低水灰比对硅酸盐水泥水化程度的影响

研究了低水灰比硅酸盐水泥的水化程度，并利用XRD和SEM分析了其水化产物的微观结构。结果表明在低水灰比条件下，水泥的水化程度较低，其硬化水泥浆体中存在较多的未水化水泥；同时由于自身的密实性增强和体系的低孔隙率，使水泥水化产物的结晶、生长情况也受到影响。     

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。     

粉煤灰粒径分布对硅酸盐水泥水化性能的影响

为研究粉煤灰粒径对硅酸盐凝胶材料水化性能的影响,经球磨仪研磨得到3种不同粒径的粉煤灰,探讨其对硅酸盐水泥水化放热速率、水化放热总量、水化反应程度和粉煤灰自身水化反应程度的影响。结果表明:随粉煤灰粒径的减小,粉煤灰的水化活性明显增大,水化反应程度增大,养护龄期为7 d时,水化程度增加20.7%;粉煤灰粒径分布对硅酸盐水泥水化放热总量的影响较小,主要影响其水化放热速率、水化反应程度,养护龄期为28 d时,胶凝材料水化程度增加3%。     

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.     

水泥水化过程计算机模拟研究——CEMHYD3D系统分析与模拟实现

分析了水泥水化过程计算机模拟这一领域最有代表性的模拟系统--CEMHYD3D的建模过程,以CCRL Cement 133水泥为例,对不同水灰比条件下的水泥水化过程进行了实际模拟计算,对水化热、水化程度、水化过程中主要反应物和产物的变化情况进行了预测.研究表明,CEMHYD3D的模拟结果与实验所揭示的规律一致性较好,尤其是该软件在物相成分变化规律方面的预测对于水化机理的研究很有意义.     

水泥水化计算机模拟研究进展

介绍了水泥水化和微观结构的模拟与仿真的研究进展,对3个典型的水化仿真模型(HYMOSTRUC模型、CEMHYD3D模型、DuCOM模型)的模拟原理、特点及适用性进行分析和比较。     

含钡硫铝酸盐水泥的水化动力学与热力学研究

采用XRD和等温微量热法测试计算含钡硫铝酸盐水泥的水化动力学和热力学过程。结果表明,含钡硫铝酸盐水泥的水化过程主要受扩散过程控制,水化速率变化模式与铝酸钙、硅酸盐水泥类似。水化过程分为加速期、减速期和衰减期:在加速期,水化反应受成核反应控制,属自催化反应;从减速期开始,水化物在颗粒表面形成水化物薄膜,水化反应阻力加大,速率减缓;进入衰减期,水化反应完全受扩散过程控制。     

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.     

水化程度对水泥基材料固化氯离子的影响

由于水泥基材料中水泥的水化是经时变化的,因此测定了水化程度对硬化水泥浆体固化氯离子的影响,同时考察了pH值对固化氯离子的影响.结果表明,与用龄期表征水泥固化氯离子相比,用水化程度表征更准确.此外,随着pH值增大,固化氯离子量减少.通过回归分析发现,水泥固化氯离子的能力与氯离子浓度符合幂函数关系.     

稻壳灰-水泥胶凝体系的水化动力学模型

稻壳灰(RHA)是稻壳控制燃烧产生的高活性火山灰材料,广泛用作生产高性能混凝土的矿物掺合料。稻壳灰的加入对水泥水化有着复杂的影响,目前的模型并不能解释所有这些复杂的影响。通过考虑稻壳灰对复合胶凝体系的稀释效应、化学效应、稻壳灰多孔结构对于水的吸收和释放等因素,建立了RHA-水泥胶凝体系的水化动力学模型,并以水灰比、环境温度,RHA颗粒细度和掺量等为变化参数,通过模型计算与试验结果相比较,证明所建立的模型可较好地模拟含RHA-水泥胶凝体系的水化进程,可用于预测RHA-水泥胶凝体系的水化程度随龄期的变化规律。结果表明,RHA-水泥胶凝体系的水化程度与水灰比、环境温度和比表面积是成正比的关系。研究可为稻壳灰在水泥中的应用提供依据,同时达到提高水泥的经济性和节约资源的目的。     

高速水流下空蚀热效应对水泥水化产物的破坏

随着坝工技术的提高和水力资源的深入开发利用,高坝建设发展迅速,其泄量大、流速高时的泄洪消能和抗空蚀保护问题是目前建设中的主要技术难题。区别于传统对高速水流引发空蚀的力学破坏定义,本研究从热学角度阐述了空蚀引起破坏的机理。本研究利用超声波空蚀仪进行不同类型水泥净浆空蚀试验,综合空蚀破坏面表面分析和对空蚀破坏后的水泥水化产物微观成分分析,对空蚀在硬化水泥表面产生的热效应进行测定和研究分析,初步讨论空蚀热效应对混凝土结构的破坏机理。试验结果表明,空蚀对水泥净浆表面的破坏不仅是简单的力学破坏,同时空蚀热效应还可以造成水泥水化产物的部分分解。具体而言,经过6 h超声空蚀试验后的试样,水化凝胶损失量不低于40%,氢氧化钙的损失量在25%以上,这对硬化水泥浆体的劣化有较为显著的影响。     

