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。     

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。     

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。     

碱金属掺杂对硫硅酸钙水化性能的影响机理

碱金属离子作为水泥原料中常见的杂质离子，其存在会影响熟料矿物结构与性能。采用分析纯试剂合成碱金属掺杂的硫硅酸钙单矿物，借助等温量热仪、综合热分析、扫描电镜和²⁹Si核磁共振等手段，研究了碱金属离子对硫硅酸钙水化活性及力学性能的影响。结果表明：碱金属离子在硫硅酸钙晶体结构中的固溶，能够降低晶体结晶度，形成晶体缺陷，有效提升硫硅酸钙早期水化活性，促进其早期力学性能快速发展。同时，碱金属的掺杂能够改变水化硅酸钙(C–S–H)凝胶等产物的微观形貌及结构。其中，Li₂O掺杂能够稳定絮状形态的C–S–H凝胶，而Na₂O和K₂O掺杂能够诱导C–S–H凝胶纤维状生长。经碱金属掺杂影响，C–S–H凝胶聚合度有所增加，平均硅链长增长。     

早期水热养护对铝酸钙水泥结构稳定性的影响

稠油热采常使用具有早强和耐高温特性的铝酸钙特种水泥完成固井作业，为保证固井安全和采油效率，需明确早期水热养护对水泥硬化体结构稳定性的影响。本文研究了20、50、80℃下水泥的强度发展、矿物相组成和微观结构。结果表明，水热养护过程中铝酸钙水泥中的钙铝黄长石、CAH₁₀和C₂AH₈等主要矿物相逐步转变为胶结性差的颗粒状水榴石，导致硬化体结构疏松多孔，进而引发硬化体抗压强度衰退。掺入粉煤灰和矿渣无法有效抑制晶型转变和结构破坏，但六偏磷酸钠改性可使矿物相保持结构稳定性，六偏磷酸钠溶出的Na⁺、HPO^-₄与铝酸钙水泥溶出的Ca²⁺、[AlO₄]^5-反应生成水化磷铝酸钠钙(N-C-A-P-H)凝胶相产物，进一步提高了硬化体的致密度和胶结特性。     

碱性和无碱液体速凝剂促凝早强作用机理对比研究

碱性和无碱速凝剂掺入水泥后的水化机理不同,导致应用性能存在明显差异。本文通过测试凝结时间和砂浆抗压强度等宏观性能对比了两种速凝剂的应用性能,并通过水化放热分析、XRD定量分析、热重分析和SEM微观形貌观察等微观方法综合分析了两者的早期水化历程。结果表明:碱性速凝剂加入水泥后,[Al(OH)₄]^-加快了水泥中石膏的消耗速度,水化初期生成大量钙矾石(AFt),促进了硅酸三钙(C₃S)矿物的水化,缩短了水泥浆体的凝结时间并提高了砂浆的早期抗压强度,但石膏的加速消耗也使得单硫型水化硫铝酸钙(AFm)和水化铝酸钙(C-A-H)等水化产物提前生成,影响了水泥基材料的后期抗压强度发展;无碱速凝剂加入水泥后,[Al(OH)₄]^-和SO^2-₄在液相中生成了大量AFt,促进了铝酸三钙(C₃A)和C₃S矿物的水化,影响了氢氧化钙(CH)的结晶析出。值得注意的是,SO^2-₄不仅促进了C₃A生成AFt的过程,也延缓了水泥中石膏的消耗及AFm和C-A-H等产物的生成,因此无碱速凝剂的加入除了明显提高早期抗压强度外,后期28 d抗压强度也不受影响。     

含有活性或惰性掺合料的复合胶凝材料硬化浆体的微观结构特征

用压汞法测定了不同温度条件下养护的含有粉煤灰或石英粉的复合胶凝材料硬化浆体的孔隙率.用扫描电镜观察了硬化浆体的微观形貌,同时测定了各种组成的复合胶凝材料的净浆强度.常温水化初期,活性与惰性矿物掺合料都只具有物理填充的作用,硬化浆体的孔隙率和强度由矿物掺合料的掺量所决定.高温水化条件下粉煤灰的火山灰反应提前发生.随水化龄期延长,粉煤灰逐渐发生火山灰反应,使硬化浆体结构密实,其强度逐步提高.活性与惰性矿物掺合料对复合胶凝材料浆体结构与性能的影响的差异在水化后期逐渐显现.     

