早强型聚羧酸系减水剂对基准水泥早期水化的影响研究

探究早强型聚羧酸系减水剂(ES-PCE)对水泥水化的作用机制,有助于ES-PCE的研发设计与推广应用。本文通过对水泥水化进程、溶解速率、水化产物生长、凝结时间与抗压强度进行表征,分析了ES-PCE与普通聚羧酸系减水剂(PCE)对基准水泥早期水化的影响机理。结果表明:PCE与ES-PCE均会降低水泥悬浮液的溶解速率;PCE的掺入延缓了水泥水化的诱导期与加速期,降低了水化放热量;而ES-PCE仅略微延迟了水泥水化的诱导期,但缩短了加速期,水化放热量基本不变。与基准水泥相比,ES-PCE分别提早了水泥初凝时间10 min和终凝时间85 min。ES-PCE的掺入提高了水泥早期和后期强度,掺0.2%(质量分数)ES-PCE的水泥7 d抗压强度较基准组提高了14%,而同掺量的PCE强度提高仅为前者的一半。PCE与ES-PCE的掺入释放了水泥颗粒团状絮凝结构中的水分,有利于水泥水化,但二者对水化的影响截然相反;PCE分子结构中大量的羧基络合了溶液中的Ca²⁺,抑制了水泥颗粒表面晶核的形成,起到了一定的缓凝作用;然而,ES-PCE分子结构中羧基含量较低,Ca²⁺的络合作用较弱,缓凝效果并不明显,在体系中有效水分增多的情况下,反而促进水泥的水化,起到了早强效果。水灰比为0.4的水泥砂浆中,ES-PCE的掺量适宜控制在0.3%以下,在保证减水率的同时,对水泥早期和后期强度均起到一定的增强作用。     

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。     

纤维素纳米晶对水化硅酸钙微观结构的改性机理

水化硅酸钙(C-S-H)作为水泥基胶凝材料的基因，其结构变化对混凝土宏观性能发展至关重要。为了明确纤维素纳米晶(CNCs)在水泥中的改性机理，采用共沉淀法制备C-S-H凝胶，探讨了CNCs的形态效应及成核效应对C-S-H凝胶结构的影响。基于X射线衍射、透射电子显微镜、纳米压痕以及核磁共振等测试，结果显示CNCs表面携带的羟基(—OH)可络合Ca²⁺，随后与溶液中的SiO₄^2–反应形成C-S-H凝胶，包裹在CNCs周围形成致密的网络结构。CNCs为C-S-H凝胶的沉淀和生长提供了额外的成核位点，促进了C-S-H凝胶聚合度的降低以及链长的缩短，并且显著提升了高密度C-S-H凝胶的含量。     

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.     

多元钙质和硅铝质材料复合激发磷渣活性的研究

通过在磷渣中掺加少量多元钙质和活性硅铝质改良材料,有效消除磷渣中有害成分对水泥性能的影响;结合机械活化技术,可极大改善磷渣水泥早期物理性能,大幅缩短磷渣水泥凝结时间,终凝时间可达3h（约缩短8h）,水泥3d强度提高50％以上,在一定程度上达到或超过了同掺量矿渣水泥。同时,还借助XRD和SEM对掺加改良材料前后的浆体水化情况进行观测,并对改良机理进行了初步探讨。     

碱激发磷渣基胶凝材料的性能及微观结构分析

以磷渣(PS)为主要原料,配合高炉矿渣(BFS),在碱性普通硅酸盐水泥(OPC)或氢氧化钙(CH)的作用下,制备碱激发磷渣基胶凝材料.主要研究PS/BFS质量配比、养护方式、OPC和CH掺量对材料抗压强度的影响,并通过XRD、FT-IR、TG-DTG、SEM-EDS等表征手段分析材料的物相组成和微观形貌.结果 表明,当PS/BFS质量比为7∶2、OPC掺量为10％或CH掺量为4％,蒸汽养护32 h时,二者对材料的激发效果及原理类似,其材料抗压强度分别达46.0 MPa、43.3 MPa,水化产物主要为水化硅酸钙(C-S-H)和水化硅铝酸钙(C-A-S-H)凝胶.     

典型硫酸盐固废复合胶凝材料制备与微观特性研究

硫酸盐类工业固废造成的环境污染和资源浪费问题引起了国内外学者的广泛关注,当前中国两种典型的硫酸盐类固废(电解锰渣和磷石膏)堆存量巨大,造成严重的环境污染,其无害化与资源化利用刻不容缓。依据电解锰渣、磷石膏两种固体废弃物的特性,利用电解锰渣和磷石膏结合矿渣制备复合胶凝材料,探究了磷石膏和水泥不同掺量对复合胶凝材料硬化体力学性能的影响。通过XRD、SEM和EDS分析了硬化体的物相组成和微观形貌变化特征,同时对硬化体进行毒性浸出测试。结果表明：硬化体各龄期强度随着水泥掺量增加而增大,硬化体各龄期强度随着磷石膏掺量增加而减小。复合胶凝材料较优配合比(质量分数)为电解锰渣为50%、磷石膏为20%、矿渣为30%,水泥外掺12%的硬化体28 d抗压强度为27.1 MPa,硫酸盐固废复合胶凝材料的水化产物主要为水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和钙矾石(AFt)。养护至28 d的硬化体浸出液中可溶性Mn²⁺、NH₄⁺-N、PO₄^3-和重金属离子浓度稳定后满足GB 8978—1996《污水综合排放标准...     

