Na2SO4·10H2O对磷酸钾镁水泥水化硬化的影响

磷酸钾镁水泥凝结硬化过快及水化放热集中的问题严重制约着其大规模工程应用,相变材料的吸热储能功能为解决这一问题提供新途径。研究了无机水合盐Na_2SO_4·10H_2O(NS)对磷酸钾镁水泥(MKPC)水化温升、工作性能和抗压强度的影响,并结合XRD、FT-IR、SEM等分析手段及其水化放热速率曲线探究了NS对MKPC性能的影响机制。结果表明:NS的溶解和相变过程吸收大量热,同时释放出结晶水,降低了MKPC体系中Mg~(2+)、PO_4~(3-)和H~+的溶出速率及浓度,MKPC系统内部水化反应速率降低,凝结时间延长,流动度增大,水化放热和水化温升变得更加平缓,在水化早期,MKPC的硬化体强度随NS掺量增加略有降低。在一定的NS掺量(≤4%)内,MKPC水化产物的结晶度提高,后期强度稳定增长,掺有2%NS的MKPC的28d强度将高于基准组。     

无水乙酸钠对磷酸钾镁水泥水化性能和微观形貌的影响

磷酸钾镁水泥(MKPC)快速凝结硬化和集中大量放热的特点制约了其实际应用。传统的缓凝剂难以显著降低其水化硬化速率且无法平衡缓凝剂对凝结时间和力学性能的影响。采用无水乙酸钠(SA)作为新型缓凝剂,研究了其对MKPC水化放热特性、工作性能和抗压强度的影响,并采用XRD、TG-DSC及SEM等分析了SA对MKPC水化硬化过程中固相组成和形貌的影响及机理。结果表明,SA吸附在氧化镁表面能够抑制Mg~(2+)的溶解,延缓氧化镁和磷酸二氢钾的水化反应速率,降低水化温度。因此,随着SA掺量的增加,MKPC的凝结时间得到有效延长,而MKPC的强度尤其是早期强度则随之下降。SA掺入后,MKPC仍以MgKPO_4·6H_2O为主要水化产物,但产物数量减少,棱柱状或板状晶体被球状晶体取代,晶体尺寸减小。     

淀粉基水化温升抑制剂对水泥-粉煤灰复合胶凝材料水化的影响

本实验主要研究了淀粉基水化温升抑制剂( TRI)对水泥-25%粉煤灰、水泥-50%粉煤灰复合胶凝材料凝结时间、抗压强度、水化放热历程的影响,并与纯水泥进行比较.通过对比TRI在水泥和粉煤灰上的吸附性能和水化产物的变化,对其影响机理进行了分析.结果表明:随TRI掺量增加,凝结时间都延长,早期强度都降低,复合体系后期(60 d)强度存在损失,但不影响纯水泥后期强度,水化放热速率峰值都大幅度降低,缓解了集中放热.水泥对TRI的吸附能力更强,导致复合体系中单位水泥吸附的TRI更多,使得降峰效果更好,同时也导致凝结时间延长更多,增大早期强度损失. TRI不影响纯水泥最终水化程度,但会延缓粉煤灰的火山灰反应,因此降低了复合体系60 d强度.     

铅离子对复合磷酸盐磷酸镁水泥水化硬化特性的影响

研究了铅离子对复合磷酸盐磷酸镁水泥水化硬化特性的影响及其在复合磷酸盐磷酸镁水泥中的稳定性。实验结果表明,复合磷酸盐磷酸镁水泥抗压强度随着铅离子掺量的增加而降低,其中硝酸铅掺量达到10%时,复合磷酸盐磷酸镁水泥的各个龄期的抗压强度发生明显下降。铅离子对复合磷酸盐磷酸镁水泥凝结时间没有明显影响。在复合磷酸盐磷酸镁水泥水化过程中,铅离子对水泥体系的pH值影响不大,但能够造成水泥水化放热峰出现的时间延迟,水化放热的总量减少并影响主要水化产物的结晶程度。在复合磷酸盐磷酸镁水泥水化反应后期,当硝酸铅掺量达到10%以上时,在水化产物中出现了较为明显的Pb2P2O7的衍射峰。复合磷酸盐磷酸镁水泥固化铅离子的浸出毒性试验结果(43μg/L)远低于国家标准要求(5mg/L)。     

