煅烧制度对硫硅酸钙结构及水化性能的影响EI北大核心CSCD

硫硅酸钙水化活性的发挥对新型贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥力学性能的发展至关重要,为了探寻硫硅酸钙水化活性提升的适宜煅烧制度,采用分析纯试剂于不同煅烧制度下合成硫硅酸钙单矿物。利用扫描电子显微镜、X射线衍射结合Rietveld精修、^(29)Si固体核磁、综合热分析和等温量热仪等,研究了煅烧制度对硫硅酸钙微观结构、晶体结构、水化活性及力学性能的影响。结果表明:一次煅烧制得的硫硅酸钙晶粒形态不规则,尺寸普遍较大(约10μm),而二次煅烧可减小硫硅酸钙晶粒尺寸(约5μm),其形态规则,多数呈现为卵粒状。鼓风急冷可降低硫硅酸钙结晶度,提高其早期水化活性,促进其早期力学性能快速发展。一次煅烧、鼓风急冷制得的硫硅酸钙晶体结构发育程度最低,早期水化活性和发展强度最高。随炉冷却制得的硫硅酸钙结晶度较高,早期水化活性低,但中后期力学性能可快速发展。     

硅烷减水剂对水化硅酸钙晶核粒径调控EI北大核心CSCD

为了获得稳定分散的水化硅酸钙(C-S-H)晶核,提高其对水泥水化的晶核诱导效应,实现水泥熟料的高效利用,采用自由基聚合制备出了结构中含有不同比例丙烯酸(AA)和硅烷基团(KH570)的聚羧酸分散剂(PCE),通过溶液沉淀法合成了相应C-S-H/PCE晶核。分别测试了C-S-H/PCE晶核粒径分布、稳定性、晶核界面结合方式。结果表明,硅烷减水剂显著增加了C-S-H/PCE晶核的稳定性。在PCE分子结构中引入适当比例的KH570能有效调控C-S-H/PCE晶核粒径,随着KH570比例的增加,PCE在C-S-H表面的吸附方式由Ca^(2+)络合向更加稳定的Si—O—Si化学键合方式转变,C-S-H/PCE晶核粒径先减小后增大。当KH570:AA比例为1时,PCE在C-S-H表面的吸附层厚度最大(2.5 nm),制备的C-S-H/PCE晶核粒径最小(60 nm)和稳定性最佳,继续增加KH570比例,PCE在碱性条件下发生PCE分子内脱水缩合过程,形成网状的硅树脂结构,对C-S-H/PCE晶核粒径调控不利。     

硅烷减水剂对水化硅酸钙晶核粒径调控EI北大核心CSCD

为了获得稳定分散的水化硅酸钙(C-S-H)晶核,提高其对水泥水化的晶核诱导效应,实现水泥熟料的高效利用,采用自由基聚合制备出了结构中含有不同比例丙烯酸(AA)和硅烷基团(KH570)的聚羧酸分散剂(PCE),通过溶液沉淀法合成了相应C-S-H/PCE晶核。分别测试了C-S-H/PCE晶核粒径分布、稳定性、晶核界面结合方式。结果表明,硅烷减水剂显著增加了C-S-H/PCE晶核的稳定性。在PCE分子结构中引入适当比例的KH570能有效调控C-S-H/PCE晶核粒径,随着KH570比例的增加,PCE在C-S-H表面的吸附方式由Ca^(2+)络合向更加稳定的Si—O—Si化学键合方式转变,C-S-H/PCE晶核粒径先减小后增大。当KH570:AA比例为1时,PCE在C-S-H表面的吸附层厚度最大(2.5 nm),制备的C-S-H/PCE晶核粒径最小(60 nm)和稳定性最佳,继续增加KH570比例,PCE在碱性条件下发生PCE分子内脱水缩合过程,形成网状的硅树脂结构,对C-S-H/PCE晶核粒径调控不利。     

