水硬性胶凝材料水化性质评估的阻抗方法

通过对不同标号的水泥在不同水灰比下的交流阻抗随龄期变化的系统研究,探讨了交流阻抗谱、电参数与水泥水化进程的关系.结果表明:水泥水化过程可用不同频率下的阻抗特性表征,该过程的阻抗特性可表示为电阻和电容串并联等效电路,该等效电路的电参数可表征水泥水化特性;在水泥水化过程中,表征孔隙率的串联电阻随时间的增加而逐步增大,表征水化程度的并联电阻则逐渐缩小,与该电阻并联的电容因在水化过程中形成的C-S-H凝胶增多而逐渐增大;通过比较等效电路参数及其变化,可评估水泥的水化程度和水化速率.     

青石膏加热脱水过程的研究

研究山西青石膏的加热脱水过程，不同粒度、烘烤温度、烘烤时间对脱水产物及其水化性能的影响。研究表明：不同粒度的青石膏有不同的临界脱水温度；不同粒度的青石膏在其临界脱水温度脱水后脱水产物物理性能不同；同一粒度的石膏，保温时间相同，烘烤温度不同或烘烤温度相同，保温时间不同，其脱水产物主要物相和水化性能也不同。     

-3℃下不同矿粉掺量对水泥水化影响的试验研究

通过试验研究在-3℃环境下不同矿粉掺量的水泥浆体在一定龄期内的水化热以及水化程度,利用试验数据采用近似矩形法和直接法计算出水泥水化放热量,分析出不同矿粉掺量的水泥浆体在-3℃的水化程度,比较不同矿粉掺量水泥浆体水化放热量得出其水化规律,比较不同入模温度对水泥水化的影响程度,同时提出水泥浆体处于负温下水化热测定的方法。试验结果表明:-3℃下10%、20%、30%的矿粉替代量在1、3、7、14、28 d龄期下水化放出的热量比不加矿粉掺合料的水泥浆体放热量低1%~6%。通过试验得出入模温度以及水化温度对水泥水化过程影响至关重要,同时在一定龄期下,矿粉对水泥的水化有抑制作用,矿粉取代水泥的量越高水泥水化放热量越低。     

水泥水化过程的微观结构模型与数值计算

从微观角度建立了水泥水化过程的三维模型,并根据最小理论水灰比推导出了水化程度α与水化半径R之间的函数表达式。通过对不同水灰比(0.20,0.25,0.30,0.35和0.40)的算例做了水化程度α与水化半径R的数值计算,并与试验数据进行比较。结果表明,该模型能够从微观角度模拟水泥水化过程的组分变化情况。     

蔗糖对水泥早期孔溶液离子浓度的影响

水泥基材料硬化是一个固态水泥颗粒与液态水相相互反应过程,因此孔溶液组成有助于研究水化产物及水化过程;通过对压榨法得到水泥净浆早期孔溶液,通过孔溶液组成分析,探讨蔗糖对水泥水化的影响;发现0.08%蔗糖仅对水化过程中诱导期影响较大,延长凝结时间,并使得诱导期孔溶液SO42-浓度降低,而Ca2+,p H有一定程度增加。     

粉煤灰膏体充填材料水化动力过程与水化机制

明确粉煤灰膏体充填材料的水化动力学特性及胶结过程演变机制,有助于剖析充填材料早期强度低、变形量大及泌水严重等缺陷存在的原因,进而为科学调控充填材料结构形成过程和合理制定充填工艺参数提供指导。本文采用TAM Air等温微量热仪测定充填材料的水化放热速率和放热量,基于Krstulovic-Dabic水化动力学模型,计算充填材料的水化动力学参数,对水化动力过程各阶段的变化特征进行分析。利用水泥水化建模软件模拟了充填材料在不同水化程度下的水化过程,并对水化机制作进一步解释。结果表明:充填材料水化动力过程可通过结晶成核与晶体成长(NG)、相边界反应(I)和扩散(D)进行描述。水化初期NG过程控制水化反应的进程,随着水化程度的提高逐渐转变为由I过程和D过程控制。与纯水泥水化动力过程变化特征相比,充填材料水化动力过程的转变则需要更高的水化反应程度。水化过程模拟结果为描述和探讨粉煤灰充填材料的水化特征与微结构演变提供了有益参考。通过对粉煤灰膏体充填材料水化机制的研究,揭示了充填材料结构及其形成过程的一般规律。     

