粉煤灰水泥基材料的水化产物

用热重仪-差示扫描量热仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线能量散射、高分辩电子显微镜、压汞仪,测定了粉煤灰水泥基材料水化产物的形貌特征、微观结构、化学组成及水泥石的孔结构,讨论了水化产物性质及水泥石孔结构随粉煤灰掺量的变化规律。结果表明：粉煤灰的大量掺加,可以改善凝胶的化学组成。水化后期,粉煤灰与Ca(OH)2及由熟料水化生成的高n(Ca)／n(Si)的水化硅酸钙(C—S—H)凝胶发生二次水化反应,生成低n(Ca)／n(Si)的C—S—H凝胶,此种凝胶的固碱能力强,可减少碱-集料反应的危害性。同时,二次水化产物能够填充那些对水泥石强度和耐久性极为不利的孔隙空洞,使水泥石的结构更加致密,优化水泥石的孔结构,对提高水泥基材料的耐久性作用极大,为进一步提高工业废渣利用的技术水平奠定了基础。     

粉煤灰对水泥水化与强度的影响

采用测定化学结合水含量的方法反映水泥浆体的水化程度,并通过对水泥硬化浆体强度的分析,评价粉煤灰对水泥水化和力学性能的影响。结果表明,粉煤灰加速了水泥熟料的水化反应,却减缓了水泥-粉煤灰体系的水化进程。掺加粉煤灰虽然降低了水泥浆体的早期强度,但对水泥浆体后期强度的发展有利。     

低水胶比下超细粉煤灰对不同细度硅酸盐水泥水化历程的影响

从强度、结合水、粉煤灰反应程度、SEM分析及孔隙溶液碱度等方面,研究了低水胶比下超细Ⅱ级粉煤灰对不同细度硅酸盐水泥水化历程的影响。研究结果表明,水泥细度从4500cm2/g提高到5500cm2/g,对纯水泥水化过程影响不大。但当该高细度水泥与超细II级粉煤灰复合时,则对水泥及粉煤灰的水化程度、水化产物特性、孔隙溶液碱度以及力学性能均影响较大;随粉煤灰掺量的增加,其影响程度呈由小变大再变小的趋势,粉煤灰掺量存在阈值,本试验中,阈值为30%。     

粉煤灰-水泥浆体二元体系的水化动力学模型

与普通硅酸盐水泥相比,粉煤灰-水泥浆体中同时存在水泥的水化反应和粉煤灰的火山灰反应.基于中心粒子水化模型,并考虑了粉煤灰对水泥水化过程三个影响效应:稀释效应、物理效应和化学效应,建立了粉煤灰-水泥二元体系的微观水化模型,可用于预测粉煤灰-水泥浆体的水化速率随水化程度的演化关系.     

粉煤灰对硫铝酸盐水泥水化历程的影响

研究了粉煤灰(FA)及其掺量对硫铝酸盐水泥(CSA)浆体的凝结时间、抗压强度和化学收缩的影响规律,并通过XRD、SEM等方法对72 h龄期时的水化产物进行分析.结果表明,粉煤灰缩短了硫铝酸盐水泥的凝结时间,当粉煤灰掺量为40％时,初凝时间和终凝时间分别缩短了76 min和94 min;掺入粉煤灰使得硫铝酸盐水泥的抗压强度降低,但在28 d龄期时,粉煤灰掺量为20％的硫铝酸盐水泥复合浆体的抗压强度仅略微降低;在硫铝酸盐水泥体系中掺入粉煤灰时,其浆体化学收缩随着粉煤灰掺量的增加逐渐减小,当粉煤灰掺量为20％和40％时,72 h龄期时的化学收缩值分别为0.138 mL/g和0.088 mL/g,较未掺粉煤灰时分别降低了26％和49％;微观分析表明,掺入粉煤灰后,72 h龄期时的水化产物主要是钙矾石和水化硅酸钙凝胶,并未发现氢氧化钙晶体.     

