氧化石墨烯增韧水化硅铝酸钙的反应分子动力学模拟

水泥-辅助胶凝材料(SCM)/氧化石墨烯(GO)兼顾轻量化碳足迹以及延性增强等优点。SCM水化时释放的铝相在水化硅铝酸钙(C-A-S-H)/GO中以各种形式存在。基于反应分子动力学探究了桥接相邻硅链的铝相[Al(Q_b²)]与层间铝(Al_inter)对于C-A-S-H/GO力学性能的影响差异。结果发现虽然Al_inter含量少于Al(Q_b²)，但在体系断裂过程中能够重分配应力，激活多层间分担荷载，触发“复苏-强化”机制进而成倍提升力学性能。通过解析Al对于界面键合网络的重组机制以及断裂过程中化学键演化，最终解释其机理。基于本研究结果，在水泥-SCM/GO制备中如何定向调控铝相所处的化学环境将成为突破延性瓶颈的关键。     

基于分子动力学水分和离子在水化硅酸钙纳米孔道中的传输特性研究

水化硅酸钙凝胶是水泥水化产物中最基本的粘结相,水分子和离子在凝胶孔中的传输从根本上决定着水泥混凝土材料的服役寿命.采用分子动力学方法系统地研究了水分子、氯离子和钠离子在1nm、2nm、3nm和4nm的水化硅酸钙凝胶孔中的传输过程.基于径向分布函数和均方位移的离子轨迹分析发现在纳米孔道中离子和水分子展现出异于毛细水的分子结构和动力学特性:水分子有序性排布、离子大量在界面吸附和扩散速度急剧下降.这种分子结构与动力学的特性是因为水化硅酸钙界面处硅链中的非桥接氧会与水分子形成稳定的氢键连接,而钠离子可以形成Na-O化学键,同时表面的钙离子也可以与氯离子形成CaCl2团簇体.此外,随着孔径的增大,离子和水分子的扩散系数逐渐由0.15×10-9m2/s、0.7×10-9m2/s增大到1.3×10-9m2/s、3×10-9m2/s,这很接近于实验测得的毛细水的扩散系数,说明在纳米尺度上,孔径的约束和界面化学键作用是决定离子和水分子传输的关键因素.     

水分在托贝莫来石中运动特性的分子动力学模拟研究

水和离子会通过水泥基材料的孔隙进入基体内部,导致一系列有害反应的发生.分子动力学方法(Molecular Dynamics,MD)可以模拟水分和托贝莫来石界面的相互作用,研究水泥基材料内部水分的运动特性.通过计算均方位移函数(Mean Squared Displacement,MSD)发现,托贝莫来石层间水分子的运动速率远小于溶液水分子的.此外,通过径向分布函数(Radial Distribution Function,RDF)和氢键数量计算发现水分子会和托贝莫来石表面形成大量氢键,使水化硅酸钙凝胶层间的水分子排列十分有序.     

水化氯铝酸钙脱氟的pH相关性研究

以聚合氯化铝和石灰乳为原料合成了水化氯铝酸钙用于含氟水的处理。发现水化氯铝酸钙脱氟具有显著的pH相关性,脱氟效率最高的pH值在3～4区域、在pH值7～8区域的脱氟效率次之。对含氟絮体的的ζ电位、XRD、FTIR、XPS及SEM-EDS表征显示,溶解-再沉淀是水化氯铝酸钙脱氟的主要途径;但无论是在酸性、中性及碱性环境,水化氯铝酸钙对氟离子的去除始终存在着无定型Al(OH)_3(am)絮体对CaF_2的分子吸附;在酸性和碱性pH区域还分别存在着以新生态铝盐对氟离子的络合吸附以及水化氯铝酸钙层间的F-Cl离子交换,这些检测结果表明水化氯铝酸钙对溶液中氟离子吸收是一个复杂的过程。     

水化氯铝酸钙脱氟的pH相关性研究

以聚合氯化铝和石灰乳为原料合成了水化氯铝酸钙用于含氟水的处理。发现水化氯铝酸钙脱氟具有显著的pH相关性,脱氟效率最高的pH值在3～4区域、在pH值7～8区域的脱氟效率次之。对含氟絮体的的ζ电位、XRD、FTIR、XPS及SEM-EDS表征显示,溶解-再沉淀是水化氯铝酸钙脱氟的主要途径;但无论是在酸性、中性及碱性环境,水化氯铝酸钙对氟离子的去除始终存在着无定型Al(OH)_3(am)絮体对CaF_2的分子吸附;在酸性和碱性pH区域还分别存在着以新生态铝盐对氟离子的络合吸附以及水化氯铝酸钙层间的F-Cl离子交换,这些检测结果表明水化氯铝酸钙对溶液中氟离子吸收是一个复杂的过程。     

