矿渣-水泥复合胶凝体系低温水化动力学研究

研究了低温下矿渣-水泥复合胶凝体系的水化反应特性和水化反应动力学.研究表明:低温下,复合胶凝体系的水化放热速率随着矿渣掺量的增加和环境温度的降低而下降;非蒸发水含量随着矿渣掺量的增加呈现降低的趋势;对已有水泥水化动力学方程进行计算,得到了低温条件下复合胶凝体系的动力学参数以及不同阶段反应速率和水化度间的关系,通过计算获得的动力学参数,可以对低温条件下复合胶凝体系不同反应阶段水化反应程度进行预测;在水化早期,复合胶凝体系中矿渣水化程度较低,消耗少量Ca(OH)2,使生成C-S-H凝胶的Ca/Si降低较少.在水化后期,复合胶凝体系中矿渣水化消耗较多的Ca(OH)2,使生成C-S-H凝胶的Ca/Si降低较多.矿渣掺量为50％时,硬化浆体C-S-H凝胶的Ca/Si远小于纯水泥体系.     

基于Krstulovic-Dabic模型的复合胶凝体系水化特性研究

将粉煤灰、矿粉、膨胀剂、纳米硅、粘改剂等掺合料按一定比例加入基准水泥中,采用等温量热仪测试了复合胶凝体系在5℃、20℃和30℃下的水化放热速率曲线.同时基于Krstulovic-Dabic模型,计算了相应的水化动力学参数,讨论了温度和掺合料对水化动力学参数的影响,探讨了复合胶凝体系复杂的水化机理.结果表明,复合胶凝体系的水化放热速率峰值随温度升高呈指数增加,而峰值到达时间则随温度升高呈指数减小,水化动力学参数随温度升高显著增大.掺合料的加入降低了复合胶凝体系的水化动力学参数和水化放热速率峰值,并使放热峰值提前出现,特别是膨胀剂和纳米二氧化硅作用显著.计算得到的反应速率曲线与测试得到的实际速率曲线的拟合精度受到温度和掺合料的影响.     

掺木钙-碳酸氢钠的粉煤灰水泥水化放热的研究

通过水化热,SEM,DTA等测试方法研究了木质素磺酸钙(CL)-碳酸氢钠(SB)复合外加剂对粉煤灰水泥水化放热的影响及机理。实验表明并非所有的掺木质素磺酸盐一碱金属碳酸盐复合外加剂的水泥水化放热曲线都出现双诱导期,双诱导期的出现与外加剂的掺量有关。     

粉煤灰混合水泥体系的水化放热模型

通过调整粉煤灰-水泥体系中的粉煤灰掺量,参照国家标准GB/T12959-2008《水泥水化热测定方法》中的溶解热法测试体系在恒温(20±1℃)条件下各龄期的水化放热量。分析粉煤灰对体系水化放热量的影响表明,粉煤灰-水泥体及系水化放热模型可以采用统一表达式:粉煤灰的水化放热量,等于某时刻粉煤灰与水泥水化放热量的比值系数乘以粉煤灰的掺量再乘以水泥恒温水化放热统一表达式。     

不同温度下矿渣-水泥复合胶凝体系水化反应特性研究

研究了不同水化温度对矿渣-水泥复合胶凝体系水化反应特性的影响.研究表明:随着水化温度的降低,复合胶凝体系的水化放热速率、非蒸发水含量、强度均呈现出降低的趋势,负温条件下复合胶凝体系的水化反应特性与常温一致;通过计算获取各个阶段的反应速率曲线,可较好地对由量热实验数据绘制的复合胶凝体系实际水化速率dα/dt曲线进行分段的模拟;将不同温度下复合胶凝体系水化放热量的数据转换为水化反应程度α,对既有模型进行验证.结果表明,现有模型可较准确的预测低温下复合胶凝体系的水化反应程度.     

