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。     

“水泥-速凝剂-水”系统的水化反应特征及凝结硬化机理研究现状

速凝剂是喷射混凝土不可缺少的化学外加剂,但目前对速凝剂速凝及硬化作用机理方面的认识存在分歧和争议.本文从“水泥-速凝剂-水”系统的角度出发,综述分析了不同类型的速凝剂对“水泥-速凝剂-水”系统水化反应特征的影响和其快速凝结硬化的机理.明确了水化产物中的水化硫铝酸盐在充水孔隙中的快速形成是实现速凝的主要原因.高硫型水化硫铝酸钙(AFt)向低硫型水化硫铝酸钙(AFm)的晶型转化导致硬化浆体孔隙率增加,并延缓硅酸盐矿物的水化,是铝酸盐类速凝剂引起喷射混凝土后期强度降低的原因.水泥的化学组成对“水泥-速凝剂-水”系统的水化进程和凝结硬化具有重要的影响.喷射工艺的高剪切作用会加速AFm形成,抑制硅酸盐矿物的水化,对掺加碱性速凝剂的喷射混凝土强度发展有不利影响.     

无碱液体速凝剂与水泥的适应性及水化促凝机理分析

通过微、宏观测试分析,研究了无碱液体速凝剂与水泥基材料的适应性及其水化促凝机理.结果表明:自制无碱液体速凝剂对实验中的三种水泥初凝时间均小于3 min 31 s,终凝时间均小于7min 35 s表现出良好的适应性,与聚羧酸超塑化剂或萘系超塑化剂复掺时,降低水灰比至0.32时,水泥凝结时间均可达到JC477-2005要求;通过XRD、TG/DTA与SEM分析微观结构得出,速凝剂对1～28 d的水化产物的类型基本没有影响.在掺入速凝剂的水泥-速凝剂-水体系中,速凝剂的主要成分硫酸铝与CH生成微细针柱状AFt,其主要是通过液相反应-沉淀过程形成.结晶水化产物的生长、发展,在水泥颗粒间交叉连续生成网络型结构,而加速凝结;水泥水化早期生成的CH被速凝剂消耗,且形成钙矾石加速了硅酸二钙(C2S)、硅酸三钙(C3S)的水化进程,使水泥快速凝结硬化.     

一种新型无碱液态速凝剂的研究

试验采用硫酸铝(Al2(SO4)3)、多聚磷酸钠(STPP)、乙二胺四乙酸二钠(EDTA)、二乙醇胺(DEA)和甘油(GL)等药品,通过有机-无机复合的方法合成了一种硫酸铝型无碱液体速凝剂,并研究了其对水泥凝结时间和胶砂抗压强度的影响,此外,还通过综合热分析等微观检测手段研究了掺加速凝剂之后水泥的水化过程.结果表明:当速凝剂掺量为8％时,可使基准水泥的初凝时间缩短至2 min 40 s,终凝时间6 min 20 s;1d抗压强度达到16.16MPa,28 d抗压强度保留率为109.9％;速凝剂能有效地加快水泥水化,但对水化产物的类型基本没有影响;水泥在短时间内能够迅速凝结的主要原因是速凝剂对于初始水化期的促进作用;而提高胶砂抗压强度的主要原因是速凝剂缩短了水泥水化的诱导期,使水化加速期被提前.     

新型无碱液体速凝剂的合成工艺参数及性能研究

以氢氧化铝、氢氟酸和硫酸铝为基础成分,通过添加醇胺、稳定剂和高分子增粘剂加温合成出一种新型无碱液态速凝剂。研究了各合成工艺参数对速凝剂性能的影响,结果表明,最佳配比和工艺条件为:HF和Al(OH)_3摩尔比值为3.25,硫酸铝用量为35%,醇胺用量为4%,稳定剂用量为0.4%,反应温度为50℃。所制得的无碱速凝剂采用不同水泥测试,掺量均为6%时,水泥凝结时间均小于3 min,终凝均小于8 min,同时该速凝剂1 d抗压强度均大于12 MPa, 28 d抗压强度比均大于105%,能达到JC477-2005中一等品的指标要求。     

影响水泥与减水剂相容性的因素及机理综述

0引言根据已有的文献资料,针对水泥来讲,影响水泥与减水剂相容性的因素有:水泥细度、C₃A含量、碱含量、石膏的形态和掺量、混合材的种类等。并有大量文章就其机理进行了研究和分析,并且将重点放在了C₃A含量和细度上。但在实践中,利用这些机理去解决水泥与减水剂相容性问题时,有时却不能很好地解决问题,表明在这些因素之外还存在其他的影响因素或者没有抓住问题的关键。     

