纳米SiO2对钢渣水泥基胶凝材料的影响

钢渣和水泥具有相似的矿物组成,可以作为一种潜在的胶凝材料,然而钢渣掺量较高时并不利于混凝土早期性能的发展。以钢渣质量分数为30%的钢渣水泥基胶凝材料为研究对象,探讨纳米SiO₂对其早期性能的影响。主要通过测量流动度、凝结时间和抗压强度评估物理力学性能,并利用微量热分析、X射线衍射(XRD)、差热分析(DSC-TG)等方法对掺有纳米SiO₂的钢渣水泥基胶凝材料的水化过程和水化产物进行分析。结果表明,当纳米SiO₂掺入的质量分数为3%时,纳米SiO₂可充分发挥火山灰活性,消耗大量Ca(OH)₂,同时由于纳米SiO₂颗粒的结晶成核作用和微集料填充作用,促进了钢渣和水泥的水化,水化初期的放热速率有所提高,从而提高钢渣水泥基胶凝材料的力学性能,28 d的抗压强度提高了14.0%。     

偏高岭土在人造水硬性石灰修复砂浆中的应用研究

为研制一种适用于历史建筑修复的绿色无机修复材料，本文基于青岛多栋砖砌体结构历史建筑黏结材料的XRD测试结果，通过掺偏高岭土制备了基于人造水硬性石灰的修复砂浆，测试了人造水硬性石灰砂浆的流动度、凝结时间、质量损失率、干燥收缩率以及力学性能等指标，研究了偏高岭土对人造水硬性石灰砂浆的影响。结果表明：偏高岭土可降低人造水硬性石灰砂浆的流动度，缩短凝结时间，降低收缩率，提高抗压强度及黏结强度。当掺量为5.0%和7.5%(质量分数)时，人造水硬性石灰砂浆的56 d抗压强度分别提升了66.8%和94.3%,黏结强度分别提升了22.2%和25.9%。采用XRD和SEM对材料的微观结构进行测试分析发现，偏高岭土能使人造水硬性石灰砂浆性能提升的主要原因是偏高岭土中的活性SiO₂和Al₂O₃与石灰发生直接反应并消耗Ca(OH)₂,促进了水泥水化，增强了水化产物与骨料间的黏结力。     

利用铅锌尾矿制备天然水硬性石灰可行性研究

本文研究了以陕南铅锌尾矿为主要原料制备天然水硬性石灰的可行性.实验选用可配成与天然水硬性石灰化学组成接近的铅锌尾矿,采用两种方法制备天然水硬性石灰:其一,压块成型后经900℃×3 h、1000℃×3 h煅烧制备;其二,湿法成球后经1100℃×5 h煅烧制备,并对利用铅锌尾矿制备的天然水硬性石灰的矿物组成及其抗压强度进行了测试分析.研究结果表明:经900℃×3 h煅烧的天然水硬性石灰没有生成所需的水硬性胶凝材料C2S;经1000℃ ×3h和1100℃×5 h煅烧制备的天然水硬性石灰均能生成C2S.压块成型经1000℃×3h煅烧的天然水硬性石灰中C2S含量比湿法成球经1100℃×5 h煅烧的天然水硬性石灰中C2S含量高,前者抗压强度比后者高.压块成型经1000℃×3 h煅烧方法优于湿法成球经1100℃×5 h煅烧方法,更容易生成所需的水硬性胶凝矿物C2S.煅烧的天然水硬性石灰28 d强度均达到NHL5的要求.以铅锌尾矿为原料,配制煅烧天然水硬性石灰是可行的.     

壳聚糖改性水硬石灰基复合胶凝材料的研究

以天然水硬性石灰(NHL),偏高岭土(MK)为主要原料,高分子壳聚糖为改性添加剂,进行了NHL-MK复合胶凝材料的制备与改性研究.采用XRD、SEM与力学性能万能试验机等测试方法,分析了壳聚糖对复合材料不同龄期力学性能及微观结构的影响.结果 表明,壳聚糖的加入,促进了CaCO3的生成,从而提高了胶凝材料早期的力学性能;...     

