碱-硅集料反应的模型研究——Ⅰ.溶胶的形成及其向凝胶的转化

用模拟化学反应的方法研究碱-硅集料反应的过程机理。确定数量的无定形SiO_2在典型浓度的碱溶液中溶解可能导致最高SiO_2浓度的溶液,这同时也是SiO_2/Na_2O摩尔比最高的溶胶,它的溶胶粒子数量最多、比表面积最大,而SiO_2的聚合度却相当低(<12)。在混凝土中存在的各种电解质及固体氢氧化钙的化学作用下,这种溶胶可以转化为凝胶。     

用溶胶-凝胶膨胀法对碱-硅酸反应机理的研究

利用溶胶-凝胶膨胀法,将碱与蛋白石直接反应再一次证实,渗透压是碱-硅酸反应的主要膨胀力的来源,而凝胶膨胀所引起的膨胀量确实是有限的;并利用蛋白石对碱-硅酸反应的“最劣点”现象进行了研究,发现最劣点的产生实际上与溶液中碱的有限度含量密切相关。当活性矿物中的SiO_2与碱的摩尔比在某一值附近时,溶解出来的SiO_2浓度最大,粒子数最多,有可能产生最大的渗透压,因而此时产生的膨胀力与膨胀量最大。通过调整骨料的掺量和混凝土中可溶碱的含量有可能达到抑制碱骨料反应的目的。     

Ca(OH)_2对碱-硅酸反应的影响

本文首先研究了不同的pH溶液对蛋白石的侵蚀作用,发现当pH值大于12～12.5时,SiO_2的溶出量急剧增加。其次对比研究了硅酸盐水泥、矾土水泥、石膏矿渣水泥和赤泥硫酸盐水泥中的碱-硅酸反应。发现当碱含量相同时,硅酸盐水泥中碱-硅酸反应最剧烈。原因是其水泥石液相中OH~-浓度较高,即使碱含量很低,由于有Ca(OH)_2存在,液相pH值也在12.5以上。其他水泥则不同。从Ca(OH)_2的作用出发,阐明了混合材对碱-硅酸反应的抑制机理,并通过试验予以证实。文中还提出采用不含或少含Ca(OH)_2的水泥以避免其他来源的碱引起的碱-硅酸反应。     

ZrO_2在硅酸盐玻璃中抗碱性能的研究

为了研究ZrO_2在硅酸盐玻功中的抗碱性能,须测定SiO_2玻璃,SiO_2—ZrO_2—Na_2O系玻璃及SiO_2—TiO_2—Na_2O系玻璃碱侵蚀时的表观活化能,并对侵蚀后的玻功表面进行分析。测定在碱溶液中加入ZrOCl_2,Ti(SO_4)_2,Na_2SiO_3时玻璃的侵蚀量,从而研究关于玻璃组成和侵蚀机理的关系。SiO_2玻璃,SiO_2—ZrO_25—Na_2O系玻璃及SiO_2—TiO_2—Na_2O系玻璃在碱溶     

含ZrO2、Al2O3耐碱玻璃受碱侵蚀的影响因素及机理研究

通过测定耐碱玻璃受碱侵蚀后的总失重量及氧化物SiO2、Al2O3、ZrO2转入碱侵蚀液的量,讨论了影响碱蚀过程的因素(浓度、时间和温度),试验证明:玻璃受碱侵蚀程度随浓度、时间和温度的增大而增强,且温度的影响更大些.在此基础上,提出了其碱蚀机理是溶解-表面富集产生保护膜-保护膜破裂-溶解的循环统一.     

LiOH抑制碱-硅酸反应膨胀及其应用研究

研究了沸石化珍珠岩混凝土在KOH,LiOH溶液中压蒸膨胀行为,通过扫描电镜和能量散射谱对产物的形貌和组成进行了分析,说明LiOH抑制碱-硅酸反应膨胀的机理主要是在集料周围形成了含锂盐的非膨胀性产物,含锂产物层的形成对活性集料起保护作用而阻止了碱的进一步侵蚀。研究了由碱-硅酸活性集料和碱-碳酸盐活性集料制成的混凝土在各种碱中的膨胀行为。结果表明：混凝土在相同摩尔浓度的碱中压蒸,在NaOH溶液中膨胀最大,在LiOH溶液中膨胀最小。在应用LiOH抑制碱-硅酸反应膨胀促进碱-碳酸盐反应膨胀的双重作用下,在Spratt细粒硅质灰岩中,少量的白云石在碱环境中可发生去白云石化作用而对膨胀有贡献,也即尽管Spratt灰岩中碱-硅酸反应是主要的,但也存在碱-碳酸盐反应。     