C4A3■对硅酸盐水泥体积稳定性与力学性能的影响

针对预制构件存在早期强度发展不足,后期体积稳定性差的缺点,以无水硫铝酸钙(C₄A₃■)和硬石膏(C■)作为调控胶凝材料,针对C₄A₃■对硅酸盐水泥体积稳定性和力学性能的影响机理进行了探讨,对制备体积稳定的早强硅酸盐水泥基胶凝材料具有一定的指导意义。先用自由膨胀率与抗压强度分析了C₄A₃■-PC水泥浆体的体积及力学性能变化规律,再用X射线衍射仪、热分析仪、压汞仪和扫描电镜探究了该体系膨胀及水化机理。结果表明：C₄A₃■能改善硅酸盐水泥的体积稳定性,提高其早期强度,加速水泥的水化进程。当C₄A₃■含量为10%、■摩尔比为11时,12h钙矾石(AFt)含量可达5.61%,28 d含量为8.51%。C₄A₃■和C■的水化作用会消耗硅酸盐矿物水化产生的Ca(OH)₂。细针棒状的AFt生长在水泥硬化浆体的表面及孔隙中...     

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。     

基于抗氯离子渗透性的复合胶凝材料组成设计与性能

通常采用大量掺加辅助性胶凝材料的方式提高胶凝材料的抗Cl^–渗透性能，进而提升混凝土结构的耐久性和服役寿命，但会显著降低早期力学性能。为提高早期强度和抗Cl^–渗透性能，基于初始浆体密堆积与水化过程孔隙有效填充，设计细、中、粗粒度区间胶凝材料的种类和掺量，提高浆体的初始堆积密度和水化产物固氯能力，从而细化孔径并增大孔隙曲折度，采用59%的水泥熟料(粒径范围4～55μm)，成功制备了3 d抗压强度27.3 MPa、28 d Cl^–扩散系数低至0.36×10^–12 m²/s的高抗渗透复合胶凝材料，为水泥基材料微结构调控和抗渗性能提升奠定基础。     

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。     

典型硫酸盐固废复合胶凝材料制备与微观特性研究

硫酸盐类工业固废造成的环境污染和资源浪费问题引起了国内外学者的广泛关注,当前中国两种典型的硫酸盐类固废(电解锰渣和磷石膏)堆存量巨大,造成严重的环境污染,其无害化与资源化利用刻不容缓。依据电解锰渣、磷石膏两种固体废弃物的特性,利用电解锰渣和磷石膏结合矿渣制备复合胶凝材料,探究了磷石膏和水泥不同掺量对复合胶凝材料硬化体力学性能的影响。通过XRD、SEM和EDS分析了硬化体的物相组成和微观形貌变化特征,同时对硬化体进行毒性浸出测试。结果表明：硬化体各龄期强度随着水泥掺量增加而增大,硬化体各龄期强度随着磷石膏掺量增加而减小。复合胶凝材料较优配合比(质量分数)为电解锰渣为50%、磷石膏为20%、矿渣为30%,水泥外掺12%的硬化体28 d抗压强度为27.1 MPa,硫酸盐固废复合胶凝材料的水化产物主要为水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和钙矾石(AFt)。养护至28 d的硬化体浸出液中可溶性Mn²⁺、NH₄⁺-N、PO₄^3-和重金属离子浓度稳定后满足GB 8978—1996《污水综合排放标准...     

Na2SiO3/Na2CO3复合制备清洁型碱矿渣胶凝材料

为解决弱碱单独激发碱矿渣胶凝材料(AASM)时存在的力学性能弱、矿渣反应程度低等问题,缓解AASM的操作危害性,本文采用Na₂SiO₃/Na₂CO₃复合激发矿渣,研究了复合激发剂组成对AASM凝结时间、抗压强度、水化产物及自收缩的影响,并评估了AASM的环境效益。结果表明:随着Na₂CO₃碱当量的增加,AASM缓凝效果较为明显,抗压强度也有所降低,但抗压强度的降低幅度随龄期增大而减小。通过加入Na₂CO₃,AASM水化产物种类增多,C-(A)-S-H的峰值强度随Na₂CO₃碱当量占比的增加呈现出先增加后降低的趋势,因而解释了AASM浆体自收缩的变化。另外,由CO₂排放指数可以看出,Na₂SiO₃/Na₂CO₃复合激发矿渣较Na₂SiO₃单独激发更为清洁,环境效益显著。     

石膏对贝利特-硫铝酸钡钙水泥强度和硬化浆体结构的影响

研究了石膏对贝利特-硫铝酸钡钙水泥强度和硬化浆体结构的影响.结果表明:贝利特-硫铝酸钡钙水泥熟料的矿物组成主要有C3S、C2S、C,A、C4AF和C2.7B1.25A3S;当水泥中石膏掺量为10%时,贝利特-硫铝酸钡钙水泥的3d、7 d、28 d和90 d抗压强度分别达到了45.0、61.9、82.1和85.6 MPa;贝利特.硫铝酸钡钙水泥的水化产物主要有AFt、Ca(OH)2、C-S-H凝胶等,随石膏掺量的增加,AFt的数量逐渐增加,水化后期的Ca(OH)2数量逐渐减少.用XRD和SEM来分析硬化水泥浆体组成和结构.     

