钙硅比对水化硅酸钙结构、Zeta电势及减水剂吸附性能的影响分析

为探究水化硅酸钙(C-S-H)晶核剂对掺减水剂混凝土的影响,研究了不同钙硅比的水化硅酸钙对聚羧酸减水剂的吸附性能.通过120℃水热反应法制备水化硅酸钙,并采用XRD、SEM和29Si NMR对所制备的Ca/Si为1.0、1.3和1.6的水化硅酸钙样品进行表征;同时通过Zeta电势、总有机碳分析(TOC)和流动性分析探究了由钙硅比的变化对水化硅酸钙的Zeta电势和减水剂吸附性能以及对水泥浆体流动度的影响.试验结果表明,水化硅酸钙的链长和结晶度的优劣主要受到钙硅比的影响,钙硅比增大,链长变短,结晶度变差;水化硅酸钙的Zeta电势随着钙硅比增加而增大;C-S-H在超纯水中的电导率随钙硅比增加而变大;在不同氢氧化钙浓度的溶液中,Ca/Si为1.6的样品较1.0样品能吸附更多的减水剂;并且拥有较好的浆体流动性能.因此,高钙硅比的水化硅酸钙对聚羧酸减水剂拥有较强的吸附能力,并且对含聚羧酸减水剂的水泥浆体流动性能影响相对较小.     

温度对溶液法合成的水化硅酸钙微观结构影响

以四水硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)和九水硅酸钠(Na2SiO3·9H2O)为原料,通过溶液法合成(20℃、60℃、80℃、100℃)的水化硅酸钙,采用XRD、SEM、IR、NMR测试方法研究了温度对水化硅酸钙微观结构的影响规律.结果表明:随着温度的升高(20～100℃),水化硅酸钙中(002)、(101)、(110)和(200)晶面间距逐渐减少;当温度由20℃升高到100℃时,水化硅酸钙中硅氧四面体的聚合度增加了55.6％,其微观形貌由无规则聚集体逐渐变成层状.     

不同条件对合成水化硅酸钙结构与性能的影响研究综述

综述了水化硅酸钙的合成方法与合成条件对其结构与性能影响的研究现状,系统分析了不同钙硅比、温度、时间以及干燥条件等因素对水化硅酸钙的分子层结构和表面密度的影响规律,探讨了不同合成条件与水化硅酸钙结构与性能之间的关联度.     

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。     

钙硅比对生物质灰渣加气混凝土性能的影响

生物质灰渣含有较高的SiO2和CaO,与水泥、石灰等按一定的比例混掺,制备生物质灰渣加气混凝土砌块.实验通过改变生物质灰渣、粉煤灰和石灰的相对含量,调节加气混凝土砌块的钙硅比,并研究了钙硅比对其水化产物、机械力学性能和微观结构的影响.结果显示,随着钙硅比的增大,生物质灰渣加气混凝土砌块的干密度逐渐增大,钙硅比为0.86时,强度达到峰值,其抗压强度和抗折强度分别为2.5 MPa和1.8 MPa,且托勃莫来石的生成量也达到最大.干燥收缩图也表明钙硅比为0.86时,生物质灰渣加气混凝土砌块的体积性能最好,其最大干燥收缩率为0.44 mm/m,优于国家标准(0.5 mm/m).水化产物电镜图谱表明随着钙硅比的增加,生物质灰渣加气混凝土砌块的水化产物形貌由针棒状结构转变为片状结构.     

玻璃粉的火山灰反应及对水化硅酸钙组成的影响

在扫描电子显微镜的背散射模式下采用能谱仪研究了两种细度钠钙玻璃粉的火山灰反应特征及其对水化硅酸钙组成的影响。结果表明:火山灰反应主要在玻璃颗粒的初始边界内进行,并形成一个明显的反应环;玻璃火山灰反应释放大部分的Na,并消耗Ca(OH)2、降低内部和外部水化产物硅酸钙的钙硅比(摩尔比);玻璃所释放出的Na+导致孔溶液碱度增加,促进单硫型钙钒石(AFm)的溶解,使更多的Al进入水化硅酸钙中,提高了水化硅酸钙的铝硅比;钙硅比的降低,增强了水化硅酸钙对Na+的固定能力,使内部水化产物和外部水化产物的钠硅比显著提高。     