水灰比以及水化程度对水泥水化计算模型的影响

为研究水化程度和水灰比对水泥水化放热模型的影响,对试验原材料性能进行了测试,同时分别进行了初始水化温度为25、35、45℃及水灰比为0.24、0.42、0.6等条件下的水泥水化绝热温升模型试验研究。通过试验测定水泥在不同温度、不同水灰比情况下的绝热温升,绘制水泥绝热温度变化曲线,依据已绘制出的水泥绝热温度变化曲线,确定相关参数,进而确定水泥的绝热温升计算模型,然后将几种不同计算模型算出的温度与实测温度进行比较,通过对比得出各个公式的准确性,并在对公式进行校核改进后考虑了水化程度对水化热模型的影响,最后利用综合考虑了龄期、温度、水化程度等因素的水化热公式预测得出了不同初始温度的水泥水化放热情况。试验结果表明:水泥水化绝热温升不但与水泥水化龄期、初始温度有关,还与水泥水化反应程度有很大的关系,考虑水化程度对水化放热影响的水泥绝热温升公式有更好的拟合精度。     

基于多相水化模型的水泥水化动力学研究

基于Ulm和Coussy提出的多相水化动力学模型,在考虑水泥的化学组成、养护温度、水灰比、最终水化程度及水泥细度等因素情况下,从理论上建立了水化动力学方程,可用于预测水化速率随水化程度的变化。结果表明:水灰比会加速相边界反应,而对早期的结晶成核与晶体生长却没有明显影响;温度的升高能够加速水化进程,却不能改变最终水化程度。     

水化硅酸钙粉体对水泥水化反应过程及机理的影响

将水化硅酸钙(C-S-H)粉体掺入水泥浆中,研究其对水泥水化动力学和反应机理的影响.利用TAM air微量热仪,测量了掺入C-S-H粉体后水泥的水化速率和水化热;采用透过高度法测试了C-S-H粉体的接触角;运用水化动力学分析方法,确定了掺C-S-H粉体后水泥水化反应速率常数K,水化度α,反应级数n等动力学参数;并根据动力学微分曲线评价了C-S-H粉体对水泥水化机理和水化过程的影响.结果表明:C-S-H粉体能降低水泥的水化热总量和成核势垒,并使其水化放热峰提前;C-S-H粉体在水泥水化反应过程中主要起晶种作用;在一定C-S-H粉体掺量(质量分数)范围(1%~3%)内,水泥水化过程符合结晶成核与晶体生长(NG过程)-相边界反应(I过程)-扩散(D过程)的水化机理,C-S-H粉体促进了NG过程,对I过程有一定的削弱作用,而对D过程影响很小.     

水泥胶凝材料水化进程及力学特性研究

首先简述了热分析的测定原理及其在水泥化学研究中的应用;利用热重方法分析了水泥净浆的水化进程变化规律,研究了不同水灰比的水泥净浆水化程度;并从理论上解释了不同水灰比的水泥净浆水化程度发展规律;而且,对水泥净浆水化过程中的抗压强度进行了测试,试验结果发现其变化趋势与水化程度变化趋势是完全一致的,这充分反映了微观结构与宏观性能之间的关系.     