用钢渣改善磷渣硅酸盐水泥性能的试验研究

研究了在磷渣硅酸盐水泥中掺加少量的钢渣对该水泥性能的影响。结果表明,添加不超过6%的钢渣后,磷渣水泥的抗压强度降低约10%,而水泥初凝时间和终凝时间分别减少了117min和62min以上;当采用钢渣、磷渣加小于3%水共同混合和混磨两种处理方式,水泥初凝时间和终凝时间可继续缩短95min和150min以上,并以混磨方式缩短凝结时间更明显,初凝时间和终凝时间最多分别缩短186min和209min。同时采用陈化处理,可大幅提高该水泥的早期强度,并随陈化时间的延长而增加,而水泥凝结时间则较未陈化时约增加20～40min。     

聚羧酸减水剂对粉煤灰基浆料水化进程调控机制

粉煤灰基喷浆材料的流动性对实际工程应用有重要作用，为探究减水剂对粉煤灰基浆料流动性的调控机制，通过减水率、流动度、凝结时间、浆体黏度和剪切应力等表征，比较了不同减水剂掺量对浆体流动性能的影响，并筛选出最佳减水剂及用量。采用水化热测定仪、X射线衍射和扫描电子显微镜，探究了聚羧酸减水剂(PCE)对粉煤灰基浆料水化进程与时间的变化规律，提出了PCE对喷浆材料的水化机理。结果表明，PCE对粉煤灰基浆料流动性能改善最明显，饱和掺量为0.6%时，减水率可达29.3%;流动度由113 mm延伸至351 mm;初凝时间由32 min延长至149 min,终凝时间由42 min延长至182 min,出现明显缓凝现象。在早期水化进程中，PCE吸附作用会抑制C₃A溶解，阻碍钙矾石(AFt)生长并改变其晶型。同时PCE络合作用会与Ca²⁺结合成络合物，影响Ca(OH)₂生成，延缓Ca²⁺富集过程，延长诱导期。C₃S的水化也受到抑制，使C-S-H成核数量减少，降低了第二水化放热峰。到水化进程中后期PCE...     

改性磷石膏对石膏矿渣水泥水化过程的影响研究

采用质量分数为5％～25％的改性磷石膏、15％的硅酸盐水泥熟料、60％～80％的矿渣混合磨细制成石膏矿渣水泥,研究了改性磷石膏掺量对石膏矿渣水泥浆体的抗压强度、水化热、孔溶液pH值及水化产物的影响情况.结果表明,掺入改性磷石膏使得石膏矿渣水泥的3 d、7 d抗压强度降低,其掺量为10％、15％时,水泥的28 d、90 d抗压强度超过普通硅酸盐水泥.在3 d至90 d龄期内,水泥孔溶液pH值随龄期增长而逐渐增大.在相同龄期时,随着改性磷石膏掺量的增大,水泥孔溶液pH值减小,水化放热峰出现时间延缓.微观分析表明,掺入改性磷石膏后,28 d龄期时的水泥水化产物主要为钙矾石和C-S-H凝胶,水化产物的生成量在改性磷石膏掺量为15％时最多.     

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。     

纳米C-S-H对矿粉-水泥体系水化的影响

C-S-H是通用硅酸盐水泥主要的水化产物,对水泥基材料的性能起着十分重要的作用,但水泥水化产物复杂,难以从水化产物中分离出纯净的C-S-H并研究其对水泥基材料的影响。故本文通过双分解法制备了纳米C-S-H(NC)颗粒,并将其掺入矿粉-水泥体系中,通过无接触式电阻率测定仪、X射线衍射仪、差热分析仪(DSC-TG)、扫描电镜、压汞测试仪(MIP)等探究了NC对矿粉-水泥体系水化的影响。研究发现,在1%~4%(质量分数)掺量范围内,掺入NC可缩短基体的凝结时间,并为水泥早期水化提供更多的活性位点,加速水化产物的形成和沉淀,促进水化产物之间的搭接,从而降低了基体孔隙率并使基体早期强度和水化浆体电阻率均有所提升。     

Effect on fresh C-S-H gels of the simultaneous addition of alkali and aluminium

Reducing Portland cement content in cementitious binders offers a means to address the adverse environmental impacts of Portland cement manufacture. This paper investigates the impacts on hydration product chemistry of partially replacing Portland cement with alkali-activated aluminosilicates. Here, short-term effects of soluble alkali and aluminium, likely to be available in an alkali-activated system, on the structure of synthetic C-S-H gels are assessed. .C-S-H gels (synthesized at pH values of over 13) were mixed with different concentrations of aluminium nitrate and sodium hydroxide. The gels were characterized by FTIR, TEM/EDX and XRD 72 h later. The results showed that both alkali and aluminium increased the degree of silicate polymerisation in the C-S-H gels and precipitated a crystalline calcium aluminosilicate phase.     