钙硅比对水化硅酸钙加速碳化的影响

废弃水泥石、钢渣等碳酸化固定CO2不仅可以缓解温室效应还可以实现废弃物的再利用,同时制备出性能优良的建材制品。为了研究废弃水泥石矿物组成的碳酸化机理,探讨了钙硅比对水化硅酸钙加速碳化的影响。结果表明:随着钙硅比增加,水化硅酸钙(C-S-H)碳化率逐渐降低,高钙硅比的C-S-H具有相对粗大的孔结构使得早期的碳化速率增加;碳化产物中文石、球霰石、方解石在不同钙硅比时所占比例不同,钙硅比≤0.67时文石占较大比例,钙硅比≥1.00时方解石为主要碳化产物,钙硅比=0.83时球霰石含量最大;加速碳化条件下形成的碳酸钙分解温度分成两部分,在400~620℃范围内文石和球霰石都分解,方解石在650~800℃范围内分解。     

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。     

水热合成制备水化硅酸钙-聚氨酯纳米复合材料的结构分析

本文以生石灰、纳米二氧化硅和聚氨酯为原料,采用水热合成法制备了纯水化硅酸钙和水化硅酸钙-聚氨酯纳米复合材料,并利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、红外光谱仪和热分析仪对其进行表征测试。结果表明:水化硅酸钙和水化硅酸钙-聚氨酯复合材料的微观组织形貌具有明显差异,随着钙硅摩尔比的增大,出现了Tobermorite相,且随着聚氨酯的加入,该相的结晶度增强;聚氨酯可以嵌入水化硅酸钙层间,使其基底层间间距增大1.038 nm;聚氨酯的加入可以提高水化硅酸钙的热稳定性,且对钙硅比较高的水化硅酸钙改性更有效。     

不同激发剂对钢渣活性影响的研究

本文选用水玻璃、氢氧化钠、硫酸钠、硅灰、铝酸钠以及复合激发剂,系统研究了不同类别激发剂对钢渣活性的影响和激发机理.利用SEM和XRD对不同激发剂制备的钢渣胶凝材料水化产物进行了微观表征和矿物相分析,比较了不同龄期活性激发钢渣胶凝材料的抗压强度.结果表明:激发剂能促使钢渣水化产物中水化硅酸钙凝 胶含量增加,促进钙矾石晶体生成,破坏钢渣中玻璃体网络结构,增大钢渣水化浆体的密实度.硅灰作为激发剂对钢渣活性的激发效果最好,制备的水泥试块28 d抗压强度能达15.9 MPa.     

硅钙基固废原料配比及蒸养条件对硅酸钙板力学性能的影响

研究协同利用硅钙渣、粉煤灰、水泥和脱硫石膏制备硅酸钙板时,原料配比、蒸养条件对硅酸钙板力学性能、水化产物的影响,并利用XRD、IR和SEM表征了原料的协同水化历程和水化产物的微观结构和表面形貌.试验结果表明:最佳原料配比为硅钙渣60%、粉煤灰24%、水泥10%和脱硫石膏6%;最佳蒸压养护条件为蒸养温度180℃,恒温蒸养时间8 h,硅酸钙板抗折强度满足国家标准强度的D1.3的Ⅱ级要求;随着蒸养温度升高,原料水化依次生成C-S-H凝胶、托贝莫来石和针状硬硅钙石,大量托贝莫来石和硬硅钙石的生成使得硅酸钙板的强度得以提升.     

氧化钙添加剂对碳酸钠活化粉煤灰的影响及机理

碳酸钠焙烧粉煤灰是一种反应温度低、氧化铝溶出率高,且可同步实现铝、硅高效分离的活化方式,然而该活化过程中所需助剂耗量较大,成为其大规模产业化应用的瓶颈.借鉴高温(1200~1300 ℃)碱石灰烧结活化粉煤灰工艺,在中温(600~1000 ℃)条件下,采用正交实验和单因素实验方法,分别研究了氧化钙添加对碳酸钠焙烧活化粉煤灰后氧化铝溶出率的影响.结果表明,在中温条件下可通过添加一定比例的氧化钙来部分替代碳酸钠,当m(CFA:Na2CO3:CaO)=1:0.6:0.2时,即可使粉煤灰中的氧化铝溶出率达90%以上.通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射分析(XRD)进一步研究发现,氧化钙之所以可以部分替代碳酸钠,主要是由于低聚合度的硅酸钙形成所导致的.     

Investigations of Calcium Silicate Hydrate Structure Using Silicon-29 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

Silicon-29 nuclear magnetic resonance has been used to probe the effects of temperature and the addition of reactive silica on the silicate structure of amorphous calcium silicate hydrate (C-S-H), produced by the hydration of alite (Ca₃SiO₅). Both an increase in the temperature of formation and the addition of reactive silica increase the degree of silicate polymerization in the C-S-H. However, in all cases the data are consistent with the formation of linear chain silicates and the absence of any cross-linking. The initial formation of a hydrated orthosilicate is observed, and it is suggested that this species may form during the adsorption of water onto the surface of alite during storage.     

