熟料粒度分布与矿物组成对硅酸盐水泥抗裂性的影响

为系统探究熟料粒度分布和矿物组成对硅酸盐水泥抗裂性的影响,研究了熟料粒度分布和矿物组成对水泥基材料工作性能、水化性能、力学性能、干燥收缩性能和抗裂性能的影响。结果表明：随着水泥熟料细颗粒含量的提高,水泥标准稠度用水量增大,凝结时间缩短,失水率减少,干燥收缩增大,开裂风险增大;随着水泥熟料中C₃S含量的减少,C₂S含量的增加,水泥标准稠度用水量变化不明显,凝结时间延长,早期水化活性和强度降低,后期强度能稳定增长,失水率增大,干燥收缩减小;制备抗裂硅酸盐水泥时,建议水泥熟料粒度分布特征粒径D₁₀控制在5～7μm之间,D₉₀在45μm左右,C₃S含量在40%～60%,C₂S含量在10%～30%。     

氟硫矿化剂对高石英含量水泥生料煅烧的影响

使用全组分废弃混凝土替代部分原材料烧制水泥熟料能够提高建筑垃圾利用率,但这将不可避免地引入石英态的SiO₂,对生料易烧性和熟料质量带来不利影响。本文以石英砂为硅质原料,配制高石英含量的生料,按不同比例掺入氟硫矿化剂(m(F)/m(SO₃)=0.4),研究了氟硫矿化剂对高石英含量水泥生料易烧性、熟料煅烧过程、熟料矿物组成与结构、熟料水化后抗压强度以及水化产物形貌的影响。试验结果表明,氟硫矿化剂掺加到高石英含量水泥生料中能够显著改善生料的易烧性,减少系统液相出现和降低C₃S析晶温度,促进熟料矿物形成,熟料水化后的抗压强度也更高,水化产物更致密。氟硫矿化剂中CaF₂的质量掺量从0.5%增加至1.5%时,C₃S晶体长径比变小,熟料水化后的抗压强度有少许降低。     

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。     

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。     

粉煤灰与矿渣的早期火山灰反应放热行为及其机理

针对大体积混凝土绝热温升计算中粉煤灰与矿渣的火山灰反应放热问题,利用微量热仪法测试了不同掺量粉煤灰和矿渣对水泥水化热及放热速率的影响规律,分析了粉煤灰和矿渣水化3d以前的火山灰反应放热行为,采用X射线衍射与差示扫描量热–热重法研究了粉煤灰与矿渣对水泥早期水化及其火山灰放热行为的影响机理。结果表明：粉煤灰与矿渣水化3d时火山灰反应热分别约为3～5J/g和15～16J/g。粉煤灰对水泥水化的阻碍作用在水化24h前最为明显,其火山灰效应主要发生于水化24h之后;矿渣对水泥水化有促进作用,自加水开始即表现出一定的火山灰效应。粉煤灰与矿渣掺入后有助于水泥水化产物中钙矾石的稳定,钙矾石抑制了水泥水化,Ca（OH）2生成量减少,因而粉煤灰与矿渣的火山灰反应也受到影响。     

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。     

三乙醇胺对水泥-粉煤灰体系水化进程与强度的影响机制

为掌握三乙醇胺(TEA)水泥-粉煤灰体系水化与强度的影响规律及其机理,促进粉煤灰的有效利用,采用等温量热法测试分析了不同温度条件下TEA对水泥-粉煤灰体系水化放热行为和体系活化能的变化,通过热重和X射线衍射分析了掺TEA水泥-粉煤灰体系的物相组成及其变化,研究了TEA对水泥-粉煤灰体系水化进程和强度的影响规律.结果 表明,TEA和温度均水泥-粉煤灰体系水化放热和强度发展存在较大影响.TEA提高了粉煤灰在72 h内的反应热,促进了水泥-粉煤灰体系早期的水化放热,并且在高温下更加明显,水泥-粉煤灰体系活化能随着TEA掺量增加而降低,TEA对水泥熟料矿物铝酸三钙(C3A)、硅酸三钙(C3S)和硅酸二钙(C2S)在不同龄期内的水化进程影响不同,TEA在早期对C3A熟料的水化具有明显的促进作用,而对C3S和C2S的水化则有延缓作用.     

