液相环境对硫硅酸钙–硅酸二钙复合矿物水化活性的影响

研究了硫硅酸钙–硅酸二钙复合矿物在去离子水、NaAlO₂、Li₂CO₃、MgSO₄ 4种不同液相中的水化活性。结果表明：在液相环境中1 mol/L[Al(OH)₄]^–能够显著提高硫硅酸钙的水化活性,加速硫硅酸钙–硅酸二钙复合矿物的水化,并生成钙矾石,同时提高了硬化浆体强度,硬化浆体强度较去离子水中提升44%以上。0.1 mol/LLi₂CO₃则会抑制其水化,硬化浆体强度仅为去离子水中26%。1 mol/L Mg²⁺在28 d至56 d能提高硫硅酸钙–硅酸二钙水化活性,但会降低其56 d后水化活性。     

煅烧制度对硫硅酸钙结构及水化性能的影响EI北大核心CSCD

硫硅酸钙水化活性的发挥对新型贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥力学性能的发展至关重要,为了探寻硫硅酸钙水化活性提升的适宜煅烧制度,采用分析纯试剂于不同煅烧制度下合成硫硅酸钙单矿物。利用扫描电子显微镜、X射线衍射结合Rietveld精修、^(29)Si固体核磁、综合热分析和等温量热仪等,研究了煅烧制度对硫硅酸钙微观结构、晶体结构、水化活性及力学性能的影响。结果表明:一次煅烧制得的硫硅酸钙晶粒形态不规则,尺寸普遍较大(约10μm),而二次煅烧可减小硫硅酸钙晶粒尺寸(约5μm),其形态规则,多数呈现为卵粒状。鼓风急冷可降低硫硅酸钙结晶度,提高其早期水化活性,促进其早期力学性能快速发展。一次煅烧、鼓风急冷制得的硫硅酸钙晶体结构发育程度最低,早期水化活性和发展强度最高。随炉冷却制得的硫硅酸钙结晶度较高,早期水化活性低,但中后期力学性能可快速发展。     

水泥–矿渣复合胶凝材料中矿渣的水化特性

通过对不同矿渣掺量时水泥–矿渣复合胶凝材料中矿渣的反应程度、硬化浆体中Ca（OH）2含量以及水化硅酸钙（C–S–H）凝胶的Ca/Si比（Ca和Si的摩尔比）的测定,研究复合胶凝材料体系中矿渣的水化特性。结果表明：在水泥–矿渣复合胶凝材料中,矿渣掺量越大,矿渣反应程度越低,但矿渣掺量≤70%时,对矿渣的反应程度影响不大。高温养护可提高早期矿渣的反应程度,但阻碍其后期的进一步水化。矿渣早期水化生成外部水化产物时消耗一定的Ca（OH）2,使硬化浆体中Ca（OH）2含量降低,矿渣水化吸收Ca（OH）2中的Ca2＋,使生成的C–S–H凝胶的Ca/Si比降低较少;在水化后期,矿渣生成内部水化产物不再消耗较多的Ca（OH）2,使C–S–H凝胶的Ca/Si比降低相对较多,硬化浆体中Ca（OH）2含量有增加的趋势,保证硬化浆体的长期稳定性。     

钢渣水化产物的特性(英文)

用X射线衍射分析、水化热的测量、化学结合水量的测定、孔结构的测定、扫描电镜观察及强度测试研究了钢渣的水化产物的特性。结果表明:钢渣硬化浆体中主要含有水化硅酸钙(C–S–H)凝胶、Ca(OH)2、惰性组分[RO相、铁酸二钙(C2F)和Fe3O4]和未水化的胶凝相[硅酸三钙(C3S)和硅酸二钙(C2S)];总体而言,钢渣的水化过程与水泥的水化过程相似;钢渣早期的水化速率远低于水泥,但钢渣后期,尤其是90d之后的水化速率高于水泥的。钢渣水化产生的C–S–H凝胶不具有良好的胶凝性能,凝胶之间的相互黏结也不牢固,因此钢渣砂浆的强度很低。     

