石膏-矿渣胶结材料的水化机理研究

通过实验分析了石膏一矿渣胶结材的水化机理,结果表明石膏一矿渣胶凝材料的水化产物主要是沸石类的矿物以及化学组成近似于沸石类矿物的无定形凝胶材料;标养条件下生成结晶尺寸较小的棒状和立方形的沸石类矿物;柠檬酸盐缓凝剂可以控制浆体中的各类矿物的生成机制,改变水化产物在半水石膏中的凝结、硬化前的数量、比例,都影响硬化体的结构组成.     

碱-矿渣水泥缓凝剂的研究

根据碱-矿渣水泥的水化机理,研制出HN-1和HN-2型碱-矿渣水泥缓凝刺,本文主要介绍HN-1和HN-2这两种缓凝剂不同掺量对碱-矿渣水泥凝结时间和强度的影响。试验结果表明．HN—1和HN-2这两种缓凝剂可以有效延长碱-矿渣水泥的凝结时间,而且碱-矿渣水泥的净浆抗压强度和胶砂抗折强度、抗压强度与未加缓凝剂相比在低掺量时有所提高,在高掺量时有-定程度的下降。     

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。     

半水石膏-矿渣胶凝材料力学性能及软化系数研究

本文研究了外加剂(水泥熟料和柠檬酸盐缓凝剂)和养护制度对石膏-矿渣胶凝材料力学性能和软化系数的影响.结果表明:水泥熟料量的变化对其强度影响不明显;缓凝剂可以控制浆体中各类矿物的生成机制,改变水化产物在半水石膏凝结、硬化前的数量、比例及影响硬化体的结构组成;养护制度1(标准养护)和养护制度2(自然养护)养护后的试样强度相差不大,但养护制度2条件下养护后所得制品软化系数较高.     

钢渣矿渣基全固废胶凝材料的化学活化

为了促进钢铁冶金渣的高附加值应用,以钢渣、矿渣和脱硫石膏为原料制备胶凝材料,研究了不同掺量CaO或Na2SO4对胶凝材料的化学活化作用,并利用XRD、SEM对掺入激发剂胶凝材料的水化产物进行了分析.结果表明,掺入少量CaO或者 Na2SO4的胶凝材料净浆试块早期抗压强度会有一定的提高,后期强度变化不大;但当Na2SO4掺量超过2%时,净浆试块的抗压强度会降低.掺入激发剂对胶凝材料的水化产物种类不会造成影响,其水化产物主要包括钙矾石(AFt)、水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和氢氧化钙(CH).     

不同温度下矿渣对铝酸盐水泥早期水化行为的影响

通过凝结时间、抗压强度、电阻率、浆体内部温度测试和水化产物分析,研究了20 ℃、35 ℃和50 ℃下矿渣(GGBFS)对铝酸盐水泥(CAC)早期水化行为的影响。结果表明,掺入矿渣会逐渐减小CAC 72 h的化学收缩,降低化学收缩速率峰值。20 ℃时,电阻率变化曲线出现了明显的晶相转变期,化学收缩曲线存在明显的诱导期; 35 ℃时,凝结时间延长,掺入矿渣抑制了电阻率的发展;50 ℃时,电阻率在接近24 h时显著降低,凝结时间显著缩短,掺入矿渣缓解了24 h电阻率的减小。矿渣-铝酸盐水泥体系的水化产物和抗压强度受养护温度的影响较大。20 ℃时,掺入40%(质量分数)矿渣减少了CAH₁₀的生成量,降低了硬化浆体的强度;35 ℃和50 ℃时,1 d水化产物主要为C₂AH₈和少量C₃AH₆,掺入矿渣延缓了强度的倒缩。在28 d龄期时,不同养护温度下掺入矿渣均能促进C₂ASH₈的生成。     