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。     

分子动力学模拟研究钙硅摩尔比对水化硅酸钙结构与力学性能的影响

水化硅酸钙(C-S-H)作为硅酸盐水泥基材料的主要结合相,对水泥基材料的耐久性、物理力学性能有显著影响。本文构建了钙硅摩尔比(Ca/Si)从1.1到1.9的5个C-S-H模型,并通过分子动力学模拟了C-S-H 模型沿x、y和z方向的纳米压痕测试,然后采用典型的Oliver-Pharr方法分别计算它们的压痕模量和硬度。模拟结果表明:随着钙硅摩尔比的增加,C-S-H的密度会逐渐降低,水硅摩尔比会逐渐增加,平均硅链长会有所降低;C-S-H的力学性能受钙硅摩尔比的影响很大,随着钙硅摩尔比的增加,硅链缺陷程度增加,钙硅片层状结构的稳定性会相应降低,C-S-H结构抵抗外界变形荷载的能力减弱,从而导致压痕模量和硬度降低。平行于钙硅层方向的压痕模量和硬度值比较接近,而垂直于钙硅层方向的值略低,C-S-H近似于横观各向同性结构。随着钙硅摩尔比的增加,三个方向的值逐渐接近,C-S-H具有从横观各向同性变为各向同性的趋势。     

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;...     

非饱和及饱和状态下水化硅酸钙孔道中水分和离子传输的分子动力学研究

水分子和离子在纳米孔道中的传输是混凝土材料的耐久性的重要影响因素.利用分子动力学方法可以模拟水分子和离子在非饱和及饱和状态下的毛细传输过程,进而探究纳米孔道中水分和离子的传输规律以及与C-S-H界面之间的相互作用特性.非饱和状态下,水分子和离子的传输主要受到毛细作用的驱使,以半月板形界面沿3.4 nm的水化硅酸钙孔道向上侵入;饱和状态下的水分子的传输主要是上下部水分子互相扩散而形成的交互传输过程,使得水分子沿孔道的扩散速度减慢.且饱和状态下,孔道界面处水化层更为紧密稳定,易形成离子簇,直接阻碍了后续水分子和离子的进入.因此,非饱和状态下水分子携带离子在纳米孔道中的传输速度远快于饱和状态.     

分子动力学模拟水化硅酸钙Ca_4Si_6O_(14)(OH)_4·2H_2O的结构

为了在原子水平上再现硅酸盐水泥的主要水化产物水化硅酸钙的结构,以Hamid模型为基础建立初始结构,采用分子动力学方法这一物质结构研究的新手段,模拟低钙比的Ⅰ型水化硅酸钙[Ca4Si6O14(OH)4·2H2O,C-S-H(Ⅰ)]的结构;根据模拟结果,比较分析水合硅酸钙晶体与无定形水化硅酸钙在结构上的异同,并且通过与实验数据的比较验证模拟结果的可靠性。模拟结果表明:水合硅酸钙晶体的结构长、短程确实都有序,而其无定形态的C-S-H(Ⅰ)只存在近程有序的结构特点,因为后者中Ca—O、Si—O、O—O及Si—Si等原子对的径向分布函数随着原子间距的增大而逐渐趋于1;C-S-H(Ⅰ)的基本结构单元为硅氧四面体,并且Si的最近邻Si数目为2,即硅氧四面体以Q2的形式连接而呈链状;模拟得到的Si与O、Ca与O的间距分别为0.162nm和0.264nm,Si的O配位数为4,这些结构参数基本与实验值相符合,说明模拟结果能够再现C-S-H(Ⅰ)的结构。     

基于分子动力学水分和离子在水化硅酸钙纳米孔道中的传输特性研究

水化硅酸钙凝胶是水泥水化产物中最基本的粘结相,水分子和离子在凝胶孔中的传输从根本上决定着水泥混凝土材料的服役寿命.采用分子动力学方法系统地研究了水分子、氯离子和钠离子在1nm、2nm、3nm和4nm的水化硅酸钙凝胶孔中的传输过程.基于径向分布函数和均方位移的离子轨迹分析发现在纳米孔道中离子和水分子展现出异于毛细水的分子结构和动力学特性:水分子有序性排布、离子大量在界面吸附和扩散速度急剧下降.这种分子结构与动力学的特性是因为水化硅酸钙界面处硅链中的非桥接氧会与水分子形成稳定的氢键连接,而钠离子可以形成Na-O化学键,同时表面的钙离子也可以与氯离子形成CaCl2团簇体.此外,随着孔径的增大,离子和水分子的扩散系数逐渐由0.15×10-9m2/s、0.7×10-9m2/s增大到1.3×10-9m2/s、3×10-9m2/s,这很接近于实验测得的毛细水的扩散系数,说明在纳米尺度上,孔径的约束和界面化学键作用是决定离子和水分子传输的关键因素.     

