湿度对水化硅酸钙力学性能影响的分子动力学模拟

水化硅酸钙(C-S-H)是水泥水化产物中最重要的组成成分,是水泥基材料的主要胶凝相。C-S-H层间水对其纳米结构和力学性能会产生显著影响。利用分子动力学研究了不同湿度C-S-H在结构和力学性能方面的差异。通过原子径向分布函数和浓度分布、弹性常数以及应力应变关系分析了湿度对C-S-H结构和弹性性质以及拉伸、压缩、剪切力学性能和变形性能的影响。结果表明:湿度增加会导致C-S-H中Si、Ca原子近程范围内的O原子集聚增多,还会导致C-S-H层间距离增大,分层更加明显,同时会降低C-S-H的弹性性质;湿度的增加会降低C-S-H拉伸、压缩、剪切力学性能和变形性能;湿度对抗拉与抗剪强度影响较大,对抗压强度影响较小,对拉伸时的变形性能影响最大,对压缩时的变形性能影响最小。     

29Si固体核磁共振技术在C-S-H凝胶中的应用进展

C-S-H凝胶作为硅酸盐水泥最主要的水化产物,是影响水泥混凝土行业工程质量的重要因素.本文围绕29Si固体核磁共振技术(29Si NMR)在硅酸盐水泥水化产物应用展开,从水化硅酸钙晶型、C-S-H聚合机理、钙硅比、机械力活化作用、矿物掺合料对C-S-H影响等几方面阐述29Si NMR在硅酸盐水泥水化产物C-S-H凝胶中的应用,提出了利用29Si NMR分析硅酸盐水泥水化产物存在的问题,并展望了29Si NMR在水泥水化领域的发展趋势.     

C-S-H凝胶分子结构研究进展

水化硅酸钙(C-S-H)凝胶是硅酸盐水泥的主要水化产物,是水泥胶凝能力的主要来源。C-S-H凝胶的纳米结构由长程无序、短程有序的类Tobermorite纳米晶组成。明确类Tobermorite相纳米晶的分子结构、氢键等分子间作用力组成及性质、H2O和羟基基团与硅氧主链的相互作用机理对理解C-S-H凝胶的胶凝能力形成机理、调控水化产物的胶凝能力具有重要意义。本文在总结固体核磁共振分析技术研究C-S-H凝胶硅氧主链结构研究进展的基础上,提出其钙硅比对硅氧主链聚合度和平均链长的影响规律,并运用固体核磁测试与第一性原理计算核磁结果相结合的研究方法,揭示了C-S-H凝胶分子结构中氢键的组成及性质,明确了水分子及羟基基团与硅氧主链的相互作用机理。     

改性三乙醇胺高分子助磨剂对水泥水化的影响研究

本文通过酯化反应合成了马来酸三乙醇胺酯(MT),并以合成的马来酸三乙醇胺酯为单体,与甲基丙烯酸和马来酸酐通过水溶液聚合,制备分散性好的高分子助磨剂(PMA).以三乙醇胺(TEA)作为对比,研究了不同掺量下PMA对不同龄期水泥强度的影响,借助于XRD、SEM、FTIR、TG-DSC等测试手段对水泥的水化程度和水化产物的微观结构进行分析.结果表明:PMA助磨剂能够促进C3A和C3S的水化,提高C-S-H凝胶的聚合度,从而提高水泥水化产物质量,改善水泥水化产物的结构.     

水泥水化与水化硅酸钙的结构和化学组成之间的相互作用（英文）

研究了硅酸盐水泥水化动力学与水化过程中水化硅酸钙(C-S-H)形成之间的相互作用。结果表明:水泥水化反应过程中的液相组成对C-S-H的成核与生长速率有很大的影响。因此,对于不同的水泥,C_3S、C_2S和方解石表面的无序纳米C-S-H颗粒团聚体的结构变化很大;掺加矿物掺合料和温度变化对此也有很大影响。C-S-H的化学组成直接取决于液相组成。硅酸盐水泥水化诱导期由C-S-H的成核速率决定。同时,水泥1 d的水化程度主要与C-S-H生长模式和速率有关;影响水泥1 d水化程度的因素主要是C-S-H生长的速率和模式,以及水分子和离子透过水泥颗粒表面已形成的C-S-H层的渗透性。因此,如果调控C-S-H成核和生长的速率的参数已知,则可以有效地控制硅酸盐水泥的早期水化,特别是可有效提高水泥水化程度,在可持续发展理念的基础上达到水泥的高效利用。     