纳米SiO2改性纤维增强普通硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合材料早期性能及微观结构

为优化纤维增强普通硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合材料(OPC-CSA-ECC)的性能,拓宽纳米SiO₂的应用范围,本文系统探讨了纳米SiO₂对OPC-CSA-ECC凝结时间、强度和韧性的影响,并结合XRD和SEM分析了体系的微观结构和改性机制。结果表明:纳米SiO₂缩短了复合胶凝体系的凝结时间,且掺量越大凝结时间越短;纳米SiO₂可提高OPC-CSA-ECC的强度和韧性,纳米SiO₂的适宜掺量在1.5%(质量分数),对应的7 d和28 d龄期抗压强度分别为59.1 MPa和85.4 MPa,等效弯曲韧性分别为195.82 kJ/m³和256.51 kJ/m³。纳米SiO₂没有改变水化产物的种类,但促进了C-S-H凝胶生成且消耗了部分portlandite晶体。SiO₂通过提高基体密实度增大了基体与纤维之间的粘结性能,有助于应变硬化行为的实现。     

二氧化碳矿化养护混凝土技术及新型材料研究进展

CO₂矿化养护技术利用早期成型后的混凝土材料和CO₂之间的碳酸化反应和产物沉积过程实现产品力学强度等特性的提升,主要关注的是预养护/早期水化成型后的混凝土中胶凝成分和CO₂之间的矿化反应（即加速碳酸化）。此过程中胶凝材料的水化过程不再是强度形成的主要反应,因此为了充分实现矿化成型和CO₂固定,实现环境效益最大化,研究者近几年积极开发具有CO₂矿化潜力的碱金属矿物材料,并探究其反应后对于混凝土微观结构和性能的促进效应。本文综述了CO₂矿化养护技术在新型混凝土材料方面的研究进展,分别对传统混凝土采用的水化活性硅酸钙材料、水化惰性硅酸钙材料、镁基水泥材料以及工业固废材料等进行了具体介绍,比较了在不同材料与CO₂反应特性以及养护后建材制品性能优化方面的最新成果,并对CO₂矿化养护技术的后续发展进行了展望。主要建议：一是着眼于微观反应机制和矿物材料特性,开发有效的矿化反应强化方法;二是开发水化惰性的低钙硅比硅酸钙材料;三是将工业固废资源化与矿化养护技术结合,实现固废和气废利用流程耦合,推进特定工艺开发和装置研发。     

电石渣对复合胶凝材料力学性能和微观结构的影响

电石渣作为一种Ca(OH)₂含量较高的工业副产品,可协同Na₂CO₃加速碱激发复合胶凝材料的水化过程。本文采用粉煤灰和矿粉作为复合胶凝材料的前驱体,探究不同电石渣(CCR)和Na₂CO₃质量比对复合胶凝材料的孔溶液pH值和力学性能影响。此外,通过水化热、X射线衍射、热重分析和扫描电子显微镜,探讨了CCR和Na₂CO₃协同激发作用对复合胶凝材料的水化过程和微观结构的影响。研究结果表明,随着CCR掺量的增加,复合胶凝材料的孔溶液pH值和力学性能均呈先增加后递减的趋势。当CCR和Na₂CO₃的掺量分别为6%和9%(质量分数)时,碱激发复合胶凝材料的3 d孔溶液pH值和28 d抗压强度分别达到最大值12.95和26.8 MPa。微观结构分析表明,在CCR和Na₂CO₃的协同激发作用下,碱激发复合材料能够生成更多的水化硅(铝)酸钙(C-(A)-S-H)凝胶,...     