再生粉体对水泥浆体水化特性的影响

通过测定掺有再生粉体浆体的化学结合水含量、粉煤灰反应程度和Ca(OH)2含量,研究以不同比例单掺再生粉体以及复掺再生粉体和粉煤灰对水泥浆体水化特性的影响.试验结果表明,单掺再生粉体会降低浆体的化学结合水含量和Ca(OH)2含量,掺量越大,降幅越大.复掺再生粉体和粉煤灰时,浆体的化学结合水含量、粉煤灰反应程度和Ca(OH)2含量均比同掺量单掺粉煤灰浆体高,随着再生粉体复掺比例的增大,浆体的化学结合水含量先增大后减少,过多掺入再生粉体会对浆体的水化产生不利影响.基于试验结果,提出“再生粉体对水泥水化的综合效应系数β”,结合系数β,阐述了水化特性与宏观力学性能之间的关系,并给出单掺和复掺再生粉体的建议掺量.     

高掺量粉煤灰混凝土配合比设计新方法及应用

介绍了一种新的高掺量粉煤灰(HVFA)混凝土配合比设计方法,该方法充分考虑粉煤灰和水泥对于混凝土强度贡献的差异性,将粉煤灰作为单独组分,进行HVFA混凝土配合比设计.应用该方法,进行了不同粉煤灰掺量的HVFA混凝土(C50)配合比设计.     

粉煤灰对MKPC浆体抗硫酸盐溶液侵蚀性能的影响

为了研究粉煤灰对磷酸钾镁水泥(M KPC)浆体抗硫酸盐侵蚀能力的影响,选择不含粉煤灰的MKPC浆体试件(M0)和含20％粉煤灰的MKPC浆体试件(M1)进行水和5％硫酸钠溶液长期浸泡试验.测试了不同浸泡龄期下M0和M1试件的强度和吸水率,并分析了M0和M1样品的孔结构、物相组成和微观形貌.结果 表明:含20％粉煤灰的M1试件在水和5％硫酸钠溶液中浸泡360 d的强度剩余率较M0的对应结果均提高超过5％.掺入20％粉煤灰可明显改善MKPC硬化体的初始孔结构,使环境水不易渗入;粉煤灰中的活性组份在含硫酸根的碱性水环境下,会发生水化反应生成新物相填充MKPC硬化体的孔隙,使MKPC硬化体在硫酸盐长期侵蚀环境下结构劣化程度明显减轻.     

碱对硅酸盐水泥水化硬化性能的影响

系统地研究了以碱含量不同、存在形式各异的熟料所制水泥的水化液相成分、水化程度、水化产物和硬化浆体微观结构,揭示了碱对硅酸盐水泥水化硬化性能影响的机理。水泥水化时,熟料中的碱迅速溶入水化液相,使液相中[OH-]升高、[Ca~(2+)]降低。由此促进水泥早期水化,并阻滞了后期水化的发展。所以,高碱水泥凝结快,1～3d硬化浆体的孔隙少、强度高;7～28d硬化浆体的孔隙多、强度低。     

高掺量混合材复合水泥的水化性能

通过水化微量热、化学结合水测定和X射线衍射、热重-差热分析、扫描电镜等测试方法研究了3种高掺量矿渣、粉煤灰、石灰石复合水泥的水化性能,并与硅酸盐水泥的水化进行了对比。结果表明：高掺混合材复合水泥的水化放热特征与硅酸盐水泥有明显不同,早期水化反应速度低于硅酸盐水泥,但后期由于矿渣、粉煤灰的二次水化反应使其水化速度增长较快。主要的水化产物亦为水化硅酸钙凝胶、钙钒石和Ca(OH)2晶体,但Ca(OH)2含量明显低于硅酸盐水泥浆体中的Ca(OH)2含量。     

陶瓷抛光砖粉作辅助胶凝材料的火山灰性

通过对水泥浆体水化热、化学结合水、酸溶法测定的化学未溶量以及碱环境条件下陶瓷抛光砖粉硅、铝离子的溶出量及溶出规律的测定,研究了抛光砖粉作为辅助胶凝材料的火山灰性,并将之与粉煤灰进行对比。结果表明:在水化早期,抛光砖粉火山灰反应程度较高;随水化龄期的延长,火山灰反应程度逐渐减弱。抛光砖粉的掺入可加速水泥早期的水化,降低水泥水化热,其掺量越大,对水泥水化热降低越显著。在同等掺量、水化28d条件下,抛光砖粉的火山灰反应程度较粉煤灰的高,抛光砖粉对水泥水化的促进作用较粉煤灰的强。     

