石灰石粉对水泥水化及C-S-H成核的动力学影响

通过等温量热试验研究了掺入不同掺量和细度的石灰石粉时水泥水化的放热速率及放热量,分析其随时间的变化规律.同时对水化放热速率及放热量曲线进行动力学分析,通过计算拟合得到水泥-石灰石粉体系的KNG、KI、KD等水化动力学参数,分析石灰石粉掺量、细度对水泥水化动力学过程及其对C-S-H成核的影响,探究石粉加速水泥水化的关键因素.研究结果表明:石灰石粉加速了水泥早期水化,C-S-H成核效率随石粉掺量增大先增大后减小,10％掺量时最大,C-S-H成核效率随石灰石粉细度的增大而增大.水泥水化的NG过程随石粉掺量增大而逐渐延长,I过程随石灰石粉掺量增大而缩短.     

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。     

速凝剂与石灰石粉对水泥浆体性能的影响

通过不同掺量的速凝剂和石灰石粉对水泥浆体凝结时间、流动度、粘度、胶砂强度和水化进程的影响研究,探讨速凝剂与石灰石粉共同作用下对水泥浆体性能的影响。结果表明:石灰石粉能够提高水泥净浆的流动度和粘度,并且其流动度和粘度损失随着石灰石粉掺量的增加而增大。速凝剂掺量为5%时,石灰石粉掺量为5%,水泥的凝结时间进一步缩短,水泥胶砂3 d、7 d和28 d的抗压强度略有提高,当石灰石粉超过5%时,水泥的凝结时间随着石灰石粉掺量的增加反而延长,水泥的胶砂抗折、抗压强度随着石灰石粉掺量的增加而降低。水泥水化初始期和加速期的水化放热速率随着速凝剂掺量的增加而增加,掺加速凝剂后,水化加速期提前10 h,同时石灰石粉也能够提高水泥水化初始期和加速期的水化放热速率。掺加速凝剂后,水泥水化放热量反而降低了一半,但是加入石灰石粉后,水泥水化放热量增加。     

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。     

缓凝剂对氯氧镁水泥水化历程的影响

为了拓展氯氧镁水泥(MOC)的使用范围,研究了缓凝剂(柠檬酸、硼酸、葡萄糖酸钠)对氯氧镁水泥凝结时间、抗压强度、电阻率、水化热和耐水性的影响,同时采用X射线衍射仪分析了氯氧镁水泥改性后的水化产物。结果表明,掺入缓凝剂会延长氯氧镁水泥的凝结时间,当缓凝剂掺量达到0.75%(质量分数,下同)时,各组试样的28 d抗压强度较空白组分别下降了19.3%、16.7%和20.2%。缓凝剂的掺入降低了水泥浆体电阻率速率曲线和内部温度曲线的峰值,推迟了水化放热速率曲线第二峰值出现时间,即降低了氯氧镁水泥的水化速率,改善了氯氧镁水泥放热集中的现象。缓凝剂能提高氯氧镁水泥的耐水性,当硼酸掺量为0.75%时,软化系数可达到0.79。     

环氧乳液改性水泥基材水化过程的硬化机理

极端环境和复杂荷载条件对混凝土结构的材料性能提出了更高的要求,聚合物通过改性水泥基材提高混凝土性能的方法已经得到了广泛应用。本研究为揭示环氧乳液改性水泥基材水化过程的硬化机理,通过等温放热试验分析环氧乳液对水泥水化放热过程的影响,结合原位XRD技术跟踪水泥主要矿物熟料和水化产物在水化反应早期的相含量发展。研究结果表明,环氧乳液对水泥水化的阻滞作用与环氧颗粒、水泥矿物熟料和水化产物之间的相互作用有关,并随着水化时间的延长,相互作用效果越明显。在水泥胶凝体系中,环氧乳液会减缓水化放热速率,降低水化放热峰值,减少累积放热量。环氧乳液通过抑制水泥矿物(C₃S、C₃A、石膏)的溶解和水化产物(钙矾石、氢氧化钙)的析出,延缓硅酸盐反应和铝酸盐反应;环氧乳液对水泥水化的影响随着其掺量的增加而增强。     

