硅灰和减水剂对硅酸三钙水化调控机理的研究

采用XRD、精密水化微量热、ESEM、EDS和NMR等测试技术,研究了硅灰和聚羧酸减水剂对C3S水化的影响。结果表明：聚羧酸减水剂的掺入抑制了C3S的早期水化放热,而硅灰消耗了C3S水化产生的CH,促进了C3S的水化.两者都使C3S水化产物C-S-H凝胶的形貌由针棒状发生了转变,且其硅氧四面体的聚合状态有较大不同,尤其是硅灰显著影响了C-S-H凝胶硅氧四面体聚合状态中Q1、Q2的含量。     

β-C_2S和C_3S 水化物的碳化作用

本文研究β-C_2S 和 C_3S 水化物的碳化作用。探讨了相对湿度、CO_2分压、水灰比等因素对低温合成β-C_2S 试体碳化速率和性能的影响。从试验结果认为 CO_2先溶解于水成为碳酸是碳化反应的第一步。发现β-C_2S 和 C_3S 水化物的碳化性能是有区别的。并得出当水化过程中生成的 CH 尚未完全碳化以前,C-S-H 凝胶已开始因碳化而分解,从而 C/S 比逐渐降低直至完全分解为碳酸钙和硅胶。文章还探讨了碳化机理和碳化动力学。从碳化试体强度的迅速增长,提出在水化早期,因碳化促进了硅酸钙的水化而导致强度发展加快。以红外光谱分析和 X 射线衍射分析研究了碳化生成的碳酸钙和硅胶的形态。     

水化硅酸钙的碳化作用

本文研究水化硅酸钙的碳化作用。研究了低温合成β-C_2S和C_3S在的完全水化物及部分水化物的碳化性能,发现β-C_2S水化物比C_3S 水化物的碳化速率为高,说明碱度较低的水化硅酸钙比碱度较高的水化硅酸钙容易碳化。实验证实了碳化能够促进硅酸钙的水化,从而较好地解释了β-C_2S试体经碳化后强度迅速增长的现象。从β-C_2S碳化试体的长期强度低于正常养护的试件这一事实,提出这主要是因水化硅酸钙经碳化后体积减小,从而使碳化试体密实度低于正常养护试体而引起的。文章探讨了水化硅酸钙碳化过程中C-S-H凝胶化学组成的变化,得出 C-S-H 凝胶经碳化后,其C/S比逐渐下降直至完全分解为碳酸钙和硅胶。文章还探讨了水化硅酸钙的碳化动力学。以红外光谱分析和X射线衍射分析相结合研究了碳化生成的碳酸钙和硅胶的形态和性质,并采用透射电子显微镜对水化硅酸钙及其碳化产物的形貌进行了观察。     

活性β-C_2S的研究

将CaO与气相沉积SiO_2按CaO/SiO_2=2的比例混合,混合料先经100℃常压水热处理,再在低于850℃下煅烧可制得C_2S,经X射线衍射、红外吸收光谱、反光显微镜观察均可证明它是β型硅酸二钙。同时用碳酸钙(C.P.)与气相沉积SiO_2按相同比例混合,用通常的方法在1340℃烧成的β-C_2S与之作对比试验。 采用此种新技术制得的β-C_2S水化活性是很高的。尽管它的浆体水/灰比值较高(0.55),但水化3d就具有一定的强度,水化14d的强度是普通β-C_2S同期令强度的10倍。由结合水量和水化释出的Ca(OH)_2量,均可证明它是一种活性很高的β-C_2S。     

不同矿物掺合料在复合胶凝材料中水化特性的对比研究

通过强度、X射线衍射(XRD)、差热-热重(DTA-TG)及扫描电镜(SEM)测试,对比研究了玻璃粉、石灰石粉和钢渣粉在水泥基材料中的水化特性.结果表明:养护早期,钢渣粉、石灰石及玻璃粉在胶凝体系中主要作为惰性材料起到填充作用,单掺15％的石灰石粉和钢渣粉能促进胶凝体系早期强度增长.养护至90 d时,由于掺合料的二次水化作用,复合胶凝体系的强度增长率高于纯水泥样;石灰石粉能与熟料中的铝相发生水化反应生成单碳水化碳铝酸钙;钢渣粉胶凝体系内,除了水泥水化继续生成的氢氧化钙之外,钢渣粉中的活性物质如C2S和C3S后期水化也能生成氢氧化钙,使得体系内氢氧化钙含量随龄期增加而增加;玻璃粉在养护后期能与氢氧化钙发生火山灰反应,且玻璃粉火山灰反应消耗的氢氧化钙量大于水泥水化的氢氧化钙量,导致玻璃粉体系内氢氧化钙含量随龄期增加而降低.     