化学外加剂与水化硅酸钙相互作用的分子动力学研究进展EI北大核心CSCD

掺入化学外加剂是提升水泥基材料性能的有效方法。然而,各类化学外加剂在分子尺度上的作用机制仍需进一步明晰。水化硅酸钙(C–S–H)作为水泥水化的主要产物,控制着水泥基材料的各项宏观性能。分子动力学模拟可在分子/原子尺度上揭示化学外加剂分子与C–S–H的相互作用及其对C–S–H性能的影响。综述了近年来针对有机和无机化学外加剂与C–S–H在分子尺度上的相互作用及其对C–S–H性能影响机理的分子动力学研究进展,并展望了关于化学外加剂–(C–S–H)体系分子动力学模拟的后续研究方向。总结的化学外加剂包括有机小分子、树脂和纤维、水溶性聚合物等有机外加剂,以及(改性)石墨烯、硅烯、碳纳米管、各类纳米粒子等无机外加剂。分子动力学模拟研究重点关注各类外加剂与C–S–H界面的相互作用,这一作用的理解有助于揭示外加剂对C–S–H材料力学性能的提升机理。此外,针对有机小分子、水溶性聚合物及部分纳米粒子等外加剂,大量研究采用分子动力学方法,揭示此类外加剂对C–S–H层状结构的吸附、插层、聚集阻塞等微观作用,从而阐明这些外加剂对C–S–H力学性能、传输性能,乃至收缩行为的作用机理。这些认识,为有效提升水泥基材料性能、外加剂分子结构设计提供理论启发。     

硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥研究进展

硫铝酸盐水泥具有煅烧温度低、CO₂排放少、快硬早强以及抗冻抗渗等优良特性,在建材、固废领域具有广阔的应用前景,并衍生出贝利特-硫铝酸钙、贝利特-硫铝酸钡钙等一系列硫铝酸盐水泥。然而,硫铝酸盐水泥主要矿物成分贝利特(β-C₂S)具有水化活性低、水化速度慢的缺点,易导致水泥后期强度增长缓慢。硫硅酸钙(C₅S₂$\bar{\text{S}}$)曾被认为是一种“惰性”矿物,但在硫铝酸盐体系下可表现出比β-C₂S更强的水化活性,因此硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥(TSAC)的研究具有重要意义。本文从C₅S₂$\bar{\text{S}}$矿物的形成和水化、TSAC的制备和性能等方面,综述了C₅S₂$\bar{\text{S}}$和TSAC的研究现状,并提出了TSAC需进一步研究和解决的问题,如固废原料探寻、TSAC性能调控以及TSAC熟料矿物组成优化等,以期为新型低碳水泥的研究和应用提供积极有利的参考和支持。     

硅酸盐水泥水化产物微纳结构的原位研究

采用BSE-Raman原位表征了硅酸盐水泥水化产物的Raman光谱和空间分布。结果表明:BSE-Raman能够原位获取水化硅酸钙(C–S–H)中硅氧四面体链Q~1、Q~2、Q~3的结构信息。不同形貌组分的原位Raman光谱均由多种水化产物的Raman特征峰组成,即水泥水化产物在纳米尺寸存在混合现象。其中,占比最大的绒球状骨架主要由C–S–H和钙矾石(AFt)组成。BSE-Raman可快速、原位、精确识别不同的物相,在水泥基材料微结构表征方面具有广阔前景。     

低钙水泥熟料矿物水化活性、性能及其制备熟料的发展

与硅酸三钙相比,硫铝酸钙、硅酸二钙和硫硅酸钙等具有钙含量低、烧成温度低和CO₂排放量少的特点,属于低钙水泥熟料矿物。发展以低钙矿物为主要组成的水泥熟料是水泥低碳发展的重要方向。本文在分析硫铝酸钙、硅酸二钙和硫硅酸钙3种低钙矿物的活性、水化和性能发展的基础上,分别对以低钙矿物为主要矿物的硫铝酸盐水泥熟料、高贝利特硫铝酸盐水泥熟料的水化和性能发展,硅酸二钙–硫铝酸钙–硫硅酸钙水泥熟料的制备、水化和性能优化进行了综合评述。同时,鉴于石膏在低钙水泥熟料水化方面具有重要影响,综述了石膏在几种低钙水泥中的作用。文章以期为运用硫铝酸钙、硅酸二钙和硫硅酸钙等矿物制备低钙水泥熟料提供参考。     