海水浸泡下全固废胶凝材料的试验研究

为了促进钢铁冶金渣与化工废渣的高值化利用,以钢渣、矿渣、碱渣、脱硫石膏为原材料,通过活性激发剂与全固废材料间的组合协同作用制备海洋牧场人工鱼礁胶凝材料。胶凝材料中钢渣掺量为16%(质量分数,下同),矿渣为64%,碱渣为8%,脱硫石膏为12%,胶砂试块28 d抗压强度为52.6 MPa,在某些场合具有取代硅酸盐水泥的潜力。研究了东海海水条件下净浆试块浸泡15个月龄期内,钢渣与矿渣掺比对净浆试块抗压强度发展的影响,通过XRD、SEM、MIP等表征方法研究了全固废胶凝材料体系的水化产物。结果表明:钢渣和矿渣之间具有协同水化作用,其水化产物主要为钙矾石(AFt)、C-S-H凝胶和Friedel盐(FS),非晶态的C-S-H凝胶将针棒状的AFt与FS紧密结合在一起,这是整个体系强度的主要来源。本研究为大宗固废的妥善安置提供了科学依据。     

纳米SiO_2对水泥粉煤灰胶凝材料早期水化硬化的影响

利用纳米SiO_2对水泥-粉煤灰体系早期水化硬化促进作用,可以显著弥补大掺量粉煤灰体系凝结时间长、早期强度较低的缺陷。结果表明,掺有占胶凝材料质量5%的纳米SiO_2的水泥-粉煤灰净浆(粉煤灰取代率为40%)凝结时间与水泥净浆相当。纳米SiO_2可显著提高水泥-粉煤灰砂浆早期(3-7d)强度,且粉煤灰取代率越高,增强作用越明显,5%纳米SiO_2掺量可提高40%和60%粉煤灰取代率砂浆7d强度达到50%和68%。拌合物中纳米SiO_2促进了水泥水化硬化过程,密实了水泥石结构。结果表明,纳米SiO_2的掺入有利于大掺量粉煤灰、绿色混凝土的开发和利用。     

利用水化-碳化耦合作用制备钢渣脱硫灰建材制品

针对钢渣和脱硫粉煤灰安定性不良以及大量堆存引起严重生态环境问题的现状,试验以钢渣和脱硫灰为主要原料,通过水化-碳化-水化养护试块。结果表明:脱硫灰掺加量(质量)分别为ω=80%、60%、40%、30%、20%、10%时,经过水化-碳化-水化后试块的抗压强度分别是9.7 MPa、12.59 MPa、19.90 MPa、23.50 MPa、41.91 MPa、81.40 MPa,且压蒸后无裂纹、掉角、开裂和粉碎现象。通过SEM、XRD、TG-DTG等现代测试手段对它们的微观形貌、矿物组成进行分析。水化24h后生成水化硅酸钙、Ca(OH)2等水化产物。这些水化产物以及未参加反应的f-Ca O,C2S和C3S等矿物均可与CO2气体发生化学反应。碳化养护2h后,抗压强度值提升,再次水化后强度得到再一次提升。     

鞍钢钢渣矿渣制备人工鱼礁混凝土复合胶凝材料

以81.5％的矿渣、5％的钢渣、12.5％的脱硫石膏以及1％的水泥熟料,制备出了28 d抗压强度为56.75 MPa的低碱度胶凝材料,该胶凝材料可用于制备低碱度人工鱼礁混凝土.通过改变钢渣和脱硫石膏的掺量,研究了其掺量变化与试件强度的影响关系.实验结果表明:在该体系中,当钢渣掺量小于5％时,胶砂试块的强度随着钢渣的增加而提高;当钢渣掺量大于5％时,胶砂试块的强度随着钢渣掺量的增加而降低,并在钢渣掺基大于20％时快速下降.脱硫石膏的掺量对胶砂试块的强度影响更为显著;当脱硫石膏掺量达到12.5％时,与不含脱硫石膏的试样相比,抗压强度和抗折强度分别提高了168％和176％.利用XRD和SEM分析净浆的水化过程,结果表明,体系在早期水化主要生成AFt相和C-S-H凝胶,并对强度的增长起了主要作用.     