水泥熟料矿物组成对混凝土抗碳化性能的影响

本文以四种熟料矿物组成不同的P·Ⅱ42.5R水泥、Ⅱ级粉煤灰和石灰石粉为胶凝材料，配制成三个混凝土系统：纯水泥系统A、掺粉煤灰系统B和掺石灰石粉系统C。A系统进行(20±2)℃、相对湿度大于95%的标准养护，B和C进行(15±1)℃、相对湿度(60±5)%的非标准养护。养护28 d后，进行加速碳化试验。试验得出的结果为：在温度(20±2)℃、相对湿度≥95%的标准养护条件下，高C₂S含量的水泥配制成的混凝土试件具有更好的抗碳化性能；在温度(15±1)℃、相对湿度(60±5)%的非标准养护条件下，水化更快的高C₃S含量的水泥配制成的混凝土试件相对而言具有较好的抗碳化性能。提高混凝土抗碳化性能要做好养护工作。     

CCUS环境下水泥单矿C3S的CO2腐蚀动力学研究

在碳捕集、利用和封存(CCUS)井下,油井水泥因长期受井下高温、高压和高酸性流体的作用会遭受碳化腐蚀导致水泥环失效。为了模拟CO₂地质封存井下碳化腐蚀环境,本文将油井水泥的主要单相矿物硅酸三钙(C₃S)置于不同温度(30 ℃、60 ℃、90 ℃),并密封在8.0 MPa的气相或液相的CO₂碳化环境下,采用XRD和TGA相结合的分析方法,分析水泥单矿C₃S受CO₂腐蚀环境的影响规律。根据非稳态Fick扩散的渗透理论模型,建立腐蚀产物定量分析结果与腐蚀龄期的数学模型,拟合得到C₃S受CO₂腐蚀后的产物生成系数,以此评价不同CO₂腐蚀因素对C₃S的影响程度。结果表明:在CO₂气相环境中,温度升高将显著加剧对C₃S的腐蚀且产生溶蚀现象;而在CO₂液相环境下,高温(90 ℃)使C₃S水化反应加剧并形成阻滞层,降低CO₂对C₃S的腐蚀速率。     

FeS与TiO2共存对水泥熟料中Ti的固化与迁移及矿物组成的影响

为研究FeS与TiO₂共存对水泥熟料中Ti的固化与迁移及矿物组成的影响,采用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)、能量色散光谱(EDS)、X射线衍射(XRD)与Rietveld全谱拟合法分别测量水泥熟料中Ti 的含量与分布以及熟料的矿物组成,根据X射线光电子能谱(XPS)、结构性差异因子D与Hume-Rothery经验公式探究S与Ti在水泥熟料中的存在形式。结果表明,FeS的掺入对水泥熟料固化Ti的能力影响较小,但使得Ti由中间相向硅酸盐相迁移。随着FeS含量增加,Ti在C₂S中的含量增加46.9%,促进α-C₂S的形成,增强了硅酸盐相对Ti的固化能力;熟料中Fe²⁺/Fe³⁺摩尔比增大和CaSO₄的生成是使C₃S和C₄AF含量降低,C₂S和C₃A含量增加的主要原因。     

C4A3■对硅酸盐水泥体积稳定性与力学性能的影响

针对预制构件存在早期强度发展不足,后期体积稳定性差的缺点,以无水硫铝酸钙(C₄A₃■)和硬石膏(C■)作为调控胶凝材料,针对C₄A₃■对硅酸盐水泥体积稳定性和力学性能的影响机理进行了探讨,对制备体积稳定的早强硅酸盐水泥基胶凝材料具有一定的指导意义。先用自由膨胀率与抗压强度分析了C₄A₃■-PC水泥浆体的体积及力学性能变化规律,再用X射线衍射仪、热分析仪、压汞仪和扫描电镜探究了该体系膨胀及水化机理。结果表明：C₄A₃■能改善硅酸盐水泥的体积稳定性,提高其早期强度,加速水泥的水化进程。当C₄A₃■含量为10%、■摩尔比为11时,12h钙矾石(AFt)含量可达5.61%,28 d含量为8.51%。C₄A₃■和C■的水化作用会消耗硅酸盐矿物水化产生的Ca(OH)₂。细针棒状的AFt生长在水泥硬化浆体的表面及孔隙中...     