粉煤灰-水泥水化的核磁共振定量分析

利用高分辨固体核磁共振仪结合去卷积技术,定量分析了粉煤灰水泥浆体中水泥和粉煤灰的水化程度以及C-S-H凝胶中硅氧-铝氧链平均长度,同时研究了粉煤灰火山灰反应对C-S-H结构的影响。结果表明:水化3 d时,系统中约47%的水泥和14%的粉煤灰参与了水化反应,C-S-H平均链长为3.2;水化120d时,水泥和粉煤灰的水化程度分别为89%和33%,C-S-H平均链长约为3.8,远大于纯水泥浆体中C-S-H的平均链长(为2.7)。水化3 d时粉煤灰玻璃相结构中的Si—O—Si,Si—O—和Al—Al共价键断裂,形成了单体硅酸根和单体铝酸根,这些单体结构桥连体系中的二聚体单元进而提高了C-S-H平均链长。粉煤灰掺入并不会因为C-S-H聚合度提高以及ACL增加就能促进粉煤灰水泥浆体强度。     

抗硫酸盐侵蚀防腐剂对混凝土性能影响

在相同配合比条件下,选用三种不同性能的水泥配制混凝土,研究不同种类胶凝材料对混凝土的工作性能、力学性能以及抗侵蚀性能的影响.通过SEM扫描电镜观察混凝土3d、7d、28 d的浆体—骨料界面过渡区的微观结构以及水化产物形貌.试验结果表明:掺入10％ SSP防腐剂后,混凝土的工作性能、力学性能均优于基准和抗硫酸盐水泥混凝土.水泥水化后期,浆体—骨料界面过渡区很难区分,水化产物增多.SSP防腐剂可以促进水泥的水化程度,生成较多的钙矾石和C-S-H凝胶,使结构更致密,提高混凝土的抗侵蚀性能.     

氧化石墨烯对水泥水化进程及其主要水化产物的影响EI北大核心CSCD

研究了氧化石墨烯（GO）对水泥水化进程及其主要水化产物氢氧化钙（CH）、水化硅酸钙凝胶（C-S-H）的影响。采用原子力显微镜、透射电镜等对所用GO进行了表征,采用水化热、X射线衍射分析以及热重分析等方法对不同GO掺量的新拌水泥浆体水化程度以及水化产物含量等进行了测量。结果表明：GO的掺入对水泥水化进程并无明显影响,即GO并不存在促进水化的作用,但是GO的掺入可以影响水化产物尤其是氢氧化钙的结晶过程和形态;GO对水泥浆体硬化后形成的凝胶孔特征有重要影响,随着GO掺量的增加,能够使凝胶孔中存有更多的自由水,并在一定程度上细化、封闭孔结构;GO的存在不仅对六方片状晶体的生成有明显抑制作用,并且能够细化晶体氢氧化钙的尺寸。     

纤维素纳米晶对水化硅酸钙微观结构的改性机理

水化硅酸钙(C-S-H)作为水泥基胶凝材料的基因，其结构变化对混凝土宏观性能发展至关重要。为了明确纤维素纳米晶(CNCs)在水泥中的改性机理，采用共沉淀法制备C-S-H凝胶，探讨了CNCs的形态效应及成核效应对C-S-H凝胶结构的影响。基于X射线衍射、透射电子显微镜、纳米压痕以及核磁共振等测试，结果显示CNCs表面携带的羟基(—OH)可络合Ca²⁺，随后与溶液中的SiO₄^2–反应形成C-S-H凝胶，包裹在CNCs周围形成致密的网络结构。CNCs为C-S-H凝胶的沉淀和生长提供了额外的成核位点，促进了C-S-H凝胶聚合度的降低以及链长的缩短，并且显著提升了高密度C-S-H凝胶的含量。     

