为;通过混凝土实验,探讨了在磷铝酸盐水泥作用下混凝土的力学性能变化,掺磷铝酸盐水泥后的矿渣硅酸盐水泥28d胶砂抗压强度可提高8～14MPa,利用DSC,XRD,SEM,IR等分析手段,对该复合水泥水化浆体的结构、形貌进行研究,IR分析表明,复合水泥浆体水化产物相晶体结构的对称性较SC的高,由此可推测其稳定性增强,浆体耐久性好,SEM表明,水化浆体中的C-S-H凝胶交织成网络状,结构致密。     

水泥基防渗堵漏材料凝结机制的研究

研究了硫酸铝对硫铝酸盐水泥基防渗堵漏材料凝结时间的影响，在硫铝酸盐熟料中加入适量的硫酸铝能改变硫铝酸盐水泥熟料的早期水化进程，从而缩短水泥浆体的凝结时间。运用双电层理论、水化络合理论等分析了凝结时间变化的原因，得出了通过改变熟料颗粒的双电层结构和设置改变液相浓度的结晶结构可以调控硫铝酸盐水泥基防渗堵漏材料凝结时间的结论。     

铜尾渣对水泥生料易烧性及熟料性能的影响

以铜尾渣替代粘土煅烧水泥熟料,研究了生料的易烧性,测定了熟料的f CaO含量,采用X射线衍射（XRD）,热重差热分析（TG DSC),扫描电子显微镜(SEM)和压汞仪(MIP)等手段,对水泥熟料的矿物组成、水泥净浆抗压强度、水化产物及孔隙率进行了分析研究,探讨了铜尾渣的作用机理.结果表明:铜尾渣对水泥熟料的烧成和矿物形成有较好的促进作用,掺入铜尾渣后,熟料f CaO含量降低,有效提高了生料的易烧性.掺铜尾渣熟料中C3S和C2S矿物含量多,结晶度好,制成的水泥净浆水化程度好,孔隙少,结构致密,抗压强度高.     

基于低场核磁共振技术的水泥浆体凝结时间及早期强度分析

采用低场核磁共振技术,研究了不同水灰比条件下水泥浆体早期水化过程中可蒸发水含量的变化.结果表明:可蒸发水核磁信号量随时间变化的一阶微分曲线与水泥浆体早期水化的5个阶段吻合较好;水泥浆体初、终凝时间介于核磁信号量一阶微分曲线的谷、峰之间,即初凝出现在水化加速期开始之后,终凝出现在加速期结束之前.通过对核磁信号量的计算分析可以获得水泥浆体的水化程度和胶空比,硬化水泥浆体的实测抗压强度与计算所得胶空比呈幂函数关系.     

赤泥-硫铝酸盐水泥高水充填材料性能及对环境的影响

利用赤泥和硫铝酸盐水泥制备高水充填材料,实现赤泥的有效资源化利用。研究了赤泥掺量对高水充填材料性能的影响。结果表明,随着赤泥掺量的增加,高水充填材料的初凝时间延长,抗压强度有所降低,赤泥掺量达到50%时,浆体初凝时间延长至61 min,28 d抗压强度降至5.0 MPa,但仍满足高水充填材料的需求;随着赤泥掺量的增加,硬化浆体析水率和孔隙率略微增加,渗透性显著提高。赤泥中的碱金属可以促进硫铝酸钙的水化,K和Na参与硫铝酸钙的水化形成U相,水化龄期到7 d时得以有效固化。硬化浆体的放射性符合GB 6656—2010的要求。     

不同掺量粉煤灰对水泥性能的影响

研究了不同掺量粉煤灰对水泥性能的影响。结果表明,随着粉煤灰掺量的增大,水泥的凝结时间延长,3d和7d抗压强度有不同程度的降低;熟料矿物的水化速率提高,但水泥-粉煤灰体系的水化速率降低,硬化水泥浆体中大孔数量减少、微孔数量增加。     