碱激发磷渣基胶凝材料的性能及微观结构分析

以磷渣(PS)为主要原料,配合高炉矿渣(BFS),在碱性普通硅酸盐水泥(OPC)或氢氧化钙(CH)的作用下,制备碱激发磷渣基胶凝材料.主要研究PS/BFS质量配比、养护方式、OPC和CH掺量对材料抗压强度的影响,并通过XRD、FT-IR、TG-DTG、SEM-EDS等表征手段分析材料的物相组成和微观形貌.结果 表明,当PS/BFS质量比为7∶2、OPC掺量为10％或CH掺量为4％,蒸汽养护32 h时,二者对材料的激发效果及原理类似,其材料抗压强度分别达46.0 MPa、43.3 MPa,水化产物主要为水化硅酸钙(C-S-H)和水化硅铝酸钙(C-A-S-H)凝胶.     

机械-化学耦合活化对铜尾矿火山灰活性的影响

为了提高铜尾矿的水化活性,采用机械与化学活化方式激发铜尾矿的火山灰活性.结果表明:随着粉磨时间延长,铜尾矿粒度分布变窄,颗粒粒径变小,比表面积逐渐增大.粉磨后的铜尾矿对复合胶凝体系硬化浆体试样发挥了物理填充和活性填充作用,延长粉磨时间有利于提高试样的力学性能.当CaO掺量在3％(质量分数)以内、Na2 SiO3掺量在2％(质量分数)以内时,对试样抗压强度具有一定促进作用.铜尾矿复合胶凝体系的XRD谱中检测出石英和水化硅铝酸钙等产物,石英晶相为铜尾矿直接带入,水化硅铝酸钙为铜尾矿活性物质水化产物之一.     

非饱和及饱和状态下水化硅酸钙孔道中水分和离子传输的分子动力学研究

水分子和离子在纳米孔道中的传输是混凝土材料的耐久性的重要影响因素.利用分子动力学方法可以模拟水分子和离子在非饱和及饱和状态下的毛细传输过程,进而探究纳米孔道中水分和离子的传输规律以及与C-S-H界面之间的相互作用特性.非饱和状态下,水分子和离子的传输主要受到毛细作用的驱使,以半月板形界面沿3.4 nm的水化硅酸钙孔道向上侵入;饱和状态下的水分子的传输主要是上下部水分子互相扩散而形成的交互传输过程,使得水分子沿孔道的扩散速度减慢.且饱和状态下,孔道界面处水化层更为紧密稳定,易形成离子簇,直接阻碍了后续水分子和离子的进入.因此,非饱和状态下水分子携带离子在纳米孔道中的传输速度远快于饱和状态.     

含硫铝酸钙硅酸盐水泥中粉煤灰活化机理

用差示扫描-热重分析扫描电镜和化学分析法研究了含硫铝酸钙粉煤灰硅酸盐水泥和含硫铝酸钙矿渣硅酸盐水泥水化过程中水化产物的种类、形状、数量和孔溶液离子浓度等方面的变化规律.借助固体高分辨核磁共振波谱技术对水泥中硅氧四面体不同聚合状态的分布,Al的不同配位状态进行分析.结果表明:含硫铝酸钙硅酸盐水泥对粉煤灰激发作用大于对矿渣的激发作用,含硫铝酸钙粉煤灰水泥水化放热量多,促进粉煤灰玻璃体中AlO2-的溶出,在较高温度粉煤灰玻璃体网络结构激活,解聚速率加快.     

硅铝凝胶粉结合SiAlON增强Al2O3-SiC-C浇注料

以电熔致密刚玉和碳化硅为骨料,硅铝凝胶粉、氮化硅粉、硅粉为细粉,制成SiAlON增强Al2O3-SiC-C浇注料,研究了硅铝凝胶粉的加入量分别为1%、3%、5%(质量分数,下同)时对此浇注料的烧结性能、力学性能的影响.结果表明采用硅铝凝胶粉取代纯铝酸钙水泥作结合剂,可使SiAlON增强Al2O3-SiC-C浇注料在经中温、高温热处理后的常温抗折强度及耐压强度较大提高,中温、高温强度提高幅度更大.另外,随着硅铝凝胶粉加入量的增加,浇注料的常温及高温强度呈先增大而后减小的趋势.由X射线衍射和扫描电镜分析结果可知,硅铝凝胶粉的加入既有利于降低β-SiAlON的生成温度,又可以减少材料中的低熔物质.分布均匀、发育良好的粒状β-SiAlON的形成是SiAlON增强Al2O3-SiC-C浇注料较水泥结合浇注料强度高的根本原因.