缓凝剂对掺UNF-5高C3S水泥水化的调控

采用流动度、电阻率和水化热等实验方法,研究了缓凝剂对掺定量UNF-5高C3S水泥浆初始水化历程的调控,着重研究了3种缓凝剂与UNF-5的叠加效应在高C3S水泥浆初始水化历程中产生的主要现象,以及这些现象对改善UNF-5与高C3S水泥的相容性的影响.实验表明:在浆体流动性方面,葡萄糖酸钠和多聚磷酸钠与UNF-5叠加时存在一个最佳掺量,柠檬酸出现负效应.在一定的温度范围内,叠加前后水泥浆体的流动度均随温度的增加而增大.缓凝剂对早期C3A水化的作用效应显著影响含UNF-5水泥浆体的流动度与早期电阻率之间的关系.缓凝剂的参与延缓水泥浆体结构的形成,放热峰削弱且得以宽化,有效解决放热集中的问题.对水泥浆体结构形成的延缓能力,葡萄糖酸钠最强,多聚磷酸钠次之,而柠檬酸相对最弱.     

常温下硝酸铵钙对硫铝酸盐水泥的早强作用

研究了常温下硝酸铵钙对硫铝酸盐水泥浆体的流动度、凝结时间、抗压强度、电阻率及浆体内部温度、水化热、水化产物和孔结构的影响,对硝酸铵钙的早强作用机理进行了分析。结果表明,当硝酸铵钙的掺量从0增大到5%时,水泥浆体的初始流动度明显增大,凝结时间显著缩短,6 h,1,3,7和28 d抗压强度均显著提高,电阻率变化速率曲线峰值出现的时间逐渐提前,水泥浆体内部温度逐渐升高,温峰出现时间提前;其掺量在2%以内时,水泥水化放热速率明显加快,1 d累积放热量略有增大,钙矾石的生成速率及生成量均增大,硬化水泥浆体的平均孔径、总孔体积和孔隙率减小。由于硝酸铵钙能够明显加快硫铝酸盐水泥的水化进程,使其早期强度显著提高,因此可用作早强剂。     

甲酸钙对硫铝酸盐水泥早期水化过程的影响

利用维卡仪、水化放热速率、XRD、TG-DSC和SEM等测试手段,研究了甲酸钙(Ca(HCOO)2)对硫铝酸盐水泥凝结时间、水化历程和水化产物及微观形貌的影响。结果表明,Ca(HCOO)2可明显促进硫铝酸盐水泥的凝结,并缩短初凝和终凝时间间隔;显著缩短了硫铝酸盐水泥的水化诱导期,且使水化加速期提前,使第一水化热峰值提高32%,但对水化稳定期的水化放热速率无明显影响;Ca(HCOO)2可以提高硫铝酸盐水泥水化环境的碱度,在早期提高了水化产物钙矾石(AFt)的结晶度,水化早期生成的水化产物结构致密,但并不改变水化稳定期的水化产物和微观形貌。     

水泥-粉煤灰-硅灰基超高性能混凝土水化过程微观结构的演变规律

超高性能混凝土(UHPC)具有卓越的力学性能和耐久性能,应用前景广阔。采用扫描电镜背散射电子图像、热重法和氮气吸附法系统研究了水泥-粉煤灰-硅灰基UHPC浆体水化过程中微观结构的演变过程。结果表明:UHPC浆体在早期水泥水化较快,但7d后水化变得较为缓慢,粉煤灰在UHPC浆体中反应较为缓慢,28d时反应程度仅为7%;UHPC浆体中Ca(OH)2含量早期上升快速,由于硅灰和粉煤灰的火山灰反应逐渐消耗,3d后含量开始下降,但28d时浆体中仍存在部分Ca(OH)2;此外,在水化过程中,UHPC浆体的比表面积不断降低,孔隙率逐渐下降,水化产物变得更为致密。     

富镁矿渣对油井水泥浆体膨胀性能的影响及水化机理

80℃水浴养护环境下,研究了不同掺量富镁矿渣对G级油井水泥浆体膨胀性能及其他基本性能的影响,考察了40%富镁矿渣掺量下水泥浆体的工程性能,同时研究了富镁矿渣的水化机理。实验结果表明,掺加富镁矿渣的水泥浆体具有微膨胀性能,其中掺40%富镁矿渣的水泥浆1d线膨胀率为0.0035%,28d线膨胀率为0.0255%;富镁矿渣掺量对水泥浆体凝结时间、流动度、密度影响不大;水化放热量和水泥石早期强度(3d前)均随富镁矿渣掺量的增加而降低,而后期强度(28d后)逐渐升高并高于净浆水泥石;硬化体中Ca(OH)2含量随富镁矿渣掺量增加和养护龄期的延长而降低;40%富镁矿渣掺量下,浆体各项工程性能基本满足固井施工基本技术要求。     

