石灰石粉-粉煤灰细度变化对水泥基胶凝材料体系水化动力学的影响

为研究混磨不同细度石灰石粉-粉煤灰对水泥基胶凝材料水化进程和早期力学性能的影响规律,本文采用等温量热法测定了不同细度复合胶凝体系在水化温度为20 ℃时的水化放热速率和放热量,根据Krstulovic-Dabic提出的水化动力学模型计算了复合胶凝体系水化反应各阶段的动力学参数。结果表明:增加石灰石粉和粉煤灰的细度可促进复合胶凝体系水化产物的结晶成核与晶体生长,缩短水化诱导期结束时间和达到最大放热速率时间,加速水泥的水化反应速率。石灰石粉和粉煤灰细化会缩短相边界反应过程时间,使复合胶凝体系在水化程度更高时发生反应控制机制转变。抗压强度试验表明增加细度可明显提高胶砂试件的早期强度,其后期强度保持稳定。     

石灰石粉在复合胶凝材料中的水化性能

用扫描电镜、X射线衍射和能谱技术研究石灰石粉在复合胶凝材料中的水化性能和水化产物.结果表明:石灰石粉的掺入会降低复合胶凝材料的强度,但对后期(180 d)强度的影响会逐步减小;石灰石粉与普通硅酸盐水泥在早期(28 d)水化程度较低,后期会与铝酸盐发生水化生成水化碳铝酸钙;在铝酸钙水泥的激发下,石灰石粉早期就能参与水化生成水化碳铝酸钙.     

不同矿物掺合料在复合胶凝材料中水化特性的对比研究

通过强度、X射线衍射(XRD)、差热-热重(DTA-TG)及扫描电镜(SEM)测试,对比研究了玻璃粉、石灰石粉和钢渣粉在水泥基材料中的水化特性.结果表明:养护早期,钢渣粉、石灰石及玻璃粉在胶凝体系中主要作为惰性材料起到填充作用,单掺15％的石灰石粉和钢渣粉能促进胶凝体系早期强度增长.养护至90 d时,由于掺合料的二次水化作用,复合胶凝体系的强度增长率高于纯水泥样;石灰石粉能与熟料中的铝相发生水化反应生成单碳水化碳铝酸钙;钢渣粉胶凝体系内,除了水泥水化继续生成的氢氧化钙之外,钢渣粉中的活性物质如C2S和C3S后期水化也能生成氢氧化钙,使得体系内氢氧化钙含量随龄期增加而增加;玻璃粉在养护后期能与氢氧化钙发生火山灰反应,且玻璃粉火山灰反应消耗的氢氧化钙量大于水泥水化的氢氧化钙量,导致玻璃粉体系内氢氧化钙含量随龄期增加而降低.     

活化煤矸石在水泥基材料中的早期水化动力学研究

采用活化煤矸石(CCG)部分取代波特兰水泥的方式,对比研究了CCG对CCG-水泥复合胶凝材料的凝结时间、力学性能和水化热反应等的影响.利用水化热法研究了CCG-水泥复合胶凝体系的水化特性;并基于Krstulovic-Dabic模型,分析了CCG-水泥复合胶凝体系的水化反应机理.试验结果表明,活化煤矸石取代硅酸盐水泥熟料的最佳掺量为30％,此掺量下,能保证良好的力学性能与工作性能;CCG对CCG-水泥复合胶凝材料的早期水化无明显影响,后期活化煤矸石中的铝相、硅相会与氢氧化钙反应发生火山灰效应;活化煤矸石能增大水泥水化结晶成核与晶体生长(NG)、相边界反应(Ⅰ)过程的反应程度并降低扩散(D)阶段的反应程度;同时能降低NG、I过程的反应速率,并在不高于30％的掺量下,对D过程的反应速率有一定的增强作用.     