矿渣-水泥胶凝体系的水化动力学模型

矿渣是由高炉炼铁熔融的矿渣骤冷时形成的细粒状玻璃态物质,它是一种活性掺和料.将矿渣粉作为掺合料掺入水泥基材料中,其活性可以得到充分的发挥,使得水化反应充分,进而改善水泥基材料的力学性能.本文分析了矿渣和水泥的水化动力学影响因素,建立了矿渣-水泥胶凝体系的水化动力学方程,主要从水胶比、温度以及比表面积这三个因素来分析矿渣掺量对矿渣-水泥胶凝体系水化过程的影响.结果表明,增大水胶比、升高温度及增大水泥颗粒的比表面积均能够不同程度的加速矿渣-水泥胶凝体系的水化进程.     

水泥水化放热与电阻率变化

测定了不同水泥的水化放热和电阻率变化,并做了电阻率变化率和放热速率的对比分析.研究发现:水泥水化1 d的电阻率随累计放热量的增加而增加;电阻率与放热速率随水化时间的变化均能独立地反映水泥水化进程;且水泥水化放热速率曲线的一些特征峰,如:溶解热峰、主教热峰,钙钒石转化峰等,在一定时间偏差范围内,均可在电阻率变化曲线上找到与之对应的突变点.水泥水化放热速率在诱导期达到极小值后先快速增长,再慢速增长,存在转折点,且电阻率变化率有相应峰值与其对应.     

温度对补偿收缩复合胶凝材料水化放热特性的影响

采用等温量热法,测定了在低水胶比条件下,不同组成的补偿收缩复合胶凝材料在不同水化温度时的水化放热曲线,探讨了在接近实际结构内部环境时补偿收缩复合胶凝材料的水化特性.在25℃,水胶质量比为0.3的条件下,硫铝酸盐型膨胀剂会抑制复合胶凝材料的正常水化,使其水化放热速率迅速降低,总放热量大幅度减小.提高水化温度消除了膨胀剂对于复合胶凝材料水化反应的抑制作用.在45℃时,掺加膨胀剂的复合胶凝材料的最大水化放热速率和96 h总放热量与纯硅酸盐水泥相当或更高.适当提高水化温度促进了矿物掺和料的水化反应,使得补偿收缩复合胶凝材料的水化硬化过程与膨胀剂效能发挥时间更好地匹配.     

高掺量粉煤灰水泥胶凝材料的水化性能研究

用ＴＭＳ－ＧＣ,ＸＲＤ,ＤＴＡ,ＳＥＭ等方法研究了高掺量粉灰水泥胶凝材料的水化性能;分析了粉煤灰掺量、激发剂等对高掺量粉煤灰水泥胶凝材料水化性能的影响,并与硅酸盐水泥的水化性能进行了对比。结果认为：高掺量粉煤灰水泥的水化速度低于不掺灰的硅酸水泥的水化速度,但后期增长较快;激发剂能加快高掺量粉煤灰水泥的水化速度。     

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。     

化学外加剂对粉煤灰-矿渣-水泥胶凝体系的激发作用

为提高粉煤灰-矿渣-水泥充填胶凝体系早期强度,选取10种激发剂,通过单掺及复掺试验,研究激发剂的早强性能,并获得最优配比,利用XRD、SEM、EDS手段分析了胶凝体系的水化产物及复合激发剂作用机理.结果表明:单掺激发剂时,当掺量≤1.4％,早强效果较优的依次为:NaCl>Na2 CO3>CaSO4·2H2 O>Na2 SiO3·9H2 O>三乙醇胺,复掺激发剂最佳配比为:NaCl、三乙醇胺分别为胶凝材料总质量0.9％和0.03％,硫铝酸盐水泥、CaSO4·2H2 O均为水泥熟料质量5％,胶砂试样3 d强度比空白样提高191.7％,28 d强度与空白样相差不大;胶凝体系受激发主要水化产物为C-S-H凝胶、水化氯铝酸钙和钙矾石,C-S-H凝胶构成了试样的强度主体,针状钙矾石与片状水化氯铝酸钙交错生长,具有加筋、填充作用,使微观结构更加密实、紧凑,提高了早期强度.     

粉煤灰-水泥浆体二元体系的水化动力学模型

与普通硅酸盐水泥相比,粉煤灰-水泥浆体中同时存在水泥的水化反应和粉煤灰的火山灰反应.基于中心粒子水化模型,并考虑了粉煤灰对水泥水化过程三个影响效应:稀释效应、物理效应和化学效应,建立了粉煤灰-水泥二元体系的微观水化模型,可用于预测粉煤灰-水泥浆体的水化速率随水化程度的演化关系.     

