石灰石粉对水泥水化及C-S-H成核的动力学影响

通过等温量热试验研究了掺入不同掺量和细度的石灰石粉时水泥水化的放热速率及放热量,分析其随时间的变化规律.同时对水化放热速率及放热量曲线进行动力学分析,通过计算拟合得到水泥-石灰石粉体系的KNG、KI、KD等水化动力学参数,分析石灰石粉掺量、细度对水泥水化动力学过程及其对C-S-H成核的影响,探究石粉加速水泥水化的关键因素.研究结果表明:石灰石粉加速了水泥早期水化,C-S-H成核效率随石粉掺量增大先增大后减小,10％掺量时最大,C-S-H成核效率随石灰石粉细度的增大而增大.水泥水化的NG过程随石粉掺量增大而逐渐延长,I过程随石灰石粉掺量增大而缩短.     

基于Krstulovic-Dabic模型的复合胶凝体系水化特性研究

将粉煤灰、矿粉、膨胀剂、纳米硅、粘改剂等掺合料按一定比例加入基准水泥中,采用等温量热仪测试了复合胶凝体系在5℃、20℃和30℃下的水化放热速率曲线.同时基于Krstulovic-Dabic模型,计算了相应的水化动力学参数,讨论了温度和掺合料对水化动力学参数的影响,探讨了复合胶凝体系复杂的水化机理.结果表明,复合胶凝体系的水化放热速率峰值随温度升高呈指数增加,而峰值到达时间则随温度升高呈指数减小,水化动力学参数随温度升高显著增大.掺合料的加入降低了复合胶凝体系的水化动力学参数和水化放热速率峰值,并使放热峰值提前出现,特别是膨胀剂和纳米二氧化硅作用显著.计算得到的反应速率曲线与测试得到的实际速率曲线的拟合精度受到温度和掺合料的影响.     

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.     

活性与惰性掺合料对复合胶凝材料水化性能的影响

采用ESEM、MIP、XRD及SEM等测试技术研究活性(粉煤灰)和惰性(石灰石粉)掺合料对复合胶凝材料强度、孔结构及水化产物等的影响,以此揭示水泥-粉煤灰-石灰石粉胶凝材料体系的水化特性。结果表明:石灰石粉和粉煤灰复掺具有比粉煤灰更好的减水效应,复合胶凝材料的强度也比单掺粉煤灰高;石灰石粉和粉煤灰复掺时,能够很好地填充熟料颗粒间的孔隙,显著改善孔结构,降低孔隙率,使孔隙结构得到细化;石灰石粉在复合胶凝材料中后期水化明显,生成水化碳铝酸钙;SEM照片也证实了石灰石粉水化活性以及对孔结构的改善作用。石灰石粉和粉煤灰复掺能优化复合胶凝材料体系,提高材料的水化性能。     

不同温度下矿渣-水泥复合胶凝体系水化反应特性研究

研究了不同水化温度对矿渣-水泥复合胶凝体系水化反应特性的影响.研究表明:随着水化温度的降低,复合胶凝体系的水化放热速率、非蒸发水含量、强度均呈现出降低的趋势,负温条件下复合胶凝体系的水化反应特性与常温一致;通过计算获取各个阶段的反应速率曲线,可较好地对由量热实验数据绘制的复合胶凝体系实际水化速率dα/dt曲线进行分段的模拟;将不同温度下复合胶凝体系水化放热量的数据转换为水化反应程度α,对既有模型进行验证.结果表明,现有模型可较准确的预测低温下复合胶凝体系的水化反应程度.     

矿渣-水泥复合胶凝体系低温水化动力学研究

研究了低温下矿渣-水泥复合胶凝体系的水化反应特性和水化反应动力学.研究表明:低温下,复合胶凝体系的水化放热速率随着矿渣掺量的增加和环境温度的降低而下降;非蒸发水含量随着矿渣掺量的增加呈现降低的趋势;对已有水泥水化动力学方程进行计算,得到了低温条件下复合胶凝体系的动力学参数以及不同阶段反应速率和水化度间的关系,通过计算获得的动力学参数,可以对低温条件下复合胶凝体系不同反应阶段水化反应程度进行预测;在水化早期,复合胶凝体系中矿渣水化程度较低,消耗少量Ca(OH)2,使生成C-S-H凝胶的Ca/Si降低较少.在水化后期,复合胶凝体系中矿渣水化消耗较多的Ca(OH)2,使生成C-S-H凝胶的Ca/Si降低较多.矿渣掺量为50％时,硬化浆体C-S-H凝胶的Ca/Si远小于纯水泥体系.     