碳酸钙微集料对硅酸三钙水化的影响

本文采用导热量热法、TGA、DTA、化学分析、原子吸收光谱分析及SEM/EDXA等方法研究了掺CaCO_3后C_3S水化速度及显微结构等的变化。发现C_3S水化随着CaCO_3的细度与掺量的提高而加速。部分CaCO_3参与了反应,C-S-H的Ca/Si比略有提高。CaCO_3颗粒表面生长着C-S-H和CH,对C_3S水化起了晶核作用。     

蒸压DSP浆体的反应产物研究

将以白水泥和硅灰制成的DSP水泥浆体于120℃、183℃、240℃下蒸压。用X射线粉末衍射法、固体核磁共振和扫描电子显微镜检验反应产物。研究了C/S、蒸压温度、蒸压时间对反应的影响。在较低温度下,主要水化产物为结晶差的C-S-H凝胶,随蒸压温度升高,可检测到硬硅钙石、托勃莫来石、自钙沸石、含水斜方硅钙石和含水8CaO·5SiO_1等晶体。初始混合物的C/S在1.3和1.1之间,水化产物有明显变化。实验表明,~(29)Si核磁共振是研究硅酸盐聚合度的有效方法。     

高性能碱激发胶凝材料的正交试验研究

利用正交试验研究了Ca(OH)2,Ca SO4·2H2O和硅灰的掺量对碱激发胶凝材料强度的影响;同时借助扫描电子显微镜(SEM)对胶凝材料微观结构进行分析。试验结果表明:在水化初期,Ca SO4·2H2O掺量对碱激发胶凝材料的强度影响起较大作用,其次是Ca(OH)2掺量的影响,再次是硅灰;而随着水化反应进行程度的不断加深,碱掺量逐渐起较大作用,Ca SO4·2H2O次之,硅灰再次之。随着水化反应的不断进行,矿渣中的玻璃体不断被消耗而生成C-S-H凝胶,而生成的C-S-H凝胶不断搭接融合,形成整体的组织结构,使胶凝材料不断密实,强度逐渐提高。另外通过试验得出了配制强度达到50MPa的碱激发胶凝材料的具体配合比,即Ca(OH)2掺量为8%,Ca SO4·2H2O掺量为3%,硅灰掺量为3%。     

粉煤灰、硅灰及纳米硅与C3S水化反应产物的显微结构研究

介绍了粉煤灰，硅灰，纳米硅以及复合微粉剂对C2S水化的作用，对其产物的显微结构进行了分析。结果表明：不同粒径的微粉与C3S二次水化反应时，在Ca(OH)2的侵蚀作用下，早期生成絮状C－S－H凝胶，后期生成向外呈辐射状的纤维C－S－H。这种二次水化产物可填充不同粒径颗粒之间的孔隙，最终形成致密网络状的二级界面显微结构。     

超塑化剂对C_3S水化产物C-S-H的影响

首次采用三甲基硅烷化法(TMS)研究超塑化剂对C-H-S凝胶中硅酸盐阴离子聚合度的影响。同时还用定量X射线分析(QXDA),热分解气体分析(TEGA)和氮气静态吸附等方法研究了C_3S水化产物C-S-H的化学成分和比表面积。结果表明,如水灰比保持不变,掺加少量超塑化剂对C-S-H的本质无明显影响;如果在掺加超塑化剂的同时减少拌合水量,则C_3S水化度下降,而硬化浆体的强度则提高。这主要是由于浆体孔结构改变的缘故,而C-S-H本身变化不大。     

磨细石灰石水泥的研究

长期以来,磨细石灰石被看作是一种惰性材料。但近来的研究表明掺磨细石灰石的水泥水化时析出水化碳铝酸钙;生成钙矾石时,硫酸盐离子可用碳酸盐离子置换而不改变反应过程序;碳酸钙与硅酸钙(阿利特)相互反应,能促进C_3S水化,改变C—S—H的Ca/Si比。 由于磨细石灰石与C_3A相互反应已被充分证     