氧化石墨烯对水泥水化进程及其主要水化产物的影响

研究了氧化石墨烯(GO)对水泥水化进程及其主要水化产物氢氧化钙(CH)、水化硅酸钙凝胶(C-S-H)的影响。采用原子力显微镜、透射电镜等对所用GO进行了表征,采用水化热、X射线衍射分析以及热重分析等方法对不同GO掺量的新拌水泥浆体水化程度以及水化产物含量等进行了测量。结果表明:GO的掺入对水泥水化进程并无明显影响,即GO并不存在促进水化的作用,但是GO的掺入可以影响水化产物尤其是氢氧化钙的结晶过程和形态;GO对水泥浆体硬化后形成的凝胶孔特征有重要影响,随着GO掺量的增加,能够使凝胶孔中存有更多的自由水,并在一定程度上细化、封闭孔结构;GO的存在不仅对六方片状晶体的生成有明显抑制作用,并且能够细化晶体氢氧化钙的尺寸。     

国内外水泥基复合材料多尺度模型研究进展

多尺度方法作为组合不同模型的耦合方法,在水泥基复合材料的跨尺度问题上起着重要作用.某一尺度的模型在一定程度上赋予了材料不同的意义.纳米凝胶模型的提出很好的解释了非均质水泥基材料C-S-H凝胶的形成及材料密度、比表面积等测试数值的差异;微观模型对预测C-S-H凝胶产物物相成分的变化规律有重要帮助,对水化机理的研究具有重要意义;宏观模型则能很好的反映水泥基材料力学性能和使用寿命,尤其在氯离子侵蚀和碳化方面表现卓著.虽然每一尺度的模型都有其独特之处,但缺少模型间的相互嵌入,无法建立微观模型与宏观性能之间的联系.本文综述了近年来国内外水泥基材料不同尺度模型的研究进展,分析了单个模型的结构特征,提出了多尺度模型的构建和目前存在的问题,并对多尺度模拟和预测的发展方向进行了展望.     

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.     

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.     

水泥基材料氯离子结合机理及影响因素研究综述

水泥基材料的氯离子结合能力主要取决于水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和Friedel's盐的含量及其稳定性,两者的含量越高、稳定性越好,水泥基材料的氯离子结合能力越强。对水泥基材料氯离子结合能力的分析需考虑多种因素的影响,如水泥种类、矿物掺合料种类、温度、氯离子浓度、阳离子类型、硫酸盐侵蚀和碳化等因素,它们会通过直接影响C-S-H凝胶和Friedel's盐的生成量,或间接影响孔隙液pH值和离子浓度改变C-S-H凝胶和Friedel's盐的稳定性,进而影响其物理吸附能力与化学结合能力,促使氯离子重新结合或释放,导致氯离子结合能力变化显著。本文综述了上述影响因素下,水泥基材料中C-S-H凝胶和Friedel's盐含量、稳定性的变化,及其对氯离子结合能力的影响,并为今后的研究方向提出了建议。     

白水泥改善水性氟碳涂料性能的研究

以白色硅酸盐水泥(白水泥)为改性填料,利用白水泥产生的C-S-H凝胶等产物,对氟碳涂料进行改性,并探究白水泥的掺量和水化龄期对氟碳涂料性能的影响.实验结果表明:白水泥改性水性氟碳涂料时,白水泥需要水化3d以上才能达到良好的改性效果.白水泥水化产生的C-S-H凝胶等水化产物均匀分散在氟碳树脂分子网络中,使涂料硬度、耐碱性、耐热性等性能获得改善.掺入4％ ～ 8％白水泥能够获得较好的改性效果,当白水泥掺量达到10％时,涂膜开裂,涂料的各项性能劣化.白水泥改性水性氟碳涂料与水的接触角随水泥掺入量的增加明显降低.     