粉煤灰及矿渣对水泥浆体系早期水化热效应的控制研究

针对深水天然气水合物层固井对水泥浆体系低水化热、及现代生态文明建设对工业废料有效利用的双重要求,重点利用粉煤灰及矿渣对水泥浆体系水化热的控制效应制备了以常规波特兰水泥为主料、粉煤灰及矿渣为辅料的低水化热水泥浆体系.采用自研半绝热测试实验设备对水泥浆体系早期水化过程中温度进行了连续测量,以水泥浆体系最高温度(TMAX)及最大水化温升(TRISE)表征了粉煤灰及矿渣对水化热控制效应.实验结果表明,粉煤灰及矿渣均可大幅度降低水泥浆体系早期水化热.同时,后期力学性能测试结果显示复掺矿渣有助于水泥浆体系早期强度的发育;另外,结合文献报道复掺粉煤灰有利于水泥浆体系后期强度的发育,极大的改善了水泥石致密性及耐久性.因此,基于2:1:1(水泥:粉煤灰:矿渣)的质量配比制备了低水化热水泥浆体系CFS1-1,综合性能研究表明该低水化热水泥浆体系CFS1-1低温条件下具备较好的工程应用性能,为深水天然气水合物层固井水泥浆体系的设计提供了一种可行的方案,同时也实现了粉煤灰及矿渣等工业废料的高效及合理利用.     

利用垃圾焚烧飞灰制备硫铝酸盐水泥及其水化放热特征

以城市垃圾焚烧飞灰为主要原料,在实验室电炉里成功烧成了硫铝酸盐水泥熟料.分析了焚烧飞灰掺量、碱度对熟料烧成的影响,研究了烧成熟料的形貌、化学组成,以及掺加一定量的无水石膏配制的硫铝酸盐水泥物理性能及其水化放热特征.结果表明:以焚烧飞灰为主要原料可以煅烧得到理想的硫铝酸盐水泥熟料;生料配比中焚烧飞灰掺量不宜超过30%,所...     

低水化热粉煤灰胶凝材料体系的设计及应用

对不同胶凝材料体系进行水化热试验表明 ,确定粉煤灰水泥体系是降低混凝土温度的最佳选择。通过合理配合和在施工过程中测温作为混凝土养护依据 ,确保了大体积混凝土质量达到设计要求。     

熟料-无水石膏系统与粉煤灰-石灰-无水石膏系统的水化产物

本文用XRD和SEM对CA和FLA不同龄期的水化产物数量和形貌进行了分析.随龄期增加,CA中CaSO4数量慢慢减少,而FLA中CaSO4数量则快速减少.3 d龄期时CA中有一些钙矾石晶体,此后随龄期增加钙矾石数量无明显增加;3 d龄期时FLA中只有很少的钙矾石晶体,此后随龄期增加,钙矾石数量显著增加.3 d后CA中CaSO4·2H2O的数量都很少;随龄期增加,FLA中CaSO4·2H2O的数量先增加后减少.3 d后CA中Ca(OH)2数量随龄期增加基本保持不变,而FLA中Ca(OH)2数量随龄期增加逐渐减少.CA中水化硅酸钙凝胶为典型的成簇生长的呈放射状分布的纤维状形貌,而FLA中水化硅酸钙凝胶则为无定形物质.3 d时CA中钙矾石晶体为短柱状,而FLA中钙矾石为短针状;70 d后CA和FLA中都能见到长针状钙矾石.     

掺矿渣粉、粉煤灰对水泥水化热的影响

通过矿渣粉、粉煤灰及双掺矿渣粉和粉煤灰不同掺量对胶凝材料水化热性能影响的试验研究，得出矿渣粉、粉煤灰也有水化热，但其水化热比水泥水化热要低，用矿渣粉、粉煤灰等量取代部分水泥，胶凝材料的水化热就会降低。但降低的幅度不完全与矿渣粉、粉煤灰的掺量成比例。单从降低胶凝材料水化热的角度而言，掺粉煤灰的效果最好，掺矿渣微粉次之，矿渣微粉与粉煤灰联合掺用效果最差。