水热合成C-S-H凝胶所用硅质原料的特性研究

详细研究了不同硅质原料的化学组成、杂质含量、可溶硅含量ζ电位等物化特性,并且进行了ＸＲＤ,ＩＲ、ＳＥ会等微观测试,在此基础上,分析了硅质原料和石灰的反应机理,得到影响它们反应速率的主要因素是硅质原料中ＳｉＯ２的溶解速度,包括ＳｉＯ２的溶解度,硅质原料的平均粒径、比表面积等,最后得出,适合水热合成Ｃ－Ｓ－Ｈ凝胶的硅质原料应该具有较高的可溶硅含量和较大的比表面积。     

水热合成硅酸钙微孔球形颗粒

动态水热合成生成的硅酸钙微孔球形颗粒的空隙率可高达90%以上,颗粒由无数纤维状硬硅钙石晶体构成.讨论了合成工艺参数对形成球形颗粒的影响.反应物中SiO2 和CaO的比例需保持1∶1,否则反应最终产物中可能出现其它硅酸钙矿物.搅拌对形成球形颗粒起着决定性作用,在搅拌作用下C-S-H凝胶表面受到切向剪切力矩的作用,片状的凝胶被卷成为球形颗粒.在水热合成过程中加入矿化剂能够降低凝胶粒子ζ的绝对值,促进C-S-H凝胶形成大的团聚体,矿化剂的存在提高了由C-S-H凝胶团聚生成硬硅钙石的温度,从而保证C-S-H凝胶团聚有充足的时间形成大的球形团聚体.     

水热合成水化硅酸钙(C-S-H)的制备与表征

本论文以高纯氧化钙与白炭黑为原料,通过水热法合成了水化硅酸钙(C-S-H).采用XRD、SEM对分别选取温度为100℃、120℃、150℃、180℃水热反应6h的水化硅酸钙样品,与150℃分别反应2h、6h、10 h的样品做了物相变化与显微结构的分析,结果表明在低于120℃时产物为结晶度较低的凝胶,随着温度的升高,水化硅酸钙凝胶的结晶度逐渐提高,在150℃和180℃时,生成结晶度较高的托勃莫来石和硬硅钙石;反应时间从6h延长到10h只提高了晶体的结晶度,而没有改变晶体结构.这一结果对改善蒸压制品的蒸压制度具有重要的指导意义.     

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。     

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.     

钙硅比对水热合成水化硅酸钙实验的影响研究

针对钙硅比对水化硅酸钙产品成分与结构影响较大的现象,为了分析这种影响规律,实验过程中按照不同钙硅比配入原料,采用水热合成法制备水化硅酸钙,实验最终得到了钙硅比对产物水化硅酸钙物相微观结构以及聚合度的影响规律.对实验产物进行XRD分析发现,随着钙硅比的升高,分析结果中出现了Tobermorite(托勃莫来石)以及硬钙硅石的相.通过对产物SEM分析发现,随着钙硅比的升高,产物颗粒表面微观结构变得疏松.通过红外分析发现,产物聚合度随着钙硅比的升高而降低.     

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.     

水化硅酸钙回收污水中磷的试验研究

采用合成水化硅酸钙进行污水除磷试验,以模拟污水为研究对象,考察了接触时间、Ca2+浓度、初始pH值、干扰离子等因素对除磷效果的影响,在利用水化硅酸钙回收实际污水中磷的试验发现,在处理8h后除磷量达到101 mg/g,折合P2O5含量超过常用的水溶性磷肥过磷酸钙,且产物经酸处理后将快速释磷,在1h后磷释放率接近100％,...     

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。     

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。     

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.     

不同硅质材料对水热合成硬硅钙石的影响

采用晶体与非晶态硅质原料,与氧化钙在高压釜中进行动态水热反应,合成晶须状硬硅钙石晶体,研究合成温度,保温时间等工艺参数对最终结晶产物的影响,并使用XRD、SEM对水热合成的产物进行分析.     

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。     

水化硅酸钙/柠檬酸纳米复合物对水泥水化硬化作用的影响机理

纳米水化硅酸钙(CSH)是硅酸盐水泥的高效早强晶核剂。以柠檬酸为分散稳定剂,采用成核晶化隔离法合成CSH/柠檬酸纳米复合物,研究了柠檬酸用量对CSH/柠檬酸纳米复合物(CCNs)结构、粒度分布的影响以及CCNs对水泥水化硬化的作用机理。结果表明：柠檬酸可插层进入纳米CSH层间,CCNs的平均粒径在90～160 nm之间,且CCNs中柠檬酸含量越高,其粒径越小,在pH=13的碱性溶液中释放出的柠檬酸越多。CCNs由于自身晶核及柠檬酸的协同作用影响水泥水化,改善了孔结构并提高了12 h、1 d、3 d、7 d及28 d抗压强度。     

协同水化制备水硬性材料及其水化产物的研究

按钢渣、矿渣和粉煤灰以5∶3∶2的比例组成复合废渣,在改性水玻璃等激发剂的协同作用下,制备得到的浆体28 d抗压强度高达53.56 MPa,凝结时间及安定性均合格。通过X射线衍射(XRD)分析、电子扫描电镜(SEM)形貌观察等对浆体中的水化产物进行分析,结果表明,在协同水化作用下,水化产物中存在网络状的水化硅酸钙(C-S-H)。     

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.     

重金属离子对水化硅酸钙结构和形貌的影响

采用碱硅酸盐和钙盐的溶液反应方法,合成初始钙硅比为0.8、1.8的掺杂不同重金属离子的水化硅酸钙(C-S-H).对制备的C-S-H进行了XRD、IR、SEM测试分析,结果表明,掺杂重金属离子的低钙硅比C-S-H凝胶的衍射主峰强度下降,谱峰宽度增加;高钙硅比凝胶中钙和硅氧四面体的化学键遭到破坏,使Ca2+溶出,形成Ca(OH)2晶体;掺杂Pb的高钙硅比C-S-H凝胶,Q2伸缩振动峰向低波数方向偏移,Q1伸缩振动峰的吸收强度增加,硅氧四面体聚合度逐渐降低,链长变短;重金属离子可显著改变低钙硅比C-S-H凝胶形貌,使高钙硅比凝胶呈不规则团块状堆积.     

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。