MgO-ZnO-Al_2O_3-ZrO_2-SiO_2玻璃碱侵蚀过程的X射线能谱和扫描电镜研究

用扫描电镜(SEM)和X射线能谱(EDAX)研究了MgO-ZnO-Al_2O_3-ZrO_2-SiO_2玻璃在5%NaOH溶液中的侵蚀过程。分析了表面侵蚀层的成分,观察了不同阶段的侵蚀层形貌,并测量了侵蚀层厚度的变化。结果表明,玻璃的碱侵蚀以各组分(SiO_2、ZnO、MgO)选择性地溶解交替的方式进行,ZrO_2在表面富集的现象只在某一定阶段发生。在7h以内的碱侵蚀过程中并没有观察到含锆的抗碱层形成,但表面层结构变得较为致密。侵蚀层厚度的变化与成分变化相对应。讨论了玻璃表面侵蚀凹坑形成的原因,认为它是分布不均匀的组分结构选择性溶解的结果而不是表面机械擦伤或微裂纹所致。     

低温碱溶法提取粉煤灰中二氧化硅和氧化铝的实验研究

粉煤灰是排放量最大的固体废物,它的主要化学成分为SiO_2和Al_2O_3。采用碱溶法提取粉煤灰中的SiO_2和Al_2O_3,实验发现碱溶液的浓度、用量及反应时间等因素直接影响SiO_2和Al_2O_3的提取率,在优化实验条件下可提取出近30%的SiO_2,而Al_2O_3的溶出量小于3%。脱硅后的灰渣铝含量明显升高,同时可得到纯度较高的SiO_2,有一定的实用价值。     

SiO_2-ZrO2-Na_2O玻璃中SiO_2、TiO_2、ZrO_2受碱侵蚀的研究

吴正明等在1986年曾报道(76-x)SiO_2·XZrO_2·6 TiO_2·5CaO·10.4Na_O·2.6K_2O(氧化物前的系数为重量百分数,X为引入ZrO_2的重量百分数)玻璃随ZrO_2含量的变化受碱侵蚀前后试样失重百分数的变化.为进一步查明在上述系列玻璃中,当以ZrO_2代替等重量的SiO_2后,系统中各主要氧化物(SiO_2,TiO_2,ZrO_2)受碱侵蚀的变化,特开展了本次试验.     

岩石材料的碱-碳酸盐和碱-白云石反应

用含碳酸盐和白云石的岩石粉末置于40℃不同浓度的碱溶液中一年或6个月，研究其碱-碳酸盐和碱-白云石反应。根据热力学计算，碱-碳酸盐和碱-白云石反应是可以进行的。XRD分析证实，岩石粉中的确有水镁石生成，ESEM和EDX检测出岩石表面存在水镁石，沉淀的产物和化学溶液的测定证明了岩石的分解和新产物的形成。但在细颗粒砂浆试验中碱-白云石反应未得到证实。德国魏玛的Finger建筑材料研究院宣称的碱-白云石反应的破坏也未检测到。     

霞石正长岩对碱-硅酸反应的影响

以霞石正长岩为代表,研究了含碱集料对碱-硅酸反应膨胀的影响。研究结果表明,80℃或150℃蒸汽养护条件下可快速检测出霞石正长岩对碱-硅酸反应的影响;霞石正长岩在混凝土中的分解反应在增加混凝土可溶碱含量的同时,反应本身还将降低孔溶液OH-浓度,因此由霞石正长岩分解析出的碱与水泥中的碱对碱-硅酸反应影响不同,只有在适当的条件下才能显著增大碱-硅酸反应膨胀。     

含碱集料对碱-硅酸反应的影响

采用80℃蒸汽养护快速实验方法,研究了2种不同类型含碱集料--霞石正长岩和白岗岩对碱-硅酸反应的影响,并通过在150℃不同的碱溶液中压蒸集料的方法,对含碱集料的析碱机理进行了分析.结果表明:霞石正长岩和白岗岩对碱-硅酸反应膨胀的影响与使用水泥的碱含量有关.在使用低碱水泥时,霞石正长岩和白岗岩使碱罐酸反应膨胀显著增大,而在使用高碱水泥时,霞石正长岩和白岗岩对碱-硅酸反应膨胀促进作用均减弱;在饱和Ca(OH)2溶液中的霞石矿物能稳定存在,随着碱含量的增加,霞石矿物发生分解,而长石矿物均能稳定存在,与碱溶液的反应仅在长石矿物表面区域进行.长石矿物与混凝土孔溶液中Ca2 之间的离子交换反应是混凝土中长石矿物析碱的主要原因.     

碱激发偏高岭土-矿渣砂浆的碱骨料反应机理研究

碱激发胶凝材料是一种新型低碳材料，其液相环境的碱度普遍高于水泥基材料，势必导致碱骨料反应引起的体积变形不同于水泥基材料。为探究碱激发胶凝材料的碱骨料反应行为与液相碱度的关系，选取花岗岩为代表性骨料制备碱激发偏高岭土-矿渣砂浆，研究在不同浓度NaOH溶液浸泡下的砂浆变形行为。结合微观分析表明，碱激发胶凝材料的体积收缩能很好地抑制碱骨料反应产生的膨胀，不同浸泡条件下碱激发偏高岭土-矿渣砂浆会呈现不同的变形行为。碱激发偏高岭土-矿渣砂浆的膨胀是由碱骨料反应生成产物以及原类沸石结构的水化硅铝酸钠凝胶向沸石结构转化所造成的。当碱激发胶凝材料的孔溶液氢氧根离子浓度大于0.209 mol/L时，碱骨料反应会发生。     