水化热抑制剂对复合胶凝材料体系早期水化动力学的影响

本文研究了水化热抑制剂(TRI)对水泥-粉煤灰-矿渣复合胶凝材料早期水化过程。通过改变矿物掺合料在胶凝材料中的质量占比以及TRI的掺量,研究了胶凝材料的水化特性,并基于Krstulovic-Dabic水化动力学模型计算了反应速率常数、几何晶体生长指数等动力学参数。结果表明,矿物掺合料和TRI复合使用会延缓胶凝材料水化并降低最大放热速率;复合胶凝材料的水化过程均有结晶成核与晶体生长、相边界反应以及扩散3个阶段,Krstulovic-Dabic水化动力学模型能较好地模拟各复合胶凝材料的水化过程;矿物掺合料和TRI会影响复合胶凝材料水化产物的结晶成核以及晶体生长,并降低复合胶凝材料各阶段的水化速率。     

高炉镍铁渣粉在水泥基复合胶凝材料中的水化特性研究

通过对不同高炉镍铁渣掺量的水泥-高炉镍铁渣粉复合胶凝材料水化放热速率、高炉镍铁渣粉的反应程度、硬化浆体化学结合水含量以及水化产物中C-S-H凝胶Ca/Si的测定,分别研究了水泥-高炉镍铁渣粉复合胶凝材料的早期、中长期水化进程、浆体微观形貌以及水化产物特点等水化特性.研究结果表明:高炉镍铁渣的掺入会降低水化放热速率,并推迟水化加速期放热峰的出现时间;在复合胶凝体系中,随着高炉镍铁渣粉掺量的增大,其反应程度和硬化浆体中化学结合水含量将降低.复合胶凝材料水化生成的C-S-H凝胶的Ca/Si低于水泥,且随着水化的进行呈降低趋势;高炉镍铁渣粉中的Al,在水化过程中会取代部分Si进入C-S-H凝胶中,形成C-A-S-H凝胶.     

固硫灰对水泥早期水化行为的影响

为了探讨固硫灰作水泥掺和料的水化行为,研究了不同细度固硫灰替代部分水泥时胶凝体系1d水化电阻率和水化放热的变化,分析了不同细度固硫灰对水泥早期水化行为的影响.结果显示:掺入30%的固硫灰后胶凝体系1d水化电阻率增大,并且增大幅度与固硫灰的细度呈正比;掺加固硫灰能够影响水泥的凝结时间,具体表现为掺加原灰延长了水泥的初凝时间,而掺加磨细灰缩短了水泥的初凝时间;掺加固硫灰增大了水泥1d内水化放热量,且掺加磨细灰的早期水化放热量要高于掺加原灰的试样.结果证明磨细灰前期水化速度加快,有利于降低后期膨胀性.     

化学驱动与热力学驱动下复合胶凝体系的水化特性研究

为了解复合胶凝材料体系水化放热特性,以及化学驱动与热力学驱动对复合胶凝材料体系的水化放热影响,研究了不同掺量的粉煤灰/矿粉-水泥二元复合胶凝体系的水化热发展,同时探究了不同早强剂掺量以及不同温度对粉煤灰-水泥二元复合胶凝体系水化放热的影响.结果表明:粉煤灰、矿粉均会降低二元复合胶凝体系水化放热速率,但矿粉活性比粉煤灰高...     

石灰石粉对水泥早期性能的影响

试验采用砂浆试件,分别掺入15%、30%以及50%的石灰石粉,以早期抗折、抗压强度及水化热为研究对象,并以粉煤灰作对比研究石灰石粉对水泥早期性能的影响。研究结果表明:石灰石粉掺量为15%时,试件早期抗折、抗压强度均降低非常小,并随着水灰比的增大而加剧;同时,试件早期抗折、抗压强度随石灰石粉掺量的增大而降低,与粉煤灰相比相同掺量时石灰石粉对试件早期抗折、抗压强度的降低作用较小。石灰石粉对水泥早期水化有促进作用,选择石灰石粉作为混凝土掺合料是经济可行的。     

石灰石粉含量和粒径对水泥水化热的影响

为研究石灰石粉(以下简称石粉)参数对水泥水化热的影响,利用TAM Air-八通道微量热仪探究不同石粉含量和粒径对水泥水化放热量以及水化放热速率的影响。研究表明,随着石粉含量的增加,辅助胶凝材料的水化放热量和水化放热速率总体上呈降低的趋势。其中当石粉含量为15%(质量分数)时,石粉粒径为400目时放热量为223.22 J/g,水化峰值速率为2.399 2 mW/g,石粉粒径为3 000目时放热量为215.98 J/g,水化峰值速率为2.214 0 mW/g,其放热量和水化峰值速率降低的趋势最明显。同时,当石粉掺量较大时,石粉粒径对水化反应的影响更加明显,粒径过小或者过大都会提高水化放热量和水化放热速率。当石粉粒径为1 250目时水化放热量较小且水化放热速率较低。通过物相分析发现,石粉的加入不会使体系产生新物质,当石粉含量为15%(质量分数)、粒径为1 250目时,Ca(OH)₂衍射峰强度最高并伴随着大量C-S-H的生成,说明了该组石粉能够更大程度地促进水泥水化,使反应更充分。     