高贝利特硫铝酸盐水泥改性白水泥的物理力学性能与水化作用

白色硅酸盐水泥(白水泥)具有较好的白度,是一种具有装饰效果的胶凝材料。针对该种水泥凝结时间长、早期强度发展慢及收缩变形较大等问题,采用高贝利特硫铝酸盐水泥对白水泥进行改性,系统研究了掺入10%~30%(质量分数)的高贝利特硫铝酸盐水泥对白水泥凝结时间、胶砂强度和自由膨胀率的影响。使用水化微量热仪、XRD、TGA、SEM等方法对复合胶凝体系水化过程、水化产物和微观形貌进行分析。结果表明:高贝利特硫铝酸盐水泥增大了白水泥水化放热率,显著缩短了白水泥的凝结时间;改性后的白水泥水化产物生成了大量的AFt,穿插生长在C-S-H凝胶中,消耗掉了部分Ca(OH)₂,使结构更加致密,强度更高,膨胀性能更好。     

稻草纤维碱萃取物对碱式硫酸镁水泥性能的影响

主要研究了稻草纤维碱处理液对碱式硫酸镁水泥凝结时间、流动度和强度的影响,同时利用XRD对水泥水化产物的物相组成进行了分析.研究结果显示,稻草纤维中的萃取物对水泥浆体有缓凝作用,并使得水泥浆体的流动度降低,早期强度也较低.由于纤维萃取物阻止了水泥浆体中MgO水解生成[Mg(OH)(H2O)x]+,抑制了早期水化产物中5Mg(OH)2· MgSO4· 7H2O(5· 1· 7)相的形成,因而早期强度发展缓慢.与溶剂为水的碱式硫酸镁水泥相比,碱处理过程中NaOH溶液加速了水泥的正常凝结,降低了水泥浆体的流动性,并对强度的发展有抑制作用.NaOH与MgSO4反应生成Mg(OH)2,使得水泥浆体中Mg2+减少,Mg(OH)2含量增加,导致水泥强度有所降低.     

Microstructural development of early age hydration shells around cement grains

An important microstructural aspect of the early hydration of Portland cement (PC) is the formation of a shell of hydration products around cement grains. There is, at present, limited information on the mechanism of formation of the shell and of the chemistry of the phases that constitute the shells. Through the use of STEM imaging of early age hydrated cement pastes as early as 2 h, the present work shows that the shells correspond to the first C-S-H type product formed which has a distinct morphology compared to C-S-H formed later when the main reaction occurs (nucleation and growth stage at setting time). The shells form only around the silicate part of the grain and are not empty but filled with a fragile fibrous C-S-H which appears to have a lower (packing) density than the rest of the hydration products. The cement grains underneath the shells are seen to react unevenly and the hydration seems to follow a reaction front, leaving striations up to 1 µm deep on the grains. Over the long term, the original fragile product seems to densify and gives rise to the usual inner C-S-H. High resolution EDS chemical analysis and mappings were used to get insight into the chemistry associated with the formation of these early age products. The C/S ratio of all C-S-H (inner and outer shell) is the same (within the limits of the analysis accuracy) and evolves insignificantly over the first 24 h of hydration. High concentrations of sulfate are associated with the C-S-H formed during the early development of the microstructure, but these decrease later, the sulfate being mainly incorporated into ettringite.     

不同掺量非晶态C12 A7/CaSO4·2 H2 O体系对OPC早期性能的影响及作用机理

研究了不同掺量非晶态C12 A7/CaSO4·2H2 O体系对OPC净浆凝结时间、流动性和早期抗压强度的影响,通过XRD和SEM对水化产物的物相和形貌进行了表征,并采用量热试验对其水化历程进行了分析。结果表明：非晶态C12 A7/CaSO4·2H2 O体系掺量为5%,非晶态C12 A7与CaSO4·2H2 O的质量比为1.0∶1.0时,非晶态C12 A7/CaSO4·2H2 O体系能够促进C3 S和C2 S的水化,生成C-S-H凝胶相互交织搭接形成网络结构而促进凝结;同时也促使OPC水化早期产生大量针状晶体钙矾石,钙矾石与前期生成的C-S-H凝胶相互填充,使水化产物结构密实,提高早期强度。     