Na_2SO_4·10H_2O/EG复合相变材料的制备与性能分析

以十水硫酸钠为相变材料,采用真空吸附法制备十水合硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料(Na_2SO_4·10H_2O/EG),对其融化-凝固、相分离、过冷、潜热等热物性进行测试分析。结果表明:在Na_2SO_4·10H_2O中添加2%(质量分数,下同)硼砂和8%EG后,可得到理想的Na_2SO_4·10H_2O/EG固-固复合相变材料。此时,Na_2SO_4·10H_2O相分离得到消除,过冷度由13.6℃降低到0.6℃以下,相变潜热和体储能密度分别为225.77kJ·kg~(-1)和218.09MJ·m~(-3)。此外,导热率也得到提高,相比于只添加成核剂硼砂的Na_2SO_4·10H_2O PCM,储热时间缩短52.6%,放热时间缩短55.1%,经过500次急剧升温-降温循环后也未出现性能衰减,储/放热性能较好。     

原料质量配比对盐湖磷酸钾镁水泥性能和微观结构的影响

采用青海盐湖提锂副产品含硼氧化镁(B-MgO)为原料,将其适当处理后与磷酸二氢钾反应,不掺外加剂直接制备出一种盐湖磷酸钾镁水泥(Magnesium potassium phosphate cement,MKPC)。通过测试该MKPC浆体的凝结时间、水化放热温度和硬化体的抗压强度、孔隙率,分析硬化体的物相组成和微观结构形貌,研究了不同MgO/KH_2PO_4(M/K)质量配比对MKPC水化硬化过程的影响规律。结果表明:M/K质量配比对MKPC的水化放热曲线、抗压强度和孔隙率的影响显著,存在最佳M/K质量配比为1∶1～2∶1,可使MKPC在各龄期的抗压强度值均较高,3 h的最高强度值达到87.2 MPa,并使最高水化放热温度和孔隙率均保持在最佳范围;具有最佳M/K质量配比的MKPC硬化体的水化产物生成量高,晶体生长完好,缺陷少,硬化体有较完善的孔结构。     

粉煤灰掺量对磷酸钾镁水泥水化动力学的影响

使用等温微量热仪测定了粉煤灰掺量分别为0、5%、10%、15%、20%和25%的磷酸钾镁水泥((Magnesium potassium phosphate cement,MKPC)在20℃的水化放热速率和放热量。根据Knudsen和Kondo水化动力学公式计算了MKPC水化最终放热量Q_∞、各阶段的水化阻力N和反应速率常数K,研究了粉煤灰掺量对MKPC水化历程的影响机理。结果表明:对于不同粉煤灰掺量的MKPC最终放热量和动力学参数的计算,Knudsen和Kondo水化动力学公式都具有优异的适用性,拟合相关度很高。磷酸钾镁水泥的水化过程可分为6个阶段,水化反应始于第二阶段,水化进行至第四阶段时MKPC由结晶成核直接进入到扩散阶段。随着粉煤灰掺量从0提高到15%,MKPC体系中反应组分MgO和KH_2PO_4的含量减少,水化放热量降低,粉煤灰主要以物理填充作用参与MKPC水化,对磷酸镁水泥水化过程影响较小。当粉煤灰掺量为15%~25%、硼砂相对含量减少时,粉煤灰的火山灰效应显著,水化放热量增大,MKPC各水化阶段的N和K值的变化较大。     

普通硅酸盐-硫铝酸盐复合胶凝体系水化性能和机理研究

对普通硅酸盐(P·O)-硫铝酸盐(R·SAC)复合胶凝体系的凝结时间、胶砂强度进行了分析,利用等温量热仪、综合热分析仪(TG-DSC)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等从水化速率及水化产物微观形貌等方面分析了复合胶凝体系的水化机理。结果表明:当R·SAC掺量约为10%时,复合胶凝体系的凝结时间相比P·O明显缩短,早期强度提高幅度较大,同时也能获得较大幅度的后期强度增长,力学性能较纯组分水泥性能优越。复合胶凝体系的早期水化速率和放热量高于单组分水泥。随着R·SAC的掺入,复合胶凝体系的水化产物中钙矾石(AFt)增多,Ca(OH)₂晶体减少,且AFt的生成量越多,越有利于早期强度的发展,当R·SAC掺量超过30%时,Ca(OH)₂消失。     