脱硫石膏在水泥-粉煤灰-矿渣粉复合胶凝体系普通干混砂浆中的应用研究

本文针对水泥-粉煤灰-矿渣粉复合胶凝体系配制的干混砂浆早期和后期强度较低的难题,选取粉煤灰、矿渣粉两者单掺或复掺取代水泥率为70%的复合胶凝体系,研究脱硫石膏(FGD)对该体系活性的改进效果.结果表明:掺加一定量的FGD对水泥-粉煤灰-矿渣粉复合胶凝体系活性的改进效果明显,能明显提高该体系的早期和后期抗压强度和拉伸粘结强度,且能使胶凝体系的收缩降低10%以上;通过XRD和SEM、孔结构微观分析表明:FGD对粉煤灰或矿渣粉起到了硫酸盐和碱性激发的双重作用,且对水泥水化也有一定的促进作用,胶凝体系水化产物改善了浆体内部结构,使浆体中空隙大大降低.     

磷酸钾镁胶结材料早期水稳定性调控技术研究

通过测试磷酸钾镁胶结材料(MKPC)浆体的抗压强度和水养护剩余强度率,研究酸碱组份比例、粉煤灰掺量对MKPC浆体早期水稳定性的影响.通过测试MKPC浆体的初始水化温度和MKPC硬化体的吸水率,分析其影响机理,结果表明:由于复合缓凝剂有效延缓了MKPC浆体的早期水化反应速度,MKPC浆体组成结构中酸组份比例可大幅降低,有足量未反应的MgO颗粒存在起到微集料作用.在MKPC中掺适量粉煤灰且保证较高的碱组份比例,粉煤灰球形颗粒可填充水化物之间孔隙,且与足量未水化的MgO颗粒形成较好的级配搭配,使MKPC硬化体结构更加致密;在水养护条件下,水份不易渗入,磷酸盐及其水化物溶解和水解的可能性均减小,早期水稳定性明显提高.其中酸碱质量比例为1∶3和粉煤灰掺量为20％的MKPC硬化体的水养护剩余强度率达到90％以上.     

水泥-硅灰/粉煤灰体系强度、收缩性能与微观结构研究

为研究硅灰及粉煤灰对不同养护龄期的水泥浆体强度及收缩性能的影响,以水胶比为0.29的水泥浆体为基体,设计制备了五种硅灰及粉煤灰掺量的复合水泥浆体,借助量热仪和压汞仪测试表征了不同复合水泥浆体的水化放热特性以及孔结构组成,分析了水化放热量、孔隙率等参数随硅灰和粉煤灰掺量增加的变化规律,建立了复合浆体抗压强度与孔结构以及水化特性与收缩应变之间的量化关系。结果表明,掺入粉煤灰会大幅降低水泥净浆早期抗压强度,但对减小自收缩应变和干缩应变极为有利。掺入硅灰能明显提高净浆3 d抗压强度,但当硅灰掺量超过10%(质量分数)后,净浆3 d自收缩应变及28 d干缩应变增加极为明显。掺入硅灰会使水泥水化诱导期开始和结束的时间提前,还会增加水化反应级数和各阶段的反应速率常数值,导致水泥-硅灰复合浆体的水化放热总量和放热速率相较于水泥-粉煤灰体系大幅增加。粉煤灰和硅灰的掺入均能有效细化水泥浆体内部孔结构,提高凝胶孔比例,大幅降低大孔比例。复合浆体的72 h水化放热总量和3 d自收缩应变呈现正相关关系,而孔隙率和抗压强度呈现明显的负相关关系。     

含硫铝酸钙硅酸盐水泥中粉煤灰活化机理

用差示扫描-热重分析扫描电镜和化学分析法研究了含硫铝酸钙粉煤灰硅酸盐水泥和含硫铝酸钙矿渣硅酸盐水泥水化过程中水化产物的种类、形状、数量和孔溶液离子浓度等方面的变化规律.借助固体高分辨核磁共振波谱技术对水泥中硅氧四面体不同聚合状态的分布,Al的不同配位状态进行分析.结果表明:含硫铝酸钙硅酸盐水泥对粉煤灰激发作用大于对矿渣的激发作用,含硫铝酸钙粉煤灰水泥水化放热量多,促进粉煤灰玻璃体中AlO2-的溶出,在较高温度粉煤灰玻璃体网络结构激活,解聚速率加快.     