硅酸盐水泥水化产物微纳结构的原位研究EI北大核心CSCD

采用BSE-Raman原位表征了硅酸盐水泥水化产物的Raman光谱和空间分布。结果表明:BSE-Raman能够原位获取水化硅酸钙(C–S–H)中硅氧四面体链Q^(1)、Q^(2)、Q^(3)的结构信息。不同形貌组分的原位Raman光谱均由多种水化产物的Raman特征峰组成,即水泥水化产物在纳米尺寸存在混合现象。其中,占比最大的绒球状骨架主要由C–S–H和钙矾石(AFt)组成。BSE-Raman可快速、原位、精确识别不同的物相,在水泥基材料微结构表征方面具有广阔前景。     

钙硅摩尔比对纳米水化硅酸钙晶种早强作用的影响及机理

纳米C–S–H晶种成核剂通过为水泥水化产物提供成核位点,能有效促进水泥水化进程,提高水泥基复合材料早期强度。研究表明,钙硅摩尔比的变化会影响纳米C–S–H晶种对水泥的早强作用,但具体影响规律尚存争议。本工作通过X射线荧光光谱分析、多重光散射分析、动态光散射分析、X射线衍射分析、透射电子显微镜、水泥水化放热及强度测试研究了钙硅摩尔比对纳米C–S–H晶种尺寸、形貌及其对水泥早强效果的影响,以阐明钙硅摩尔比对纳米C–S–H晶种早强作用的影响规律及作用机理。这对提高纳米C–S–H晶种成核效率,优化纳米C–S–H的制备工艺,推进纳米C–S–H晶种材料的工业化应用具有重要意义。结果表明：随着钙硅摩尔比在1.0～1.7的范围内的增大,纳米C–S–H悬浮液分散稳定性逐渐提高,纳米晶粒越不易团聚;同时,随着钙硅摩尔比的增大,纳米C–S–H逐渐由球状变为锡箔状,颗粒间的堆叠逐渐减小,层厚变薄。纳米C–S–H能显著促进水泥水化放热速率和早期强度的发展,尤其是1 d龄期之内的强度。钙硅摩尔比越高,纳米C–S–H对水泥水化放热速率加快的幅度越大,早期抗压强度提升的幅度越高。     

粉煤灰水泥基材料的水化产物

用热重仪-差示扫描量热仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线能量散射、高分辩电子显微镜、压汞仪,测定了粉煤灰水泥基材料水化产物的形貌特征、微观结构、化学组成及水泥石的孔结构,讨论了水化产物性质及水泥石孔结构随粉煤灰掺量的变化规律。结果表明：粉煤灰的大量掺加,可以改善凝胶的化学组成。水化后期,粉煤灰与Ca(OH)2及由熟料水化生成的高n(Ca)／n(Si)的水化硅酸钙(C—S—H)凝胶发生二次水化反应,生成低n(Ca)／n(Si)的C—S—H凝胶,此种凝胶的固碱能力强,可减少碱-集料反应的危害性。同时,二次水化产物能够填充那些对水泥石强度和耐久性极为不利的孔隙空洞,使水泥石的结构更加致密,优化水泥石的孔结构,对提高水泥基材料的耐久性作用极大,为进一步提高工业废渣利用的技术水平奠定了基础。     

