29Si固体核磁共振技术在C-S-H凝胶中的应用进展

C-S-H凝胶作为硅酸盐水泥最主要的水化产物,是影响水泥混凝土行业工程质量的重要因素.本文围绕29Si固体核磁共振技术(29Si NMR)在硅酸盐水泥水化产物应用展开,从水化硅酸钙晶型、C-S-H聚合机理、钙硅比、机械力活化作用、矿物掺合料对C-S-H影响等几方面阐述29Si NMR在硅酸盐水泥水化产物C-S-H凝胶中的应用,提出了利用29Si NMR分析硅酸盐水泥水化产物存在的问题,并展望了29Si NMR在水泥水化领域的发展趋势.     

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。     

固体核磁共振技术在C-S-H中的研究进展

C-S-H是水泥水化的主要胶凝材料,其结构直接影响混凝土工程性,由于其结晶度较低,中短程有序,采用固体核磁(NMR)可作为分析其结构的方法之一。本文从C-S-H的模型,NMR中特征参数,平均分子链长(MCL)和聚合度三个角度,对水化龄期、掺合料、钙硅比三个方面进行了综述,并展望了固体核磁技术在C-S-H中的发展趋势。     

养护制度对高掺花岗岩石粉UHPC性能的影响

研究了三种养护制度条件下,高掺(22％)花岗岩石粉UHPC力学性能(3 d、28 d和180 d抗压/抗折强度)和胶凝浆体C-S-H凝胶微结构(水化程度、平均分子链长(MCL)和直链中的[SiO4](Q2))的变化规律.结果表明:同一龄期抗压/抗折强度、胶凝浆体水化程度、C-S-H凝胶MCL和Q2相对含量变化规律由高到低依次为压蒸养护、蒸汽养护和标准养护;随着养护温度和压力增加,其后期强度和胶凝材料水化程度增幅逐渐降低,且不利于后期C-S-H凝胶MCL发展.高掺花岗岩石粉的UHPC胶凝浆体中常温下的水化产物主要包括C-S-H凝胶、AFt和Ca(OH)2,随着养护温度和压力的升高,AFt和Ca(OH)2相对含量降低;至210℃2 MPa时,XRD图谱中两相消失且出现Tobermorite衍射峰,即高温高压环境促进了C-S-H凝胶向Tobermorite晶体转化.     

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。     

高温养护下粉煤灰效应机理研究

大体积混凝土施工过程中,为降低水化热而采用大量的粉煤灰替代水泥,故对高掺量粉煤灰水泥的水化硬化机理进行深入系统的研究具有重要的意义.以大掺量粉煤灰胶凝材料硬化浆体为研究对象,结合XRD、FTIR、NMR等测试分析,研究高养护制度下粉煤灰掺量对其水化相C-S-H凝胶硅氧四面体聚合程度的影响规律.结果表明:高温养护的硬化浆体,其水化相C-S-H凝胶硅氧四面体聚合程度和Al原子取代Si原子的程度,在各个养护龄期始终高于常温养护的硬化浆体.     

高炉镍铁渣粉在水泥基复合胶凝材料中的水化特性研究

通过对不同高炉镍铁渣掺量的水泥-高炉镍铁渣粉复合胶凝材料水化放热速率、高炉镍铁渣粉的反应程度、硬化浆体化学结合水含量以及水化产物中C-S-H凝胶Ca/Si的测定,分别研究了水泥-高炉镍铁渣粉复合胶凝材料的早期、中长期水化进程、浆体微观形貌以及水化产物特点等水化特性.研究结果表明:高炉镍铁渣的掺入会降低水化放热速率,并推迟水化加速期放热峰的出现时间;在复合胶凝体系中,随着高炉镍铁渣粉掺量的增大,其反应程度和硬化浆体中化学结合水含量将降低.复合胶凝材料水化生成的C-S-H凝胶的Ca/Si低于水泥,且随着水化的进行呈降低趋势;高炉镍铁渣粉中的Al,在水化过程中会取代部分Si进入C-S-H凝胶中,形成C-A-S-H凝胶.     

