粉煤灰-矿粉-水泥三元体系水化放热模型研究

通过直接法研究了在水泥中掺入不同掺量的粉煤灰和矿粉时样品的水化放热速率曲线,通过各样品的水化放热曲线研究粉煤灰-矿粉-水泥三元体系水化放热模型.通过试验实测结果与模型计算结果相比,两者最大误差为8.1％,最小误差仅为3.4％,发现胶凝材料的水化过程符合根据水泥水化建立的水化动力学模型.     

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.     

磷酸钙骨水泥的水化放热行为

深入研究了由磷酸四钙（tetracalcium phosphate,TECP)和无水磷酸氢钙（dicalcium phosphate anhydrous,DCPA)组成的磷酸钙骨水泥（calcium phosphate cement,CPC)水化反应过程的放热行为及其影响因素。CPC的水化反应是放热反应,整个反应经历初始期、诱导期、加速反应期、减速反应期及终止期5个时期。引入羟基磷灰石（hydroxyapatite,HAP)晶种可使诱导期缩短,反应峰前移,且在25℃时引入晶种的影响较37℃时更为明显,这是由于晶种的引入降低了异相成核的活化位能的缘故。提高温度不仅使反应峰前移,而且使反应峰明显增大,由此计算出反应活化能为176kJ/mol。原料颗粒大小及钙磷比对水化反应影响很大,降低TECP的粒径及样品的钙磷比会使反应速度明显加快,且使反应峰大大提前,由25℃时n(Ca)/n(P)为1．5和1．67时的水化反应热可以计算出磷酸四钙和缺钙羟基磷灰石（calcium-deficient hydroxyapatite,CDHA)的标准摩尔生成焓分别为－5908kJ/mol和－11119kJ/mol。     

水化放热曲线在研究铝酸钙水泥和浇注料中的应用

为了预测水泥或浇注料的凝结性和强度发展趋势,取1500g按一定程序搅拌好的水泥胶砂或浇注料,迅速倒入模具中,振动10s后置入j-型热电偶,由计算机绘制出其水化放热曲线。浇注料的水化放热曲线形貌不仅能反映水泥的矿物组成和反应活性,而且能反映浇注料中其他原材料(如骨料、氧化铝或二氧化硅微粉和外加剂等)和作业环境对水泥及浇注料的影响,为此可用于水泥与浇注料流变特性的研究和控制,同时也为浇注料用原材料的甄选提供了一种有用的工具。     

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。     

高掺量矿渣水泥与普硅水泥的水化进程对比研究

针对高掺量矿渣水泥与普硅水泥不同龄期时强度及水化机理的差异,测试分析了普硅水泥浆体(编号PC)和掺60％矿渣粉的水泥浆体(编号SC)各龄期强度及强度发展系数,并对比了两组试样早期水化放热速率,各龄期水化产物相及孔结构的变化.结果表明:SC试样3d、7d强度仅为25.6 MPa、39.5 MPa,分别低于同龄期PC试样13.3MPa及8.3 MPa;28 d、90d强度分别为55.7 MPa、59.6 MPa,高于同龄期PC试样3.5 MPa及2.2 MPa.两种水泥浆体早期强度主要受早期水化放热速率、孔结构分布特征的影响,后期高掺量矿渣水泥强度发展的优势在于:矿粉颗粒的填充效应以及二次火山灰活性,使其浆体形成了更多的水化产物,孔结构更加致密,有利于浆体强度的提高.     

粉煤灰-水泥水化的核磁共振定量分析

利用高分辨固体核磁共振仪结合去卷积技术,定量分析了粉煤灰水泥浆体中水泥和粉煤灰的水化程度以及C-S-H凝胶中硅氧-铝氧链平均长度,同时研究了粉煤灰火山灰反应对C-S-H结构的影响。结果表明:水化3 d时,系统中约47%的水泥和14%的粉煤灰参与了水化反应,C-S-H平均链长为3.2;水化120d时,水泥和粉煤灰的水化程度分别为89%和33%,C-S-H平均链长约为3.8,远大于纯水泥浆体中C-S-H的平均链长(为2.7)。水化3 d时粉煤灰玻璃相结构中的Si—O—Si,Si—O—和Al—Al共价键断裂,形成了单体硅酸根和单体铝酸根,这些单体结构桥连体系中的二聚体单元进而提高了C-S-H平均链长。粉煤灰掺入并不会因为C-S-H聚合度提高以及ACL增加就能促进粉煤灰水泥浆体强度。     