水化硅酸钙纳米结构研究进展

介绍了水化硅酸钙凝胶(C-S-H)的几种主要结构模型,重点阐述了纳米尺度的凝胶模型及其发展。在纳米凝胶模型中C-S-H是由最小结构单元近似为直径小于5nm的胶束堆积而成。根据胶束堆积密度的差异,C-S-H分为高密度和低密度2种不同的凝胶相。总结了现代微观测试手段对C-S-H纳米模型的验证结果,分析了当前研究存在的问题并对今后研究提出了建议。     

水化硅酸钙凝胶的研究进展

水化硅酸钙(C-S-H)凝胶是影响水泥基胶凝材料宏观力学性能与长期耐久性的核心组分,阐明结构和性能间的关联关系有利于实现C-S-H凝胶的合成及推广应用。本文首先对C-S-H凝胶不同阶段的典型结构进行了综述,并引出结构与性能间的内在联系;随后,介绍水热合成法对不同结构C-S-H凝胶的精确调控,并详细阐述了合成要素对其组成、形貌以及结构的影响规律;最后,综述了合成C-S-H凝胶在相关应用领域的基础研究。本文聚焦于C-S-H凝胶构效关系的梳理总结以及C-S-H凝胶工程应用的前景探索,可为充分完善水泥水化机理、开发高性能绿色化建材提供理论参考。     

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。     

离子水化的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法在 2 98 1 5K及无限稀释条件下对Li+、Na+、K+、F- 、Cl- 5种单个离子的水化现象进行研究 模拟得到了离子溶液体系一幅清晰的微观物理图像 ,阳离子周围的水分子以氧来靠近阳离子 ,而阴离子周围的水分子则以其中某一个氢来逼近阴离子 提出了一个“水化因子”的新概念来定量地表征离子水化的强弱 ,阳离子水化的强弱顺序为Li+>Na+>K+ 阴离子水化强弱顺序为F- >Cl- 对于水化作用较强的Li+,其虽有第二配位圈 ,但并无水化 离子的Pauling半径大小是决定离子水化强弱的关键因素 ,这些信息将为建立相应的分子热力学模型提供基础     

纳米水化硅酸钙的制备及对水泥水化影响的研究进展

随着纳米技术的不断发展,纳米材料逐步开始应用于传统混凝土材料中,以提高混凝土的各项服役性能。纳米水化硅酸钙(纳米C-S-H)是一种新型的早强纳米复合材料,可通过晶核效应加快水泥早期水化速率,显著提高水泥基材料的早期力学性能,从而提高施工效率,满足特殊施工要求。本文系统总结了纳米C-S-H的制备方法,及纳米C-S-H对水泥基材料早期和长期性能的影响规律,探讨了其对于水泥水化过程和水化产物的影响机制,其中重点介绍了采用聚合物分散纳米颗粒制备的C-S-H/PCE(聚羧酸型减水剂,简称PCE)纳米复合材料。     

硅酸盐水泥水化产物微纳结构的原位研究EI北大核心CSCD

采用BSE-Raman原位表征了硅酸盐水泥水化产物的Raman光谱和空间分布。结果表明:BSE-Raman能够原位获取水化硅酸钙(C–S–H)中硅氧四面体链Q^(1)、Q^(2)、Q^(3)的结构信息。不同形貌组分的原位Raman光谱均由多种水化产物的Raman特征峰组成,即水泥水化产物在纳米尺寸存在混合现象。其中,占比最大的绒球状骨架主要由C–S–H和钙矾石(AFt)组成。BSE-Raman可快速、原位、精确识别不同的物相,在水泥基材料微结构表征方面具有广阔前景。     