水化硅酸钙凝胶的研究进展

水化硅酸钙(C-S-H)凝胶是影响水泥基胶凝材料宏观力学性能与长期耐久性的核心组分,阐明结构和性能间的关联关系有利于实现C-S-H凝胶的合成及推广应用。本文首先对C-S-H凝胶不同阶段的典型结构进行了综述,并引出结构与性能间的内在联系;随后,介绍水热合成法对不同结构C-S-H凝胶的精确调控,并详细阐述了合成要素对其组成、形貌以及结构的影响规律;最后,综述了合成C-S-H凝胶在相关应用领域的基础研究。本文聚焦于C-S-H凝胶构效关系的梳理总结以及C-S-H凝胶工程应用的前景探索,可为充分完善水泥水化机理、开发高性能绿色化建材提供理论参考。     

碱矿渣胶凝材料水化产物的试验研究

本研究旨在较为系统全面地研究分析碱矿渣胶凝材料的水化产物及特性.研究采用不同碱浓度和模数的水玻璃制备碱矿渣胶凝材料,利用X-射线衍射(XRD)、热重-差示扫描热分析(TG-DSC)、能谱仪(EDS)等技术手段研究了碱矿渣胶凝材料水化产物及特性.结果 表明,碱矿渣胶凝材料中水化产物主要为低Ca/Si的C-S-H凝胶和C-A-S-H凝胶,同时也包含了水滑石类物相,但含量所占比例较少.碱矿渣胶凝材料水化产物对碱金属离子有较强的结合能力.以上结果为进一步阐明该材料的水化机理提供了理论依据.     

高温养护对炉底灰胶凝体系强度及水化产物的影响

为实现炉底灰在大体积混凝土工程中的资源化利用,结合净浆强度测定、X射线衍射、红外光谱及扫描电镜等手段,研究了高温养护对不同龄期炉底灰胶凝体系强度及水化产物的影响,结果表明:炉底灰胶凝体系水化产物主要为羟钙石,红辉沸石,文石以及C-S-H凝胶,高温养护促进了胶凝体系中硅酸钙的水化,生成更多的羟钙石和C-S-H凝胶,提高了试样早期强度;养护后期,胶凝体系水化速率及强度增长速率减小,羟钙石参与碱激发反应被消耗,C-S-H凝胶聚合度降低.高温养护下,胶凝试样的早期微观形貌以密实的网状C-S-H凝胶为主,随着龄期的增长,C-S-H凝胶结构更加致密,包裹于凝胶中的羟钙石在高温作用下产生微裂隙,阻碍了试样强度的发展.     

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.     

碱激发矿渣水泥水化C-A-S-H凝胶微观结构的研究

通过核磁共振、扫描电镜和纳米压痕技术研究了普通波特兰水泥和碱激发矿渣水泥水化28 d形成的C-S-H和C-A-S-H凝胶的微观结构.结果表明,波特兰水泥水化形成的C-S-H凝胶的结构主要由5链14 nm的托贝莫来石(60％)和2链硅钙石(40％)组成;碱激发矿渣水泥的主要水化产物是C-A-S-H凝胶,随激发剂的性质不同而具有不同的组成和结构:当激发剂为NaOH溶液(Na2 O含量为矿渣质量的4％)时,形成的C-A-S-H凝胶是介于5链14 nm和14链11 nm的托贝莫来石之间的中间结构;当激发剂为水玻璃溶液(Na2 O含量为矿渣质量的4％)时,C-A-S-H凝胶的结构主要由11链14 nm和14链11 nm的托贝莫来石组成,与NaOH作激发剂一样,以水玻璃作激发剂的碱激发矿渣水泥水化的C-A-S-H凝胶不具有超高密度状态.     

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。     

NaOH激发矿渣胶凝材料的29 Si NMR研究

为研究NaOH激发矿渣胶凝材料的强度演变规律及反应机理,采用抗压强度测试、XRD和29 Si NMR等技术手段探究了NaOH用量对碱矿渣胶凝材料抗压强度、水化产物种类、矿渣水化反应程度、C-S-H凝胶的聚合程度及其Al/Si的影响.研究结果表明:当NaOH用量为6％时,碱激发矿渣胶凝材料的抗压强度达到最大值;XRD谱图显示,NaOH激发矿渣胶凝材料的主要水化产物为C-S-H凝胶;29 Si NMR分析结果表明,NaOH用量的增加促进了矿渣的水化,其最佳用量为6％左右,NaOH用量超过6％,会降低C-S-H凝胶的聚合程度及其Al/Si,对胶凝材料的强度产生不利影响.     

化学外加剂对粉煤灰-矿渣-水泥胶凝体系的激发作用

为提高粉煤灰-矿渣-水泥充填胶凝体系早期强度,选取10种激发剂,通过单掺及复掺试验,研究激发剂的早强性能,并获得最优配比,利用XRD、SEM、EDS手段分析了胶凝体系的水化产物及复合激发剂作用机理.结果表明:单掺激发剂时,当掺量≤1.4％,早强效果较优的依次为:NaCl>Na2 CO3>CaSO4·2H2 O>Na2 SiO3·9H2 O>三乙醇胺,复掺激发剂最佳配比为:NaCl、三乙醇胺分别为胶凝材料总质量0.9％和0.03％,硫铝酸盐水泥、CaSO4·2H2 O均为水泥熟料质量5％,胶砂试样3 d强度比空白样提高191.7％,28 d强度与空白样相差不大;胶凝体系受激发主要水化产物为C-S-H凝胶、水化氯铝酸钙和钙矾石,C-S-H凝胶构成了试样的强度主体,针状钙矾石与片状水化氯铝酸钙交错生长,具有加筋、填充作用,使微观结构更加密实、紧凑,提高了早期强度.     