硅酸钙稀悬浮液的水化过程

C_3S及β-C_2S稀悬浮液中的水化过程包括硅酸钙在水中开始进行溶解,逐步形成其水化产物的过饱和溶液,然后其水化产物逐步从此过饱和溶液中析出。C_3S及β-C_2S的水化过程均经过形成水化硅酸钙及Ca(OH)_2这两个过饱和溶液的阶段。C_3S和β-C_2S所形成的水化硅酸钙过饱和溶液具有相同的过饱和值,此值约为4～4.5。而它们所形成的Ca(OH)_2过饱和溶液则具有甚低的过饱和值,且此过饱和值的持续时间亦很短暂。     

稻壳灰在丁苯聚合物/水泥复合胶凝材料凝结硬化过程中的作用

聚合物/水泥复合胶凝材料在解决普通水泥基材料脆性大、易开裂、抗拉抗折强度低等问题的同时还可使水泥基材料具有了更好的防水性和耐久性,但聚合物/水泥复合胶凝材料凝结硬化较为缓慢。针对此,采用稻壳灰作为调凝组分,研究稻壳灰对丁苯聚合物/水泥复合胶凝材料凝结硬化过程以及水化进程和水化产物的影响,探讨稻壳灰调节凝结硬化过程的机理。结果表明:稻壳灰能加快丁苯聚合物/水泥复合胶凝材料的水化进程,缩短水化诱导期、加速期,并提高早期水化程度,从而缩短凝结时间,提高早期强度。凝结硬化过程中,稻壳灰促进了C_3S的水化,并与部分水化产物Ca(OH)_2发生二次反应生成C–S–H凝胶。     

不同掺量非晶态C12 A7/CaSO4·2 H2 O体系对OPC早期性能的影响及作用机理

研究了不同掺量非晶态C12 A7/CaSO4·2H2 O体系对OPC净浆凝结时间、流动性和早期抗压强度的影响,通过XRD和SEM对水化产物的物相和形貌进行了表征,并采用量热试验对其水化历程进行了分析。结果表明：非晶态C12 A7/CaSO4·2H2 O体系掺量为5%,非晶态C12 A7与CaSO4·2H2 O的质量比为1.0∶1.0时,非晶态C12 A7/CaSO4·2H2 O体系能够促进C3 S和C2 S的水化,生成C-S-H凝胶相互交织搭接形成网络结构而促进凝结;同时也促使OPC水化早期产生大量针状晶体钙矾石,钙矾石与前期生成的C-S-H凝胶相互填充,使水化产物结构密实,提高早期强度。     

高温养护对炉底灰胶凝体系强度及水化产物的影响

为实现炉底灰在大体积混凝土工程中的资源化利用,结合净浆强度测定、X射线衍射、红外光谱及扫描电镜等手段,研究了高温养护对不同龄期炉底灰胶凝体系强度及水化产物的影响,结果表明:炉底灰胶凝体系水化产物主要为羟钙石,红辉沸石,文石以及C-S-H凝胶,高温养护促进了胶凝体系中硅酸钙的水化,生成更多的羟钙石和C-S-H凝胶,提高了试样早期强度;养护后期,胶凝体系水化速率及强度增长速率减小,羟钙石参与碱激发反应被消耗,C-S-H凝胶聚合度降低.高温养护下,胶凝试样的早期微观形貌以密实的网状C-S-H凝胶为主,随着龄期的增长,C-S-H凝胶结构更加致密,包裹于凝胶中的羟钙石在高温作用下产生微裂隙,阻碍了试样强度的发展.     

通过加速碳化激发γ-C_2S矿物的活性

在1 350℃的煅烧温度下,制备了纯的γ-Ca_2SiO_4(γ-C_2S)矿物,研究了加速碳化后该矿物的物理力学性能。结合X射线衍射、高分辨29Si固体核磁共振和扫描电子显微镜分析其硬化机理,探讨了加速碳化技术激发γ-C_2S矿物活性的可行性。结果表明:加速碳化能显著激发γ-C_2S矿物的活性,8 h抗压强度达71.3 MPa;γ-C_2S碳化形成了形状不规则的碳酸钙和高度聚合的硅凝胶,类似于水化硅酸钙(C-S-H)凝胶的作用,是强度增加的主要来源。     

