高贝利特硫铝酸盐水泥改性白水泥的物理力学性能与水化作用

白色硅酸盐水泥(白水泥)具有较好的白度,是一种具有装饰效果的胶凝材料。针对该种水泥凝结时间长、早期强度发展慢及收缩变形较大等问题,采用高贝利特硫铝酸盐水泥对白水泥进行改性,系统研究了掺入10%~30%(质量分数)的高贝利特硫铝酸盐水泥对白水泥凝结时间、胶砂强度和自由膨胀率的影响。使用水化微量热仪、XRD、TGA、SEM等方法对复合胶凝体系水化过程、水化产物和微观形貌进行分析。结果表明:高贝利特硫铝酸盐水泥增大了白水泥水化放热率,显著缩短了白水泥的凝结时间;改性后的白水泥水化产物生成了大量的AFt,穿插生长在C-S-H凝胶中,消耗掉了部分Ca(OH)₂,使结构更加致密,强度更高,膨胀性能更好。     

硫铝酸盐基促强减缩剂与硫铝酸盐水泥对比分析

将硫铝酸盐基促强减缩剂(SP-SRA)掺入到基准水泥中,并且按一定的比例设计了硫铝酸盐熟料-硬石膏-基准水泥的配合比,对宏观性能、水化过程、微观产物进行了对比分析.结果表明:掺SP-SRA的水泥各个龄期抗压抗折强度均高于硫铝酸盐熟料-硬石膏-基准水泥三元体系;掺SP-SRA的水泥早期水化放热速率大于硫铝酸盐熟料-硬石膏-基准水泥三元体系;XRD结果表明,掺SP-SRA的水泥水化生成的AFt(三硫型水化硫铝酸钙即钙矾石)含量多于三元体系生成的AFt,钙矾石的微膨胀性使得水泥石结构更加致密,有利于提高水泥石的强度,硫铝酸盐熟料-硬石膏-基准水泥体系有明显的AFm(单硫型水化硫铝酸钙)生成,即部分AFt转化成AFm.     

贝利特-硫铝酸钡钙水泥的水化硬化过程

贝利特-硫铝酸钡钙水泥熟料的矿物组成主要有C2S、C2S、C3A、C4AF和C2.75B1.25A3S,其早期和长期强度均较高。研究水泥水化放热速率的结果表明：石膏掺量为10％的贝利特一硫铝酸钡钙水泥（BS）,预诱导期阶段水化放热速率高,诱导期持续时间长,加速期曲线峰型尖锐。石膏掺量不同时水化放热量总量基本相同,均介于硅酸盐水泥（PC）和贝利特水泥（BE）之间。该水泥水化产物主要有含钡AFt、CH、C—S—H凝胶及少量CAH10C3AH6等,相同龄期时比贝利特水泥水化程度高,水化铝酸钙转化为AFt的量较多。其早期水化程度略低,水化程度增进率高,15d左右就超过了硅酸盐水泥,且各龄期水化程度和水化速度都远远超过贝利特水泥。     

C3S型硫铝酸盐水泥的水化及其水化产物

本文通过X-射线和扫描电镜研究了C3S型硫铝酸盐水泥的水化及水化产物。结果表明：C3S型硫铝酸盐水泥的主要水化产物基本与贝利特硫铝酸盐水泥的水化产物相同;不同之处在于C3S矿物的快速水化,C3S型硫铝酸盐水泥水化6 h后就可见水化C-S-H和Ca（OH）2。而Ca（OH）2的出现和存在,则促进了的水化,并影响着钙矾石的形貌和水泥的性能。     

