硫铝酸盐水泥基复合体系的胶凝膨胀性能

研究了硫铝酸盐水泥熟料、二水石膏和氢氧化钙的不同复合胶凝体系水化产物与其膨胀性能及抗压强度的关系，利用XRD及Rietveld全谱拟合法和TG/DTG技术，对水化产物进行定性定量分析，得出硫铝酸盐水泥熟料-二水石膏体系（简称CG体系）和硫铝酸盐水泥熟料-二水石膏-氢氧化钙体系（简称CGL体系）水化产物中钙矾石（AFt）、单硫型水化硫铝酸钙（AFm）、铝凝胶（AH3）等物相含量的变化规律，并进行比较。结果表明，CGL体系水化产物中AH3和AFm生成量多于CG体系，而AFt生成量在二水石膏与硫铝酸钙摩尔比为0.5和1.0时少于CG体系，达到1.5摩尔比时两个体系相差不大；CGL体系中，掺加氢氧化钙会降低试件早期抗压强度，后期其抗压强度赶上甚至超过未掺加氢氧化钙的试件；随着二水石膏掺量增加，CG体系中AFt早期生成速率和试件膨胀率均呈增大趋势，而CGL体系中AFt早期生成速率和试件膨胀率均呈减小趋势。     

硫铝酸盐基复合胶凝体系水化性能的温度敏感性

研究了5、20℃和40℃硫铝酸盐水泥熟料-硅酸盐水泥-无水石膏三元体系(简称三元体系)的初凝时间、抗压强度及水化产物组成。结果表明:源自水化产物的显著差异,所涉硫铝酸盐水泥熟料为主的复合胶凝体系的性能对养护温度的敏感程度直接取决于初始配合比。与纯硫铝酸盐水泥熟料相比,单掺硅酸盐水泥时水化产物由钙矾石变为水化钙铝黄长石,导致硬化浆体力学强度显著降低。而单掺无水石膏或复掺无水石膏和硅酸盐水泥时,石膏的掺入促进了钙矾石的生成,有效抑制了向单硫型水化硫铝酸钙的转变(尤其在高温下),使得高温下的抗压强度略有提升。此外,欲使三元体系在不同养护温度下的初凝时间变化不大,硅酸盐水泥的掺量需控制在30%以上;要使抗压强度变化不大,石膏掺量宜在25%以上。     

硫硅酸钙-硫铝酸钙水泥熟料矿物组成的优化研究

硫硅酸钙-硫铝酸钙水泥是一种新型低碳水泥,硫硅酸钙矿物的水化活性对水泥性能具有积极作用。本文利用离子掺杂制备了硫硅酸钙-硫铝酸钙水泥,研究了硫硅酸钙、硫铝酸钙矿物以及后掺石膏的配比优化。结果表明,硫硅酸钙-硫铝酸钙水泥熟料的实际矿物组成与设计含量较为一致。硫铝酸钙含量的增加有利于提高水泥的早期强度,其适宜含量范围为30%~40%(质量分数);水泥的强度随着硫硅酸钙含量的增加而提高,当其设计含量增加至48%(质量分数)时,水泥强度降低,该矿物的适宜含量范围为40%~55%(质量分数),其优化含量根据硫铝酸钙的含量而有所不同。石膏的添加有利于硫硅酸钙-硫铝酸钙水泥强度的增长,与天然石膏相比,硬石膏更能促进水泥强度的发展;水泥的后掺石膏优选硬石膏,其优化掺量为8%(质量分数),28 d强度达到76 MPa。硬石膏掺量的增加促进了钙矾石的形成,但过高掺量的硬石膏会抑制硫硅酸钙的水化。     

硫铝酸盐基促强减缩剂对水泥性能的影响

分别研究了随硫铝酸盐基促强减缩剂(SP-SRA)掺量变化,P·Ⅰ和P·O两种水泥的标准稠度用水量、凝结时间、28 d干空收缩以及胶砂强度的变化规律,分析了不同掺量的SP-SRA对P·Ⅰ水泥水化热、水化产物物相和微观形貌的影响。结果表明:随SP-SRA掺量的增加,两种水泥的初凝、终凝时间明显缩短,28 d干空收缩减少,各龄期抗折、抗压强度增大;早期水化放热速率随SP-SRA掺量的增加而增大,XRD和DSC分析表明SP-SRA使钙矾石含量明显增多,MIP分析结果显示随水化的进行,掺SP-SRA的水泥浆体小孔数量逐渐增多,说明钙矾石等水化产物填充了水泥石毛细孔,使得大孔数量减少,小孔数量增加,水泥石更加密实,强度增大,并且钙矾石的膨胀性抵消了部分收缩,使得掺SP-SRA的水泥干空收缩减小。     