超低水胶比水泥浆体材料的水化进程测试

随着水泥基材料的技术进步和工程需求,混凝土强度的越来越高,水胶比越来越低。活性粉末混凝土的水胶比已降至0．16以下,水胶比0．10的浆体材料也已经可以制得。本论文用结合水量法测试了不同水胶比、不同矿物掺料与不同龄期下超低水胶比水泥石的水化进程及Ca（OH）2含量。研究表明：超低水胶比水泥浆体材料的水化程度极低。当水胶比为0．16时,180天标准养护的水泥石,其结合水量仅为13．52％,水胶比0．10时,只有12．04％;研究证实,超低水胶比下,超细矿渣和磨细石灰石粉加快了水泥石的水化进程。水胶比相对较高时,水化产物中Ca（OH）2含量相对较小,表明此时掺合料的火山灰反应更充分;矿渣和石灰石粉等量取代水泥后,更降低了Ca（OH）2的含量。     

缓凝剂对C3A石膏体系水化历程的影响

利用多种缓凝剂对C3A-石膏体系水化历程进行调控,研究缓凝剂对其水化历程的影响,采用了水化热、XRD和拉曼光谱等测试手段分别表征了水化放热规律及水化历程变化规律。结果表明,三聚磷酸钠对于C3A-石膏体系水化历程的延缓作用最强,而硼酸则能更好地抑制水化放热总量。三聚磷酸钠可抑制石膏的溶出速率,延缓早期水化反应,且难溶性磷酸钙盐的吸附及包裹作用会抑制C3A的溶解水化作用;而葡萄糖酸钠的静电吸附、不溶性钙盐包裹作用以及硼酸的沉淀作用会隔离C3A颗粒与水接触,阻碍了C3A的水化反应。     

纤维素醚改性水泥浆的粘度变化研究

增稠是纤维素醚对水泥基材料的重要改性效果。研究了纤维素醚掺量、粘度仪旋转速度和温度对纤维素醚改性水泥浆粘度变化的影响。结果表明:纤维素醚掺量增加,水泥浆的粘度不断增加,纤维素醚溶液和水泥浆的粘度具有"复合叠加效应";纤维素醚改性水泥浆的假塑性低于纯水泥浆,粘度仪的旋转速度越低,或纤维素醚改性水泥浆的粘度越低,或纤维素醚掺量越低,纤维素醚改性水泥浆的假塑性越明显;温度升高,由于温度和水泥水化的共同作用,纤维素醚改性水泥浆的粘度会增加或降低。纤维素醚的种类不同,其改性水泥浆的粘度变化规律存在差异。     

氧化钙膨胀剂熟料碳酸化改性的影响因素

本工作探究了碳酸化温度、碳酸化时间、CO₂-H₂O气体流量、熟料颗粒粒径等因素对氧化钙膨胀剂熟料碳酸化改性的影响,并通过XRD、TG-DTA、微量热仪对碳酸化改性前后膨胀剂熟料的矿物组成、水化进程进行了分析。结果表明：氧化钙膨胀剂熟料最优碳酸化条件为在700℃碳酸化30 min、CO₂-H₂O气体流量2 L/min、熟料颗粒粒径0.075～0.2 mm。碳酸化改性后熟料仅有部分游离钙转化为碳酸钙,无其他矿物生成;提高碳酸化率会延缓水化放热峰的出现,降低水化放热速率峰值和总水化放热量,从而延缓膨胀能的释放,提高有效膨胀。     

水泥中MgO膨胀剂水化产生的膨胀应力表征

本文研制了一套膨胀应力测试装置,并以此为基础测试了约束条件下MgO膨胀剂(MEA)压实体和掺MgO膨胀剂水泥浆体中水化产生的膨胀应力;采用X射线衍射法定量分析了MgO的含量,并计算MgO的水化程度。结果表明:活性指数为23s和46s的MgO膨胀剂压实体水化22d产生的膨胀应力分别为38.9MPa和62.7MPa;掺水泥浆体的膨胀应力随MEA掺量增大、MEA活性指数提高和MgO水化程度增加而增大,不掺MgO膨胀剂的水泥浆体63d时的收缩应力为1.3MPa,掺12%活性指数为23s和46s的MgO膨胀剂水泥浆体在63d时的膨胀应力分别为1.8MPa和3.0MPa。     

淀粉基水化温升抑制剂对水泥-粉煤灰复合胶凝材料水化的影响

本实验主要研究了淀粉基水化温升抑制剂( TRI)对水泥-25%粉煤灰、水泥-50%粉煤灰复合胶凝材料凝结时间、抗压强度、水化放热历程的影响,并与纯水泥进行比较.通过对比TRI在水泥和粉煤灰上的吸附性能和水化产物的变化,对其影响机理进行了分析.结果表明:随TRI掺量增加,凝结时间都延长,早期强度都降低,复合体系后期(60 d)强度存在损失,但不影响纯水泥后期强度,水化放热速率峰值都大幅度降低,缓解了集中放热.水泥对TRI的吸附能力更强,导致复合体系中单位水泥吸附的TRI更多,使得降峰效果更好,同时也导致凝结时间延长更多,增大早期强度损失. TRI不影响纯水泥最终水化程度,但会延缓粉煤灰的火山灰反应,因此降低了复合体系60 d强度.     