海水对高贝利特硫铝酸盐水泥水化过程和力学性能的影响

研究了海水拌和与海水养护条件下高贝利特硫铝酸盐水泥(HB-CSA)和普通硅酸盐水泥(OPC)胶砂的抗压强度和抗折强度,采用等温量热法、X射线衍射分析法和热重分析法表征了两种水泥的水化过程和水化产物,分析了海水对HB-CSA水化过程和力学性能的影响。结果表明:海水拌和未明显影响HB-CSA的早期水化过程,海水拌和与海水养护未改变其主要水化产物类型;海水拌和显著加快了OPC的早期水化,海水中的氯盐与OPC的水化产物反应,导致水化氯铝酸钙(Friedel盐)的生成。海水拌和与海水养护对HB-CSA的抗压强度影响较小,但降低了OPC的后期抗压强度。海水养护对HB-CSA和OPC抗折强度的提高较为明显,钙矾石(AFt)含量的增加是抗折强度提高的主要原因。HB-CSA的水化产物中未见Ca(OH)₂和单硫型水化硫铝酸钙(AFm),避免了海水侵入后过量CaSO₄·2H₂O和AFt生成造成的混凝土膨胀开裂和强度下降的危害。     

硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥复配性能研究

基于硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥各自的特点,研究了二者复配后的标准稠度用水量、凝结时间、水化热效应、胶砂强度、膨胀性、水化产物的物相及微观形貌。结果表明,复配水泥的标准稠度用水量因复配比例不同而变化,凝结时间相对于占主导地位的单组分水泥明显缩短;复配水泥的早期水化速率得到提高,1d、7d的水化放热量均低于占主导地位的单组分水泥;28d抗压、抗折强度低于任何单组分水泥;膨胀性的大小取决于两种水泥的复配比例;硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥的复配使二者的水化相互促进,随着硫铝酸盐水泥掺量的增加,Ca(OH)2相的衍射峰减弱,AFt相的衍射峰增强;纯硅酸盐水泥水化后的微观形貌是致密的,而与硫铝酸盐水泥复配后则出现微观裂纹。     

利用低品位铝矾土和铸造废砂制备高贝利特硫铝酸盐水泥的研究

采用正交试验研究利用低品位铝矾土、铸造废砂、石灰石、石膏等原料制备高贝利特硫铝酸盐水泥的煅烧条件.对生料热稳定性、水泥熟料组成及其水化产物形貌等进行测试表征.可初步确定熟料的煅烧温度范围在1250～1360℃,该水泥熟料的主要矿物组成为贝利特和无水硫铝酸钙,用X-射线K值法定量分析熟料物相组成与理论计算值基本接近.该水泥的主要水化产物有钙矾石、水化硅酸钙凝胶、单硫型水化硫铝酸钙等.实验研究表明:煅烧温度1300℃,保温时间90 min,急冷,制得的高贝利特硫铝酸盐水泥凝结时间短,初凝时间30 min,终凝仅40 min,28 d水泥净浆强度可达65.4 MPa,胶砂强度与市售42.5硫铝酸盐水泥相比,早期强度比较接近,后期强度高出10％.     

硫铝酸盐水泥基复合体系的胶凝膨胀性能

研究了硫铝酸盐水泥熟料、二水石膏和氢氧化钙的不同复合胶凝体系水化产物与其膨胀性能及抗压强度的关系,利用XRD及Rietveld全谱拟合法和TG/DTG技术,对水化产物进行定性定量分析,得出硫铝酸盐水泥熟料-二水石膏体系（简称CG体系）和硫铝酸盐水泥熟料-二水石膏-氢氧化钙体系（简称CGL体系）水化产物中钙矾石（AFt）、单硫型水化硫铝酸钙（AFm）、铝凝胶（AH3）等物相含量的变化规律,并进行比较。结果表明,CGL体系水化产物中AH3和AFm生成量多于CG体系,而AFt生成量在二水石膏与硫铝酸钙摩尔比为0.5和1.0时少于CG体系,达到1.5摩尔比时两个体系相差不大;CGL体系中,掺加氢氧化钙会降低试件早期抗压强度,后期其抗压强度赶上甚至超过未掺加氢氧化钙的试件;随着二水石膏掺量增加,CG体系中AFt早期生成速率和试件膨胀率均呈增大趋势,而CGL体系中AFt早期生成速率和试件膨胀率均呈减小趋势。     

