水化硅酸钙的合成与水泥化学热力学计算

基于水泥科学发展以及实验室合成方法多样化,介绍了水化硅酸钙(C-S-H)的主要合成方法,包括沉淀法、溶胶凝胶法、水热合成法等.根据Gibbs自由能最小化原理可以对不同的实验体系进行水化产物的模拟计算.结果表明:在CaCl2-Si(OH)4-NaOH溶液体系中,随着初始Ca/Si比的增加,合成的C-S-H的Ca/Si比亦增加;在白水泥-石灰石体系中,石灰石的加入使单硫型硫铝酸钙逐渐为单碳型碳铝酸钙替代,抑制了钙矾石向单硫型硫铝酸钙的转化,使钙矾石稳定存在.计算结果与实验结果基本一致,热力学计算可以应用于水化产物的分析.     

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。     

预水化对水泥性能及水泥-聚羧酸系减水剂相互作用的影响（英文）

将新鲜的硅酸盐水泥暴露于(20±2)℃,相对湿度为85%~90%的环境中,研究了硅酸盐水泥因暴露于湿空气中产生预水化而对水泥标准稠度用水量、水泥水化行为、水泥胶砂强度以及水泥与聚羧酸系减水剂(PCE)间相互作用的影响。结果表明:随着暴露时间的增长,水泥预水化速率不断降低,标准稠度用水量则先轻微减小后显著增加,预水化4 d的水泥具有最小的标准稠度用水量;预水化作用总体上降低了水泥水化温峰值及水泥水化放热速率,但对于预水化作用不超过10 d的水泥。在其水化200~500 min期间,预水化水泥的水化放热速率随预水化时间的延长而增大,对于预水化10 d的水泥,其水化放热速率甚至一度高于新鲜水泥,这可能会导致预水化水泥的异常凝结。此外,预水化作用不利于胶砂强度的发展,且对抗折强度的不利影响尤为显著。预水化作用还会影响PCE的分散效果,随着预水化时间的延长,PCE的分散性及其分散保持性先增大后减小,对预水化4 d的水泥分散效果最佳,其初始流动度达到新鲜水泥的136%,且120 min后的浆体流动度仍高达235 mm。PCE对预水化20 d和30 d的水泥无分散效果。     

水化硅酸钙的结构及其变化

基于水化硅酸钙应用范围的扩展和混凝土的发展趋势,阐述了水化硅酸钙结构及其变化的研究进展。详细分析了无机和有机组分等因素对水化硅酸钙存在状态的影响。分析了水化硅酸钙与无机或有机组分间的相互结合原理。同时指出有机组分对水化硅酸钙组成结构的影响,是需要进一步深入研究的课题。     

氯硫硅酸钙的化学组成和晶胞参数

氯硫硅酸钙是用氯化钙和硫酸钙复合矿化剂煅烧水泥熟料过程中的一个重要过渡相。本研究合成并提纯了氯硫硅酸钙。经显微镜测定其光学性质为:一轴晶,负光性,折射率No=1.665±0.002,Ne'=1.659±0.002。由化学分析结果确定其化学组成为Ca_(10)[SiO_4]_3[SO_4]_3Cl_2。由粉末X射线衍射图谱的指标化,确定其晶体结构属六方晶系,晶胞参数a=9.685A,c=6.850A。DTA和TG曲线表明氯硫硅酸钙在1200℃左右开始分解。     

辅助性胶凝材料对混合水泥水化和耐久性的影响:化学与物理原理（英文）

采用物理和化学方法考察了添加辅助性胶凝材料对水泥水化和耐久性的影响。根据辅助性胶凝材料的相似性和差异性将其分为潜在水化性、火山灰活性,并可进一步分为硅酸盐类、铝酸盐类、碳酸盐类等。还研究了包括辅助性胶凝材料与添加剂之间的相互作用,如减水剂、促凝剂等。结果表明:添加辅助性胶凝材料对混凝土耐久性有一定影响,如抗氯离子渗透、抗碳化、碱骨料反应,以及抗硫化物腐蚀等。在相同水胶比时,添加辅助性胶凝材料有助于提高混凝土的抗老化性能。但碳化作用除外,这可以通过降低水胶比来提高混凝土的耐久性。     