ASP复合驱碱对聚合物黏度影响的研究

研究碱对聚合物溶液黏度的影响。使用不同类型的碱(NaOH,Na_2Si O_3和Na_2CO_3)和聚合物(聚丙烯酰胺),通过采用在不同浓度下的聚合物溶液中加入不等量的碱来研究溶液黏度的变化。实验发现,配比不同浓度溶液,碱的类型、碱量、反应时间等因素均影响了聚合物溶液黏度。对实验数据进行分析,总结了ASP复合驱碱对聚合物黏度的影响。     

水合硅酸钙与碱反应机理的探讨

以氢氧化钙和硅酸钠为原料,按照n(CaO)/n(SiO2)=2在100℃合成了水合硅酸钙,并研究了水合硅酸钙在苛性碱或碳酸钠溶液中的反应规律。结果表明:在苛性碱溶液中水合硅酸钙分解率随反应时间的延长而降低,而随着碱浓度的升高而增大;在碳酸钠溶液中水合硅酸钙分解率随着碱浓度的升高,反应时间的延长或温度的升高而增大。分解率大小的比较表明,水合硅酸钙在苛性碱溶液中的稳定性明显大于dηSiO2为水合在碳酸钠溶液中的稳定性。水合硅酸钙在碳酸钠溶液中宏观反应动力学方程可表示为RT[CO32-]1.12,其中:ηSiO2dt=300.97e-30353.76硅酸钙的分解率,t为时间,T为温度。由于表观活化能值较小,因此反应机理不仅与化学反应有关,而且可能也与扩散有关。物相分析结果表明:合成的水合硅酸钙主要以Ca5(SiO4)2(OH)2和Ca5(OH)2Si6O16·4H2O形式存在,与苛性碱反应后,物相未发生明显变化;与碳酸钠溶液反应后,Ca5(OH)2Si6O16·4H2O更容易被分解。     

铁和碳钢在浓碱溶液中的阳极极化曲线

通过极化曲线测量方法研究铁和碳钢在不同浓度的KOH浓碱溶液中的阳极极化行为,结果表明铁和碳钢在浓碱溶液中表现出典型的活化-钝化金属特性.     

碱激发矿渣混凝土的补偿收缩性能试验研究

以硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂(EA)作为掺合料,通过改变EA的掺量(0%,2%,4%,6%和8%),采用自制收缩架对自由条件下和半密封约束条件下的碱激发矿渣混凝土的收缩性能进行测试.在此基础上,对EA分别与水,NaOH溶液及水玻璃溶液反应净浆及不同EA掺量碱激发矿渣净浆进行微观分析.收缩性能测试结果显示:两种不同养护制度条件下的试件掺入EA后干缩量均有所降低,且降低程度随EA掺量的增加而增大.当EA掺量达8%时,自由条件养护下的试件补偿收缩量约为3.0×10-4με,而半密封约束条件下的试件补偿收缩量可达4.0×10-4με.表明:该类EA对碱激发矿渣混凝土具有较好的补偿收缩性能,且在半密封约束条件下补偿收缩效果更为显著.微观分析显示:EA分别与水,NaOH溶液及水玻璃溶液反应净浆中均检出钙矾石与氢氧化钙两种水化产物,但在掺EA碱激发矿渣净浆中仅检出氢氧化钙一种水化产物.表明:EA在碱激发矿渣混凝土中起到补偿收缩作用的主要是水化产物氢氧化钙.     

不同煅烧制度和浓度条件下制备超细碳酸钙的研究

石灰石原料的煅烧制度和氢氧化钙溶液的浓度将影响碳酸钙结晶的粒度。通过对比实验,探讨了固-液-气三相系统(Ca(OH)2-H2O-CO2)制备超细碳酸钙过程中不同煅烧制度和氢氧化钙溶液浓度对超细碳酸钙粒度的影响。     

碱-集料反应的一些理论问题

评述了碱-集料反应的一些理论问题以及活性集料分布规律。碱-硅反应膨胀主要是由渗透压力和钙矾石膨胀所致。碱-硅反应产物组成SiO_2/Na_2O=0—25(分子比)。Ca(OH)_2提供了生成钙矾石膨胀相和R(Na,K)CSH的物质。碱-Kingstone白云岩反应膨胀是碱-硅反应、黄铁矿分解形成钙矾石和蒙脱石吸水膨胀等综合因素引起的。     

碱-矿渣水泥缓凝问题的研究进展

分析了碱-矿渣水泥的水化凝结特点及快凝的主要影响因素,介绍了碱-矿渣水泥缓凝物质的研究情况.认为缓凝物质的缓凝特点如下:(1)在水化初期,缓凝物质快速与碱矿渣水泥中的离子发生化学反应,形成保护膜,同时降低溶液中Ca2+的浓度,阻止碱组分与矿渣的快速水化生成C-S-H凝胶;(2)引入带电荷的阴阳粒子,在电荷斥力作用下延缓Ca2+的移动速度,或降低硅酸根离子的静电引力,从而阻止C-S-H凝胶的生成,延迟硅酸根离子的聚合,以达到缓凝的效果.