水化硫铝酸钙和水化铝酸钙对内掺、外渗氯离子的固结机理及能力（英文）

为研究单硫型水化硫铝酸钙(AFm)和水化铝酸钙(C₃AH₆)的Cl^–固结能力和机理，通过人工合成的方法采用C₃A制备了高纯AFm与C₃AH₆，并研究了内掺、外渗Cl^–条件下2种物质固结Cl^–后的产物类型、微观形貌、Cl^–固结量和固结率。结果表明：C₃AH₆对内掺Cl^–的固结能力(最高可达75%)远高于AFm(稳定约为17%)，该差异在内掺Cl^–含量相对较低的情况下尤为显著；对比AFm,Cl^-与C₃AH₆的反应更迅速且更为彻底；C₃AH₆的固氯产物一致为Friedel盐，AFm则根据Cl^-浓度及其不同引入方式分为Hc、Kuzel盐、Friedel盐以及高硫型水化硫铝酸钙(Aft...     

水泥矿物体系诱导期的水化进程及机理的研究进展

硅酸三钙(C₃S)体系及铝酸三钙-二水石膏(C₃A-CH₂) 体系作为主要的硅酸盐水泥矿物相,对水泥新拌阶段及后续性能发展阶段有尤为重要的影响。而水泥在诱导期内的水化进程很大程度上决定了其后续性能的发展。鉴于此,本文回顾了水泥水化的热力学原理,重点综述了目前关于水泥水化诱导期开始及结束时作为主要矿物体系的C₃S体系和C₃A-CH₂体系的水化进程及机理的研究进展,以及不同矿物体系诱导期的成因。但限于目前的研究手段,对于水泥水化诱导期内各种矿物体系的相互作用和相互影响仍未完全厘清,还需要进一步的探索。     

铁相组分对铁相和高铁低钙水泥熟料水化性能及抗侵蚀性能影响

随着国家海洋战略的提出,大量水泥基材料被应用到海洋工程建筑中,海洋环境对水泥基材料的侵蚀破坏也愈发受到人们的广泛关注。研究表明,水泥中的铁相具有较好的抗侵蚀性能,而铁相中Al₂O₃和Fe₂O₃的摩尔比(Al/Fe,下同)是影响铁相抗侵蚀性能的主要因素。本文设计并烧成了两种铁相单矿C₄AF和C₆A₂F(Al/Fe分别为1和2),以及铁相为C₄AF或C₆A₂F的高铁低钙硅酸盐水泥熟料(铁相质量分数均为20%)。通过对铁相单矿C₄AF和C₆A₂F,以及高铁低钙水泥熟料进行X射线衍射、水化热、抗压强度、抗硫酸盐侵蚀能力和固化氯离子能力等测试,探究Al/Fe对铁相单矿和高铁低钙水泥熟料各项性能的影响。结果表明,随着Al/Fe增大,铁相晶面间距变小,氯离子固化能力增强,而抗硫酸盐侵蚀能力有所下降。同时,熟料中铁相含量提高促进了C₃S的水化,且Al/Fe高的熟料促进效果更加明显。铁相的Al/Fe提高,水泥熟料的氯离子固化能力增强,而抗硫酸盐侵蚀性能下降则较小。     

危废替代燃料对水泥熟料性能、重金属含量及节煤减碳影响的应用研究

本文系统研究了危废替代燃料对水泥熟料的力学性能、凝结时间、矿物组成、重金属含量及节煤减碳的影响规律。结果表明：危废替代燃料对熟料的力学性能产生一定的影响。随着危废投料量的增加，熟料的KH值依次增大，熟料中SiO₂被CaO饱和成C₃S的程度增加；熟料中C₃S、C₂S、C₃A、C₄AF四种主要矿物含量受危废替代燃料的影响较小。重金属的含量随危废投料量的增加而增大，但均能满足GB 30760—2014的要求。危废替代燃料热值在7 500～8 600 kJ/kg范围时，最佳投料量范围在1.6～2.7 m³/h，此时最大节煤量达到1.59 kg/t.cl,CO₂最大减排量为4.39 kg/t.cl。     

大颗粒水泥熟料的内外层矿物分析

由于回转窑中煤灰沉落及熟料颗粒内外烧成温度不同,大颗粒熟料外、中、内层矿物相组成不同导致水泥熟料强度的差异值得我们研究。本文借助化学分析、XRD定量分析和SEM形貌分析研究生产线上直径约40 mm的同一大颗粒水泥熟料外、中、内层化学成分、矿物组成和晶型结构。结果表明：从外层到内层的SiO₂、C₃S的含量逐渐降低,未和f-CaO反应的C₂S含量增加;硅酸盐矿物总体含量降低。从外层到内层C₃S-M1型向C₃S-M3型和C₃S-T型转变。     