Alkali binding in hydrated Portland cement paste

The alkali-binding capacity of C-S-H in hydrated Portland cement pastes is addressed in this study. The amount of bound alkalis in C-S-H is computed based on the alkali partition theories firstly proposed by Taylor (1987) and later further developed by Brouwers and Van Eijk (2003). Experimental data reported in literatures concerning thirteen different recipes are analyzed and used as references. A three-dimensional computer-based cement hydration model (CEMHYD3D) is used to simulate the hydration of Portland cement pastes. These model predictions are used as inputs for deriving the alkali-binding capacity of the hydration product C-S-H in hydrated Portland cement pastes. It is found that the relation of Na⁺ between the moles bound in C-S-H and its concentration in the pore solution is linear, while the binding of K⁺ in C-S-H complies with the Freundlich isotherm. New models are proposed for determining the alkali-binding capacities of C-S-H in hydrated Portland cement paste. An updated method for predicting the alkali concentrations in the pore solution of hydrated Portland cement pastes is developed. It is also used to investigate the effects of various factors (such as the water to cement ratio, clinker composition and alkali types) on the alkali concentrations.     

激发条件对脱硫石膏-矿渣体系水硬强度的影响

利用正交实验研究了硅酸盐水泥和其他两种矿物组分复合激发对脱硫石膏-矿渣体系强度的影响,用SEM、XRD分析了水化样品的微观结构.研究结果表明:硅酸盐水泥等多组分复合激发下,脱硫石膏-矿渣体系在水中标准条件养护,3 d抗压强度达17 MPa以上,28 d抗压强度达58 MPa以上.复合激发剂3种组分的优化组合为6:6:5,复合激发剂的用量为脱硫石膏-矿渣体系质量的17%左右.脱硫石膏-矿渣体系在复合激发条件下的水化产物主要是钙矾石和C-S-H.大量钙矾石、石膏晶体相互交叉连生,未水化石膏、矿渣颗粒所填充其间,在C-S-H凝胶的胶结下,形成了较为致密的晶胶搭配构成的微观结构.     

Calcium-silicate-hydrates/polycarboxylate ether nanocomposites doped by magnesium: Enhanced stability and accelerating effect on cement hydration

C-S-H/PCE (calcium-silicate-hydrates/polycarboxylate ether) nanocomposites have a significant accelerating effect on early hydration and early strength development of cementitious materials. In this study, magnesium ions are doped into C-S-H/PCE nanocomposites, and it is found that C-S-H/PCE nanocomposites doped by appropriate magnesium ions have much better stability. Besides, the accelerating effects of the modified nanocomposites on early cement hydration also get improved. The doped magnesium ions displace calcium ions and promote the absorption of PCE. Moreover, the incorporation of magnesium ions results in two unique morphologies of nanocomposites, that is, globule and gel. The globules are semi-crystalline similar to C-S-H, while the gels are amorphous and have more branched silicate chains.     

The encapsulation of Mg(OH)2 sludge in composite cement

A range of magnesium hydroxide waste sludges arising from the re-processing of nuclear fuel exist in the UK and require safe long-term disposal. Similar wastes undergo a cementation process in order to immobilise radioactive material prior to disposal. Simulant magnesium hydroxide sludges have been prepared and their subsequent interactions with composite cement systems based on the partial replacement of ordinary Portland cement with blastfurnace slag and pulverised fuel ash have been studied. This work has concluded that there was little reaction between the sludge and any of the composite cements during hydration. Apart from a small quantity of a hydrotalcite-type phase containing magnesium from the sludge, the main phases detected were C-S-H and unreacted brucite. This indicates that the magnesium in the sludges is encapsulated by the cement, rather than being immobilised or chemically bound within the hardened matrix.     

利用废弃混凝土制作再生水泥的研究

以废弃混凝土为主要原料,添加部分矿渣、钢渣及脱硫石膏,即可直接粉磨生产免煅烧再生水泥。该水泥中废弃混凝土的掺量可达40%~50%,3d抗压强度大于10MPa,28d抗压强度可达20~40MPa。XRD和SEM分析表明,废弃混凝土再生水泥的水化产物主要是钙矾石和C-S-H凝胶,有部分废弃混凝土参与了水化反应,其余部分被水化产物所包裹,起骨架作用。