高掺量磷石膏水硬性胶凝材料组成设计与性能调节

本文研究的水硬性磷石膏胶凝材料体系由80%(质量分数)磷石膏,以及少量矿渣、水泥、偏高岭土、粉煤灰、硅灰等辅助胶凝材料组成,借助力学性能试验数据与分子动力学(MD)模拟为超高掺量磷石膏体系组成设计提供依据,后续对该体系强度倒缩问题进行性能调节。结果表明,当磷石膏掺量固定时,辅助胶凝材料(SCM)的n(CaO)/n(SiO₂+Al₂O₃)摩尔比接近1的样品力学性能结果最佳。分子动力学对模型原子表面积和孔结构分布的模拟结果与力学性能规律相符,孔结构越小时抗压强度越高;在原子尺度上,n(CaO)/n(SiO₂+Al₂O₃)摩尔比接近1时O、Ca、Al及S原子表现出较高的扩散能力,可充分发挥碱激发与硫酸盐激发效应,同时使得OO、Al—O、Si—O键长增大而失稳水解,促进水化产物钙钒石的生成。最后,通过调节SCM的种类,在磷石膏-矿渣-水泥体系中复掺偏高岭土、硅灰及粉煤灰改善了90 d龄期强度倒缩的问题。基于化学组分设计配合比对大宗量利用磷石膏以及获得性能更好的胶凝...     

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。     

碱激发钢渣矿渣复合基层材料的强度特性及微观机制

围绕钢渣再利用、钢渣矿渣复合材料强度提升及微观作用机理这3个问题,从无侧限抗压强度和劈裂强度两个指标分析混合料不同养护龄期下的宏观强度,同时进行XRD、SEM和热重分析等微观试验,探讨了在石灰激发作用下,钢渣矿渣基层材料的水化产物生成和强度变化内在机制。强度试验结果表明:当矿渣掺量在10%(质量分数)以内,石灰与矿渣的质量比在1∶1~1∶2时,混合材料各龄期的无侧限抗压强度和劈裂强度较高。微观试验结果表明:适量Ca(OH)₂能够提高矿渣中SiO₂的水化反应速率,从而提升复合材料早期强度。此外,水化反应生成钙矾石、粉煤灰及钢渣中惰性组分的细料填充作用也是材料早强增长的有利因素。而粉煤灰的火山灰效应和钢渣中C₂S的持续水化反应则有助于复合材料后期强度的提升。     

铜渣基磷酸盐胶凝材料的力学性能与微观结构

磷酸盐胶凝材料力学性能好，制备工艺简单，为资源化利用铜渣提供了新的途径。本文以铜渣和磷酸二氢钠(NaH₂PO₄)为原料制备了磷酸盐胶凝材料，采用电子万能试验机、X射线粉末衍射仪及扫描电子显微镜研究了原料配合比和养护条件对铜渣基磷酸盐胶凝材料抗压强度、物相和微观形貌的影响，并采用同步热分析仪考察了磷酸盐胶凝材料的热稳定性。结果表明，原料配合比对磷酸盐胶凝材料的力学性能和微观结构有重要影响，适当提高养护温度有利于强度发展。当NaH₂PO₄/铜渣质量比为0.30、水/(NaH₂PO₄+铜渣)质量比为0.15、60℃下养护7 d时，铜渣基磷酸盐胶凝材料抗压强度高达54.70 MPa。铜渣基磷酸盐胶凝材料优异的力学性能源自铜渣中铁橄榄石(Fe₂SiO₄)与NaH₂PO₄反应生成的致密无定形结构相。铜渣基磷酸盐胶凝材料热稳定性较好，空气气氛下467℃开始被氧化分解，无定形结构相发生...     

绿色高性能混凝土--材料高科技的产物

广义的混凝土包括采用各种有机、无机、天然、人造的胶凝材料与粒状或纤维填充物相混合而形成的同体材料。从远古时代起，中国、埃及和古罗马的人们就用烧石灰、烧粘土、烧石膏及石灰加火山灰作为胶凝材料配制了混凝土，但以石灰、石膏等气硬性胶凝材料制作的混凝土有不耐水的缺点，而石灰、火山灰虽然具有一定的水硬性，但其     