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。     

硅锰渣-固硫灰复合辅助性胶凝材料水化机理研究

早期水化活性过低是限制冶炼渣在胶凝材料体系中大掺量应用的重要因素之一。利用固硫灰(CFBA)中的硫酸盐激发硅锰渣(SM)水化活性,并研究硅锰渣-固硫灰复合辅助性胶凝材料的水化过程及活性发展。结果表明:随着固硫灰掺量增加,胶砂流动度大幅下降,但其早期和后期活性得到有效提升;当固硫灰掺量为10%(质量分数)时,复合辅助性胶凝材料3 d、7 d和28 d活性指数分别达到61%、71%和95%,均高于单独使用硅锰渣体系(3 d、7 d和28 d活性指数分别为50%、53%和81%)。固硫灰的掺入激发了水泥和辅助性胶凝材料的早期水化,延缓了水化过程中钙矾石转变为单硫型水化硫铝酸钙(AFm),使得胶凝材料早期水化形成更多钙矾石。     

陶瓷抛光砖粉与水泥熟料的相互作用

通过化学结合水量和水化热的测定,研究陶瓷抛光砖粉与水泥熟料的相互作用,并将之与粉煤灰对比.结果表明:陶瓷抛光砖粉的掺入降低了复合胶凝材料的总水化程度,但促进了复合胶凝材料中水泥熟料的水化;以相同掺量取代水泥熟料,掺抛光砖粉可明显促进水化样早期水化,降低水化热,至水化后期这种促进作用有所降低.在最佳掺量约30％的条件下,抛光砖粉对水泥熟料水化反应的促进作用明显,此时熟料水化程度最高,表现为等效结合水量值最大.掺粉煤灰对水化样的早期水化促进作用不明显,但至水化后期会加速水化.粉煤灰掺量越大,粉煤灰自身的反应程度越低,水泥水化的程度越高.     

大掺量石灰石粉-水泥复合体系水化机理的研究

通过XRD、综合热分析、水化放热等测试手段对大掺量石灰石粉-水泥复合体系的水化机理进行分析,分析结果表明：石灰石粉对水泥早期水化有显著的促进作用,石灰石粉比表面积越大,效果越明显,在水化后期,部分石灰石粉参与水化反应生成少量水化碳铝酸钙,掺有石灰石粉的水化浆体中凝胶数量较纯水泥系统少。     

减水剂与石灰石粉复合胶凝材料的适应性研究

针对石灰石粉在掺合料混凝土中的应用所产生的外加剂与胶凝体系的适应性问题,采用饱和点和流动度的方法比较了减水剂与不同复合胶凝材料(石灰石粉-粉煤灰、石灰石粉-矿渣、石灰石粉-硅灰)的适应性影响规律.试验结果表明:不同复合胶凝材料组成的适应性存在显著差异,石灰石粉的掺入能够降低聚羧酸高效减水剂的饱和点;粉煤灰和矿渣的掺入对改善聚羧酸高效减水剂与石灰石粉-水泥胶凝体系的适应性有利;硅灰的掺入使得聚羧酸高效减水剂与石灰石粉-水泥胶凝体系的适应性变差;石灰石粉-粉煤灰的掺入,混凝土的早期强度降低,但是混凝土的后期强度得到提高.     

水化热抑制剂对复合胶凝材料体系早期水化动力学的影响

本文研究了水化热抑制剂(TRI)对水泥-粉煤灰-矿渣复合胶凝材料早期水化过程。通过改变矿物掺合料在胶凝材料中的质量占比以及TRI的掺量,研究了胶凝材料的水化特性,并基于Krstulovic-Dabic水化动力学模型计算了反应速率常数、几何晶体生长指数等动力学参数。结果表明,矿物掺合料和TRI复合使用会延缓胶凝材料水化并降低最大放热速率;复合胶凝材料的水化过程均有结晶成核与晶体生长、相边界反应以及扩散3个阶段,Krstulovic-Dabic水化动力学模型能较好地模拟各复合胶凝材料的水化过程;矿物掺合料和TRI会影响复合胶凝材料水化产物的结晶成核以及晶体生长,并降低复合胶凝材料各阶段的水化速率。     

