水泥-硅灰/粉煤灰体系强度、收缩性能与微观结构研究

为研究硅灰及粉煤灰对不同养护龄期的水泥浆体强度及收缩性能的影响,以水胶比为0.29的水泥浆体为基体,设计制备了五种硅灰及粉煤灰掺量的复合水泥浆体,借助量热仪和压汞仪测试表征了不同复合水泥浆体的水化放热特性以及孔结构组成,分析了水化放热量、孔隙率等参数随硅灰和粉煤灰掺量增加的变化规律,建立了复合浆体抗压强度与孔结构以及水化特性与收缩应变之间的量化关系。结果表明,掺入粉煤灰会大幅降低水泥净浆早期抗压强度,但对减小自收缩应变和干缩应变极为有利。掺入硅灰能明显提高净浆3 d抗压强度,但当硅灰掺量超过10%(质量分数)后,净浆3 d自收缩应变及28 d干缩应变增加极为明显。掺入硅灰会使水泥水化诱导期开始和结束的时间提前,还会增加水化反应级数和各阶段的反应速率常数值,导致水泥-硅灰复合浆体的水化放热总量和放热速率相较于水泥-粉煤灰体系大幅增加。粉煤灰和硅灰的掺入均能有效细化水泥浆体内部孔结构,提高凝胶孔比例,大幅降低大孔比例。复合浆体的72 h水化放热总量和3 d自收缩应变呈现正相关关系,而孔隙率和抗压强度呈现明显的负相关关系。     

常用外掺料对G级油井水泥体积稳定性及力学性能的影响*

针对G级油井水泥浆体体积收缩问题,对比研究了两种常用外掺料(矿渣和石英粉)对水泥浆体体积稳定性及力学性能的影响,并利用等温量热仪(ICC)、X射线衍射仪(XRD)、压汞仪(MIP)和扫描电镜(SEM)分别测试了两种外掺料对水泥水化放热速率,水泥水化产物、孔结构及水泥石微观形貌的影响。结果表明:80℃下水泥净浆体积收缩主要发生在水化早期,对应水泥石早期抗压强度、抗折强度增长迅速;掺入30%比表面积为340m2/kg的矿渣部分改善浆体体积收缩,150d线收缩率较净浆减小32%,早期抗压强度、抗折强度减小,后期强度增大并超过净浆;掺入30%比表面积为710m2/kg的石英粉加剧了浆体体积收缩,150d线收缩率较净浆增大40%,早期抗压强度、抗折强度远低于净浆及掺30%矿渣水泥。长期水养后部分超细SiO2参与反应,加之细颗粒的填充作用使其150d力学强度超过净浆及掺30%矿渣水泥,即水泥石力学强度不仅与外掺料活性有关,还与其粒径分布和养护龄期密切相关。     

孔结构特征对高掺量矿渣水泥的力学性能影响

为探索孔结构特征与高掺量矿渣水泥浆体的力学性能相关性,在矿渣掺量高达70％作用下,测试了比表面积分别为380 m2/kg、472 m2/kg、565 m2/kg的高掺量矿渣水泥(对应编号分别为HSC-1、HSC-2、HSC-3)硬化浆体各龄期强度;并采取压汞法和吸水动力学测孔法,对硬化浆体孔分布曲线、特征孔径以及孔均匀性进行分析.结果表明:HSC-2、HSC-3试样浆体3d强度较HSC-1试样浆体3d强度分别高出6.5 MPa、10.8 MPa;28 d强度分别高出8.8MPa、11.2 MPa;随着高掺量矿渣水泥比表面积的增大,硬化浆体平均孔径、中孔直径、最可几孔径及吸水率均逐渐减小,水化产物凝胶微孔增多,但同时总孔隙率有所增大,高掺量矿渣水泥细度的提高可使孔径分布均匀,孔分布趋于细化,力学性能得到改善.     

纳米SiO_2对水泥粉煤灰胶凝材料早期水化硬化的影响

利用纳米SiO_2对水泥-粉煤灰体系早期水化硬化促进作用,可以显著弥补大掺量粉煤灰体系凝结时间长、早期强度较低的缺陷。结果表明,掺有占胶凝材料质量5%的纳米SiO_2的水泥-粉煤灰净浆(粉煤灰取代率为40%)凝结时间与水泥净浆相当。纳米SiO_2可显著提高水泥-粉煤灰砂浆早期(3-7d)强度,且粉煤灰取代率越高,增强作用越明显,5%纳米SiO_2掺量可提高40%和60%粉煤灰取代率砂浆7d强度达到50%和68%。拌合物中纳米SiO_2促进了水泥水化硬化过程,密实了水泥石结构。结果表明,纳米SiO_2的掺入有利于大掺量粉煤灰、绿色混凝土的开发和利用。     