活化煤矸石对水泥水化的影响

研究了活化煤矸石-氢氧化钙体系的水化热、水化产物成分以及活化煤矸石水泥体系的水化过程、水化产物的微结构,结果表明,在石膏的激发下,活化煤矸石能够发生二次水化,与Ca（OH）2反应形成钙矾石、水化硅酸钙、水化铝酸钙等有利于提高水泥石强度的水化产物;活化煤矸石水泥硬化浆体中Ca（OH）2的含量在水化3d时最多,而后随龄期逐渐减少;阐明了活化煤矸石能够降低水化产物中氢氧化钙的含量、抑制氢氧化钙晶体的生长和聚集,并改善水泥石结构．     

5℃养护下甲酸钙对水泥早期水化的影响

本工作在5℃低温条件下,研究了甲酸钙对砂浆1d、3d、7d、28d抗压强度的影响规律,并分别从水化放热、水化动力学过程、水化产物等角度,分析了低温下甲酸钙对水泥早期水化的影响.结果表明:甲酸钙具有低温早强作用,可促进5℃低温下砂浆早期强度的发展,其强度提高作用时间主要在前3 d,适宜掺量范围为1％～2％.甲酸钙的掺入可促进低温下水泥初期(前7 d)的水化反应,使水泥水化诱导期略有缩短,加速期提前,水化温峰出现时间提前,水化放热速率、放热量均明显增大;掺甲酸钙组分可提高水泥水化结晶成核与晶体生长(NG)、相边界反应(I)和扩散反应(D)各阶段的反应速率,并使相边界反应(I)阶段持续时间延长、水化程度提高.水泥初期(前7 d)水化产物中Ca(OH)2数量增加,但水化产物种类未发生明显变化.     

复合无机水合盐对磷酸镁水泥水化及性能的影响

将三种无机水合盐Na_2B_4O_7·10H_2O、Na_2SO_4·10H_2O和Ca(NO_3)_2·4H_2O按照最优比例(质量比为1.5∶7∶1.5)复掺得到复合无机水合盐FH,比较了单掺硼砂的磷酸钾镁水泥(MKPC)NB10与不同FH掺量下MKPC(FH-MKPC)的工作性能、绝热温升及抗压强度。利用XRD、TG-DSC及SEM等微观分析手段,结合水化放热速率曲线研究了FH对MKPC早期水化历程的影响。结果表明:FH延缓了MKPC的水化,使得水化温升曲线出现诱导期和两个温度峰,水化放热速率和水化温峰值降低。FH的掺入(8%)大幅延长了MKPC的凝结时间,增强了MKPC的施工可操作性。FH掺量越多,MKPC凝结时间不断延长,流动度提高,早期强度降低。FH掺量为8%的FH-MKPC初凝时间达到25.20min,较NB10延长了90.76%,同时水化产物的早期生成量和热稳定性更高,7h、1d和3d抗压强度略高于NB10。为保证MKPC符合施工需要又满足强度要求,FH的最佳掺量为8%。     

基于Rietveld/XRD(内标法)水泥浆体物相演变定量表征与非晶定量公式修正

基于Rietveld/XRD精修方法,借助GSAS-EXPGUI软件,研究既定水化龄期普通硅酸盐水泥浆体物相组成的定量表征,并结合Ca(OH)2的热分析定量结果以及熟料矿物与自由水的量化匹配关系研究Rietveld定量结果的可靠性。研究结果表明,干燥水化样品中Ca(OH)2的Rietveld定量结果与热分析定量结果具有较好的一致性,当水化1 d、3 d、7 d和28 d龄期时,其绝对误差分别为1. 2%、0. 7%、0. 3%和0. 8%,且随着水化龄期的延长,样品的相对误差显著降低。结合水泥浆体物相演变的Rietveld定量表征发现,熟料矿物的消耗程度与自由水的消耗程度存在较好的线性相关性(相关系数R2=0. 996),反映了其Rietveld定量表征具有较高的可靠性。在此过程中,提出了基于内标法改进型的非晶相定量公式,并建立了水泥浆体自由水与相应干燥样品化学结合水的数学关系。     

磷渣粉对硅酸盐水泥水化特性的影响

利用微量热仪、无接触电阻率仪、化学结合水量分析等手段研究了磷渣粉对硅酸盐水泥水化特性的影响.结果表明,磷渣掺量为30%时,由于其存在少量可溶性磷,导致缓凝作用较强,大幅降低了水化开始时的放热速率,推迟诱导期、加速期和减速期的出现,延长了诱导期持续的时间,延迟了第二放热峰的出现,延缓了凝结时间,减少了水化热和化学结合水量.     

