C_4A_3$-CaSO_4-CaO体系在硅酸盐水泥浆体中的膨胀机理

对C_4A_3$-CaSO_4-CaO体系(CCC体系,C_4A_3$为4CaO·3Al_2O_3·SO_3)的膨胀机理进行探讨。X射线衍射谱、水化放热历程和封闭环境下的体积变化测试结果表明:CCC体系中CaO的水化活性显著大于其它两者,CaO在水化早期表现出剧烈的水化放热行为,并产生剧烈而短暂的膨胀;CCC体系水化的目标产物是氢氧化钙和钙矾石,但生成钙矾石不是产生宏观膨胀的充要条件,适宜的钙矾石生成位置可以使其在C4A3$颗粒表面,通过钙矾石生长过程中产生的颗粒互斥效应产生膨胀;钙矾石生成过程的膨胀机理,除了吸水肿胀和结晶生长外,还有孔隙形成机理。CCC体系中CaO和CaSO_4的存在有利于保障钙矾石的生成位置。使用CaO-SO_3~-Al_2O_3三元相图表征了CCC体系的组成与水化产物之间的关系,并给出了适宜组成的CCC体系在三元相图中的存在区域。     

碱对硫铝酸盐水泥膨胀性能的影响

用测量膨胀值、强度和XRD以及液相分析等方法研究了不同浓度的NaOH溶液拌和的硫铝酸盐水泥的膨胀性能。结果表明,NaOH的存在使早期强度提高而后期强度降低;NaOH浓度增加,钙矾石生成量也增加,膨胀值增大;即使在pH=13.28的液相环境中,生成的仍然是晶体而不是非晶体钙矾石;随NaOH浓度增大,液相中CaO浓度降低,而Al_2O_3浓度提高;钙矾石的膨胀值的大小不一定取决于液相中CaO饱和程度,而与液相的pH值有关,pH值越大,膨胀值越大;在CaO浓度低而pH值高的情况下,钙矾石的膨胀值比在CaO浓度高而pH值低的情况下大。     

论水泥石的硫铝酸盐膨胀——兼论液相中CaO低于饱和浓度时硫铝酸钙膨胀的特点

本文回顾了膨胀和自应力水泥发展以及对水泥石的硫铝酸盐膨胀研究的历史。介绍了建材研究院水泥所物化室自六十年代初至最近关于水泥石硫铝酸盐膨胀的研究结果。认为:1.在水泥石硬化初期形成的钙矾石起强度骨架作用,在水泥石具有一定强度后,继续形成的钙矾石才起膨胀作用;不管形成钙矾石的Al_2O_3、CaO、SO_3的来源如何,不管液相中 CaO的浓度是饱和还是不饱和,所形成的钙矾石均能引起膨胀。2.水泥石的硫铝酸盐膨胀时产生的自应力值和水泥石结构与下述条件有关:钙矾石形态(取决于液相CaO浓度)、数量、形成钙矾石时的水泥石强度;与钙矾石同时生成的胶凝相的形成方式、数量、形态以及混凝土的限制条件。3.水泥石液相中CaO低于饱和浓度时,某些铝酸盐矿物形成了膨胀性较小的钙矾石并在同一反应中形成了水化氧化铝凝胶,得到的水泥石的显微结构致密,强度和膨胀协调发展,混凝土的自由膨胀率和限制膨胀率的比值较小,有利于获得高自应力值及高气密性的自应力水泥混凝土。用上述论点,讨论了与形成钙矾石有关的膨胀现象和理论,展望化学予应力逐步赶上机械予应力及大幅度提高水泥制品抗气渗性能的前景。     

玻璃纤维增强水泥的最低碱度研究

为制成玻璃纤维增强水泥制品需要一种具有一定强度和碱度较低对玻璃纤维侵蚀性小的水泥。根据CaO-Al_2O_3-CaSO_4-H_2O和CaO-SiO_2-H_2O 相图,水泥水化物中钙矾石的最低 CaO平衡浓度比C-S-H 低;同时在钙矾石析晶面上,与最低CaO 浓度的液相相平衡的固相必须是钙矾石、二水石膏和水化氧化铝凝胶。本试验采用 C_4A_3S、C_2在等单矿物和CaO、CaSO_4化学试剂配制成混合物,用化学、X射线、差热、pH等分析方法,着重对水化混合物的碱度以及与最低碱度的液相平衡的水化产物进行了研究。调整石膏和CaO量,在水化达到平衡后测出各混合物在相图上的相应位置和平衡液相可能达到的最低CaO 浓度。试验和实践表明,Ⅰ型低碱度水泥水化后的液相,其化学成分、碱度和水化产物属于CaO-Al_2O_3-CaSO_4-H_2O 相图的最低范围(即CaO 的浓度为17.7mg/l),用这种水泥配制的玻璃纤维水泥制品,具有较好的耐久性。     