矿渣-粉煤灰混合材料水化产物、微观结构和性能

用X射线衍射仪和扫描电子显微镜等对矿渣、粉煤灰混合材料的水化产物、硬化体微观结构及强度进行了检测和分析,确定了水化产物的组成及微观结构特点,揭示了矿渣粉煤灰材料的水化作用特点及强度特征.结果表明:矿渣在激发剂作用下使玻璃体首先发生表面水解,产生水化反应,进而引发粉煤灰的火山灰作用;混合材料的水化产物组分以水化硅酸钙凝胶为主,硬化体具有与油井水泥相类似的网络状微观结构;随养护时间增长,混合材料后期强度持续增加.     

高钙粉煤灰-水泥体系细度匹配与胶砂强度关系的试验研究

将高钙粉煤灰与纯水泥分别粉磨至不同的细度 ,然后分别与纯水泥按 1∶1的比例配成高钙粉煤灰水泥 ,进行龄期抗压强度试验。运用origin软件 ,以水泥与高钙粉煤灰比表面积之差S 为x轴 ,以它们混合后的比表面积S为y轴 ,以高钙粉煤灰 -水泥试样的抗压强度为z轴 ,进行三维区域图分析 ,给出各项性能指标发展趋势与水泥、高钙粉煤灰的相对位置以及混合体系总体细度的相互关系 ,进而考察高钙粉煤灰与水泥的细度匹配 ,并用高钙粉煤灰早期化学结合水量方法测定各匹配的高钙粉煤灰水泥的早期水化速度 ,以证实其宏观结果     

粉煤灰海工高性能混凝土的应用研究

针对粒化高炉矿渣粉和硅灰存在的缺陷。研究采用粉煤灰替代粒化高炉矿渣粉配制混凝土,进而观察其力学性能、抗氯离子渗透性以及胶凝材料的水化热。研究结果表明,所配制的混凝土能满足海工高性能混凝土高耐久性的需要,粉煤灰替代粒化高炉矿渣粉胶凝材料具有较低的水化热,有利于大体积混凝土的施工。     

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。     

硅灰、偏高岭土对矿渣-粉煤灰微珠胶凝材料性能的影响

首先通过改变粉煤灰微珠掺量,确定满足快速修补要求的矿渣-粉煤灰微珠胶凝材料基体的最佳配比,再调节偏高岭土、硅灰掺量,研究其对复合胶凝材料凝结时间、力学性能和水化机理的影响。研究发现,偏高岭土对凝结时间的改变较硅灰更敏感。通过化学结合水测试,分析了不同硅灰和偏高岭土掺量对矿渣-粉煤灰微珠胶凝材料水化反应程度影响的原因。力学实验结果表明：矿渣-粉煤灰微珠胶凝基体复合掺加5%硅灰（质量分数）+15%偏高岭土（质量分数）,试块2 h抗压强度为11.5 MPa、28 d抗压强度达到75.2 MPa,且呈现缓慢递增的趋势。     

掺石灰石粉水泥的水化过程及微观结构

用微量热仪测定了含石灰石粉水泥浆体的水化放热。用扫描电镜观察了掺石灰石粉水泥硬化浆体的微观结构。试验结果表明:一定细度的石灰石粉可加速水泥的水化,掺石灰石粉水泥的水化放热量低于不掺石灰石粉水泥的水化放热量。水泥硬化浆体中沿着石灰石粉片状方解石晶体的边缘容易形成平整断面。     

低水胶比下超细粉煤灰对不同细度硅酸盐水泥水化历程的影响

从强度、结合水、粉煤灰反应程度、SEM分析及孔隙溶液碱度等方面,研究了低水胶比下超细Ⅱ级粉煤灰对不同细度硅酸盐水泥水化历程的影响。研究结果表明,水泥细度从4500cm2/g提高到5500cm2/g,对纯水泥水化过程影响不大。但当该高细度水泥与超细II级粉煤灰复合时,则对水泥及粉煤灰的水化程度、水化产物特性、孔隙溶液碱度以及力学性能均影响较大;随粉煤灰掺量的增加,其影响程度呈由小变大再变小的趋势,粉煤灰掺量存在阈值,本试验中,阈值为30%。