纳米C-S-H对水泥水化、硬化浆体孔结构及混凝土强度的影响

通过水化热测试、化学结合水含量测试、X射线衍射分析、压汞测试及强度测试研究了合成的纳米水化硅酸钙(n-C-S-H)对水泥水化过程、硬化水泥浆孔结构及混凝土强度的影响。结果表明:n-C-S-H显著加速了水泥早期水化,提升了水泥在12～24 h龄期的水化程度,从而显著提高混凝土12～24 h龄期的抗压强度,24 h以后对强度提升效果逐渐减小。3 d以后n-C-S-H对混凝土强度发展没有明显的促进作用,1.5%掺量下混凝土强度反而较空白样有所降低;加入n-C-S-H的硬化水泥浆在12 h～3 d龄期内相比空白水泥浆临界孔径降低,凝胶孔孔隙率提高,毛细孔孔隙率降低。n-C-S-H改变了C-S-H凝胶的生成方式,使其原本从水泥颗粒表面析出变为了从孔溶液中析出,显著减小了毛细孔孔隙率,同时增加了凝胶间孔的体积。这种多核生长的方式导致水化产物结构疏松,从而导致基体强度略微降低。因此,在相同水化程度时,掺有n-C-S-H的混凝土抗压强度略低于空白混凝土。     

碳纳米管对硅酸盐水泥力学性能的影响研究

研究了用超声分散的碳纳米管对硅酸盐水泥物理力学性能的影响,并利用XRD和SEM等测试手段对碳纳米管改性水泥的水化产物及硬化浆体的形貌进行了分析.结果表明:碳纳米管的掺入改变了水泥净浆的标准稠度用水量和凝结时间,提高了其抗压和劈裂抗拉强度,但并未造成安定性不良.随碳纳米管掺量的增加,水泥净浆的标准稠度用水量逐渐增加,凝结时间不断缩短,标养28天的抗压和疲劳抗拉强度较未掺碳纳米管的硬化浆体分别提高了15.34％和18.44％.XRD分析表明碳纳米管的掺入不仅提高了水泥净浆的水化程度,增加了C-S-H的生成量,而且降低CH的结晶度.SEM证明碳纳米管的掺入较未掺的水泥净浆硬化浆体结构趋于优化,更致密.     

三异丙醇胺对石灰石硅酸盐水泥的水化机理及微观结构的影响

通过水泥净浆和砂浆强度试验、测量水化热、硬化水泥浆体的热分析、微观结构的扫描电镜观察和孔结构的测量,研究了三异丙醇胺（triisopropanolamine,TIPA）对石灰石硅酸盐水泥强度、水化过程和硬化水泥浆体的微观结构的影响。结果表明：掺加TIPA能够显著提高石灰石硅酸盐水泥净浆和砂浆的后期强度;TIPA对C4A...     

5℃时掺低温早强剂水泥的早期水化及微观结构

以溴化钙(CaBr2)、溴化锂(LiBr)和三异丙醇胺(TIPA)三组分制备低温早强剂,研究低温下,早强剂对净浆强度、凝结时间、流动度的影响,并从水化热、产物微观结构等角度出发,探讨其作用机理。结果表明:5℃低温时,低温早强剂的掺入使净浆初、终凝时间均略有所缩短,可明显加快试件的强度发展,掺低温早强剂净浆1、3、7、28 d抗压强度较对比样分别提高291%、78%、62%和40%,3 d后各龄期强度已超对比样20℃时强度。低温下,低温早强剂使水泥水化诱导期缩短、加速期提前,最大放热速率较对比样增大78%,12 h、7 d累计放热量则分别增大227%和52%。低温早强剂可促进水泥初期水化反应,使试样中Ca(OH)2含量增加、水化程度增大,水化12 h产物中即有大量Ca(OH)2生成,且生成了含溴C-S-H凝胶和水化溴氧铝酸钙[Ca4Al2O6Br2·10H2O]产物。水化产物相互堆积,细化了水化初期(7 d前)试件的孔径,大孔数量明显减少,净浆1、7 d总孔隙率较对比样分别减小16%、31%,试样微观结构更加致密。     

