水泥水化动力学及微观模型的计算机模拟

本文介绍了几种传统的水泥水化动力学研究方法(整体动力学,粒子动力学,综合动力学)以及常用的计算机模拟法,提出了微观模型在工程预测方面的应用.     

高温条件下超高性能水泥基复合材料水化放热研究

超高性能水泥基复合材料组分复杂,高温养护会使水泥基材料水化过程发生显著变化,其早期水化、硬化及微结构形成机理仍存在众多疑惑.本文利用等温量热仪对不同水灰比、不同养护温度、不同矿物掺合料下的超高性能水泥基复合材料的水化放热过程进行研究.试验结果表明,减小水灰比、提高养护温度都将促进超高性能水泥基复合材料的水化放热进程;此外,硅灰的掺入能明显促进水化,但粉煤灰却有着延缓的作用.     

水泥基材料的水化动力学模型

介绍了水泥基材料的水化动力学模型.根据实验测定的水化放热数据,采用模型给出的积分和微分方程,对水泥基材料的水化反应中的3个基本过程即结晶成核与晶体生长(NG)、相边界反应(I)和扩散(D)进行了表征,得到反应速率常数K、反应级数n和表观活化能Ea等动力学参数以及各反应阶段的反应速率与反应度的关系.计算得到的各阶段的反应速率曲线能较好地分段模拟由量热实验得到的胶凝材料实际水化速率dα/dt曲线.观察3个阶段的相互关系,可对水泥基材料复杂的水化机理进行解释.水泥基材料的水化反应存在两种不同的历程:NG-I-D或NG-D.在水化初期NG是控制因素,随着水化程度提高,逐渐转由I或D控制反应.     

磷酸钙骨水泥水化过程的交流阻抗特性

研究了磷酸钙骨水泥水化经过程的交流阻抗行为,结果表明：不同水化时间样品的交流阻抗谱在低频区是相互平行的,与实轴的交点值先增大,水化４ｈ后开始减少,表明在水化开始阶段由于水化产物的形成而使Ｐ．ｒ０（孔隙率与平均孔径的乘积）值减小,４ｈ以后,随着水化的进行,Ｐ．ｒ０值不但不降低,反而有所升高,实验结果还表明,固液化越大,交流阻抗谱直线同实轴的交点值越大;不同颗粒配比的样品其阻抗谱有所不同,水化２４ｈ后     

水泥水化动力学机理及模型建立的研究

本文以水泥水化过程中所体现的基本动力学方式和原理为基础,以建立能够与水泥水化养护时间和水化程度曲线直接对应的动力学模型为目标,开展了水泥水化动力学机理及模型建立的研究。     

矿渣对水泥水化影响的研究进展

矿渣(slag)作为水泥的一种重要混合材,具有易磨性差、自身水硬性、污染环境等缺点而限制了其应用,所以矿渣对水泥水化影响的研究成为水泥科学研究领域的热点问题之一.本文从矿渣不同品种和用量方面介绍了矿渣对水泥水化的影响,综述了近年来国内外矿渣对水泥水化影响的研究进展,介绍了近十年矿渣在水泥中的应用,展望了未来矿渣在水泥方面的发展趋势.     

矿渣-水泥胶凝体系的水化动力学模型

矿渣是由高炉炼铁熔融的矿渣骤冷时形成的细粒状玻璃态物质,它是一种活性掺和料.将矿渣粉作为掺合料掺入水泥基材料中,其活性可以得到充分的发挥,使得水化反应充分,进而改善水泥基材料的力学性能.本文分析了矿渣和水泥的水化动力学影响因素,建立了矿渣-水泥胶凝体系的水化动力学方程,主要从水胶比、温度以及比表面积这三个因素来分析矿渣掺量对矿渣-水泥胶凝体系水化过程的影响.结果表明,增大水胶比、升高温度及增大水泥颗粒的比表面积均能够不同程度的加速矿渣-水泥胶凝体系的水化进程.     

水泥水化产物的热分析研究进展

水泥基水化产物的性质决定着水泥混凝土材料的工程性能.借助热分析手段,可以开展水泥水化产物的热分解脱水过程的研究,从而有助于探索水泥基材料的组成、结构与性能之间的关系.本文综述了近年来水泥水化产物的热分析研究进展.     

矿渣-水泥水化动力模型研究

以矿渣-水泥为研究对象,在C3 S的水化动力模型的基础上对纯硅酸盐水泥的模型进行了修正,并引入相关动力学参数综合考虑矿渣掺合料对硅酸盐水泥水化的影响机理,建立了矿渣水泥体系水化动力学模型.     

-3 ℃养护下考虑矿物掺合料影响的水泥水化程度计算模型

针对多年冻土地区工程施工时混凝土养护的问题,采用10%、20%、30%的矿粉和粉煤灰替代量等量替代水泥,测试了-3 ℃恒温养护条件下0.38水胶比水泥浆体在各个龄期的水泥水化热,计算了水泥水化程度;分析了龄期及矿物掺合料对水泥水化程度的影响规律,建立了综合考虑龄期和矿物掺合料替代量的水泥水化程度计算模型.结果表明:-3 ℃恒温养护下,矿物掺合料等量替代水泥,水泥浆体的水化程度会降低,粉煤灰降低水化程度的值要比矿粉高;在相同矿物掺合料替代量下,随着龄期的增长,矿物掺合料对水泥水化程度的影响逐渐减弱;同一龄期时,随着矿物掺合料的增加,矿物掺合料对水泥水化程度的影响逐渐增强;利用建立的模型计算了分别掺入15%矿粉和粉煤灰的水泥水化程度,与实测值相比,计算值偏离值较少,预测精度较高.     