低温养护对硫铝酸盐基三元复合体系水化性能的影响

研究了低温养护对硫铝酸盐水泥-硅酸盐水泥-石膏三元体系凝结时间、抗压强度、干燥收缩等宏观性能的影响,并采用X射线衍射仪分析了不同温度下的水化产物。结果表明,低温及石膏掺量均影响着水化产物钙矾石及单硫型水化硫铝酸钙的生成,从而对宏观性能产生影响。石膏掺量较低时,低温对凝结时间影响不大;石膏掺量较高时,低温大幅延缓了凝结。低温养护延缓三元体系的早期水化,明显降低早期强度及干燥收缩,但对后期强度影响不大。     

用工业废料生产以硫铝酸钙和硫硅酸钙为主要矿物相的特种水泥

硫铝酸钙水化生成钙矾石,已被试验充分证实。钙矾石是膨胀、抗水缩、快硬、早强和节能水泥的一种主要矿物组份。但对硫硅酸钙的水化及物理力学性能的了解却甚少,许多研究者观察了它在水泥中的存在,在石膏杂质或矿化剂存在时,硫硅酸钙在普通硅酸盐水泥熟料中仅作为一种微量的矿物相,而在硫铝酸盐水泥熟料中其含量较高。     

地热环境下AFt和AFm的转化机制

在地热环境下水泥水化初期，单硫型硫铝酸盐(AFm)易与硫酸根在孔隙或界面处生成延迟钙矾石(DEF),导致混凝土膨胀开裂。本文采用溶液法模拟钙矾石(AFt)生成的温湿耦合液相环境，通过分子动力学模拟方法研究AFt在常温和地热环境下的内部结构变化，确定DEF的生成温度界限和水泥中石膏临界掺量。结果表明，地热高温环境会影响AFt晶体在(100)、(110)晶面上的生长，导致AFt生成量随温度升高逐渐减少；70～75℃为AFt转变为AFm的关键温度区间，但在75℃以上液相环境中AFt依然能够生成，转化的AFm含量会随温度增加而逐渐增多；高温对水泥早期水化生成AFt具有促进作用，但随着养护龄期增长，高温会造成早期生成的AFt逐渐转化为AFm;混凝土中AFt生成量随石膏掺量增大而增加，质量分数为4%左右的石膏是适宜掺量；分子动力学模拟结果同样表明AFt在常温下结构稳定，而在地热条件下结构发生改变。     

AFm阴离子类型对硫铝酸盐水泥水化产物钙矾石稳定性的影响

钙矾石是硫铝酸盐水泥主要水化产物之一,其稳定性对水泥性能影响很大。将碳酸钙、硝酸钙或亚硝酸钠按不同掺量加入硫铝酸盐水泥,并研究了它们对水泥水化、线性膨胀率和抗压强度等影响。结果表明,掺入这3种物质后可生成相应的阴离子单取代水化铝酸钙(AFm);含硝酸钙或亚硝酸钠净浆线性膨胀率均高于纯硫铝酸盐水泥净浆;含有这3种物质的水泥砂浆56 d龄期抗压强度均高于纯硫铝酸盐水泥砂浆。碳酸钙、硝酸钙或亚硝酸钠可提高硫铝酸盐水泥水化产物钙矾石的稳定性,从而提升水泥性能,其中硝酸钙和亚硝酸钠效果较佳。     

掺硫铝酸盐水泥熟料的富硅酸盐水泥体系的性能研究

研究了硫铝酸盐水泥熟料对复合硅酸盐水泥性能的影响。研究表明,当复合水泥中掺入少量硫铝酸盐水泥熟料后,再配以适量的石膏,可以提高其早期强度,且随着硫铝酸盐水泥熟料掺量的增加,其凝结时间明显缩短。运用XRD等测试方法探讨了硫铝酸盐水泥熟料改善复合水泥性能的机理。硫铝酸盐水泥熟料水化形成的钙矾石和铝胶,对硅酸盐水泥熟料矿物水化有促进作用,这是水泥凝结加快、强度增加的主要原因。     

快凝快硬高贝利特硫铝酸盐水泥熟料水化机理研究

研究了一种新型快凝快硬高贝利特硫铝酸盐水泥的水化性能,并利用微量热仪、XRD、TGA、SEM等方法进行了水泥水化过程,水化产物和微观形貌结构的表征.实验结果表明:新型高贝利特硫铝酸盐水泥熟料的早期水化放热迅速并集中,早期强度发展迅速;该水泥的早期水化产物主要为AFt和铝胶相,未发现CH相;在水化后期,生成的AFt会发生转化生成AFm相,同样没有发现CH相.随着水化的进行,水化产物不断增多,针棒状的AFt穿插,交错在凝胶之间,形成了较为致密的结构,从而提高了水泥的强度.     