超细磷渣粉对水泥性能的影响

为了研究超细磷渣粉对水泥性能的影响,测试了普通磷渣,4 μm、2μm超细磷渣-水泥复合胶凝材料的标准稠度用水量、凝结时间、水化热、胶砂抗压强度.结果 表明:与纯水泥相比,超细磷渣掺入使复合胶凝材料标准稠度用水量增大5.6％～12.6％,凝结时间延长;普通磷渣-水泥复合胶凝材料相比于纯水泥水化速率缓慢,第二水化放热峰时间延迟8.26h;超细磷渣-水泥复合胶凝材料相比于普通磷渣-水泥复合胶凝材料水化放热速率增大,第二水化放热峰提前5.5h,超细磷渣-水泥复合胶凝材料120 h水化放热总量接近纯水泥;超细磷渣-水泥复合胶凝材料3d、7d抗压强度与水泥胶砂强度持平,28 d抗压强度超过水泥胶砂强度.超细化处置可增强磷渣的活性,促进磷渣本身的火山灰反应,提高水泥基材料性能,对实现磷渣的资源化利用具有重要意义.     

C-S-H纳米晶核对矿物掺合料复合胶凝材料水化性能的影响研究

水泥中掺入大量矿物掺合料易造成其早期强度低、施工周期长等问题。本文研究了C-S-H晶核对含矿物掺合料的复合胶凝材料体系水化性能的影响规律;通过热力学计算阐述了C-S-H晶核降低水化产物成核势垒的机理,并通过离子溶出与沉积探讨大掺量矿物掺合料胶凝体系水化机理。结果表明：矿物掺合料复合胶凝材料体系水化能力较弱,这是由于Ca²⁺溶出受到制约,C₃S的水化反应缓慢;当加入晶核后,水泥中硅酸盐相溶解-结晶能力得到大幅提升,使得矿物掺合料水泥体系的水化反应活性接近纯水泥体系。研究表明,C-S-H晶核可解决大掺量矿物掺合料胶凝体系所带来的水化能力严重不足问题。     

粉煤灰-脱硫石膏-水泥基复合胶凝材料微观试验研究

脱硫石膏和粉煤灰按比例混合后可复合制成一种新型活性胶凝材料,采用SEM和XRD两种微观试验方法,对复合胶凝体系在不同龄期内的水化过程和水化产物形貌进行观察和分析。试验结果表明：脱硫石膏的加入对粉煤灰活性具有较强的激发作用,粉煤灰-脱硫石膏-水泥三元复合胶凝材料体系的水化反应更为剧烈,水化产物更加丰富,早期强度得到提升。     

低活性废渣配制复合水泥及其水化机理研究

以低活性的钢渣、锰渣为主掺合料,辅以适量的石灰石粉为超细填料,与熟料配比后制成复合水泥。当钢渣/锰渣的量40%、石灰石粉10%、熟料及半水石膏50%时达到最优化配比,配制成性能符合PC32.5标准的水泥。研究了掺合料的颗粒形貌及粒径分布对复合水泥强度的影响,通过SEM、XRD分析生态水泥的早期水化程度和产物,揭示矿渣生态水泥的水化特点。     

再生细粉-矿渣粉复合胶凝材料水化过程试验研究

对水泥、粉煤灰、矿渣粉、单一再生细粉及其与矿渣粉复合的胶凝材料的水化放热速率、放热量和水化过程各阶段的持续时间进行研究.试验结果表明,各类胶凝材料及单一再生细粉水化反应诱导前期出现第一放热峰的时间均为1.5 ～3.2 min,再生细粉-矿渣粉复合胶凝材料则为7～18 min;且后者水化反应减速期为50 h,比前者延迟了10 h,使其3d水化热值较高.另外,再生细粉-矿渣粉复合胶凝材料3d水化热值与7d抗压强度有一定正相关性,但对28 d抗压强度影响不大.通过分析材料组成对水化热和抗压强度的影响,说明基准再生细粉中SiO2含量高是导致其水化热及抗压强度均较低的原因,而矿渣粉具有后期增强效应.另外,助磨剂对再生细粉的水化热有一定影响.使用助磨剂处理技术与矿渣粉复配技术共同处理再生细粉,可以得到28 d抗压强度为50 MPa、再生细粉质量分数为10.5％且水化热介于水泥与矿渣粉之间的复合胶凝材料.     