苯丙共聚物改性硫铝酸钙胶结料-无水石膏复合体系的水化

采用量热仪、X射线衍射仪、热重、扫描电镜、电感耦合等离子光谱等方法研究了苯丙共聚物（SA）对硫铝酸钙胶结料-无水石膏复合体系早期水化的影响。结果表明:SA会延缓水化进程,减少水化加速期钙矾石（AFt）、单硫型水化硫铝酸钙（AFm）和Al（OH）₃ （AH₃）含量,促进AH₃与石膏和氢氧化钙反应生成AFt,并促进水化后期AFt向AFm转变。同时,SA会迅速降低体系孔溶液的表面张力,随着水化反应进行表面张力趋于稳定;SA也提高了孔溶液的p H值,增大OH^–浓度,影响了体系中Ca²⁺、SO₄^2–和[Al（OH）₄]^–的浓度和比例,减小水化初期水化产物的离子浓度积,降低水化产物析出速率,进而延缓水化进程、减少水化产物。     

超速硬水泥

A)硫铝酸钙 18—70(重量) B)硫酸钙 35％以下 C)硅酸二钙 10—65％在上述配方中要求SO_3/Al_2O_3克分子比为0.4—17,CaO/Al_2O_3克分子比为0.5—1.2,而且不含游离的CaO,方能制成超速硬水泥。     

回转窑烧结矾土水泥的水化

研究了三种CaO/Al_2O_3不同的矾土水泥的水化,常温下的主要水化产物都是CAH_(10)(而不是C_2AH_3)和氧化铝胶滞体,与熔融法制矾土水泥是一致的。CaO/Al_2O_3小的水泥具有较好的稳定性,表现在生成或转化为高碱性水化铝酸钙(C_2AH_3或C_3AH_6)和三水矾土(AH_3)的温度较高;在同一养护温度下,水化物转化需要的时间亦较长,三种水泥在不同养护条件下的强度变化规律可从其水化产物的稳定性得到说明,即CaO/Al_2O_3比大的水泥生成的水化物热稳定性最差,高温下强度降低更甚。     

铝酸盐水化物碳化性能的研究

本文研究了水化铝酸钙、水化硫铝酸钙的碳化性能。实验结果表明,高硫型水化硫铝酸钙(钙矾石)比低硫型水化硫铝酸钙容易碳化,两者碳化后均分解成碳酸钙、二水石膏、铝胶。与水化铝酸钙相比,水化硫铝酸钙更容易碳化。C_3AH_6是这些水化物中最稳定的。水化铝酸钙碳化分解成碳酸钙和铝胶,碳铝酸盐可作为过渡产物存在。提出这些水化物的碳化反应受扩散控制。通过碳化过程中的物相变化探讨了反应机理,提出了碳化反应方程。     

0～20℃养护下硅酸盐水泥水化时钙矾石的生成及转变

采用X射线衍射仪及核磁共振仪研究了0、5、10、20℃硅酸盐水泥水化产物钙矾石的生成及转变。结果表明：硅酸盐水泥水化1d至180d,4种养护温度下钙矾石生成量皆先增大后减小,但该规律随养护温度不同而不同：在10℃和20℃养护时,钙钒石生成量在水化3 d时达到最大,0℃和5℃养护时,水化28d时才达到最大;而从水化龄期来看,钙矾石生成量在水化1d时20℃养护时最高（10.2%）,水化3d时10℃养护时最高（12.1%）,3～180 d时0℃时最高;此外,低温养护显著延迟了钙矾石向单硫型水化硫铝酸钙转变。     

液相环境对硫硅酸钙–硅酸二钙复合矿物水化活性的影响

研究了硫硅酸钙–硅酸二钙复合矿物在去离子水、NaAlO₂、Li₂CO₃、MgSO₄ 4种不同液相中的水化活性。结果表明：在液相环境中1 mol/L[Al(OH)₄]^–能够显著提高硫硅酸钙的水化活性,加速硫硅酸钙–硅酸二钙复合矿物的水化,并生成钙矾石,同时提高了硬化浆体强度,硬化浆体强度较去离子水中提升44%以上。0.1 mol/LLi₂CO₃则会抑制其水化,硬化浆体强度仅为去离子水中26%。1 mol/L Mg²⁺在28 d至56 d能提高硫硅酸钙–硅酸二钙水化活性,但会降低其56 d后水化活性。     