防腐阻锈剂对水泥胶砂性能影响

将防腐阻锈剂按照不同比例等量替代水泥,研究其对水泥胶砂力学性能、膨胀性能、抗侵蚀性能、钢筋电极电位的影响,并通过SEM扫描电镜观察水泥胶砂3d、7d、28 d的水泥水化产物形貌.试验结果表明:掺入防腐阻锈剂后,水泥胶砂的力学性能、抗侵蚀性能、膨胀性能明显优于基准水泥胶砂;有效阻止了高浓度氯离子对钢筋表面钝化膜的破坏作用,提高了钝化膜的稳定性,具有良好的阻锈性能.防腐阻锈剂可以促进水泥水化,生成较多的钙矾石和C-S-H凝胶,使水泥胶砂结构更为致密,提高了抗侵蚀性能.     

碱激发矿渣水泥水化C-A-S-H凝胶微观结构的研究

通过核磁共振、扫描电镜和纳米压痕技术研究了普通波特兰水泥和碱激发矿渣水泥水化28 d形成的C-S-H和C-A-S-H凝胶的微观结构.结果表明,波特兰水泥水化形成的C-S-H凝胶的结构主要由5链14 nm的托贝莫来石(60％)和2链硅钙石(40％)组成;碱激发矿渣水泥的主要水化产物是C-A-S-H凝胶,随激发剂的性质不同而具有不同的组成和结构:当激发剂为NaOH溶液(Na2 O含量为矿渣质量的4％)时,形成的C-A-S-H凝胶是介于5链14 nm和14链11 nm的托贝莫来石之间的中间结构;当激发剂为水玻璃溶液(Na2 O含量为矿渣质量的4％)时,C-A-S-H凝胶的结构主要由11链14 nm和14链11 nm的托贝莫来石组成,与NaOH作激发剂一样,以水玻璃作激发剂的碱激发矿渣水泥水化的C-A-S-H凝胶不具有超高密度状态.     

基于不同理论的C-S-H凝胶模型及结构参数表征研究进展

硅酸钙凝胶(C-S-H凝胶)是硅酸盐水泥主要水化产物,也是硬化水泥石强度重要来源。本文系统阐释了基于不同理论所得出的C-S-H凝胶结构模型,包括泰勒模型(Taylor模型)、固溶模型、瑞迟德森-格夫斯模型(R-G模型)、纳米结构模型(CM模型)、固相-液相-凝胶体系模型(SLGS模型)、三维介观结构模型,重点介绍了SLGS模型和三维介观结构模模型。并结合现有的研究进展对C-S-H凝胶的钙硅摩尔比、含水量、聚合度、硬度等的结构参数及其表征方法进行了介绍。     

梳状纳米二氧化硅分散液的制备及对水泥基材料性能的提升

采用丙烯酸、聚氧化乙烯醚及硅烷偶联剂合成梳状结构的大分子主链，并接枝纳米SiO₂粒子为侧链，制备出纳米SiO₂的分散液(CNS)。通过优化参数组合，提出了合成的最佳工艺和配比。采用SEM和动态光散射表征CNS中纳米SiO₂形貌和粒径分布。探讨了掺CNS对水泥基材料水化热、凝结时间、孔结构、水化产物、混凝土力学性能和抗渗性能的影响。试验结果表明，掺CNS可明显提高水化放热速率，促进水泥的早期水化并加速水化产物的形成和沉淀，加快水化温升，同时缩短凝结时间。掺CNS对水化产物的影响表现为：在养护7 d时，促进生成C-S-H凝胶，降低了水化产物中氢氧化钙(CH)的含量；养护28 d时，加速了水化产物的形成，增加水化产物中CH的含量。宏观性能表现为混凝土的7、28 d抗压强度和抗渗性能提高。     

无机外加剂中各离子对水化硅酸钙的影响研究进展

近年来,随着混凝土技术的发展,外加剂已成为制备混凝土的重要辅助材料,但外加剂引入的各种离子对水化硅酸钙(C-S-H)的结构及形貌有较大影响.因此综合评述了无机外加剂中不同离子对C-S-H组成、结构及微观形貌的影响:Al3+能够直接参与C-S-H结构的构建;Na+、K+、Cl-可以加速水化反应,促进C-S-H凝胶的生成;...