一种新型三元体系磷酸钙骨水泥的制备与性能优化

制备了一种新型磷酸氢钙-部分结晶磷酸钙-磷酸四钙三元体系骨水泥,采用正交试验优化骨水泥组分以提高材料的性能。通过力学性能测试、X射线衍射分析、扫描电镜观察以及反应过程水化放热测定,对比研究了所制备的三元体系骨水泥材料的水化过程和物相组成。结果表明所添加活性磷酸四钙参与水化反应较慢,延长了骨水泥的凝结时间,拓展了后期水化效应,使得反应后期水化进程得以延续,硬化体更加密实,孔隙率降低,抗压强度增加50%;同时反应放热峰值显著降低40%,水化过程总放热量基本不变,有利于骨水泥在临床应用。     

普通硅酸盐-硫铝酸盐复合胶凝体系水化性能和机理研究

对普通硅酸盐(P·O)-硫铝酸盐(R·SAC)复合胶凝体系的凝结时间、胶砂强度进行了分析,利用等温量热仪、综合热分析仪(TG-DSC)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等从水化速率及水化产物微观形貌等方面分析了复合胶凝体系的水化机理。结果表明:当R·SAC掺量约为10%时,复合胶凝体系的凝结时间相比P·O明显缩短,早期强度提高幅度较大,同时也能获得较大幅度的后期强度增长,力学性能较纯组分水泥性能优越。复合胶凝体系的早期水化速率和放热量高于单组分水泥。随着R·SAC的掺入,复合胶凝体系的水化产物中钙矾石(AFt)增多,Ca(OH)₂晶体减少,且AFt的生成量越多,越有利于早期强度的发展,当R·SAC掺量超过30%时,Ca(OH)₂消失。     

赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化特性*

采用XRD、IR、TG-DTA、MIP等手段表征赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化产物及其硬化浆体的孔结构, 研究了解赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化特性。结果表明, 赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化产物主要有C-S-H凝胶、钙矾石和Ca(OH)₂, 前两者对其强度的发展有促进作用; 水化1 d至90 d其中Ca(OH)₂的含量呈先升高后降低的趋势; 随着水化反应的进行在CaO/SiO₂比值较低的赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料中Si-OH基团之间发生聚合反应, 水化产物的聚合度升高; CaO/SiO₂比值为0.95和1.04的赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的硬化浆体具有较好的孔结构, 而CaO/SiO₂比值为1.13的胶凝材料硬化浆体的孔结构相对较差。     

硅基材料和矿渣应用于水泥基材料的研究进展

水泥基材料是目前使用量最大的建筑材料,在实际应用过程中,水泥基材料会出现损坏,达不到预期的性能要求.水泥水化产物中存在大量结晶的Ca(OH)2,影响各种水泥水化产物之间的粘结性,造成水泥基材料性能的降低.如何增强水泥基材料的性能成了国内外研究的热点,需要找到能够有效改善水泥基材料性能的方法.查阅国内外相关文献发现,将粉煤灰、硅灰、纳米SiO2(因三种材料的主要组分为SiO2,以下统称为硅基材料)或矿渣掺入到水泥基材料中,因其具有火山灰反应,并能起到填充作用,可明显提高水泥基材料的性能.掺合料的加入可降低水泥基材料中Ca(OH)2含量,减小其晶粒尺寸,使C-S-H凝胶的数量增多,改善水泥基材料的孔隙率,提高其性能.粉煤灰和矿渣成分中有部分玻璃态物质,能减少水泥浆体用水量,增加和易性;具有较低的火山灰性,适量掺入能降低水泥浆体的水化速度;含有粉煤灰或矿渣的水泥基材料早期强度较低,后期强度较高.硅灰与纳米SiO2的火山灰活性较高,能促进水化,适量掺入能够使水泥基材料早期强度大幅提高,但后期强度发展较慢;同时也会增大水泥基材料早期收缩,增加其结构开裂的风险.不同掺合料复掺后能产生协同增强效应,可获得性能优异的复掺改性水泥基材料.本文主要介绍了硅基材料和矿渣在水泥基材料中的应用,从反应机理、水化热、强度、孔隙率等方面来阐述其在水泥基材料中的研究现状和相关成果.对目前研究中存在的相关问题进行了分析总结,以期为制备性能优异的水泥基材料提供一定的参考.