硫硅酸钙对粉煤灰水泥体系性能的影响

硫硅酸钙是硫铝酸盐水泥熟料煅烧过程中形成的一种过渡性矿物,该矿物在Al(OH)4-存在条件下活性可得以有效激发,本文研究了硫硅酸钙对粉煤灰硅酸盐水泥体系凝结时间、强度的影响规律,并对水泥体系7d水化产物进行了XRD分析.结果表明,当硫硅酸钙掺量为5％时,水泥初凝、终凝时间稍微延长,当硫硅酸钙的掺量大于5％时,粉煤灰水泥体系的初凝、终凝时间显著低于未掺粉煤灰的水泥体系;硫硅酸钙5％掺量下可显著提高粉煤灰水泥体系的早期、后期强度,当硫硅酸钙掺量为15％时,水泥强度有所降低;从水化产物的微观分析来看,硫硅酸钙适宜的掺加促进了水泥矿物的水化以及水化产物钙矾石的形成,并且在粉煤灰掺入后,水化产物的形成量增加更加明显.     

二氧化碳矿化养护混凝土技术及新型材料研究进展

CO₂矿化养护技术利用早期成型后的混凝土材料和CO₂之间的碳酸化反应和产物沉积过程实现产品力学强度等特性的提升,主要关注的是预养护/早期水化成型后的混凝土中胶凝成分和CO₂之间的矿化反应（即加速碳酸化）。此过程中胶凝材料的水化过程不再是强度形成的主要反应,因此为了充分实现矿化成型和CO₂固定,实现环境效益最大化,研究者近几年积极开发具有CO₂矿化潜力的碱金属矿物材料,并探究其反应后对于混凝土微观结构和性能的促进效应。本文综述了CO₂矿化养护技术在新型混凝土材料方面的研究进展,分别对传统混凝土采用的水化活性硅酸钙材料、水化惰性硅酸钙材料、镁基水泥材料以及工业固废材料等进行了具体介绍,比较了在不同材料与CO₂反应特性以及养护后建材制品性能优化方面的最新成果,并对CO₂矿化养护技术的后续发展进行了展望。主要建议：一是着眼于微观反应机制和矿物材料特性,开发有效的矿化反应强化方法;二是开发水化惰性的低钙硅比硅酸钙材料;三是将工业固废资源化与矿化养护技术结合,实现固废和气废利用流程耦合,推进特定工艺开发和装置研发。     

纤维素纳米晶对水化硅酸钙微观结构的改性机理

水化硅酸钙(C-S-H)作为水泥基胶凝材料的基因，其结构变化对混凝土宏观性能发展至关重要。为了明确纤维素纳米晶(CNCs)在水泥中的改性机理，采用共沉淀法制备C-S-H凝胶，探讨了CNCs的形态效应及成核效应对C-S-H凝胶结构的影响。基于X射线衍射、透射电子显微镜、纳米压痕以及核磁共振等测试，结果显示CNCs表面携带的羟基(—OH)可络合Ca²⁺，随后与溶液中的SiO₄^2–反应形成C-S-H凝胶，包裹在CNCs周围形成致密的网络结构。CNCs为C-S-H凝胶的沉淀和生长提供了额外的成核位点，促进了C-S-H凝胶聚合度的降低以及链长的缩短，并且显著提升了高密度C-S-H凝胶的含量。     

活化煤矸石水泥水化机理与性能研究

近些年来,水泥的低碳化成为国内外的研究热点,利用活性矿物掺和料取代水泥是一种有效降低CO₂排放量的方法。为验证活化煤矸石作为水泥矿物掺和料的可行性,研究了活化煤矸石对水泥流变性能、力学性能、水化产物及水化程度的影响,揭示了水胶比、龄期及活化煤矸石掺量等对水泥胶砂试件抗压和抗折强度的影响,并利用XRD、SEM和TG/DTG等表征活化煤矸石对水泥水化产物和微观结构的影响。结果表明,活化煤矸石水泥的流变性能对水胶比的变化更加敏感。将活化煤矸石掺入水泥中,能够有效降低水泥早期的水化速率。活化煤矸石含有大量的活性SiO₂和Al₂O₃,具有很强的二次水化反应活性。二次水化产物水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶能够填充水泥机体的孔隙,提升水泥基体的强度。与掺30%(质量分数)石英粉的试件相比,掺30%(质量分数)活化煤矸石试件的28 d抗折和抗压强度分别提升了11.69%和11.82%。     