基于CT扫描技术的水泥净浆微观结构及水化程度

进行了0.3和0.5两种水灰比的水泥净浆从1~40天龄期的CT扫描试验,成功重构了水泥净浆尺度上的三维微观模型,观测了未水化水泥颗粒、水化产物和孔隙在这期间的形态变化。基于CT扫描的结果量化未水化水泥颗粒体积含量,进行了水化程度的计算。计算结果与常用的TGA方法进行比较,发现可比性好, CT扫描为一项较可靠的量化水泥水化程度的方法,但需要高精度的CT扫描设备。     

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．     

硫铝酸钙-贝利特水泥熟料的低温制备及其水化性能研究

以煤矸石、脱硫石膏、石灰为主要原料,采用水热合成-低温煅烧方法制备了硫铝酸钙-贝利特水泥熟料,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等分析了水热合成物、煅烧试样及水化产物的矿物相,利用等温量热仪测定了水泥早期水化放热随时间的变化,并测定了水泥的力学性能。结果表明:在120℃下水热合成前驱体后再经煅烧,可在1 050℃低温下制成硫铝酸钙-贝利特水泥熟料。与一步法相比,该低温水泥的早期水化放热速率较高。当水泥中的二水石膏掺量为13%(质量分数)时,水泥1d、28d的抗压强度分别为30.2 MPa和57.3 MPa,28d的水化产物主要为长纤维状的AFt。     

矿渣水泥水化产物平衡体系的研究

通过分析硅酸盐水泥熟料矿物组成、水化特性,矿渣的化学组成和水化过程,研究了普通矿渣水泥、碱矿渣水泥水化产物平衡体系的稳定性,并根据矿渣水泥系统水化产物稳定存在的条件,研制了适用于高掺量矿渣水泥的复合外加剂。     

Hydration of slag-blended cements

In this paper, the hydration of slag in blended cements is investigated through the measurement of hydration reaction indicators such as portlandite content, non-evaporable and free water, and hydration heat. Three substitution rates of cement by slag were used (30%, 50% and 70%). The tests were performed at two constant temperatures (20 °C and 40 °C) in order to assess the activation energy of the different components. A multiphasic hydratation model is proposed to take account of the difference of kinetics of each main phase (clinker and slag) and the hydration kinetic law proposed considers interactions between the two phases. It includes the activation of the dissolution of slag by alkalis released by the clinker phases in the pore solution, the portlandite consumption by slag and the effect of temperature and moisture content on the reaction kinetics. The model is able to simulate the evolution of hydration products and adjust the hydration product stoechimetry to the rates of slag and the current temperature automatically and instantaneously. Its reliability is shown through its ability to fit the whole experimental plan results with a single parameter set. Among these parameters are the hydration heat of slag and its water consumption. The model and its parameters should be useful to simulate other types of slag-blended cement.     

不同水灰比下无水硫铝酸钙的水化反应

为澄清无水硫铝酸钙的水化反应机理,利用化学试剂Ca CO3、Al2O3、Ca SO4合成纯度达90%以上的无水硫铝酸钙(C4A3)单矿物,研究其在水灰比为0.3、05、0.7条件下的水化反应,包括不同水化时间的水化产物及变化规律,用X射线衍射仪、综合热分析仪和扫描电子显微镜对水化产物进行分析.结果表明:水化产物为含不同摩尔结晶水的2种单硫型水化硫铝酸钙C4AH12(AFm-12)和C4AH1 4(AFm-14)以及无定形状态的铝凝胶(AH3),整个水化过程未生成钙矾石(AFt);随着水化时间的延长,C4AH12(AFm-12)会逐渐转化为C4AH1 4(AFm-14);水化反应主要集中发生在3~12 h,后期C4AH1 4晶体不断长大.     

水泥粒径分布与水化速度间的关系研究

为了研究水泥颗粒粒径分布与水泥水化速度之间的关系,根据文献提供的水泥粒径分布与水化度的试验数据,拟合建立了连续粒径分布水泥颗粒的水化速度公式。用该公式计算已知不同粒径分布的水泥浆体的水化速度,通过水泥水化过裤中的热重分析,得出不同龄期的水泥石的水化度试验值。结果表明:计算值与试验值对比基本吻合。     

Impact of Cement Hydration on Durability of Cellulosic Fiber‐Reinforced Cementitious Composites in the Presence of Metakaolin

Degradation of cellulosic fiber in the alkaline environment of concrete generated in the process of cement hydration is the primary reason for the low durability of such composites. However, the impact of cement hydration on cellulosic fiber's degradation in cementitious systems has not been thoroughly understood. This paper presents the dependence of deterioration behavior of cellulosic fiber‐cement systems on cement hydration in the presence of metakaolin. Experimental investigations, such as isothermal calorimetry, thermogravimetric analysis and energy dispersive X‐ray spectroscopy, and thermodynamic simulations are carried out to investigate cement hydration kinetics and hydration products. Durability of cellulosic fiber‐reinforced cement composite is assessed based on the degradation in flexural properties. The results indicate that, in the presence of metakaolin, the hydration of cement is enhanced accompanied by consumption of calcium hydroxide, low release of hydration heat, decreased Ca/Al and Ca/Si ratios of C–S–H phase, and reduced OH^‐ and Ca²⁺ amounts in pore solution. A cement substitution by 30 wt% metakaolin results in an improvement of flexural toughness and durability of cellulosic fiber‐reinforced cement composites by 42 and 269%, respectively. The correlations between composite durability and hydration of Portland cement are established.