流化床气相沉积法纳米修饰粉煤灰及其早期水化特征

分别采用NaOH和Na2SO4饱和溶液为改性材料,利用流化床气相沉积(FBR-VD)方法对粉煤灰(FA)颗粒进行表面修饰.通过水泥净浆和砂浆试验,测试分析FBR-VD方法对FA火山灰活性、水泥净浆需水比和砂浆流动度的影响;通过水化热试验考察不同改性方法对水泥净浆、砂浆早期水化程度的影响;通过扫描电镜及能谱分析(SEM-EDS)研究不同改性材料对粉煤灰颗粒的修饰效果及其火山灰反应机理.结果表明:FBR-VD方法能够将改性材料的纳米微粒修饰于FA表面,相比直接掺加改性材料,经FBR-VD方法修饰的FA掺入水泥后,其净浆、砂浆早期活性指数提高5%~10%;水化热测试结果印证了水泥净浆强度的变化规律,NaOH主要通过促进水泥的水化产物聚集在FA颗粒表面来提高其与水泥石结构的结合力,Na2SO4则通过锚固于FA表面的晶体,增加其与周围水泥石结构的摩擦力,同时促进水泥的水化并吸附较多的水化产物,即通过物理与化学的双重作用来提高其火山灰活性.     

掺矿渣水泥水化反应特性的试验研究

通过抗压强度、非蒸发水量、矿渣反应度的试验测定及XRD分析,研究了掺矿渣水泥浆体的水化反应进程.结果表明,在相同龄期下,抗压强度随矿渣掺量与水胶比的增加呈减小趋势,矿渣的化学活性在28d前比较显著;掺矿渣水泥浆体的非蒸发水量高于纯水泥浆体非蒸发水量;矿渣的反应度则随其掺量的增加而减小,随水胶比的增加而增大.     

粉煤灰对水泥浆体化学收缩的影响

水泥水化反应引起的化学收缩会引起砂浆及混凝土的体积变化，可能会导致收缩裂缝的产生。粉煤灰的掺入在一定程度上可减少化学收缩。本文通过一些试验研究所得数据论证了随粉煤灰掺量的增多，化学收缩随之减小，而随细度增加，水泥浆体化学收缩随之略有增大。并通过强度检测验证了测定的化学收缩可间接反映水泥的水化程度。     

无碱液体水泥速凝剂的性能及其促凝机理

采用宏微观试验方法,研究无碱液态水泥速凝剂对水泥基材料的性能影响及其水化机理。结果表明:无碱液体速凝剂对水泥水化作用主要体现在1 d之内,水泥水化28 d时几乎不起作用;掺加6%速凝剂1 h水泥净浆硬化体有较多棒状AFt晶体形成,这些AFt晶体互相交错,填充在水泥浆体的孔隙中,使水泥净浆结构比基准水泥净浆结构更致密,使得其早期强度更高;无碱液体速凝剂的促凝机理主要是促进早期水泥浆体中AFt晶体的形成而达到促凝;SEM照片显示,生成的AFt是通过液相化学反应-沉淀析出途径生成,AFt晶体呈短柱状、随机取向,无序分布于整个硬化体空间,与基准水泥浆体形成的AFt途径完全不同,这可能是导致水泥浆体快速凝结及强度提高的主要原因。     

Quantification of hydration products in cementitious materials incorporating silica nanoparticles

In the present work, silica nanoparticles (30-70nm) were supplemented into cement paste to study their influence on degree of hydration, porosity and formation of different type of calcium-silicate-hydrate (C-S-H) gel. As the hydration time proceeds, the degree of hydration reach to 76% in nano-modified cement paste whereas plain cement achieve up to 63% at 28 days. An influence of degree of hydration on the porosity was also determined. In plain cement paste, the capillary porosity at 1hr is ~48%, whereas in silica nanoparticles added cement is ~35 % only, it revealed that silica nanoparticles refines the pore structure due to accelerated hydration mechanism leading to denser microstructure. Similarly, increasing gel porosity reveals the formation of more C-S-H gel. Furthermore, C-S-H gel of different Ca/Si ratio in hydrated cement paste was quantified using X-ray diffractometer and thermogravimetry. The results show that in presence of silica nanoparticles, ~24% C-S-H (Ca/Si<1.0) forms, leading to the formation of polymerised and compact C-S-H. In case of plain cement this type of C-S-H was completely absent at 28 days. These studies reveal that the hydration mechanism of the cement can be tuned with the incorporation of silica nanoparticles and thus, producing more durable cementitious materials.     