海水对高贝利特硫铝酸盐水泥水化过程和力学性能的影响

研究了海水拌和与海水养护条件下高贝利特硫铝酸盐水泥(HB-CSA)和普通硅酸盐水泥(OPC)胶砂的抗压强度和抗折强度,采用等温量热法、X射线衍射分析法和热重分析法表征了两种水泥的水化过程和水化产物,分析了海水对HB-CSA水化过程和力学性能的影响。结果表明:海水拌和未明显影响HB-CSA的早期水化过程,海水拌和与海水养护未改变其主要水化产物类型;海水拌和显著加快了OPC的早期水化,海水中的氯盐与OPC的水化产物反应,导致水化氯铝酸钙(Friedel盐)的生成。海水拌和与海水养护对HB-CSA的抗压强度影响较小,但降低了OPC的后期抗压强度。海水养护对HB-CSA和OPC抗折强度的提高较为明显,钙矾石(AFt)含量的增加是抗折强度提高的主要原因。HB-CSA的水化产物中未见Ca(OH)₂和单硫型水化硫铝酸钙(AFm),避免了海水侵入后过量CaSO₄·2H₂O和AFt生成造成的混凝土膨胀开裂和强度下降的危害。     

硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥复配性能研究

基于硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥各自的特点,研究了二者复配后的标准稠度用水量、凝结时间、水化热效应、胶砂强度、膨胀性、水化产物的物相及微观形貌。结果表明,复配水泥的标准稠度用水量因复配比例不同而变化,凝结时间相对于占主导地位的单组分水泥明显缩短;复配水泥的早期水化速率得到提高,1d、7d的水化放热量均低于占主导地位的单组分水泥;28d抗压、抗折强度低于任何单组分水泥;膨胀性的大小取决于两种水泥的复配比例;硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥的复配使二者的水化相互促进,随着硫铝酸盐水泥掺量的增加,Ca(OH)2相的衍射峰减弱,AFt相的衍射峰增强;纯硅酸盐水泥水化后的微观形貌是致密的,而与硫铝酸盐水泥复配后则出现微观裂纹。     

高贝利特硫铝酸盐水泥改性白水泥的物理力学性能与水化作用

白色硅酸盐水泥(白水泥)具有较好的白度,是一种具有装饰效果的胶凝材料。针对该种水泥凝结时间长、早期强度发展慢及收缩变形较大等问题,采用高贝利特硫铝酸盐水泥对白水泥进行改性,系统研究了掺入10%~30%(质量分数)的高贝利特硫铝酸盐水泥对白水泥凝结时间、胶砂强度和自由膨胀率的影响。使用水化微量热仪、XRD、TGA、SEM等方法对复合胶凝体系水化过程、水化产物和微观形貌进行分析。结果表明:高贝利特硫铝酸盐水泥增大了白水泥水化放热率,显著缩短了白水泥的凝结时间;改性后的白水泥水化产物生成了大量的AFt,穿插生长在C-S-H凝胶中,消耗掉了部分Ca(OH)₂,使结构更加致密,强度更高,膨胀性能更好。     

利用低品位铝矾土和铸造废砂制备高贝利特硫铝酸盐水泥的研究

采用正交试验研究利用低品位铝矾土、铸造废砂、石灰石、石膏等原料制备高贝利特硫铝酸盐水泥的煅烧条件.对生料热稳定性、水泥熟料组成及其水化产物形貌等进行测试表征.可初步确定熟料的煅烧温度范围在1250～1360℃,该水泥熟料的主要矿物组成为贝利特和无水硫铝酸钙,用X-射线K值法定量分析熟料物相组成与理论计算值基本接近.该水泥的主要水化产物有钙矾石、水化硅酸钙凝胶、单硫型水化硫铝酸钙等.实验研究表明:煅烧温度1300℃,保温时间90 min,急冷,制得的高贝利特硫铝酸盐水泥凝结时间短,初凝时间30 min,终凝仅40 min,28 d水泥净浆强度可达65.4 MPa,胶砂强度与市售42.5硫铝酸盐水泥相比,早期强度比较接近,后期强度高出10％.     