硅灰改性水泥/石灰砂浆微观结构的研究

以水泥和石灰为胶凝材料,中细砂为集料,再掺加有机聚合物流化剂制成水泥/石灰砂浆,水泥/石灰砂浆中添加外加剂的文献资料很少,通常是有关水泥砂浆的研究.本实验用硅灰取代10%(质量分数)的普通硅酸盐水泥,水泥、石灰和砂子的质量比为3:1:12,外加有机聚合物对砂浆改性,利用扫描电子显微镜、能谱仪和压汞仪对浆体进行微观分析.分析结果显示,由于硅灰的加入,浆体内部水化产物在早期先以Ⅲ型C-S-H凝胶的形式出现,随后,Ⅲ型和I型的C-S-H凝胶以并存的形式在水化后期出现;正如预期的那样,试样的总的孔隙率也比没加硅灰前有了大幅度的下降,而抗压强度的提高在水化后期才表现出来.     

纳米压痕技术研究磨细矿渣对水泥基材料微观力学性能的影响

应用纳米压痕技术对水泥净浆以及掺磨细矿渣的水泥浆体中各个区域的弹性模量、硬度等微观力学性能进行了测试和计算,同时,利用Gattssian函数对弹性模量、硬度的频率分布曲线进行了多峰拟合,获得水化产物中毛细孔、高密度C-S-H凝胶,低密度C-S-H凝胶以及氢氧化钙相关参数的统计分布.结果表明:水泥净浆中高密度C-S-H凝...     

水化硅酸镁胶凝材料研究进展

可溶性SiO_2与MgO反应可形成水化硅酸镁凝胶[(MgO)_x–SiO_2–(H_2O)_y,M-S-H]。M-S-H凝胶的组成可变,结晶度差,硅氧四面体呈层状结构,对体系抗压强度起主要作用。M-S-H凝胶形成速率依赖于反应物的活性,活性MgO和硅灰是常见的反应物,该混合物遇水放热,放热速率与MgO活性密切相关,浆体溶液呈弱碱性,被认为在建筑材料领域有潜在应用价值。系统总结了M-S-H反应机理、组成特点、孔溶液化学、水化热、工作性和强度演化规律及其影响因素,同时分析了Mg~(2+)对C-S-H和Ca~(2+)对M-S-H的作用机理,展望了水化硅酸镁胶凝材料发展前景。     

碱矿渣胶凝体系的水化特性及机理分析

通过测定矿渣胶凝材料体系不同龄期的化学结合水含量,结合SEM分析,研究了碱矿渣胶凝材料的水化特性以及水化产物的微观形貌.结果表明:随着水化时间的增加,水化程度呈现不断增长的趋势,水化时间为1d时,水化程度为40.37％;水化初期,小颗粒形状的凝胶体在矿渣周围形成,凝胶间不断组合生长为C-S-H凝胶,随着水化时间的增加,胶凝体系逐渐致密.水化产物的Ca/Si、Ca/(Si+ Al)、Na/(Si+ Al)的质量比比值趋于稳定,表明碱矿渣-钢渣复合胶凝体系已形成稳定的水化产物.     

C-S-H/PCE凝胶对掺磷渣水泥的低温促凝早强性能研究

探讨C-S-H/PCE凝胶对掺磷渣硅酸盐水泥的低温促凝早强性能的影响,并通过上清液pH值、Ca²⁺浓度和化学结合水量分析其对水化的影响机理。低温下(8℃) C-S-H/PCE凝胶能有效缩短混凝土终凝时间,并提高早期强度,当掺量5%时,混凝土终凝时间缩短近6 h,16 h、24 h和3 d抗压强度比分别为160%、150%和110%,且不影响2.5 h混凝土工作性能。C-S-H/PCE凝胶能使低温下掺磷渣硅酸盐水泥浆体处于高pH状态,加速早期水泥矿相离子溶解,提高Ca²⁺过饱和度,加速后期析晶过程,提高化学结合水量,从而促进掺磷渣硅酸盐水泥的水化,实现低温促凝早强。