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...     

Formation of a Protective Layer During the Hydration of Cement

The mechanism for the slow rate of reaction between portland cement and water during the early stage is not well understood, but it probably is controlled by either the rate that the reactants diffuse through a barrier that surrounds the unreacted cement grains or by the rate that nuclei of the stable product form and grow or by both rates. New evidence using environmental scanning electron microscopy is presented about the structure of a layer that forms around the particles of cement. Preliminary observations that relate mixing to the structure of the layer are also presented.     

粉煤灰的微观形态及其在水泥水化中的特性

研究粉煤灰的形貌、微观结构、形成机理及水化界面特性。水化后期,粉煤灰颗粒表面层已完全与水泥水化产物发生二次反应,填充水泥石的孔隙空洞,使孔结构高度细化,强度逐渐提高。     

Synthesis and Hydration Characteristics of Alinite Cement

A chlorine-bearing alinite cement was synthesized using reagent-grade chemicals, and the phase evolution and hydration behavior of the alinite clinker were examined. The effects of the MgO content on alinite formation and hydration also were investigated. Alinite began to appear at 1000°C from β-C₂S, C₁₁A₇CaCl₂, and unreacted raw materials, and an almost single-phase alinite was obtained at 1300°C. The alinite phase also was produced without MgO addition. However, CaO, β-C₂S, and C₁₁A₇CaCl₂ phases were present. Alinite cements hydrated rapidly after a short incubation period, and the hydration products were C-S-H gels, Ca(OH)₂, and a Fridel's saltlike phase. The local environmental changes of silicon and aluminum during the formation and hydration of alinite were determined using magic-angle-spinning nuclear magnetic resonance spectroscopy. The Cl⁻-ion exsolution from the alinite paste during hydration was measured using ion chromatography.     

CoFeMgAl-LDHs/CNTs复合材料对水泥水化及微观结构的影响

通过进行水化热测试、非蒸发水含量测试、X射线衍射分析、扫描电镜分析、压汞测试及强度试验,研究了钴铁镁铝水滑石-碳纳米管复合材料(CoFeMgAl-LDHs/CNTs)对水泥水化过程、硬化水泥净浆孔结构及强度的影响。结果表明,CoFeMgAl- LDHs/CNTs复合材料通过成核作用显著提升了水泥3 d内的水化程度,从而显著提高了水泥净浆3 d内的抗压强度,3 d后强度提高效果逐渐减小,7 d后复合材料对硬化水泥浆体强度没有明显的提高作用。掺入CoFeMgAl-LDHs/CNTs复合材料的水泥净浆与空白净浆相比,胶凝孔和毛细孔含量明显增多,大孔含量有所降低,同时复合材料的桥联作用进一步优化了水泥净浆的微观结构,从而提高了水泥基体薄弱部位的应力承载能力。因此在同一龄期,复合材料掺入后硬化水泥净浆的强度有所增大。由于复合材料掺量的变化对孔径分布没有明显的影响,改变复合材料的掺量对同龄期硬化水泥净浆强度提升影响较小。     

Hydration Characteristics of Portland Cement after Heat Curing: I, Degree of Hydration of the Anhydrous Cement Phases

The degree of hydration of the four major anhydrous cement phases in three U.K. portland cement mortars has been observed during the period of water storage at room temperature after an initial short-term heat cure. Such a heat cure at 85° or 100°C for 12 h generally accelerated the initial hydration of the four major anhydrous minerals in portland cement. Subsequent retardation of the degree of hydration of the alite, tricalcium aluminate, and ferrite phases was observed when these heat-cured mortars were stored at ambient temperature. General similarity but some differences in hydration behavior were observed between the three cements. The hydration of belite in the heat-cured mortars during storage at room temperature produced porous inner products that favored deposition of ettringite and reduced the risk of expansive ettringite formation. The substantial retardation in hydration of the aluminate-bearing phases, especially the ferrite phase, during the storage at room temperature raised the overall SO₃/Al₂O₃ ratio of the cement hydrates formed, bringing about a potential for ettringite formation and hence the risk of expansion through delayed ettringite formation.     

水冷熟料的微观特征及其早强特性的研究

利用扫描电子显微镜研究了水冷熟料的微观特征及水化物微晶的形态,指出了水泥熟料微水化形成的极少量水化产物微晶对水泥的质量和性能无不良影响;相反,这些片状、粒状、针状微晶可以加速水泥的水化,提高水泥的早强强度.     

单矿物粘土对水泥砂浆性能及水泥水化的影响

研究了高岭土、伊利土和蒙脱土三种单矿物粘土对砂浆工作性能和强度的影响,并从水泥水化热和水化产物角度研究了三种单矿物粘土对水泥水化的影响.结果表明:蒙脱土对砂浆扩展度和强度影响最为显著,高岭土和伊利土在一定掺量内几乎没有影响;单矿物粘土对掺聚羧酸减水剂砂浆相关性能的影响较未掺聚羧酸减水剂砂浆更加明显;单矿物粘土不会改变水泥水化产物的种类,但是影响水泥水化放热速率和最大放热峰的出峰时间,即水泥水化进程.