5℃时掺低温早强剂水泥的早期水化及微观结构EI北大核心CSCD

以溴化钙(CaBr2)、溴化锂(LiBr)和三异丙醇胺(TIPA)三组分制备低温早强剂,研究低温下,早强剂对净浆强度、凝结时间、流动度的影响,并从水化热、产物微观结构等角度出发,探讨其作用机理。结果表明:5℃低温时,低温早强剂的掺入使净浆初、终凝时间均略有所缩短,可明显加快试件的强度发展,掺低温早强剂净浆1、3、7、28 d抗压强度较对比样分别提高291%、78%、62%和40%,3 d后各龄期强度已超对比样20℃时强度。低温下,低温早强剂使水泥水化诱导期缩短、加速期提前,最大放热速率较对比样增大78%,12 h、7 d累计放热量则分别增大227%和52%。低温早强剂可促进水泥初期水化反应,使试样中Ca(OH)2含量增加、水化程度增大,水化12 h产物中即有大量Ca(OH)2生成,且生成了含溴C-S-H凝胶和水化溴氧铝酸钙[Ca4Al2O6Br2·10H2O]产物。水化产物相互堆积,细化了水化初期(7 d前)试件的孔径,大孔数量明显减少,净浆1、7 d总孔隙率较对比样分别减小16%、31%,试样微观结构更加致密。     

矿渣对阿利特-硫铝酸钡钙水泥水化硬化过程的影响

通过对水泥力学性能、水化速率和水泥硬化浆体孔结构的测定,结合XRD、SEM分析,研究了矿渣对阿利特-硫铝酸钡钙水泥水化硬化过程的影响。研究结果表明:掺入矿渣后,水泥的早期强度下降幅度较大,但后期强度下降幅度较小。在试验掺量范围内,当矿渣掺量为20%时,该水泥各龄期抗压强度下降幅度最小,其后期抗压强度接近纯熟料水泥;加入矿渣后,水泥水化热明显降低,矿渣在受到碱激发与硫铝酸盐双重激发作用下发生二次水化反应,使水泥水化速率有一定增加而出现第三个放热峰;矿渣二次水化反应有效地改善了硬化水泥浆体的孔结构,使水泥后期强度逐渐增加。     

沸石粉对硫铝酸盐水泥水化行为的影响机理研究

研究了沸石粉对硫铝酸盐水泥浆体流动度、凝结时间和抗压强度的影响规律,并通过自收缩、电阻率和XRD测试分析了沸石粉在硫铝酸盐水泥水化行为中的作用机理。结果表明,掺入沸石粉后水泥浆体的流动度明显降低,凝结时间显著延长,且延长时间随掺量的增大呈先增大后减小的趋势。当沸石粉掺量为5%~15%(质量分数)时,硬化水泥浆体的1 d、3 d、7 d抗压强度均有显著提高;沸石粉掺量为10%时,水泥浆体3 d、7 d、28 d的强度增长幅度最大,和空白组相比,分别增长了21.6%、13.9%和5.4%。掺入沸石粉后水泥浆体的24 h电阻率显著增大,硬化浆体的7 d自收缩减小,且在相同龄期时,硬化浆体的自收缩随沸石粉掺量的增大而减小。XRD分析显示沸石粉的掺入能有效促进硫铝酸盐水泥的水化,有利于1 d、3 d和28 d龄期内钙矾石的形成。     

钢渣粉对硫铝酸盐水泥水化过程的影响及热力学模拟

通过测试水泥浆体的凝结时间、抗压强度、电阻率,同时结合水化产物分析及热力学模拟,研究了不同掺量钢渣粉对硫铝酸盐水泥水化行为的影响规律。结果表明,随着钢渣粉质量掺量的增大,初凝时间呈先延长后缩短的趋势,且在掺量为20%时达到最大值。在28 d龄期内,掺入钢渣粉的水泥硬化浆体抗压强度均小于未掺入钢渣粉的硬化浆体,但在龄期达到60 d和90 d时,掺入40%钢渣粉试样的抗压强度均大于未掺入钢渣粉的试样。钢渣粉与硫铝酸盐水泥复合浆体的电阻率在水化初始阶段随着钢渣粉掺量的增大而增大,在水化后期(约3 h后)则随钢渣粉掺量的增大而减小。在1 d龄期内,钢渣粉掺量为40%的试样中的钢渣粉发生了水化反应,使得水泥浆体在减速期的水化速率最大。由热力学模拟结果可知：在钢渣粉掺量为40%的试样中,C₂S在10 h后开始进行水化反应,C₂ASH₈则在168 h后开始生成;当钢渣掺量大于15%时,随着钢渣粉掺量的增大,钙矾石和铝胶的生成量逐渐减少,C₂ASH₈的生成量逐渐增多。     

水泥的碳酸化工艺研究

通过设计正交实验,测定碳酸化水泥复合胶凝材料与纯水泥的水化产物及观察硬化浆体的微观形貌,研究了水泥的碳酸化工艺条件。结果表明：碳酸化水泥复合胶凝材料3d、28d的抗压强度普遍高于纯水泥,且强度等级由42．5提高至52．5;水量、碳酸化温度对碳酸化复合胶凝材料3d抗压强度有显著影响,且水量的影响作用较大;水泥的碳酸化最佳工艺条件为水量：0．2％、CO2压力：0．2MPa、碳酸化温度：25℃、碳酸化时间：30min;复合胶凝材料3d水化产物中有CaCO3微晶析出,28d水化产物中有较多的碳铝酸钙生成。     