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。     

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。     

低铝硅比条件下硫铝酸盐水泥熟料中钙铝黄长石相的演变及形成动力学

为揭示低铝硅比（质量比）条件下硫铝酸盐水泥熟料中低水化活性钙铝黄长石相（C₂AS）降低熟料质量的作用机制,固定铝硅质量比为 2,通过改变煅烧温度及保温时间制备了一系列熟料。采用 X 射线衍射结合 Rietveld 方法和热重-差示扫描量热法,研究了 C₂AS 的演变过程。结果表明：950～1 200 ℃范围内 C₂AS 主要由 CaO、SiO₂以及 Al₂O₃反应而来;当温度超过 1 200 ℃时,C₂AS 主要由 C₄A₃$分解出的 CA 及 CaO 与残留的 Si O₂反应形成。反应动力学分析表明：超过 1 200 ℃时 C₂AS的形成主要由 Ca²⁺的扩散过程控制,其反应活化能为（305±20） k J/mol。本研究为硫铝酸盐水泥熟料煅烧过程中低品位铝矾土的使用提供了理论指导。     

混凝土化学组成对其抗折性能试验研究

混凝土化学组成的研究,对提升水泥混凝土强度有着十分重要的作用。主要研究了胶凝材料体系的硅酸盐水泥的化学组分与其相对掺量、还有配合比对混凝土强度的影响。综述了不同胶凝材料的化学组成与其反应机理,要特别说明的是C_3S和4CaO·Al_2O_3·Fe_2O_3的含量对强度的影响最大。水泥熟料发生的水化反应得到的水化产物,也对其产生了一定影响。通过优化胶凝材料不同的化学组分掺量,可以有效提高水泥混凝土强度。     

硬石膏和脱硫石膏对低钙硫铝酸盐水泥熟料 性能的影响

研究了不同掺量硬石膏和脱硫石膏对高贝利特硫铝酸盐水泥熟料抗压强度、水化放热和水化产物的影响。结果显示：无论硬石膏或者脱硫石膏,当掺量为15%时,熟料的抗压强度达到最大值;当硬石膏掺量小于5%时,对熟料具有一定的缓凝作用,随着掺量的增加,硬石膏的加入会促进熟料的水化;当加入脱硫石膏时,同样促进了熟料的水化反应进程,与硬石膏相比,脱硫石膏在低掺量时并未有缓凝作用,且力学性能相差较小,由此可见利用脱硫石膏调控高贝利特硫铝酸盐水泥熟料性能是可行的。     

铜矿渣在水泥混凝土应用的研究进展

铜矿渣应用于水泥与混凝土中可降低炼铜企业成本,又有利于环境保护.介绍了铜矿渣的物理与化学性质,对铜矿渣在水泥和混凝土领域的研究进展进行了综述.铜矿渣可作为铁质原料配置生料,配置的生料易烧性好,并能改善熟料的岩相结构和力学性能;也可作为水泥熟料混合材,所制成的水泥具有早期水化放热低、后期强度发展高等优点.铜矿渣可作为细骨料应用于混凝土中,铜矿渣混凝土具有与普通混凝土相当的工作性、力学性能与耐久性能.铜矿渣和水泥熟料有相似的化学成分,可通过物理或化学方式激发铜矿渣的活性作为胶凝材料应用于混凝土中,与Ca(OH)2反应生成与水泥水化相似的水化产物.铜矿渣可降低混凝土的脆性系数,具有减脆的作用.     

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。     

玻璃粉水泥浆的初期水化产物和浆体结构

采用SEM、XRD研究了玻璃粉水泥浆的初期水化产物、浆体结构.并用化学结合水量和有效结合水法来定性和定量分析玻璃粉对水化初期复合体系及水泥的促进或抑制作用以及作用程度.研究表明:在水化反应初期(1d内),因为玻璃粉的掺入既由此而产生的稀释作用使有效水灰比增加而产生的对水泥熟料水化的促进作用,因此,硅酸盐水泥熟料的水化程度较高,但从整体来看,大掺量(50%)的玻璃粉延缓了复合胶凝材料总水化程度;水化开始(6 h~1 d)时,水化反应开始加速进行,水化产物的数量迅速增加,主要为纤维状CSH凝胶、针棒状钙矾石晶体和Ca(OH)2,这些水化产物彼此间相互搭接、交错生长,部分未水化的水泥颗粒镶嵌其中,并将玻璃粉粘结成整体,构成体系骨架.     

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。