Synthesis of Calcium Silicate Hydrate in Highly Alkaline System

Synthesis of calcium silicate hydrate (C‐S‐H) was conducted over the range of 50°C–90°C and C/S ratio of 0.86–2.14 in the highly alkaline Na₂O–CaO–SiO₂–H₂O system for silicon utilization in high alumina fly ash. Structural change in C‐S‐H formed in the highly alkaline system was investigated using XRD and ²⁹Si MAS NMR spectra. X‐ray photoelectron spectroscopy was used to confirm the amount of sodium ions in C‐S‐H. Conversion of Si may reach 99% under optimum conditions. A higher degree of polymerization of silicate was obtained at lower temperature and C/S ratio. Na⁺ was confirmed to exist as Na–OSi and Na–OH. The amount of Na⁺ is the least at C/S ratio of 1.43, which conform to the prediction of topological constraint theory. High Ca/Si ratio leads to the increasing in Na⁺ combined in the interlayer. Increasing in the Na⁺ concentration in the system also increases the amount of Na⁺ combined in the interlayer and reduces the polymerization. Ion exchange was proven to be an effective way to remove Na⁺ combined in the interlayer of C‐S‐H.     

Structure of Calcium Silicate Hydrates Formed in Alkaline-Activated Slag: Influence of the Type of Alkaline Activator

The influence of the alkaline activator (NaOH, waterglass, or Na₂CO₃) on the structure of the hydrated calcium silicate formed in alkali-activated slag (AAS) cement pastes has been investigated by FTIR, ²⁹Si and ²⁷Al magic-angle scattering nuclear magnetic resonance, and TEM/EDX techniques. In all cases, the main product formed after 7 d of activation, with activators giving an Na₂O concentration of 4%, is a semicrystalline calcium silicate hydrate with a dreierkette-type anion. In these structures, linear finite chains of silicate tetrahedra ( Q ² units) are linked to central Ca-O layers, and tetrahedral aluminum occupies bridging positions in the chains. The main chain length and the amount of aluminum incorporated in the tetrahedral chains depend on the activator used. The detection of Q ³ silicon entities in alkaline-activated slags is discussed in relation to the possible formation of cross-linked structures that may be responsible for increased flexural and compressive strengths in AAS mortars.     

聚磷酸钙晶型与聚合度的调控

聚磷酸钙（calcium polyphosphate,CPP）是具有生物活性、可控生物降解性和适当力学性能的新型骨修复材料。以磷酸二氢钙粉末试剂为起始原料,通过热处理制备了不同晶型及聚合度的CPP,并探讨了热处理制度与晶型转变和聚合度的关系。用X射线衍射分析、热重–差示扫描量热分析、扫描电子显微镜、核磁共振分析等测试手段对制备的粉体的组成、性能及微观结构进行了研究。结果表明：在室温～1 000℃之间,CPP以3种晶型出现,分别为γ-CPP、β-CPP、α-CPP。聚合度的大小主要取决于在400℃附近保温时间的长短,CPP从150℃至1000℃,聚合反应一直在进行,直至形成无定型态,并熔化为玻璃。最佳的热处理工艺是400℃保温6h,然后800℃保温2h。     

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:Al^(3+)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;适量的SO_(4)^(2-)有助于C-S-H结晶,而过量的SO_(4)^(2-)则会降低C-S-H的稳定性。详细分析了上述各离子对C-S-H硅氧四面体聚合度、层间距及平均分子链长的影响和研究进展,并在此基础上研究了无机外加剂中多离子共存对C-S-H结构的影响。无机外加剂对C-S-H硅氧四面体聚合度、层间距及平均分子链长的影响还需进一步研究。     

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.     

水化硅酸钙与沸石滤柱去除水中低浓度氮磷

模拟洱海的入湖河流——罗时江低浓度氮磷营养盐条件,采用水化硅酸钙与天然沸石作为吸附介质进行滤柱试验。试验设计4个滤柱并列运行,分别装填单一水化硅酸钙滤料、单一沸石滤料、水化硅酸钙与沸石双层滤料(1∶3)和水化硅酸钙与沸石双层滤料(1∶1),对比不同滤柱在不同滤速条件下的效果。单一水化硅酸钙填充滤柱对磷酸盐的去除效果最高,平均可保持在90.75%左右,但对氨氮去除不稳定;单一的沸石填充滤柱对磷酸盐吸附能力较弱,平均在77.30%,且受滤速影响较大。在水化硅酸钙与天然沸石配比为1∶1,滤速为0.696 m/d时,对低浓度营养盐的水质起到稳定良好的去除效率,出水浓度均可达到国家地表Ⅲ类水标准。