CSA水泥作为矿物外加剂对硅酸盐水泥性能及水化的影响

以三种不同粒度的硫铝酸盐水泥(CSA水泥)为矿物外加剂,研究了CSA水泥粒度、掺量对硅酸盐水泥(PC)物理性能、水化过程及水化产物性能的影响.研究表明:CSA水泥的掺量与粒度同时影响PC的凝结时间及标准稠度用水量;当CSA水泥掺量较低(1％)时,PC抗压强度有所提高;CSA水泥缩短PC水化诱导期,促进早期水化,降低C3S的水化速率,加快AFt向AFm转化;CSA水泥增加了早期水泥硬化浆体的孔隙率、累计孔体积及最可几孔径,但对后期硬化浆体的影响不大;而AFt与CH的形貌如短针状AFt及大尺寸六方板状CH不利于晶体的连生与结合,对强度的影响较大.     

养护温度对贝利特-硫铝酸钡钙水泥水化的影响

通过水化程度测试、抗压强度测试、XRD及SEM分析,研究了养护温度对贝利特-硫铝酸钡钙水泥水化程度、力学性能和水化产物的组成及其结构的影响,并将实验结果与普通硅酸盐水泥的相关性能进行比较.结果表明:养护温度对贝利特-硫铝酸钡钙水泥的早期水化影响较大,适当提高养护温度对贝利特-硫铝酸钡钙水泥的早期水化具有显著的促进作用,而对后期水化影响较小.养护温度从5 ℃提高到35 ℃时,该水泥3 d水化程度由31.57%提高到62.56%,水化3 d抗压强度由28.1 MPa增强到52.7 MPa.与普通硅酸盐水泥相比,贝利特-硫铝酸钡钙水泥早期抗压强度受养护温度的影响更大.     

硬石膏和脱硫石膏对低钙硫铝酸盐水泥熟料 性能的影响

研究了不同掺量硬石膏和脱硫石膏对高贝利特硫铝酸盐水泥熟料抗压强度、水化放热和水化产物的影响。结果显示：无论硬石膏或者脱硫石膏,当掺量为15%时,熟料的抗压强度达到最大值;当硬石膏掺量小于5%时,对熟料具有一定的缓凝作用,随着掺量的增加,硬石膏的加入会促进熟料的水化;当加入脱硫石膏时,同样促进了熟料的水化反应进程,与硬石膏相比,脱硫石膏在低掺量时并未有缓凝作用,且力学性能相差较小,由此可见利用脱硫石膏调控高贝利特硫铝酸盐水泥熟料性能是可行的。     

碱性和无碱液体速凝剂促凝早强作用机理对比研究

碱性和无碱速凝剂掺入水泥后的水化机理不同,导致应用性能存在明显差异。本文通过测试凝结时间和砂浆抗压强度等宏观性能对比了两种速凝剂的应用性能,并通过水化放热分析、XRD定量分析、热重分析和SEM微观形貌观察等微观方法综合分析了两者的早期水化历程。结果表明:碱性速凝剂加入水泥后,[Al(OH)₄]^-加快了水泥中石膏的消耗速度,水化初期生成大量钙矾石(AFt),促进了硅酸三钙(C₃S)矿物的水化,缩短了水泥浆体的凝结时间并提高了砂浆的早期抗压强度,但石膏的加速消耗也使得单硫型水化硫铝酸钙(AFm)和水化铝酸钙(C-A-H)等水化产物提前生成,影响了水泥基材料的后期抗压强度发展;无碱速凝剂加入水泥后,[Al(OH)₄]^-和SO^2-₄在液相中生成了大量AFt,促进了铝酸三钙(C₃A)和C₃S矿物的水化,影响了氢氧化钙(CH)的结晶析出。值得注意的是,SO^2-₄不仅促进了C₃A生成AFt的过程,也延缓了水泥中石膏的消耗及AFm和C-A-H等产物的生成,因此无碱速凝剂的加入除了明显提高早期抗压强度外,后期28 d抗压强度也不受影响。     