超细熟料活性效应及充填效应对石灰石硅酸盐水泥性能影响

为提高水泥熟料的有效利用率,降低水泥生产成本,改善石灰石硅酸盐水泥性能。用超细熟料、石灰石粉配制了石灰石硅酸盐水泥,在此基础上,研究了超细熟料充填效应对石灰石硅酸盐水泥堆积密实度、净浆流动性和胶砂强度的影响,以及超细熟料活性效应对胶砂强度和水化产物的影响。结果表明:超细熟料-石灰石粉复合水泥的颗粒充填堆积密实度与净浆流动性有一定的关联性,即堆积密实度越大越能改善净浆流动性;与普通细度水泥熟料对比,超细熟料具有更高的水化活性,提高了复合水泥的抗压、抗折强度,超细熟料掺量为30%时各龄期的活性效应最为理想;超细熟料的填充密实效应提高了复合水泥胶砂强度,当超细熟料掺量为30%时填充效应对强度影响最显著;与普通细度水泥熟料对比,超细熟料中的C_3A与石灰石粉中的CaCO_3反应生成了更多的水化碳铝酸钙。     

石灰石粉和粉煤灰对复合胶凝材料性能的影响

研究了石灰石粉和粉煤灰对复合胶凝材料性能的影响。试验结果表明,石灰石粉具有比粉煤灰更好的减水效应;在石灰石粉-粉煤灰-水泥三元复合胶凝材料中,石灰石粉和粉煤灰掺量相同时,其复合胶凝材料的早期强度比粉煤灰高,而后期更低,但两者复合时,强度仍更高。     

提钛尾渣对硅酸盐水泥水化性能的影响

提钛尾渣是高钛型高炉渣提取合金后的残渣,与铝酸盐水泥的化学、矿物组成相近,具有较好的水化活性.分析不同掺量的提钛尾渣对硅酸盐水泥复合胶凝体系的凝结时间、水化放热、力学性能和水化产物的影响.结果发现,掺量20％提钛尾渣会导致复合胶凝体系早凝,水化初期的水化放热速率加快,累积放热量降低,1 d的水化产物中氢氧化钙减少,单硫型水化硫铝酸钙和三水铝石增多.不同掺量的提钛尾渣均会促进水泥早凝,降低力学性能.随着提钛尾渣掺量的增加,水泥的早凝不明显,力学性能有所增长,水化产物中出现CAH10和C3 AH6的特征峰.     

电解锰渣对热焖钢渣活性的硫酸盐激发

选用电解锰渣和水泥熟料作为激发剂,重点研究电解锰渣掺加量对热焖钢渣活性激发的影响,并通过XRD、SEM分析了电解锰渣对水化产物及水泥石微观结构的作用。结果表明：掺加量为12%（质量分数）的电解锰渣对熟料-热焖钢渣体系具有较好的硫酸盐激发效果,加快了钢渣的水化速率,大幅度提高了钢渣胶凝材料的早期强度和后期强度;电解锰渣的掺入对水化产物种类影响不大;与未掺入激发剂组相比,经激发后钢渣胶凝材料浆体中主要以絮状的C—S—H凝胶为主,同时还存在少量的AFt晶体,各水化产物具有良好的匹配,形成致密的结构,从而使整个体系获得较高的强度。     

复合活化剂对高掺量矿渣胶凝材料性能及其作用机理的影响

针对水泥-高掺量矿渣胶凝材料早期强度发展缓慢的现象,自行设计开发了一种用于激发矿渣早期水化活性的复合活化剂,对比研究了复合活化剂与纯硫酸盐对水泥-矿渣胶凝材料性能以及水化机理的影响。结果表明:复合活化剂与纯硫酸盐均能在水化1 d内提高水泥熟料和矿渣的反应程度,促进矿渣产物形态提前由外部水化产物向内部水化产物过渡,提升胶凝材料早期宏观性能;然而使用纯硫酸盐激发的胶凝材料后期性能下降,可能是由于生成过量钙矾石所造成;复合活化剂则通过促进水泥熟料水化、加速矿渣溶解、反应以及改善微观结构性能等提高胶凝材料早期强度提升,对后期性能无副作用。