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。     

锂盐对硼砂在硫铝酸盐水泥中作用的影响

在硫铝酸盐水泥实际工程应用中,硼砂作为常用的缓凝剂,容易导致硫铝酸盐水泥过度缓凝,为了更好调控水泥的凝结时间,本文研究了锂盐对硼砂在硫铝酸盐水泥中作用的影响,主要从凝结时间、抗压强度、水化产物方面进行了分析。结果表明:当硼砂掺量为0.1%(质量分数,下同)时,氢氧化锂能明显缩短硫铝酸盐水泥的凝结时间,降低水泥的抗压强度;当硼砂掺量为0.5%,氢氧化锂掺量大于0.07%时,水泥的凝结时间大幅度缩短,早期抗压强度随氢氧化锂掺量增加而略微提高,后期强度略微降低;在掺加硼砂的硫铝酸盐水泥体系中,锂盐的掺入不会改变水泥水化产物的种类,当硼砂掺量为0.5%时,1 d水化产物钙矾石衍射峰强度显著降低,28 d钙矾石衍射峰强度变化不明显。     

卤水侵蚀对水泥粉煤灰浆体微结构影响

采用XRD、29Si和27Al MAS NMR测试技术,研究了粉煤灰掺量和侵蚀龄期对卤水侵蚀下水泥-粉煤灰浆体水化产物相组成、含铝相产物迁移与转变、C-S-H凝胶微结构变化的影响规律.研究结果表明:卤水侵蚀导致浆体Ca (OH)2含量降低,AFm和TAH向AFt转变,同时生成大量Friedel盐,C-S-H凝胶中Al[4]脱出;随粉煤灰掺量增加,浆体中AFt、AFm和TAH生成量降低,C-S-H的MCL和Al[4]/Si增大,Friedel盐生成量先增后减;侵蚀早期,水泥-粉煤灰浆体结构疏松,AFt生成量较纯水泥高,后期浆体致密性提高,抑制卤水侵蚀,AFt生成量较少,C-A-S-H脱铝作用减弱.     

水泥-粉煤灰-矿粉-偏高岭土四元胶凝材料氯离子固化机理研究

本文在水泥、粉煤灰和矿粉组成的三元胶凝材料基础上掺入第四元矿物掺合料偏高岭土,利用X射线衍射(XRD)和热重分析(TGA/DTG)定性分析了四元胶凝材料水化产物与氯离子固化能力的关系,并在此基础上利用TGA/DTG和Rietveld外标法定量分析不同形态氯离子固化量。研究表明,掺入偏高岭土能够增加体系早期水化反应速率,促进粉煤灰和矿粉早龄期水化,增加了四元胶凝材料水化AFm相(单硫型水化硫铝酸钙)和C-S-H凝胶含量。同时也增加了体系中铝钙摩尔比,使得单硫型硫铝酸钙(Ms)在碳酸盐存在的条件下更加倾向于转化为半碳型碳铝酸钙(Hc)。氯离子等温吸附结果表明,AFm相含量与氯离子固化能力呈正相关。Rietveld外标法结果表明,掺入偏高岭土后四元体系的氯离子化学固化能力提高,物理吸附能力降低,与三元体系相比,氯离子化学固化量提高了94.16%,物理吸附量降低了7.62%,TGA/DTG定量结果表明Rietveld定量分析具有可行性。     

减水剂对硫铝酸盐水泥早期水化影响

研究了聚羧酸系高效减水剂(PCE)和萘系减水剂(FDN)对硫铝酸盐水泥净浆工作性能及力学性能影响,通过XRD和SEM检测手段对水化产物进行表征.结果表明:两种减水剂对硫铝酸盐水泥净浆流动度的影响存在饱和点;相比于FDN型减水剂,PCE型减水剂对硫铝酸盐水泥净浆具有更好的减水效率及分散能力.PCE型减水剂阻碍硫铝酸盐水泥净浆早期水化,并降低硫铝酸盐水泥净浆1 d抗压强度;FDN型减水剂能够加速硫铝酸盐水泥净浆早期水化,缩短初凝和终凝时间,提高硫铝酸盐水泥净浆1d抗压强度.两种减水剂对硫铝酸盐水泥净浆3d后抗压强度及水化产物种类均没有影响.