含C_4A_3矿物硅酸盐水泥中混合材反应程度的研究

采用非蒸发水量法测定含硫铝酸钙矿物水泥的水化程度 ,萃取法测定该水泥中混合材的反应程度 ,通过SEM/EDS观察分析水化产物形貌和种类。结果表明 :粉煤灰水泥的水化程度高于同龄期的矿渣水泥的水化程度 ,粉煤灰的反应程度高于矿渣的反应程度。同龄期粉煤灰水泥中的水化产物多于矿渣水泥的水化产物 ,且水化产物发育更良好     

含C4A3S矿物硅酸盐水泥中混合材反应程度的研究

采用非蒸发水量法测定含硫铝酸钙矿物水泥的水化程度,萃取法测定该水泥中混合材的反应程度,通过SEM/EDS观察分析水化产物形貌和种类.结果表明:粉煤灰水泥的水化程度高于同龄期的矿渣水泥的水化程度,粉煤灰的反应程度高于矿渣的反应程度.同龄期粉煤灰水泥中的水化产物多于矿渣水泥的水化产物,且水化产物发育更良好.     

海水和矿物掺合料对硫铝酸盐水泥砂浆性能的影响

本文研究了不同拌和水以及海水拌和时粉煤灰和硅灰掺量对硫铝酸盐水泥(SAC)砂浆力学性能和表观孔隙率以及净浆凝结时间、化学收缩、孔溶液pH值和氯离子结合能力等的影响,并通过XRD、SEM和EDS分析水泥水化产物和微观结构。结果表明,海水能加快SAC早期水化并提高其早期强度,但后期强度和淡水拌和时无明显差别。粉煤灰和硅灰均会延长SAC凝结时间,对早期抗压强度不利,而掺加质量分数为5.0%和7.5%的硅灰能提高SAC砂浆28 d抗压强度。硅灰掺量增加时会提高用水量和表观孔隙率,降低流动性,使水泥化学收缩增大,降低净浆pH值且减少氯离子结合量;粉煤灰能够提高砂浆流动性,减少水泥化学收缩,但掺量越大对SAC砂浆抗压强度和抗折强度越不利,掺质量分数为10%的粉煤灰可小幅提高氯离子结合量且减小表观孔隙率。     

基于Ca(OH)2含量的复合胶凝材料中水泥水化程度的评定方法

对粉煤灰反应程度和Ca(OH)2含量进行测定,并结合水泥水化平衡计算理论,建立了基于Ca(OHh含量的复合胶凝材料中水泥水化程度的评定方法.结果表明:随着粉煤灰掺帚的增加,复合胶凝材料浆体中粉煤灰的反应程度和Ca(OH)2含量逐渐降低,而其中水泥的水化程度却由此增大,90d龄期时含有大比例(超过35%)粉煤灰的复合胶凝材料中水泥水化程度高达80%以上,有的甚至接近完全水化.水胶比对复合胶凝材料中水泥水化程度的影响远不如粉煤灰掺量明显.与等效化学结合水量法相比,基于Ca(On)2含量的评定方法能更精确和直观地表征复合胶凝材料中水泥的水化程度.     

活性与惰性掺合料对复合胶凝材料水化性能的影响

采用ESEM、MIP、XRD及SEM等测试技术研究活性(粉煤灰)和惰性(石灰石粉)掺合料对复合胶凝材料强度、孔结构及水化产物等的影响,以此揭示水泥-粉煤灰-石灰石粉胶凝材料体系的水化特性。结果表明:石灰石粉和粉煤灰复掺具有比粉煤灰更好的减水效应,复合胶凝材料的强度也比单掺粉煤灰高;石灰石粉和粉煤灰复掺时,能够很好地填充熟料颗粒间的孔隙,显著改善孔结构,降低孔隙率,使孔隙结构得到细化;石灰石粉在复合胶凝材料中后期水化明显,生成水化碳铝酸钙;SEM照片也证实了石灰石粉水化活性以及对孔结构的改善作用。石灰石粉和粉煤灰复掺能优化复合胶凝材料体系,提高材料的水化性能。