掺石灰石粉水泥的水化过程及微观结构

用微量热仪测定了含石灰石粉水泥浆体的水化放热。用扫描电镜观察了掺石灰石粉水泥硬化浆体的微观结构。试验结果表明:一定细度的石灰石粉可加速水泥的水化,掺石灰石粉水泥的水化放热量低于不掺石灰石粉水泥的水化放热量。水泥硬化浆体中沿着石灰石粉片状方解石晶体的边缘容易形成平整断面。     

木质素磺酸钙对水泥水化的影响

研究了掺加木质素磺酸钙(calcium lignosulfonate,CLS)后水泥净浆体系的水化速度、水化产物生成量,以及硬化水泥石的微观结构及孔隙结构的变化。CLS大幅度延缓了水泥水化放热,降低了水化速度,使3～10h内水泥的水化程度减少,但对1d后的水化程度影响不大且能促进水泥的后期水化。X射线衍射分析表明高掺量CLS促进硬化水泥中生成钙矾石,抑制水化硅酸钙(CSH)的早期生成,但对CSH的后期生成无影响。扫描电镜观察发现：CLS的掺加抑制了水化产物晶体的生长,使CSH凝胶难以形成空间网架,钙矾石晶体变得纤细。随CLS掺量的增加,硬化水泥中总孔隙容积增加,30nm以上的孔隙显著减少,10nm以下的微孔数量大幅度增加,平均孔径减小。掺加CLS的水泥浆体水化产物晶体发育不完全,硬化水泥的孔隙容积明显增加,是硬化水泥28d龄期内抗压强度显著下降的主要原因。     

镁基骨胶粘剂水化放热温升规律研究

镁基骨胶粘剂由氧化镁、磷酸盐及固化液混合制备而成,在制备过程中会放出大量热量,加快水化放热反应,使温度应力增大,容易导致温度裂缝,降低最终固化体性能。此外,反应过程属于放热反应而存在引发机体发生炎症反应的风险。如何有效地调控MBA的水化热、系统地探究MBA水化热的控制方法是一个迫切需要深入研究的课题。主要考察了原料、液固比、固相比、固化液以及环境温度对MBA放热温升的影响规律,以求找到控制MBA体系放热温升的有效技术途径。     

粉煤灰对硫铝酸盐水泥水化历程的影响

研究了粉煤灰(FA)及其掺量对硫铝酸盐水泥(CSA)浆体的凝结时间、抗压强度和化学收缩的影响规律,并通过XRD、SEM等方法对72 h龄期时的水化产物进行分析.结果表明,粉煤灰缩短了硫铝酸盐水泥的凝结时间,当粉煤灰掺量为40％时,初凝时间和终凝时间分别缩短了76 min和94 min;掺入粉煤灰使得硫铝酸盐水泥的抗压强度降低,但在28 d龄期时,粉煤灰掺量为20％的硫铝酸盐水泥复合浆体的抗压强度仅略微降低;在硫铝酸盐水泥体系中掺入粉煤灰时,其浆体化学收缩随着粉煤灰掺量的增加逐渐减小,当粉煤灰掺量为20％和40％时,72 h龄期时的化学收缩值分别为0.138 mL/g和0.088 mL/g,较未掺粉煤灰时分别降低了26％和49％;微观分析表明,掺入粉煤灰后,72 h龄期时的水化产物主要是钙矾石和水化硅酸钙凝胶,并未发现氢氧化钙晶体.     

氯化钠与三乙醇胺复合对粉煤灰水泥水化程度影响的研究

探讨氯化钠与三乙醇胺复合对粉煤灰水泥不同水化阶段水化程度的影响。结果表明:将一定掺量的氯化钠与三乙醇胺复合掺入可以不同程度地提高粉煤灰水泥不同龄期的水化程度,其水化3d的水化程度的增幅最大,水化28d的水化程度的增幅最小;且随着粉磨时间的延长,粉煤灰水泥不同龄期的水化程度均有不同程度的提高但增幅下降。将一定掺量的氯化钠与三乙醇胺复合掺入后粉煤灰水泥不同龄期的水化程度均高于单掺氯化钠或三乙醇胺,其中氯化钠对早期水化程度的提高效果优于三乙醇胺;而三乙醇胺对后期水化程度的提高效果优于氯化钠;当氯化钠掺量为2%,三乙醇胺掺量为0.06%进行复掺且粉磨时间为15min时粉煤灰水泥不同龄期的水化程度均达到最大值。     

激发剂对蒸养水泥一粉煤灰胶凝材料性能的影响

通过测定不同龄期净浆化学结合水量和抗压强度,并结合SEM,研究了在蒸养条件下激发剂对水泥-粉煤灰复合胶凝材料水化性能的影响。结果表明：蒸养条件及激发剂提高了水泥-粉煤灰复合胶凝材料的水化速度与粉煤灰的活性。     