碱性和无碱液体速凝剂促凝早强作用机理对比研究

碱性和无碱速凝剂掺入水泥后的水化机理不同,导致应用性能存在明显差异。本文通过测试凝结时间和砂浆抗压强度等宏观性能对比了两种速凝剂的应用性能,并通过水化放热分析、XRD定量分析、热重分析和SEM微观形貌观察等微观方法综合分析了两者的早期水化历程。结果表明:碱性速凝剂加入水泥后,[Al(OH)₄]^-加快了水泥中石膏的消耗速度,水化初期生成大量钙矾石(AFt),促进了硅酸三钙(C₃S)矿物的水化,缩短了水泥浆体的凝结时间并提高了砂浆的早期抗压强度,但石膏的加速消耗也使得单硫型水化硫铝酸钙(AFm)和水化铝酸钙(C-A-H)等水化产物提前生成,影响了水泥基材料的后期抗压强度发展;无碱速凝剂加入水泥后,[Al(OH)₄]^-和SO^2-₄在液相中生成了大量AFt,促进了铝酸三钙(C₃A)和C₃S矿物的水化,影响了氢氧化钙(CH)的结晶析出。值得注意的是,SO^2-₄不仅促进了C₃A生成AFt的过程,也延缓了水泥中石膏的消耗及AFm和C-A-H等产物的生成,因此无碱速凝剂的加入除了明显提高早期抗压强度外,后期28 d抗压强度也不受影响。     

Na_2SO_4掺杂含MgO铝酸钙熟料的结构表征及浸出性能

使用分析纯MgO、CaCO_3、SiO_2、Al_2O_3与Na_2SO_4在1350℃保温1 h合成了掺杂Na_2SO_4的含MgO铝酸钙熟料,在Na_2CO_3溶液体系下研究了其氧化铝浸出性能,通过XRD等分析手段对其晶体结构和自粉化性能进行了研究。结果表明,Na_2SO_4可以显著提升铝酸钙熟料的浸出性能,Na_2SO_4掺杂量由0%提高到4%,熟料的氧化铝浸出率由61.89%提高到92.01%,继续添加Na_2SO_4,浸出性能趋于稳定。由XRD结果可知,Na_2SO_4促使20CaO·13Al_2O_3·3MgO·3SiO_2(Q相)发生分解并使其转变为12CaO·7Al_2O_3(C_(12)A_7)。Na+进入C_(12)A_7晶格引起晶格畸变,从而提高C_(12)A_7的氧化铝浸出性能。Na_2SO_4的加入降低了熟料的自粉化性能,Na_2SO_4掺杂量由0%提高到6%,熟料的自粉率由97.46%下降到85.34%,当Na_2SO_4掺杂量达到10%后,熟料自粉率仅为36.3%。     

温度对铝酸盐水泥基三元体系早期水化的影响

采用X射线衍射仪、环境扫描电子显微镜(背散射电子成像)、压汞仪分析了养护温度对铝酸盐水泥-硅酸盐水泥-无水石膏三元体系水化早期的水化相组成、抛光断面微观结构和孔结构等微结构演变的影响。结果表明:无论0℃还是40℃养护,三元体系的主要水化产物始终为水化硫铝酸钙类物相;但养护温度越高,所生成的钙矾石越易向单硫型水化硫铝酸钙转变,且转变得越早,所得硬化浆体的最可几孔径越大。此外,40℃养护3 d后的浆体中还生成了水化钙铝黄长石和三水铝石。     

粉煤灰对混凝土耐久性的作用效果

掺加粉煤灰可以改善混凝土的耐久性 ,这已是尽人皆知 ,现就粉煤灰对抗渗、抗硫酸盐侵蚀、抗碳化、抗冻、护筋效果增强、抑制碱集料反应等耐久性的作用效果 ,予以阐述。1　抗渗性提高“粉煤灰效应”的二次水化作用、减水作用和微集料作用使混凝土的密实度大大提高 ,改善了混凝土的孔结构 ,降低了混凝土的孔隙率 ,提高了混凝土的抗渗性能 ,使环境水或化学物质不易侵入。2　抗硫酸盐侵蚀性增强　　 C3A的水化产物铝酸钙易与 SO4 2 -反应生成钙矾石 ,掺加粉煤灰活性混合材后 ,相对降低了 C3A的含量 ,较易形成低硫型水化硫铝酸钙。低硫型水化…     

水热合成-低温煅烧硫铝酸钙水泥熟料矿物的形成过程

以水热合成-低温煅烧法制备低温型硫铝酸钙(C_4A_3$)-贝利特水泥熟料,用X射线衍射、热重-差热分析、扫描电镜等分析了水热合成产物种类、煅烧过程中矿物相衍变,进而分析C_4A_3$的低温形成机制。结果表明:90℃水热合成物的比表面积高达76 800 m~2/kg,煅烧时水化硫铝酸钙AFm和AFt在650℃生成C_(12)A_7,750℃开始形成C_4A_3$,于1 100℃形成完全,其形貌为五角十二面型聚体。煅烧过程中无明显SO_3质量变化,且烧成温度比一步法低200~250℃。水热合成物及其高比表面积是C_4A_3$低温形成的主要原因,而低温烧成是低硫排放的主要因素。     