氧化硼对铝酸钙水泥水化性能的影响（英文）

对比研究了含与不含氧化硼对铝酸钙水泥水化行为的影响。通过测试水泥净浆的水化放热曲线,对比分析了铝酸钙水泥中的氧化硼杂质含量对水泥水化速率的影响,以及水泥水化时的电导率随养护时间的变化,阐述了该杂质对水泥溶解沉淀速率的影响。通过冷冻真空干燥的方法中止水泥水化,继而用X射线衍射和热重分析研究了上述两种水泥净浆的水化产物组成。用维卡仪测定了水泥砂浆的凝结时间,用跳桌法测定了水泥结合浇注料的流动值衰减。结果表明:铝酸钙水泥中的氧化硼杂质缩短了水泥的水化诱导期,加速了水泥水化形成大量沉淀的进程,从而促进了水泥的水化,缩短了砂浆的凝结时间,并加快了水泥结合浇注料的流动值衰减速度。     

纳米水化硅酸钙的制备及对水泥水化影响的研究进展

随着纳米技术的不断发展,纳米材料逐步开始应用于传统混凝土材料中,以提高混凝土的各项服役性能。纳米水化硅酸钙(纳米C-S-H)是一种新型的早强纳米复合材料,可通过晶核效应加快水泥早期水化速率,显著提高水泥基材料的早期力学性能,从而提高施工效率,满足特殊施工要求。本文系统总结了纳米C-S-H的制备方法,及纳米C-S-H对水泥基材料早期和长期性能的影响规律,探讨了其对于水泥水化过程和水化产物的影响机制,其中重点介绍了采用聚合物分散纳米颗粒制备的C-S-H/PCE(聚羧酸型减水剂,简称PCE)纳米复合材料。     

重金属离子对水化硅酸钙结构和形貌的影响

采用碱硅酸盐和钙盐的溶液反应方法,合成初始钙硅比为0.8、1.8的掺杂不同重金属离子的水化硅酸钙(C-S-H).对制备的C-S-H进行了XRD、IR、SEM测试分析,结果表明,掺杂重金属离子的低钙硅比C-S-H凝胶的衍射主峰强度下降,谱峰宽度增加;高钙硅比凝胶中钙和硅氧四面体的化学键遭到破坏,使Ca2+溶出,形成Ca(OH)2晶体;掺杂Pb的高钙硅比C-S-H凝胶,Q2伸缩振动峰向低波数方向偏移,Q1伸缩振动峰的吸收强度增加,硅氧四面体聚合度逐渐降低,链长变短;重金属离子可显著改变低钙硅比C-S-H凝胶形貌,使高钙硅比凝胶呈不规则团块状堆积.     

水化硅酸钙组成对蒸压硅酸盐材料力学性能的影响

为探究水化产物对加气混凝土(AAC)力学性能的影响规律,采用BET/XRD半定量水化硅酸钙组成,构建基材力学性能随其水化硅酸钙胶体(C-S-H)含量和托勃莫来石含量变化的等值线图,确定基材力学性能与水化产物的关系,建立AAC抗压强度模型。结果表明:砂质AAC中胶体及晶体含量明显高于粉煤灰质AAC;基材抗压强度最优时,水化硅酸钙胶体含量和托勃莫来石晶体含量有着一定的函数关系。抗压强度模型验证表明抗压强度计算值与实测值误差小于2%,抗压强度模型比较可靠。     

熟料的相组成和微观结构对水泥水化动力学的影响

以前的论文曾指出,相同的化学成分,提高煅烧温度,增加烧结带的长度,将使阿利特结晶由不良的,清晰的细结晶及中等的结晶改变为清晰的粗结晶,提高了胶凝材料的水硬活性,28天龄期强度由40兆帕增加到60兆帕。但在某些情况下,提高 KH 值及 P 值,改善结晶,强度并不随之增长。因此,根据它的微观结构特征,难于精确预测熟料的技术性     

玻璃粉的火山灰反应及对水化硅酸钙组成的影响

在扫描电子显微镜的背散射模式下采用能谱仪研究了两种细度钠钙玻璃粉的火山灰反应特征及其对水化硅酸钙组成的影响。结果表明:火山灰反应主要在玻璃颗粒的初始边界内进行,并形成一个明显的反应环;玻璃火山灰反应释放大部分的Na,并消耗Ca(OH)2、降低内部和外部水化产物硅酸钙的钙硅比(摩尔比);玻璃所释放出的Na+导致孔溶液碱度增加,促进单硫型钙钒石(AFm)的溶解,使更多的Al进入水化硅酸钙中,提高了水化硅酸钙的铝硅比;钙硅比的降低,增强了水化硅酸钙对Na+的固定能力,使内部水化产物和外部水化产物的钠硅比显著提高。     