三种固废微粉对磷酸钾镁水泥浆体早期性能影响及作用机理

为改善磷酸钾镁水泥(MKPC)浆体的早期性能,并充分利用固废微粉,采用宏观性能测试和微观结构分析相结合的方法,研究了不同掺量的粉煤灰、钢渣和镍渣微粉对磷酸钾镁水泥浆体早期(常温养护24 h)的水化温度、抗压强度和体积变形的影响规律。结果表明:三种固废微粉的掺入,可使复合MKPC浆体的第一水化温度峰值降低3~10 ℃,其中钢渣的掺入效果显著,使其第一峰值出现的时间延迟30 min以上。考虑固废微粉的最大利用率并参照快速修补材料1 d强度不低于42.5 MPa的规定,粉煤灰、钢渣和镍渣微粉的适宜掺量分别为20%、30%和30%。复合MKPC硬化浆体在养护24 h时的体积膨胀率较对比组均有所增加。此外,微观分析表明含固废微粉的MKPC硬化浆体生成晶体的数量增多、尺寸变小且形貌发生改变,结构堆积也明显变得致密。     

5℃养护下甲酸钙对水泥早期水化的影响

本工作在5℃低温条件下,研究了甲酸钙对砂浆1d、3d、7d、28d抗压强度的影响规律,并分别从水化放热、水化动力学过程、水化产物等角度,分析了低温下甲酸钙对水泥早期水化的影响.结果表明:甲酸钙具有低温早强作用,可促进5℃低温下砂浆早期强度的发展,其强度提高作用时间主要在前3 d,适宜掺量范围为1％～2％.甲酸钙的掺入可促进低温下水泥初期(前7 d)的水化反应,使水泥水化诱导期略有缩短,加速期提前,水化温峰出现时间提前,水化放热速率、放热量均明显增大;掺甲酸钙组分可提高水泥水化结晶成核与晶体生长(NG)、相边界反应(I)和扩散反应(D)各阶段的反应速率,并使相边界反应(I)阶段持续时间延长、水化程度提高.水泥初期(前7 d)水化产物中Ca(OH)2数量增加,但水化产物种类未发生明显变化.     

水泥水化过程计算机模拟研究——CEMHYD3D系统分析与模拟实现

分析了水泥水化过程计算机模拟这一领域最有代表性的模拟系统--CEMHYD3D的建模过程,以CCRL Cement 133水泥为例,对不同水灰比条件下的水泥水化过程进行了实际模拟计算,对水化热、水化程度、水化过程中主要反应物和产物的变化情况进行了预测.研究表明,CEMHYD3D的模拟结果与实验所揭示的规律一致性较好,尤其是该软件在物相成分变化规律方面的预测对于水化机理的研究很有意义.     

基于中心粒子水化模型的水泥水化动力学研究

在K.B.Park提出的中心粒子水化模型的基础上,考虑内、外部水化产物的具体特征以及自由水与水化产物接触相界面积的减小导致水泥水化速率减小这2个因素,建立硅酸盐水泥的微观水化模型,并用于预测水化速率随水化程度的变化关系。结果表明,在水泥的整个水化过程中,修正的微观水化模型都能够更真实地反应水泥水化速率与水化程度变化的关系。     

含钡硫铝酸盐水泥的水化动力学与热力学研究

采用XRD和等温微量热法测试计算含钡硫铝酸盐水泥的水化动力学和热力学过程。结果表明,含钡硫铝酸盐水泥的水化过程主要受扩散过程控制,水化速率变化模式与铝酸钙、硅酸盐水泥类似。水化过程分为加速期、减速期和衰减期:在加速期,水化反应受成核反应控制,属自催化反应;从减速期开始,水化物在颗粒表面形成水化物薄膜,水化反应阻力加大,速率减缓;进入衰减期,水化反应完全受扩散过程控制。     

Influence of the water to cement ratio W/C on the compressive strength of concrete — An application of the cement hydration equation to concrete

The cement hydration equation was used to determine the influence of the water to cement ratio, W/C, on the compressive strength of concrete up to the end of the hydration age. Using the hydration equation, the equations of the compressive strength of concrete were derived for five values of the ratio W/C equal to 0.50, 0.55, 0.60, 0.65, and 0.70. The curves of variation of the compressive strength versus the W/C ratio for the hydration age of 7, 28, 90 and 5475 days were drawn. Based on these curves a thorough study of the influence of the W/C ratio on the compressive strength of concrete was undertaken.     