C_4AF、C_4A_3和C_(11)A_7·CaF_2的形成及早期水化

本文研究CaO、Al_2O_3、Fe_2O_3,SO_3和CaF_2按不同配比混合后煅烧对含铝矿物(C_4AF、C_4A_3和C_(11)A_7·CaF_2)形成的影响。以及这三个矿物的早期水化特征。分别对十二组试样进行XRD测定和对三组矿物进行微量量热计测定。理论计算和试验结果均表明。在接近平衡态的煅烧过程中,CaF_2和CaO、Al_2O_3结合形成C_(11)A_7·CaF_2的能力最强,C_4A_3f8d4次之。同时,从这三种矿物早期水化动力学的研究得出:C_4AF、C_4A_3和C_(11)A_7·CaF_2在CH和CH_2存在下的水化反应“活化能”分别等于32.1kJ/mol、158.2kJ/mol和53.4kJ/mol;升温对C_4A_3S水化反应活性的激发最为有利。     

矿渣水泥中钙矾石形成条件及其作用

本文主要研究钙矾石(3CaO·Al_2O_3·3CaSO_4·32H_2O,简称E盐),联系矿渣硅酸盐水泥和石膏矿渣水泥在水化硬化过程中的物理化学条件,探讨E盐的生成和作用。在这个基础上,进一步改变矿渣硅酸盐水泥和石膏矿渣水泥的组成,得到具有微膨胀特性的矿渣水泥,并论述E盐在这种矿渣水泥中的生成数量、速度、形态、稳定性及其膨胀作用。     

硫铝酸钙的氧化铝溶出性能

使用分析纯CaCO_3、Al_2O_3与CaSO_4·2H_2O配料,在1375℃、保温2 h的条件下合成了纯物相硫铝酸钙3CaO·3Al_2O_3·CaSO_4(C_4A_3S),对其物相组成和微观形貌进行了表征。并探究了碳碱浓度、苛碱浓度、溶出温度、溶出时间、粒度等因素对C_4A_3S氧化铝溶出性能的影响。结果表明:C_4A_3S的氧化铝溶出性能随着碳碱与苛碱浓度的增加先提高,之后趋于稳定。粒度越小,溶出率越高。与七铝酸十二钙12CaO·7Al_2O_3(C_(12)A_7)相比,C_4A_3S的孔洞状结构使其氧化铝更易溶出,在10 min时氧化铝溶出率即达到98%以上,且溶出所需的碳碱浓度与溶出温度均低于C_(12)A_7。在最佳条件:碳碱80 g·L~(-1)、苛碱10 g·L~(-1)、溶出温度80℃、溶出时间10 min下,C_4A_3S的氧化铝溶出率为98.76%。     

5～40℃不同硫酸盐侵蚀对铝酸盐水泥水化的影响

采用X射线衍射仪、热分析仪、压汞仪等分别研究了5℃、20℃和40℃Na_2SO_4和MgSO_4侵蚀对铝酸盐水泥(CAC)水化的影响。结果表明:不同温度CAC水化产物的稳定性与硫酸盐种类密切相关。在5℃和20℃,浆体中主要生成十水铝酸钙(CAH_(10))和八水铝酸二钙(C_2AH_8),两者在MgSO_4溶液侵蚀下均能稳定存在;但在Na_2SO_4溶液侵蚀下,C_2AH_8不稳定而基本消失,并有膨胀性钙矾石形成,试样强度降低。在40℃,浆体中主要生成C_2AH_8和六水铝酸三钙(C_3AH_6),其中C_3AH_6在Na_2SO_4溶液侵蚀下基本稳定,而C_2AH_8在两种硫酸盐溶液侵蚀下均基本消失,Na_2SO_4侵蚀样中形成大量钙矾石,MgSO_4侵蚀样中则形成大量石膏,试样破坏严重。但在40℃高温条件下,两种硫酸盐侵蚀均可在一定程度上起到收缩补偿作用。     

Cr对水泥熟料矿物生成及水泥早期水化产物形成影响的研究

用化学试剂Cr(NO3)3代替工业废物中的Cr,对含Cr水泥熟料的矿物生成及水化进行了研究。研究结果表明,Cr可以提高熟料相中C2S的含量,在水泥水化初期促进了钙矾石的增长,同时有新的水化产物结晶相生成。