早强型聚羧酸系减水剂对基准水泥早期水化的影响研究

探究早强型聚羧酸系减水剂(ES-PCE)对水泥水化的作用机制,有助于ES-PCE的研发设计与推广应用。本文通过对水泥水化进程、溶解速率、水化产物生长、凝结时间与抗压强度进行表征,分析了ES-PCE与普通聚羧酸系减水剂(PCE)对基准水泥早期水化的影响机理。结果表明:PCE与ES-PCE均会降低水泥悬浮液的溶解速率;PCE的掺入延缓了水泥水化的诱导期与加速期,降低了水化放热量;而ES-PCE仅略微延迟了水泥水化的诱导期,但缩短了加速期,水化放热量基本不变。与基准水泥相比,ES-PCE分别提早了水泥初凝时间10 min和终凝时间85 min。ES-PCE的掺入提高了水泥早期和后期强度,掺0.2%(质量分数)ES-PCE的水泥7 d抗压强度较基准组提高了14%,而同掺量的PCE强度提高仅为前者的一半。PCE与ES-PCE的掺入释放了水泥颗粒团状絮凝结构中的水分,有利于水泥水化,但二者对水化的影响截然相反;PCE分子结构中大量的羧基络合了溶液中的Ca²⁺,抑制了水泥颗粒表面晶核的形成,起到了一定的缓凝作用;然而,ES-PCE分子结构中羧基含量较低,Ca²⁺的络合作用较弱,缓凝效果并不明显,在体系中有效水分增多的情况下,反而促进水泥的水化,起到了早强效果。水灰比为0.4的水泥砂浆中,ES-PCE的掺量适宜控制在0.3%以下,在保证减水率的同时,对水泥早期和后期强度均起到一定的增强作用。     

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。     

石膏含量对含钡铁铝酸盐水泥性能的影响

介绍了石膏含量对含钡铁铝酸盐水泥的水化、抗压强度和凝结时间等性能的影响。试验中,石膏掺加量分别为水泥质量的0％、1％、3％、5％、7％、10％和12％。试验结果表明,石膏的掺入会抑制C2.75B1.25A3S^-矿物和C4F早期的水化,降低含钡铁铝酸盐水泥的早期强度,延长水泥的凝结时间。石膏会与水泥早期水化产物CxAHy（包括CAH10、C2AH8和C4AH19等）继续反应生成稳定的AFt,阻止了CAH10、C2AH8和C4AH19等矿物发生晶型转化生成C3AH6,使水泥后期强度稳定增长。石膏的最佳掺量为水泥质量的7％。     

Effects of hydroxyethyl cellulose and oxalic acid on the properties of cement

Effects of hydroxyethyl cellulose (HEC), oxalic acid and their binary mixtures {1:1, 1:2, 1:3 and 1:4 (by mass)} on the properties of ordinary Portland cement have been studied using up to 4% admixtures. Variations in setting time, heat of hydration, strength, hardness and fracture toughness have been determined. FT-IR and XRD have been utilized to determine the phase compositions of the material. Corrosion resistance against H₂SO₄, HCl and seawater has been studied by determining the loss in mass of cement mortars. It was found that HEC acts as a retarder and oxalic acid as an accelerator. The binary mixture (1:3) has increased the heat of hydration, strength, hardness, fracture toughness and corrosion resistance. Interaction between HEC, oxalic acid and cement hydration products takes place, and new phases are formed in the presence of water, which lead to the formation of stronger bonds and the sealing of the pores in the resulting product causing decreased water absorption as compared to ordinary Portland cement.     

多元钙质和硅铝质材料复合激发磷渣活性的研究

通过在磷渣中掺加少量多元钙质和活性硅铝质改良材料,有效消除磷渣中有害成分对水泥性能的影响;结合机械活化技术,可极大改善磷渣水泥早期物理性能,大幅缩短磷渣水泥凝结时间,终凝时间可达3h（约缩短8h）,水泥3d强度提高50％以上,在一定程度上达到或超过了同掺量矿渣水泥。同时,还借助XRD和SEM对掺加改良材料前后的浆体水化情况进行观测,并对改良机理进行了初步探讨。