不同水灰比下无水硫铝酸钙的水化反应

为澄清无水硫铝酸钙的水化反应机理,利用化学试剂Ca CO3、Al2O3、Ca SO4合成纯度达90%以上的无水硫铝酸钙(C4A3)单矿物,研究其在水灰比为0.3、05、0.7条件下的水化反应,包括不同水化时间的水化产物及变化规律,用X射线衍射仪、综合热分析仪和扫描电子显微镜对水化产物进行分析.结果表明:水化产物为含不同摩尔结晶水的2种单硫型水化硫铝酸钙C4AH12(AFm-12)和C4AH1 4(AFm-14)以及无定形状态的铝凝胶(AH3),整个水化过程未生成钙矾石(AFt);随着水化时间的延长,C4AH12(AFm-12)会逐渐转化为C4AH1 4(AFm-14);水化反应主要集中发生在3~12 h,后期C4AH1 4晶体不断长大.     

甲酸钙对硫铝酸盐水泥早期水化过程的影响

利用维卡仪、水化放热速率、XRD、TG-DSC和SEM等测试手段,研究了甲酸钙(Ca(HCOO)2)对硫铝酸盐水泥凝结时间、水化历程和水化产物及微观形貌的影响。结果表明,Ca(HCOO)2可明显促进硫铝酸盐水泥的凝结,并缩短初凝和终凝时间间隔;显著缩短了硫铝酸盐水泥的水化诱导期,且使水化加速期提前,使第一水化热峰值提高32%,但对水化稳定期的水化放热速率无明显影响;Ca(HCOO)2可以提高硫铝酸盐水泥水化环境的碱度,在早期提高了水化产物钙矾石(AFt)的结晶度,水化早期生成的水化产物结构致密,但并不改变水化稳定期的水化产物和微观形貌。     

氯氧镁水泥胶凝材料的研究进展

氯氧镁水泥是由轻烧菱镁石粉和氯化镁水溶液按一定比例混合而成的一种新型镁质气硬性胶凝材料。它有很多优于普通硅酸盐水泥的性能,但其耐水性差等缺点也很突出。为了使氯氧镁水泥得到更好的应用,总结和分析了氯氧镁水泥的研究进展,包括水化行为、水化产物组成和结构、耐水性以及生产应用方面。指出了氯氧镁水泥在当前的发展过程中存在的不足和问题,以期为后续氯氧镁水泥的进一步研究提供参考。     

在Ca(OH)2碱性条件下亚硫酸钙对矿渣的激发作用研究

采用DTA、XRD、SEM等测试方法 ,研究了在Ca(OH) 2 碱性条件下CaSO3·1 2H2 O对矿渣的激发作用 ,并与CaSO4·2H2 O对矿渣的激发作用进行了对比。结果表明 :CaSO3·1 2H2 O对矿渣的激发作用远不如CaSO4·2H2 O ,CaSO3·1 2H2 O和铝酸盐反应主要生成片状的C3A·CaSO3·11H2 O     

A comparison study of Portland cement hydration kinetics as measured by chemical shrinkage and isothermal calorimetry

Two different methods of evaluating cement hydration kinetics, namely chemical shrinkage and isothermal calorimetry tests, are used to investigate the early stage hydration of different classes of oilwell cement at various temperatures. For a given cement paste, the hydration kinetics curves measured by the two methods are proportional to each other at the same curing temperature. The ratio of heat of hydration to chemical shrinkage for different cements used in this study ranges from 7500 J/mL to 8000 J/mL at 25 °C and increases almost linearly with increasing curing temperature at a rate that varies only slightly with cement composition (approximately 58 J/mL per °C). A previously proposed scale factor model for simulating the effect of curing temperature and pressure on cement hydration kinetics is further validated in this study for its temperature aspect. The model is shown to be particularly helpful in correcting for slight temperature errors in the experiments.     

碳酸化钢渣和矿渣作硅酸盐水泥混合材水化性能研究

通过对钢渣碳酸化前后的硅酸盐相提取及水化放热性能和将碳酸化钢渣和矿渣作为混合材的硅酸盐水泥的胶砂强度和水化产物种类的测定,以及对它们微观形貌的观察,研究了碳酸化钢渣对胶凝体系水化性能的影响.结果表明,碳酸化使钢渣中硅酸盐相的含量由47.06％下降至14.38％;碳酸化促进了钢渣的早期水化,抑制其后期水化;在配比相同的条件下,碳酸化钢渣-矿渣-硅酸盐熟料体系试样的3、28d抗压强度较未碳酸化钢渣-矿渣-硅酸盐熟料体系试样的高;碳酸化生成的CaCO3促进了熟料的水化;碳酸化钢渣促进了胶凝体系中AFt的生成,且生成水合碳铝酸钙.