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.     

钢渣粉对硫铝酸盐水泥水化过程的影响及热力学模拟

通过测试水泥浆体的凝结时间、抗压强度、电阻率,同时结合水化产物分析及热力学模拟,研究了不同掺量钢渣粉对硫铝酸盐水泥水化行为的影响规律。结果表明,随着钢渣粉质量掺量的增大,初凝时间呈先延长后缩短的趋势,且在掺量为20%时达到最大值。在28 d龄期内,掺入钢渣粉的水泥硬化浆体抗压强度均小于未掺入钢渣粉的硬化浆体,但在龄期达到60 d和90 d时,掺入40%钢渣粉试样的抗压强度均大于未掺入钢渣粉的试样。钢渣粉与硫铝酸盐水泥复合浆体的电阻率在水化初始阶段随着钢渣粉掺量的增大而增大,在水化后期(约3 h后)则随钢渣粉掺量的增大而减小。在1 d龄期内,钢渣粉掺量为40%的试样中的钢渣粉发生了水化反应,使得水泥浆体在减速期的水化速率最大。由热力学模拟结果可知：在钢渣粉掺量为40%的试样中,C₂S在10 h后开始进行水化反应,C₂ASH₈则在168 h后开始生成;当钢渣掺量大于15%时,随着钢渣粉掺量的增大,钙矾石和铝胶的生成量逐渐减少,C₂ASH₈的生成量逐渐增多。     

电石渣对复合胶凝材料力学性能和微观结构的影响

电石渣作为一种Ca(OH)₂含量较高的工业副产品,可协同Na₂CO₃加速碱激发复合胶凝材料的水化过程。本文采用粉煤灰和矿粉作为复合胶凝材料的前驱体,探究不同电石渣(CCR)和Na₂CO₃质量比对复合胶凝材料的孔溶液pH值和力学性能影响。此外,通过水化热、X射线衍射、热重分析和扫描电子显微镜,探讨了CCR和Na₂CO₃协同激发作用对复合胶凝材料的水化过程和微观结构的影响。研究结果表明,随着CCR掺量的增加,复合胶凝材料的孔溶液pH值和力学性能均呈先增加后递减的趋势。当CCR和Na₂CO₃的掺量分别为6%和9%(质量分数)时,碱激发复合胶凝材料的3 d孔溶液pH值和28 d抗压强度分别达到最大值12.95和26.8 MPa。微观结构分析表明,在CCR和Na₂CO₃的协同激发作用下,碱激发复合材料能够生成更多的水化硅(铝)酸钙(C-(A)-S-H)凝胶,...     

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。     

水化硫铝酸钙和水化铝酸钙对内掺、外渗氯离子的固结机理及能力（英文）

为研究单硫型水化硫铝酸钙(AFm)和水化铝酸钙(C₃AH₆)的Cl^–固结能力和机理，通过人工合成的方法采用C₃A制备了高纯AFm与C₃AH₆，并研究了内掺、外渗Cl^–条件下2种物质固结Cl^–后的产物类型、微观形貌、Cl^–固结量和固结率。结果表明：C₃AH₆对内掺Cl^–的固结能力(最高可达75%)远高于AFm(稳定约为17%)，该差异在内掺Cl^–含量相对较低的情况下尤为显著；对比AFm,Cl^-与C₃AH₆的反应更迅速且更为彻底；C₃AH₆的固氯产物一致为Friedel盐，AFm则根据Cl^-浓度及其不同引入方式分为Hc、Kuzel盐、Friedel盐以及高硫型水化硫铝酸钙(Aft...     

三乙醇胺络合作用下钢渣的水化特性

三乙醇胺(TEA)作为外加剂常用于提高钢渣胶凝活性,但目前关于TEA对钢渣水化的研究仍集中在钢渣-水泥复合体系,难以明确TEA对钢渣水化特性的影响。本工作将TEA引入纯钢渣体系,通过抗压强度、水化热、热重、物相分析、络合能力测定和溶解特性分析来表征TEA络合作用下纯钢渣的水化特性。结果表明：TEA显著提高了硬化钢渣浆体早期及后期抗压强度,主要原因是TEA促进了钢渣中铝相(C₃A、C₁₂A₇)和铁相(C₂F)的水化及其与CaCO₃之间的反应,生成了对抗压强度有利的单碳型水化碳铝酸盐[C₄(A,F)■H₁₁],从而提高了钢渣浆体的水化程度。TEA对水化的促进与TEA的络合作用有关,TEA可以与Ca²⁺、Al³⁺、Fe³⁺3种金属离子络合,在一定范围内(TEA与金属离子摩尔比小于等于1时),TEA与金属离子间的络合能力从强到弱依次为Fe³⁺、Al