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。     

纳米氧化铝对硅酸盐水泥浆体流变、水化和硬化强度的影响

本文研究了纳米氧化铝(NA)对硅酸盐水泥浆体的早期流变性、中期水化特性和后期力学性能的影响,并且分析了三个阶段之间参数的相关性。结果表明,NA的掺入增大了新拌水泥浆体的屈服应力和塑性黏度,且当NA掺量范围为3%~5%时,屈服应力和塑性黏度最大增幅均超过110%。在水泥浆体中掺入NA明显改变了硅酸盐水泥早期的水化放热速率和放热量,并且使得浆体在各龄期的抗压强度和抗折强度有所增长。对于该复合胶凝体系,早期的水化放热量与流变参数呈指数增长的变化趋势,而放热峰值速率与抗压强度则存在近似线性的函数关系。     

水胶比和组成对补偿收缩胶凝材料的水化反应的影响

在不同水胶比条件下，利用等温量热法测量了不同组成的补偿收缩胶凝材料的水化放热速率和放热量曲线，以评价其水化特性及其对强度和膨胀性能的影响。随着水胶比逐渐降低，水化受到抑制。在水胶比为0．3时，补偿收缩胶凝材料的总放热量和水化放热速率有明显降低。由矿物掺和料、膨胀剂和硅酸盐水泥组成的复合胶凝材料的总放热量和水化放热速率较低，但后期水化放热增加量较大。水胶比大于0．4后，水胶比的变化对复合胶凝材料的水化过程影响很小。     

外加剂对氯氧镁水泥水化历程的影响Ⅰ:矿物掺合料

氯氧镁水泥具有放热量大、放热集中的特点.为了改善由放热量大引起的制品开裂、变形等缺点,本文采用水化热法,研究了内掺粉煤灰、硅灰和矿渣3种矿物掺合料对氯氧镁水泥水化历程的影响规律.研究结果表明,三者均能影响氯氧镁水泥的水化历程,延长水化时间,降低放热速率和总放热量,但三者影响效果不尽一致.当掺量为10％时,粉煤灰、硅灰和矿渣分别使镁水泥的诱导期延长了2％、6％和13％,第二最大放热速率分别降低了6％、16％和7％,3d水化放热量分别降低了9％、14％和6％;当掺量为30％时,粉煤灰和矿渣分别使镁水泥的诱导期延长了24％和45％,第二最大放热速率分别降低了29％和32％,3d水化放热量分别降低了27％和29％;三者对氯氧镁水泥水化历程的影响差异,与其矿物组成、比表面积、颗粒级配和形状等性质有关.实验结果为进一步寻找控制和改善氯氧镁水泥性能的合适外加剂提供了可靠的依据.     

低活性废渣配制复合水泥及其水化机理研究

以低活性的钢渣、锰渣为主掺合料,辅以适量的石灰石粉为超细填料,与熟料配比后制成复合水泥。当钢渣/锰渣的量40%、石灰石粉10%、熟料及半水石膏50%时达到最优化配比,配制成性能符合PC32.5标准的水泥。研究了掺合料的颗粒形貌及粒径分布对复合水泥强度的影响,通过SEM、XRD分析生态水泥的早期水化程度和产物,揭示矿渣生态水泥的水化特点。     

分别粉磨与共同粉磨对石灰石硅酸盐水泥颗粒分布及水化性能的影响

试验采用分别粉磨工艺和共同粉磨工艺配制石灰石硅酸盐水泥,分析了石灰石和熟料的粉磨特性差异,并研究了在单位能耗相同情况下,两种粉磨制度下石灰石硅酸盐水泥各组份颗粒分布及水化情况。结果表明,分别粉磨制度能合理控制石灰石硅酸盐水泥颗粒的分布,使熟料处于更细的颗粒范围内,提高了粉磨效率;细的石灰石粉能促进水泥的早期水化反应,而中后期的水化速率主要取决于熟料颗粒的细度;采用合理的分别磨粉工艺配制的石灰石硅酸盐水泥,在相同龄期下,其水化产物含量较多,水化产物之间的连结更紧密,水泥石整体结构更密实。     

Cement hydration in the presence of high filler contents

To realise self-compacting concrete, high filler contents are often used, and in order to avoid problems with excessive heat development during hardening, inert filler materials can be used. In this research two different filler types, limestone and quartzite, are considered in combination with different Portland cements. Although the filler material has often been considered to be inert, experimental results show that it does influence the hydration processes. On the one hand the reaction rate is influenced due to a modified nucleation possibility, and on the other hand, in some cases, the reaction mechanisms are altered, with a new hydration peak occurring. Based on isothermal conduction calorimetry on different cement-filler systems, an existing hydration model for blended cement is modified for these systems. Within the degree of hydration based hydration model, the cement/powder ratio seems to be an important parameter for the cement-filler systems. The model accurately predicts the heat of hydration during the hardening process.     