养护条件对EVA乳液改性水泥浆体水化行为和孔结构的影响

本文制备了不同乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)乳液含量的聚合物改性硅酸盐水泥浆体,对比了其在相同水灰比,不同养护制度(标准养护、蒸汽养护)条件的水化性能与孔结构。通过X射线衍射分析、水化热分析、压汞分析、氮吸附测试,以及立方体抗压强度测试评价了EVA乳液在不同养护状态下对水泥水化产物、水化特性、孔结构以及抗压强度的影响。结果表明,与标准养护相比,蒸汽养护下EVA乳液没有改变水泥水化产物,在EVA乳液较高掺量下,降低了其延缓水泥水化的程度,降低了试样的孔隙率,并且增加了试样中小孔的含量,而蒸汽养护削弱了EVA乳液对水泥净浆强度的负面影响。     

石膏、硅灰对硅酸盐胶凝材料早期抗压强度的影响

为了研究石膏、硅灰对硅酸盐胶凝材料早期强度的影响,分别测试了石膏、硅灰不同掺量下的胶凝材料的4 h、1 d、28 d的抗压强度。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了水化产物的微观结构特征。研究表明,在一定的试验范围内,胶凝材料的抗压强度随石膏的增加而变大,掺量为0.75%时最佳,4 h和1 d的抗压强度分别达到5.8 MPa和63.4 MPa;硅灰掺量从0%增长到15%,胶凝材料的各龄期抗压强度均随掺量的增加而呈增长趋势;硬化浆体的微观结构特征表明,一定的试验范围内,石膏使体系中的AFt数量增加,硅灰使体系中的C-S-H凝胶增多,且硅灰未水化的细小颗粒体有效填充硬化浆体的孔隙。     

磷渣对水泥浆体水化性能和孔结构的影响

通过对水泥浆体凝结性能、水化放热、力学性能和孔结构的测定,以及扫描电镜分析和差热-热重分析,研究了不同掺量磷渣对水泥浆体水化性能和微观结构的影响.结果表明:随着磷渣掺量的增加,浆体的凝结时间延长,水化热减少,早期抗压强度下降.但掺磷渣水泥浆体的后期抗压强度已接近或超过了纯水泥浆体的,磷渣掺量的增加对水泥浆体的后期抗压强度影响不显著.浆体中的Ca(OH)2量随龄期的延长而增加并随磷渣掺量的增加而降低.磷渣的活性效应和填充效应的发挥有效地改善了浆体水化后期的微观结构和孔结构,从而使浆体的力学性能有所提高.     

Study on the high‐temperature behavior and rehydration characteristics of hardened cement paste

The high‐temperature behavior and rehydration characteristics of the hardened cement paste and their mechanisms have been studied in this paper. X‐ray diffraction and thermogravimetry are used to establish the effect of elevated temperatures on the mineralogical changes that occurred in the hardened cement paste. The change of microstructure was characterized by scanning electron microscopy. The results showed that with the temperature increased, the compressive strength of hardened cement paste first increased and then decreased. According to micromeasurements, at 400°C, the porosity and average pore diameter of hardened cement paste increased slightly, while at 800°C, the porosity and average pore diameter of hardened cement paste increased sharply. When hardened cement paste was cured after exposing to 400°C, its pore structure and phase composition had no change, while when hardened cement paste was cured after exposing to 800°C, there are new hydration products, and its pore structure may be finer, but it cannot fully recover to the original state. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

碳酸化对普通硅酸盐水泥水化性能的影响

通过控制加水量来调节普通硅酸盐水泥的碳酸化程度。通过对硬化浆体水化产物的种类及含量进行分析,研究了在不同的加水量下,碳酸化对普通硅酸盐水泥水化性能的影响。结果表明：在加水量为0.2%～7%的范围内,碳酸化增重率由0.133%增至6.8%;普通硅酸盐水泥经碳酸化后,生成CaCO3晶体颗粒;f-CaO的含量由1.584%下降至0.198%;随着碳酸化增重率的增大,碳酸化水泥的标准稠度用水量由0.28增至0.42;碳酸化降低了普通硅酸盐水泥3 d、28 d抗压强度,尤其对3 d抗压强度影响更为明显;碳酸化生成的CaCO3易与水泥中的C3A反应生成碳铝酸钙;碳酸化抑制普通硅酸盐水泥的早期水化,但对后期水化影响较小。