粒化高炉矿渣的水化机理探讨

以上海梅山钢铁公司的矿渣为研究对象,探讨粒化高炉矿渣在无激发剂存在的条件下的水化机理,并建立矿渣水化反应过程的化学模型。为矿渣的大规模、无害化、资源化和高附加值利用奠定理论基础。研究表明:在没有化学激发剂存在的条件下,梅山矿渣的水化产物是水化硅酸钙C2SH(C)、水化硅酸钙2CaO·SiO·(2￣4)HO和钙铝黄长石22Ca2Al(Al,Si)2O7。初期的水化过程是矿渣中的Ca2 等网络改变体阳离子与水中的H之间的置换,随着这种置换反应的进 行,溶液中的pH值不断升高,当pH高到一定程度时,矿渣颗粒表面上的HSiO4的溶解度将提高,溶解了的各种形态4的硅酸离子和溶液中的Ca2 、OH反应生成水化硅酸钙凝胶。     

苯丙共聚物改性硫铝酸钙胶结料-无水石膏复合体系的水化

采用量热仪、X射线衍射仪、热重、扫描电镜、电感耦合等离子光谱等方法研究了苯丙共聚物（SA）对硫铝酸钙胶结料-无水石膏复合体系早期水化的影响。结果表明:SA会延缓水化进程,减少水化加速期钙矾石（AFt）、单硫型水化硫铝酸钙（AFm）和Al（OH）₃ （AH₃）含量,促进AH₃与石膏和氢氧化钙反应生成AFt,并促进水化后期AFt向AFm转变。同时,SA会迅速降低体系孔溶液的表面张力,随着水化反应进行表面张力趋于稳定;SA也提高了孔溶液的p H值,增大OH^–浓度,影响了体系中Ca²⁺、SO₄^2–和[Al（OH）₄]^–的浓度和比例,减小水化初期水化产物的离子浓度积,降低水化产物析出速率,进而延缓水化进程、减少水化产物。     

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。     

无水硫铝酸钙在石膏和氢氧化钙水溶液中的水化试验研究

基于无水硫铝酸钙水化固液反应的机理,分别在20℃和60℃恒温条件下研究了不同的n(C4A3S∶C SH2∶CH)对C4A3S的水化程度以及水化产物的影响.利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表征水化试样的矿物种类和微观结构.研究结果表明,CH对C4A3S的水化有一定的抑制作用,温度的升高都有利于C4A3S的水化.在溶液中有CH存在的条件下,温度的提高使得C4A3S在水化早期形成AFm相;由于C SH2量充足,最终的水化产物为AFt相.(在本文缩写中,C=CaO,A=Al2O3,H=H2O,S=SO3,S=SiO2)     

硫硅酸钙-硫铝酸钙水泥熟料矿物组成的优化研究

硫硅酸钙-硫铝酸钙水泥是一种新型低碳水泥,硫硅酸钙矿物的水化活性对水泥性能具有积极作用。本文利用离子掺杂制备了硫硅酸钙-硫铝酸钙水泥,研究了硫硅酸钙、硫铝酸钙矿物以及后掺石膏的配比优化。结果表明,硫硅酸钙-硫铝酸钙水泥熟料的实际矿物组成与设计含量较为一致。硫铝酸钙含量的增加有利于提高水泥的早期强度,其适宜含量范围为30%~40%(质量分数);水泥的强度随着硫硅酸钙含量的增加而提高,当其设计含量增加至48%(质量分数)时,水泥强度降低,该矿物的适宜含量范围为40%~55%(质量分数),其优化含量根据硫铝酸钙的含量而有所不同。石膏的添加有利于硫硅酸钙-硫铝酸钙水泥强度的增长,与天然石膏相比,硬石膏更能促进水泥强度的发展;水泥的后掺石膏优选硬石膏,其优化掺量为8%(质量分数),28 d强度达到76 MPa。硬石膏掺量的增加促进了钙矾石的形成,但过高掺量的硬石膏会抑制硫硅酸钙的水化。