磷石膏粒径对湿拌砂浆性能及微观结构的影响研究

选取四种不同粒径磷石膏,分别与机制砂、水泥及外加剂混合制备了湿拌砂浆,考察了磷石膏粒径对砂浆工作性及力学性能的影响,并通过XRD、TG-DSC、MIP以及SEM测试探究了磷石膏粒径对湿拌砂浆水化产物及微观结构的影响机理。结果表明,随着磷石膏粒径增大,湿拌砂浆工作性及力学性能呈先增大后减小的趋势,当掺入30%(质量分数)粒径为53~106 μm的磷石膏时,湿拌砂浆稠度损失19%,保水率为90%,28 d抗压强度为10.7 MPa,14 d拉伸黏结强度为0.25 MPa,可满足抗压强度大于10 MPa的技术指标要求。随着磷石膏粒径增大,磷石膏中的共晶磷含量减少,水泥水化过程受抑制程度减弱,砂浆中水化硅酸钙(C-S-H)生成量增多,且在远离CaSO₄·2H₂O颗粒的区域有大量C-S-H出现。然而,砂浆硬化体的孔体积却呈先减小后增大的趋势,当掺入30%(质量分数)粒径为53~106 μm的磷石膏时,砂浆的孔体积最小,仅为0.130 9 mL/g。磷石膏粒径范围适宜控制在53~106 μm,此时湿拌砂浆具有良好的工作性及力学性能。     

二乙醇单异丙醇胺-三异丙醇胺激发沸石粉后期活性机理研究

以二乙醇单异丙醇胺-三异丙醇胺(DEIPA-TIPA)为助磨增强剂激发沸石粉后期活性。采用激光散射粒度分布分析仪表征沸石粉的粒径分布,采用X射线衍射仪(XRD)、环境扫描电子显微镜(ESEM)、热重分析仪(TGA)分别表征水泥水化产物的成分、微观形貌、氢氧化钙(CH)含量。结果表明,加入0.04%(质量分数)的助磨增强剂(m(DEIPA):m(TIPA)=6:4),沸石粉比表面积提高了85.4 m²·kg^-1,平均粒径减小了1.45 μm。水泥胶砂中掺入10%(质量分数)活化激发的沸石粉,沸石粉28 d活性指数提高了7%。DEIPA-TIPA助磨增强剂通过吸附-分散作用和络合作用促进了沸石粉-水泥体系的水化过程以及沸石粉的二次水化反应,在一定程度上提高了水化产物的均匀性和密实度,从而起到提高水泥胶砂强度的作用。     

己二酸对掺石灰石粉水泥浆性能的影响

为探究掺加石灰石粉的水泥浆中加入己二酸的作用效果,对添加己二酸的掺石灰石粉水泥浆体流动性、强度、水化热及化学结合水的影响规律进行了研究.利用X射线衍射和扫描电镜技术手段对其机理进行分析.结果表明:己二酸的加入提高了掺石灰石粉水泥浆体的流动度、3 d强度、早期水化温升值和早期水化结合水量,掺入己二酸在3d时生成更多的水化碳铝酸钙,水化产物结构更加致密.     

废弃玻璃粉对水泥石高温抗压强度和微观结构的影响

废弃玻璃粉作为一种高SiO₂含量的固体废弃物,可以有效防止油井水泥石在高温下的强度衰退,从而提升深井、超深井固井水泥环长期封隔完整性。本文研究了150 ℃、21 MPa下,不同粒径废弃玻璃粉对水泥石抗压强度、渗透率和微观结构的影响。结果表明:150 ℃、21 MPa下净浆水泥石180 d抗压强度为8.57 MPa,较1 d衰退76.04%;掺入废弃玻璃粉可以提高水泥石抗压强度的长期稳定性,在内掺40%(质量分数)粒径为45 μm的废弃玻璃粉情况下,水泥石在180 d时抗压强度为31.85 MPa,较1 d仅衰退3.95%,渗透率为1.28×10^-2 mD,较1 d降低16.88%;掺入废弃玻璃粉改变了水泥石150 ℃、21 MPa下的物相组成,净浆水泥石的主要结晶相为氢氧化钙和水硅钙石,掺入不同粒径废弃玻璃粉的水泥石主要结晶相为硬硅钙石和托贝莫来石;内掺40%粒径为45 μm的废弃玻璃粉的水泥石中托贝莫来石晶粒尺寸稳定;随龄期增加,净浆水泥石孔结构向大孔径发展,内掺40%粒径为45 μm的废弃玻璃粉的水泥石的孔结构更加致密,180 d内各龄期均以凝胶孔为主。