长期高温水热条件下活性粉末混凝土的水化规律EI北大核心CSCD

以0.21的水灰比成型活性粉末混凝土(RPC)基体,研究低水灰比RPC基体水化相在高温蒸压养护条件下的长期水化规律。采用酸不溶物含量表征基体的水化程度,采用显微维氏硬度表征RPC基体在养护过程中的结构性能,并通过X射线粉末衍射与扫描电子显微镜/能量色散谱分析RPC基体的物相与形貌变化。结果表明:高温蒸压养护过程中,RPC基体水化程度在0~96 h的养护期内快速提升,硬度随养护时间增加提升明显;长期养护时(168~312 h),基体的水化速率缓慢,基体内水泥熟料的水化趋于停滞。长期高温蒸压养护过程中,低水灰比RPC基体中晶态水化产物极少,由于缺乏晶态转化的空间,基体中的絮状水化硅酸钙凝胶无明显晶化现象,在长期高温水热条件下具有良好的稳定性,在核废料存储材料领域具有应用前景。     

水化硅酸钙的结构及其变化

基于水化硅酸钙应用范围的扩展和混凝土的发展趋势,阐述了水化硅酸钙结构及其变化的研究进展。详细分析了无机和有机组分等因素对水化硅酸钙存在状态的影响。分析了水化硅酸钙与无机或有机组分间的相互结合原理。同时指出有机组分对水化硅酸钙组成结构的影响,是需要进一步深入研究的课题。     

水化硅酸钙的合成与水泥化学热力学计算

基于水泥科学发展以及实验室合成方法多样化,介绍了水化硅酸钙(C-S-H)的主要合成方法,包括沉淀法、溶胶凝胶法、水热合成法等.根据Gibbs自由能最小化原理可以对不同的实验体系进行水化产物的模拟计算.结果表明:在CaCl2-Si(OH)4-NaOH溶液体系中,随着初始Ca/Si比的增加,合成的C-S-H的Ca/Si比亦增加;在白水泥-石灰石体系中,石灰石的加入使单硫型硫铝酸钙逐渐为单碳型碳铝酸钙替代,抑制了钙矾石向单硫型硫铝酸钙的转化,使钙矾石稳定存在.计算结果与实验结果基本一致,热力学计算可以应用于水化产物的分析.     

磁性硅酸钙重金属离子吸附剂用于光催化还原CO_(2)EI北大核心CSCD

通过静电相互作用获得四氧化三铁(Fe_(3)O_(4))@水化硅酸钙(CSH)纳米片复合吸附剂,并在此基础上,提出"吸附剂–光催化剂"转变策略:Fe_(3)O_(4)@CSH吸附剂分离废水中有害重金属离子后,回收再利用为光催化剂用于CO_(2)还原。结果表明:受益于CSH纳米片的超高比表面积和强离子交换能力,Fe_(3)O_(4)@CSH吸附剂能够高效去除重金属离子Zn^(2+)、Cu^(2+)、Co^(2+)、Ni^(2+)、Pb^(2+),最大吸附量分别为83、142、150、179、343 mg/g;富集重金属离子的Fe_(3)O_(4)@CSH吸附剂在可见光下能够有效还原CO_(2)为CO,其中,吸附Ni^(2+)后的Fe_(3)O_(4)@CSH-Ni表现出最佳的催化活性,CO的产率达到3310μmol/(g×h),选择性为99.3%;此外,Fe_(3)O_(4)的磁性有利于吸附和光催化过程中Fe_(3)O_(4)@CSH的快速回收。     

有机外加剂对油井水泥水化性能的影响

油井水泥中引入外加剂通常用缓凝剂或早强剂,以便能在更高的温度和压力下的进行油井固井作业。以乙醛酸和环己酮为原料,在NaOH溶液中合成脂肪族有机物并将其引入G级HSR油井水泥中,研究添加量为0.2%,0.4%,0.6%和0.8%时对油井水泥水化性能的影响。结果表明,有机外加剂使油井水泥的拌合性提高,有机外加剂添加量为0.2%的油井水泥,水化7 d后,其抗压强度值高于未添加试样的抗压强度。