SEBS与nano-CaCO3协同增韧PP的配方研究

采用双螺杆挤压机将聚丙烯(PP)和氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)按不同的配比进行熔融共混，并根据预期的结果进行预测，获得最佳的配比，即PP/SEBS最佳配比为80∶20时，其韧性最好。然后将不同含量的纳米碳酸钙(nano-CaCO₃)添加到最佳配比的PP/SEBS共混物中，考察了不同含量的nano-CaCO₃对共混体系韧性的影响，最终通过预期对比得出最佳实验配方，即PP/SEBS/nano-CaCO₃在PP/SEBS比例为80∶20下，加入4%的nano-CaCO₃，其韧性最好，共混物相容性也相对较好，表明nano-CaCO₃与SEBS具有协同增韧PP的作用。     

一种无碱液体速凝剂的适应性研究

本文介绍了一种无碱液体速凝剂的性能特点,通过凝结时间和强度测试,重点研究了该速凝剂对不同种类的适应性问题,以及环境温度对速凝剂性能的影响,并且结合化学分析的方法分析了速凝剂的促凝机理.研究表明:该速凝剂对水泥具有良好的适应性,在合适掺量下,水泥初凝时间不超过5 min,终凝时间不超过10 min,并且对水泥后期强度发展无不利影响,28 d强度比均大于95％.环境温度对速凝剂的效果影响显著,温度提高有利于缩短凝结时间,提高强度.化学分析表明,速凝剂的加入促进了钙矾石等矿物的形成,使得液相中钙离子的浓度降低,结合水和氢氧化钙含量增多.     

改性聚合硅酸硫酸铝速凝剂的制备及性能

以硫酸铝、正硅酸乙酯、氢氧化铝、硫酸亚铁、工业氢氧化钠、氟化钠和稳定剂为原料,利用复合共聚一步法制备出一种聚合硅酸硫酸铝(Poly aluminum silicate-sulfate,PASS)液体速凝剂。研究了改性聚合硅酸溶液、氟化钠、稳定剂和硫酸铝等多因素变化对PASS速凝剂的凝结时间、1 d抗压强度、28 d抗压强度比和稳定性的影响。实验结果表明,速凝剂最佳配比为:改性聚合硅酸溶液:硫酸铝:氟化钠:稳定剂=50:50:2:0.8,促凝和稳定性效果最优。所制备的液体速凝剂6%～7%掺量可满足GB/T 35159-2017《喷射混凝土用速凝剂》的要求,具有良好的水泥适应性,稳定期大于3个月,砂浆的28 d抗压强度基本不损失。     

生料中MgO含量对熟料性能影响的实验研究

梅州基地不同矿场的石灰石镁含量差异大，为量化高镁石灰石对熟料煅烧和水泥性能的影响，采用平行对比实验法进行研究。研究表明，在相同率值和相同煅烧条件下MgO含量对熟料性能的影响主要有：MgO含量会影响生料的易烧性，也会影响熟料的质量，MgO含量每提高1%，熟料硅酸盐矿物总量会降低2%左右；MgO含量高的熟料C₃S低C₂S高，熟料的早期水化率较低；高镁石灰石配料烧制的熟料流动度更佳，但对强度发挥不利。从实验结果总体上看，熟料随MgO含量的增加，熟料强度呈下降趋势。     

冷却方式对熟料矿物及C3S晶型的影响

C₃S矿物是熟料的主要成分,是水泥熟料强度的主要提供者,熟料的强度不仅受C₃S含量影响,与C₃S晶型也直接相关。为研究冷却方式式对熟料矿物成分和晶型结构的影响,将不同水泥厂工业生料经制样烘干后在1 450 ℃下煅烧保温30 min,采用液氮淬冷、空气快冷和随炉慢冷的方式制备熟料。通过TG-DSC、XRD、Rietveld全谱拟合、岩相分析等对熟料矿物组成、含量、晶型、形貌以及固溶情况进行分析。结果表明:冷却速度加快,熟料中C₃S含量提高,β-C₂S、C₃A及C₄AF含量降低,铝率较大生料的冷却速度对C₃S、C₃A含量影响更显著;冷却方式不同,C₃S晶型不同,液氮冷却和空气冷却时C₃S多为M1或M3型,随炉冷却时C₃S多为T型,冷却速度减慢使C₃S晶型从M型向T型转变。