外加剂对硫铝酸盐水泥基材料水化的影响研究

研究了Na2SO4和Li2CO3对硫铝酸盐水泥-粉煤灰复合胶凝材料的凝结时间、电阻率、水化产物和抗压强度的影响规律。结果表明,Na2SO4和Li2CO3均能促进复合胶凝材料的凝结硬化,加速复合体系1 d龄期内的水化进程,降低硬化水泥浆体1 d龄期时的电阻率,且Li2CO3的水化促进效果更明显。掺入Na2SO4和Li2CO3后,复合体系的主要水化产物仍是钙矾石,在水化产物中并未发现Ca(OH)2晶体;Na2SO4的掺入会增大复合体系的1 d抗压强度,但3 d龄期后抗压强度略有降低,而Li2CO3的掺入会增大复合体系在28 d龄期内的抗压强度。     

AH3及水化程度对硫铝酸盐水泥强度的影响

将实验室烧成的硫铝酸钙矿物(C_4A_3S)与石膏(CSH2)、石灰(CH)复配制成硫铝酸盐水泥,研究其水化产物中铝凝胶相(AH3)及水化程度对水泥石强度的影响.用Rietveld全谱拟合方法对烧成的C_4A_3S进行了定量分析,用XRD和TG-DTG对其水化产物进行了定性、定量分析.结果表明:当AH3含量较高、钙矾石(AFt)含量较低时,AH3会填充在硫铝酸盐水泥浆体的空隙中,从而使其抗压强度升高;CSH2能促进C_4A_3S的水化,并且随着CSH2掺量的增加,硫铝酸盐水泥石抗压强度先升后降,当n(C_4A_3S)/n(CSH2)为3/4,即CSH2掺量为27.32%(质量分数)时,其抗压强度最大;另外,C_4A_3S水化程度与AH3含量的提高均有利于硫铝酸盐水泥石抗压强度的增大,当二者对抗压强度的影响达到平衡时,其抗压强度最大.     

贝利特硫铝酸钙水泥的收缩性能

以碳酸钙、黏土和铝矾土为主要原料制备贝利特-硫铝酸钙(BCSAF)水泥,测定了BCSAF熟料的矿物组成、标准稠度用水量和凝结时间,研究了BCSAF水泥以及基准水泥净浆、砂浆的自收缩和干燥收缩,分析了粉煤灰对BCSAF水泥净浆收缩性能的影响.利用低场核磁技术,研究了BCSAF水泥和基准水泥净浆在早龄期的内部孔结构.结果 表明:BCSAF水泥净浆的自收缩大于基准水泥净浆,干燥收缩小于基准水泥净浆;粉煤灰可以有效减少BCSAF水泥净浆的自收缩和干燥收缩;BCSAF水泥砂浆60d龄期的干燥收缩小于基准水泥砂浆.     

Influence of nano-SiO2 addition on properties of hardened cement paste as compared with silica fume

The influence of nano-SiO₂ (NS) addition on properties of hardened cement paste (hcp) as compared with silica fume (SF) has been studied through measurement of compressive and bond strengths of hcp, and by XRD and SEM analysis. Results indicated that the influence of NS and SF on consistency and setting time of fresh cement paste showed different. NS made cement paste thicker and NS accelerated the cement hydration process. Compressive strengths of hcp and bond strengths of paste–aggregate interface incorporating NS were obviously higher than those incorporating SF, especially at early ages. And with increasing the NS content, the rate of bond strength increase was more than that of their compressive strength increase. With 3% NS added, NS digested calcium hydroxide (CH) crystals, decreased the orientation of CH crystals, reduced the crystal size of CH gathered at the interface and improved the interface more effectively than SF. The results suggest that with a small amount of added NS, the CH crystals at the interface between hcp and aggregate at early ages may be effectively absorbed in high performance concrete (HPC).     

CaF2对硫铝酸锶钙水泥矿物形成及水化过程的影响

测试了掺CaF2硫铝酸锶钙水泥的抗压强度.通过热分析、X射线衍射分析和扫描电子显微镜观察,研究了CaF2对硫铝酸锶钙水泥熟料矿物形成和水化过程的影响.结果表明,当CaF2掺量为0.2%(质量分数)时,硫铝酸锶钙水泥抗压强度最高,3,28d抗压强度分别达到65.0,86.2MPa.在水泥煅烧过程中,CaF2能加速CaCO3的分解及C1.50Sr2.50A3珔S矿物的形成.此外,CaF2可以加快硫铝酸锶钙水泥的水化速率并促使水化产物CAH10转化为C3AH6.