钢渣对硬化水泥浆体结构形成的影响研究

研究了钢渣对水泥强度及体积膨胀率的影响,采用SEM和EDXA分析了水化产物的形貌和微区化学成分,并用XRD对水化产物的矿物组成进行了分析研究。研究结果表明,钢渣的掺入会降低水泥净浆的早期抗压强度,但随钢渣水化的进行,掺钢渣的水泥浆体7d以后的强度增长较快,至120d时净浆抗压强度已与纯硅酸盐水泥相近。掺钢渣的水泥的体积膨胀率比纯硅酸盐水泥的体积膨胀率大,钢渣水泥的体积膨胀率主要取决于钢渣中的fCaO含量。掺钢渣水泥的主要水化产物组成和形貌与纯硅酸盐水泥无明显差别,所不同的是C-S-H凝胶中有较多的铁相。掺钢渣水泥的水化产物主要有C2SH(C)、AFt和Ca(OH)2。     

电解锰渣对热焖钢渣活性的硫酸盐激发

选用电解锰渣和水泥熟料作为激发剂,重点研究电解锰渣掺加量对热焖钢渣活性激发的影响,并通过XRD、SEM分析了电解锰渣对水化产物及水泥石微观结构的作用。结果表明：掺加量为12%（质量分数）的电解锰渣对熟料-热焖钢渣体系具有较好的硫酸盐激发效果,加快了钢渣的水化速率,大幅度提高了钢渣胶凝材料的早期强度和后期强度;电解锰渣的掺入对水化产物种类影响不大;与未掺入激发剂组相比,经激发后钢渣胶凝材料浆体中主要以絮状的C—S—H凝胶为主,同时还存在少量的AFt晶体,各水化产物具有良好的匹配,形成致密的结构,从而使整个体系获得较高的强度。     

快凝快硬高贝利特硫铝酸盐水泥熟料烧成过程研究

利用XRD和TG-DSC分析相结合的方法,研究了快凝快硬高贝利特硫铝酸盐水泥熟料的烧成过程.研究结果表明:该水泥熟料的烧成温度范围在1250~1350℃之间,即(1300±50)℃,烧成范围与普通硫铝酸盐水泥熟料一样为100℃,但烧成温度要低50℃.当温度在1250℃以上时,硫的分解明显增加,因此快硬快硬高贝利特硫铝酸盐水泥熟料烧成温度不宜超过1350℃,以免硫的分解过多,造成C4A3(S)的分解,降低水泥强度.     

超细矿渣粉和偏高岭土对硫铝酸盐水泥水化和强度的影响

掺入矿物掺合料是改善硫铝酸盐水泥(CSA)混凝土凝结硬化性能和降低生产成本的主要技术途径之一。研究了水胶比为0.4时,单掺超细矿渣粉(UFS)、偏高岭土(MK)与复掺超细矿渣粉、偏高岭土对硫铝酸盐水泥凝结时间、流动度、电阻率、抗压强度的影响,并对其1 d、28 d龄期时的水化产物进行XRD半定量分析。结果表明,单掺和复掺缩短了水泥浆体的凝结时间,但单掺偏高岭土时的缩短效果更明显,且水泥浆体的流动度随着超细矿渣粉和偏高岭土掺量的增加而减小。掺入超细矿渣粉、偏高岭土缩短了水泥浆体电阻率变化速率曲线峰值出现的时间,峰值大小与掺量成递减关系。当掺量从0%(质量分数,下同)增大到20%时,单掺超细矿渣粉试样的28 d抗压强度减小了24.7%,单掺偏高岭土试样的28 d抗压强度减小了17.7%,两者复掺试样的28 d抗压强度减小了17.3%。超细矿渣粉和偏高岭土对水泥水化产物没有明显影响,但促进了硅酸二钙(β-C₂S)的早期水化。