含不同掺量矿渣或粉煤灰的复合胶凝材料的水化动力学

采用等温量热法测定了矿渣掺量分别为0、30%、50%、70%、90%和粉煤灰掺量分别为0、20%、35%、50%、65%的复合胶凝材料在298K时的水化放热速率和放热量。根据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,并讨论了水化反应各阶段的反应速率与反应程度的关系。结果表明:不同矿渣掺量和不同粉煤灰掺量的复合胶凝材料的水化过程均可表示为结晶成核与晶体生长、相边界反应和扩散3个阶段。所用动力学模型能较好地表征矿渣掺量在70%以内及粉煤灰掺量在65%以内的复合胶凝材料的真实水化过程。矿渣掺量90%的复合胶凝材料的水化机理发生了改变,所用动力学模型不再适用。     

基于ARIMA模型的硅钙渣水泥复合胶凝材料水化热预测

预测硅钙渣水泥复合胶凝材料水化过程中产生的热量,对于这种材料在混凝土结构中的应用具有现实意义。本文基于ARIMA模型基本理论,建立了硅钙渣掺量分别为0%、10%、30%(质量分数,下同)下硅钙渣水泥复合胶凝材料的水化放热量预测模型,通过与试验数据的对比,验证了模型的准确性与可靠性;基于0%、10%、30%这三种硅钙渣掺量下复合胶凝材料的水化放热量试验数据,建立不同龄期下复合胶凝材料的水化放热量预测模型,并对其他硅钙渣掺量下复合胶凝材料的水化放热量进行预测。结果表明:0%、10%、30%这三种硅钙渣掺量下水化放热量预测值与试验值的相对误差均值均小于5%,这说明运用ARIMA模型预测硅钙渣水泥复合胶凝材料的水化放热量具有较高准确性和可靠性;其他硅钙渣掺量下复合胶凝材料水化放热量的预测结果符合实际变化趋势,进一步证明了ARIMA模型在水化热预测方面的可行性,这为定量研究与预测不同类型胶凝材料的水化放热量提供了一种有效方法。     

粉煤灰的微观形态及其在水泥水化中的特性

研究粉煤灰的形貌、微观结构、形成机理及水化界面特性。水化后期,粉煤灰颗粒表面层已完全与水泥水化产物发生二次反应,填充水泥石的孔隙空洞,使孔结构高度细化,强度逐渐提高。     

水泥-粉煤灰-矿渣复合胶凝材料的水化性能研究

通过测定不同龄期净浆抗压强度和化学结合水量,探讨了粉煤灰、单掺矿渣或双掺对复合胶凝材料水化性能的影响.试验结果表明:粉煤灰、矿渣的掺入都能降低浆体的抗压强度和化学结合水量;以一定比例双掺粉煤灰和矿渣可以获得比单掺粉煤灰或矿渣更好的性能,粉煤灰与矿渣的最佳比例为1?4;硬化浆体的抗压强度和化学结合水量随粉煤灰、矿渣的掺合方式的变化规律基本一致.     

钙盐调凝剂对硅酸盐水泥水化性能的影响

本文研究了硫酸钙和氯化钙两种钙盐在不同的掺量下对硅酸盐水泥水化性能的影响,试验发现随着两种钙盐掺量的增大,水泥标准稠度值呈现先减小后增大的趋势,且氯化钙的流动度保持效果没有硫酸钙好,但是氯化钙对水泥强度的发展贡献更大,而掺硫酸钙随着掺量达到2‰后,28 d强度出现倒缩.     

循环流化床固硫灰复合胶凝材料的早期水化特点

研究了大掺量循环流化床固硫灰复合胶凝材料的物理力学性能,以及其早期水化放热特点和水化产物。研究结果表明:利用掺量为30%～60%固硫灰制备的复合胶凝材料满足32.5、42.5强度等级水泥标准;固硫灰复合胶凝材料的标准稠度比水泥的标准稠度大,且随着固硫灰用量的增加标准稠度增加,同时凝结时间变长;与P.O42.5水泥相比,循环流化床固硫灰复合胶凝材料水化的诱导期较长,水化放热速率明显变小,水化热较低。     

微量元素参与下的Alite水化特性研究

针对Ａ、Ｃ两种尾矿，初步研究了微量元素对熟料矿物早期水化性能的影响。发现微量元素的参与抑制了Ａｌｉｔｅ的早期水化，认为这种抑制是尾矿中的某些离子与水化产物Ｃａ（ＯＨ）２形成无定形氢氧化物沉淀的结果，进而提出了Ａｌｉｔｅ早期水化机理模型。