水化硅酸钙/柠檬酸纳米复合物对水泥水化硬化作用的影响机理

纳米水化硅酸钙(CSH)是硅酸盐水泥的高效早强晶核剂。以柠檬酸为分散稳定剂,采用成核晶化隔离法合成CSH/柠檬酸纳米复合物,研究了柠檬酸用量对CSH/柠檬酸纳米复合物(CCNs)结构、粒度分布的影响以及CCNs对水泥水化硬化的作用机理。结果表明：柠檬酸可插层进入纳米CSH层间,CCNs的平均粒径在90～160 nm之间,且CCNs中柠檬酸含量越高,其粒径越小,在pH=13的碱性溶液中释放出的柠檬酸越多。CCNs由于自身晶核及柠檬酸的协同作用影响水泥水化,改善了孔结构并提高了12 h、1 d、3 d、7 d及28 d抗压强度。     

用~(27)Al MAS NMR分析铝掺杂水化硅酸钙结构中铝的配位状态（英文）

制备了具有宽范围Ca/(Si+Al)比和Al/Si比的铝掺杂水化硅酸钙(C-A-S-H)系列样品,采用~(27)Al魔角旋转固体核磁共振技术(~(27)Al MAS NMR)半定量研究了Al在C-A-S-H结构中的配位状态。结果表明:Al在C-A-S-H结构的配位形式和位置主要取决于其初始Ca/(Si+Al)比和Al/Si比。当初始Ca/(Si+Al)比低时(0.6和0.8),Al只能取代硅酸盐链硅氧四面体结构中四配位的Si,以Al[4]的形式存在;随着Ca/(Si+Al)比的增加,部分Al开始形成Al[5]和Al[6],且随着Al/Si比的增加,Al[4]的含量减小,Al[5]和Al[6]的总量增加,但Al[4]还是占主要比例,Al[5]的量非常少。Al[4]既可取代桥四面体中的Si也可取代配对四面体中的Si,但优先取代的是桥四面体中的Si,两者取代比并非恒定,而是随着初始Ca/(Si+Al)比和Al/Si比的变化而变化。     

水化硅酸钙的结晶度与碳化速度

本研究通过实验证明水化硅酸钙的结晶度对碳化速度有很大影响。水化产物的结晶度愈差,比表面积愈大,在相同条件下,碳化速度愈高,制品的碳化收缩剧烈,则在制品内部易引起收缩微裂缝,严重降低制品强度。结晶度高的制品,碳化速度很慢,碳化收缩引起的内应力可由制品的塑性变形消除,不会产生微裂缝,因此碳化后强度不会降低或降低很少。所以结晶度差的制品应设法提高其结晶度,以使制品的耐久性得到保证。     

温度对水泥-矿渣复合胶凝材料水化的影响（英文）

研究了温度对水泥-矿渣复合胶凝材料硬化浆体微观结构及净浆和砂浆后期强度的影响。利用背散射图像分析法测定了硬化浆体中水泥和矿渣各自的反应程度。探讨了水泥-矿渣复合胶凝材料水化程度、微观结构和力学性能之间的关系。结果表明:温度对纯水泥的水化程度影响很小,但高温(60℃)降低了纯水泥净浆的后期抗压强度。高温阻碍了复合胶凝材料浆体中水泥的后期水化,但促进了矿渣的水化,提高了矿渣的后期反应程度。高温下矿渣持续反应使硬化浆体的孔结构细化,使复合胶凝材料净浆的后期抗压强度与常温养护时相近。高温对水泥-矿渣复合胶凝材料砂浆后期抗压强度的不利影响大于净浆后期抗压强度。高温养护并不导致水泥-矿渣复合胶凝材料的后期水化程度降低。复合胶凝材料的水化程度与强度不呈线性相关。     

日本水泥质量标准现状（英文）

介绍了当前日本水泥质量标准的基本情况。分析了目前日本水泥的供求和分配状况。介绍了日本水泥的质量标准大纲、日本的水泥检测方法和国际标准之间的关系和异同、混凝土耐久性的与水泥质量标准之间的关系,以及日本水泥相关的法律和法规的情况。比较了欧洲与日本的水泥质量标准。     

碱对水泥水化及性能的影响（二）——碱对水泥水化过程及水化产物的影响

综述了碱对水泥（熟料）水化过程及水化产物的影响,包括：含碱水泥的液相性质