粉煤灰-水泥水化的核磁共振定量分析

利用高分辨固体核磁共振仪结合去卷积技术,定量分析了粉煤灰水泥浆体中水泥和粉煤灰的水化程度以及C-S-H凝胶中硅氧-铝氧链平均长度,同时研究了粉煤灰火山灰反应对C-S-H结构的影响。结果表明:水化3 d时,系统中约47%的水泥和14%的粉煤灰参与了水化反应,C-S-H平均链长为3.2;水化120d时,水泥和粉煤灰的水化程度分别为89%和33%,C-S-H平均链长约为3.8,远大于纯水泥浆体中C-S-H的平均链长(为2.7)。水化3 d时粉煤灰玻璃相结构中的Si—O—Si,Si—O—和Al—Al共价键断裂,形成了单体硅酸根和单体铝酸根,这些单体结构桥连体系中的二聚体单元进而提高了C-S-H平均链长。粉煤灰掺入并不会因为C-S-H聚合度提高以及ACL增加就能促进粉煤灰水泥浆体强度。     

加速碳化对水化硅酸钙显微结构的影响

废弃水泥石等固体废弃物碳酸化不仅能够永久固碳,还可实现固体废弃物的再利用,减少对环境的污染。水化硅酸钙(C-S-H)是最主要的可碳化成分之一。合成了钙硅(C/S)比为1.50的C-S-H,研究了加速碳化对其显微结构的影响。用Rietveld全谱拟合的方法和热重-质谱联用的方法对碳化产物进行定量分析,用扫描电镜、N2吸附和29Si固体核磁共振对碳化前后的显微结构进行表征。结果表明:在99.9%CO2,0.2 MPa压力下加速碳化2 h之后,生成了3种不同晶型的碳酸钙和硅胶,碳酸钙从300℃开始分解,文石和球霰石具有较低的分解温度,结晶良好的方解石分解温度较高;多孔结构硅胶具有更高的吸附能力,但C-S-H碳化后的平均孔径从10.33 nm减小到6.69 nm,比表面积由85.6 m2/g减小到67.7 m2/g,这是由于大量的结构致密的碳酸钙晶体堆积造成的;C-S-H双层硅氧链之间的Ca–O层逐渐脱去与CO2反应,硅氧四面体被质子化或与邻近的硅氧四面体链接,形成了聚合度更高的Q3和Q4结构。     

钙硅比对水化硅酸钙结构、Zeta电势及减水剂吸附性能的影响分析

为探究水化硅酸钙(C-S-H)晶核剂对掺减水剂混凝土的影响,研究了不同钙硅比的水化硅酸钙对聚羧酸减水剂的吸附性能.通过120℃水热反应法制备水化硅酸钙,并采用XRD、SEM和29Si NMR对所制备的Ca/Si为1.0、1.3和1.6的水化硅酸钙样品进行表征;同时通过Zeta电势、总有机碳分析(TOC)和流动性分析探究了由钙硅比的变化对水化硅酸钙的Zeta电势和减水剂吸附性能以及对水泥浆体流动度的影响.试验结果表明,水化硅酸钙的链长和结晶度的优劣主要受到钙硅比的影响,钙硅比增大,链长变短,结晶度变差;水化硅酸钙的Zeta电势随着钙硅比增加而增大;C-S-H在超纯水中的电导率随钙硅比增加而变大;在不同氢氧化钙浓度的溶液中,Ca/Si为1.6的样品较1.0样品能吸附更多的减水剂;并且拥有较好的浆体流动性能.因此,高钙硅比的水化硅酸钙对聚羧酸减水剂拥有较强的吸附能力,并且对含聚羧酸减水剂的水泥浆体流动性能影响相对较小.     

活性β—C_2S的水化

本文是“活性β—C_2S的研究”一文的继续,着重研究了这种活性β—C_2S的水化性能:净浆小试体测定它的抗压强度表明它的早期强度尤其是14天～1个月之内的强度特别高,它是普通高温烧制的β—C_2S的10倍,甚至略高于C_3S同期龄强度。它的半年强度值,普通C_2S要水化一年才能达到。用微量导热仪测定的早期水化20分钟水化放热速率是7.25cal/g.hr而普通C_2S为1.212cal/g·hr。DTA和TMS—GLC测定水化速度亦证明它比普通C_2S要快,TMS—GPC测定水化产物C—S—H凝胶中硅酸盐阴离子的聚合度,活性β—C_2S水化7天的Mw/Mh为2.02,而普通C_2S仅1.33。此外还用SEM观察到两种C_2S的水化产物形貌也有所差别。