轻集料吸水率对轻集料水泥石界面区特性的影响

利用固体核磁共振硅谱(29Si NMR)和显微硬度计,定量表征了轻集料-水泥石界面区的水化程度、水化硅酸钙(C-S-H)凝胶聚合度和力学性能,研究了轻集料吸水率对轻集料-水泥石界面区力学性能和C-S-H凝胶微结构的影响规律,并以此验证了预湿轻集料的内养护效应.结果表明:轻集料-水泥石界面区的水化程度、C-S-H凝胶聚合度和显微硬度均高于水泥石基体;轻集料吸水率越大,轻集料-水泥石界面区的水化程度、C-S-H凝胶聚合度和显微硬度越高,预湿轻集料的内养护作用越明显.     

水泥石氯离子扩散系数的简单解析解

提出了水泥石氯离子扩散系数的简单解析解。将水泥石看成是一种由固体相和孔所组成的两相复合材料,结合渗流理论和一般有效介质方法导出了水泥石氯离子扩散系数的解析解,该解析解的有效性得到了2组独立试验结果的证实。最后,定量评价了水化度和水灰比对水泥石氯离子扩散系数的影响,发现水泥石氯离子扩散系数随着水化度的增大而减小,但随着水灰比的增大而增大。     

水泥石的干燥收缩及其与水化程度的关系

通过梯次干燥的方式测定了水泥石在干燥过程中的重量损失和收缩变化,并结合TG-DSC综合热分析研究了水泥石水化程度与干缩的关系。结果表明,水泥石水化程度随龄期延长而逐渐提高。随着水化程度增大(由0.55到0.81),水泥石100%~84%湿度范围内收缩减小,在84%~54%收缩增大,在54%~7%湿度范围内的收缩和总收缩先增大,后有减小趋势。再润湿以后,水泥石的重量损失可以回复,但一部分干缩不可逆,大部分不可逆干缩发生在84%~54%和54%~7%湿度范围内。干燥过程改变了水泥石的孔结构,使水泥石毛细孔粗化,凝胶孔塌陷减少。     

复合水泥粒径分布对强度影响的初步探讨

本文通过测定复合水泥各组分的粒径分布,测定和计算复合水泥的堆积密度,测定水泥砂浆的强度,得出：水泥石强度并不一定随水泥细度的增加、组分水化活性的提高而提高,水泥颗粒越细,水化活性越高,同时体系的堆积密度也越小;相反提高粒径,增加堆积密度也要牺牲水化活性。复合水泥的最佳粒径分布应该使体系的堆积密度和水泥颗粒的水化活性相匹配。使体系获得尽可能大堆积密度,同时所产生的水化物足以使体系的原始孔隙被完全填充     

基于低场核磁共振技术的水泥浆体凝结时间及早期强度分析

采用低场核磁共振技术,研究了不同水灰比条件下水泥浆体早期水化过程中可蒸发水含量的变化.结果表明:可蒸发水核磁信号量随时间变化的一阶微分曲线与水泥浆体早期水化的5个阶段吻合较好;水泥浆体初、终凝时间介于核磁信号量一阶微分曲线的谷、峰之间,即初凝出现在水化加速期开始之后,终凝出现在加速期结束之前.通过对核磁信号量的计算分析可以获得水泥浆体的水化程度和胶空比,硬化水泥浆体的实测抗压强度与计算所得胶空比呈幂函数关系.