CaF2污泥对硅酸盐水泥性能的影响及机理分析

固废利用是实现“双碳”目标的重要途径之一。本文以固废CaF₂污泥为水泥掺合料,通过抗压强度、浆体流动度试验探讨了CaF₂污泥掺量对水泥胶凝材料性能的影响,并结合XRD、SEM及TGA-DSC等微观表征测试进行机理分析。结果表明,CaF₂污泥的掺加有利于提高水泥胶凝材料的早期强度,CaF₂污泥掺量为8%(质量分数)的胶凝材料抗压强度表现较好。CaF₂污泥的掺加会导致浆体流动度降低,但掺量低于10%(质量分数)时对浆体流动度影响并不显著,掺量为8%、10%(质量分数)时浆体流动度比未掺加CaF₂污泥时降低了3.0%。CaF₂污泥在胶凝材料中主要起物理效应,CaF₂污泥能够形成更多的结晶位点,促进水泥水化。CaF₂污泥掺量增加使水泥的稀释效应及团聚效应显著。掺量为8%(质量分数)的CaF₂污泥复合水泥的微观性能较好。     

蒸压建材生产过程中钢渣安定性处理与活性化利用

钢渣安定性处理过程常常造成胶凝活性的损失。为此，本文利用改性助剂消除钢渣水化过程中产生的氢氧化物并生成胶凝产物，在蒸压建材的生产过程中实现钢渣安定性处理和游离氧化物的活性化利用，并避免单独处置钢渣造成的活性物质损失。研究表明，8%秸秆灰和3%磷酸二氢铵作为复合助剂制备的尾矿-钢渣蒸压试块体积稳定，抗压强度达24.0MPa。通过对蒸压样品游离氧化物消解率、化学结合水量及热重、XRD分析，得出钢渣安定性处理与活性化利用机制：硅质材料与钢渣中f-CaO水化生成的Ca(OH)₂结合迅速生成对体系力学强度有益的水化硅酸钙，避免因大量Ca(OH)₂积累造成体积膨胀；磷酸盐中的NH₄⁺、H₂PO₄^-与f-MgO结合生成磷酸铵镁及其他低溶度积复盐类矿物，进而消除因f-MgO水化生成Mg(OH)₂造成体积膨胀的隐患。试样在180℃蒸压4h后，f-CaO及f-MgO消解率分别可达86.28%、89.73%。本文将为利用钢渣大比例取代水泥和石灰生产蒸压建筑材料提供理论基础，对于提高钢渣利用率、减少碳排放具有重要价值。     

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。     

响应面法优化制备硅铝质低碳胶凝材料

本文以两种硅铝质工业固废为反应前驱体，氢氧化钠和水玻璃作为碱激发剂制备低碳胶凝材料。借助响应面法研究硅铝质材料掺量、氢氧化钠和水玻璃掺量对胶凝材料力学性能的影响规律，并利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对水化产物进行矿物组成分析和微观形貌表征。结果表明：硅铝质前驱体含量、氢氧化钠和水玻璃添加量及硅铝质材料掺量和水玻璃掺量之间的交互作用对胶凝材料强度均有显著影响；优化得出的胶凝材料最佳配伍为硅铝质工业固废1掺量30%，硅铝质工业固废2掺量70%，氢氧化钠掺量6%，液体水玻璃掺量12%，胶凝材料28 d强度可达53.13 MPa；氢氧化钠和水玻璃的加入会增加基体材料的碱性，使得反应前期前驱体内部充分解聚，存在更多溶解态Al₂O₃和SiO₂，反应后期缩聚成为C-A-S-H和C-S-H凝胶体，使胶凝材料具备强度。研究成果可用于制备低碳胶凝材料，减少天然黏土采掘，降低建筑材料领域的碳排放，助推双碳目标顺利实现。     

纳米粒子对熔盐复合蓄热材料热物性的影响

为了得到SiO₂纳米粒子含量对SiO₂/NaNO₃-KNO₃/EG复合蓄热材料比热容和热导率的影响，通过机械分散法，采用NaNO₃-KNO₃和不同质量分数（0.1%，0.5%，1%，2%，3%）的SiO₂纳米粒子所形成的熔盐纳米材料作为蓄热材料，膨胀石墨（EG）作为基体材料，制备出纳米SiO₂/NaNO₃-KNO₃/EG复合材料。对复合材料的比热容和热导率进行了测量，同时用扫描电镜对其微观结构特征进行了分析。结果表明，SiO₂纳米粒子的质量分数为1%时，复合材料的平均比热容和热导率分别为3.92 J/(g·K)和8.47 W/(m·K)，与其他纳米SiO₂添加比例相比，其比热容和热导率分别提高了1.37～2.17倍和1.7～3.2倍。这是由于复合材料表面会形成高密度的网状结构，这种具有较大比表面积和高表面能的特殊纳米结构可以提高复合材料的比热容和热导率。     

SiO2/C60/环氧树脂阻燃涂层的制备及性能表征

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、正硅酸乙酯(TEOS)、NaOH溶液、无水乙醇为原料，制得纳米SiO₂。将环氧树脂(EP)分别与SiO₂、富勒烯(C₆₀)通过超声法分散制备出3种涂层(SiO₂/EP、C₆₀/EP、SiO₂/C₆₀/EP)，并用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所制纳米SiO₂及涂层进行表征，通过差式扫描量热仪(DSC)、氧指数测定仪等对涂层热稳定性及阻燃性能进行测试。结果表明：SiO₂/C₆₀/EP涂层的综合性能最佳，当SiO₂、C₆₀、EP、聚酰胺固化剂651的质量比为25∶6∶300∶150时，涂层的综合性能最佳，其残炭率、氧指数、垂直燃烧等级、硬度分别为21.5%、32.5%、V-0级、6H。     

钾基碱性电解水对粉煤灰混凝土性能的影响

碱性电解水具有高活性、强碱性、强离子性和吸附性等优点。利用碱性电解水作为拌合水制备不同取代率的粉煤灰混凝土,系统研究碱性电解水对粉煤灰混凝土的工作性能、力学性能和抗氯离子渗透性能的影响,并结合X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和差热分析试验(TG/DTA)分析碱性电解水混凝土的水化产物及微观结构形貌。结果表明:碱性电解水能够促进混凝土中水泥早期水化反应,改善混凝土的工作性能,除了生成更多的C-S-H凝胶体和Ca(OH)₂等水化产物外,还生成了钾长石,降低了孔隙率,提高结构密实度,改善了混凝土的力学性能和抗渗性能;同时,碱性电解水在一定程度上可以激发粉煤灰的早期活性效应,使得粉煤灰玻璃体网络结构加速断裂,粉煤灰中的SiO₂和Al₂O₃大量溶出与混凝土中的水化产物Ca(OH)₂发生二次反应,生成更多的硅酸钙和铝酸钙等胶凝性产物。相较于普通自来水混凝土,当粉煤灰取代率为20%和30%(质量分数)时,碱性电解水混凝土的56 d抗压强度分别增长了8.7%和3.5%。     

不同硅质原料水热合成水化硅酸钙物相及其反应效率的研究

为探究不同硅质原料对水热合成水化硅酸钙物相的影响，研究了温度和硅钙比对产物的影响。采用X射线衍射(XRD)分析了水化硅酸钙物相，并探究了不同硅质原料与Ca(OH)₂的反应效率。结果表明，不同硅质原料与Ca(OH)₂的反应效率由高到低依次为硅藻土、石英、珍珠岩；在硅藻土-石灰体系中，硅藻土中非晶态二氧化硅的Si—O更易被破坏，具有不稳定性，致使硅藻土反应效率更高。在石英-石灰体系中，随着钙硅比的提高，空气中的CO₂参与反应，生成碳硅钙石与片柱钙石，且托贝莫来石与硬硅钙石会逐渐消失，通过合理调控硅钙比和水热温度可有效地控制反应产物，这对于不同硅质原料的选择、水热合成水化硅酸钙中产物的控制及水热合成水化硅酸钙应用领域具有重大意义。