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.     

压蒸条件下花岗岩石粉对UHPC性能的影响

研究了在压蒸条件下花岗岩石粉取代石英粉掺量对超高性能混凝土力学性能(3d、180 d抗压/抗折强度)和微观结构(水化产物、C-S-H凝胶平均分子链长)的影响,并探明两者之间的关系.XRD、SEM-EDS、29Si NMR测试结果表明:3 d、180 d胶凝浆体水化产物主要为低钙硅比、本征强度较高的tobermorite晶体.随着花岗岩石粉取代率增加,混凝土抗压/抗折强度先增加后减小,当取代率为50％时,其180 d抗压强度≥190 MPa、抗折强度≥40MPa;且随着取代率的增加,C-S-H凝胶平均分子链长降低、Al[4]/Si增加;在相同取代率时,平均分子链长为180d＞3d,Al[4]/Si为180 d＜3 d.高温和高压条件下,C-S-H凝胶平均分子链长不是混凝土性能的单一影响因素,混凝土抗压强度与C-S-H凝胶平均分子链长不直接相关.     

粉煤灰对硫铝酸盐水泥水化历程的影响

研究了粉煤灰(FA)及其掺量对硫铝酸盐水泥(CSA)浆体的凝结时间、抗压强度和化学收缩的影响规律,并通过XRD、SEM等方法对72 h龄期时的水化产物进行分析.结果表明,粉煤灰缩短了硫铝酸盐水泥的凝结时间,当粉煤灰掺量为40％时,初凝时间和终凝时间分别缩短了76 min和94 min;掺入粉煤灰使得硫铝酸盐水泥的抗压强度降低,但在28 d龄期时,粉煤灰掺量为20％的硫铝酸盐水泥复合浆体的抗压强度仅略微降低;在硫铝酸盐水泥体系中掺入粉煤灰时,其浆体化学收缩随着粉煤灰掺量的增加逐渐减小,当粉煤灰掺量为20％和40％时,72 h龄期时的化学收缩值分别为0.138 mL/g和0.088 mL/g,较未掺粉煤灰时分别降低了26％和49％;微观分析表明,掺入粉煤灰后,72 h龄期时的水化产物主要是钙矾石和水化硅酸钙凝胶,并未发现氢氧化钙晶体.     

聚羧酸减水剂对粉煤灰基浆料水化进程调控机制

粉煤灰基喷浆材料的流动性对实际工程应用有重要作用，为探究减水剂对粉煤灰基浆料流动性的调控机制，通过减水率、流动度、凝结时间、浆体黏度和剪切应力等表征，比较了不同减水剂掺量对浆体流动性能的影响，并筛选出最佳减水剂及用量。采用水化热测定仪、X射线衍射和扫描电子显微镜，探究了聚羧酸减水剂(PCE)对粉煤灰基浆料水化进程与时间的变化规律，提出了PCE对喷浆材料的水化机理。结果表明，PCE对粉煤灰基浆料流动性能改善最明显，饱和掺量为0.6%时，减水率可达29.3%;流动度由113 mm延伸至351 mm;初凝时间由32 min延长至149 min,终凝时间由42 min延长至182 min,出现明显缓凝现象。在早期水化进程中，PCE吸附作用会抑制C₃A溶解，阻碍钙矾石(AFt)生长并改变其晶型。同时PCE络合作用会与Ca²⁺结合成络合物，影响Ca(OH)₂生成，延缓Ca²⁺富集过程，延长诱导期。C₃S的水化也受到抑制，使C-S-H成核数量减少，降低了第二水化放热峰。到水化进程中后期PCE...     

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。     

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.     

低Ca/Si比的C-S-H凝胶产物在抑制AAR中的作用

碱是混凝土发生碱-集料(AAR)反应的重要因素之一。许多资料报道低Ca/Si比的C-S-H凝胶对碱有强烈的吸附作用。从C-S-H凝胶的组成出发,指出低Ca/Si比的C-S-H凝胶在抑制AAR中的作用,解释了低Ca/Si的C-S-H凝胶对碱的吸附能力强的原因及其影响因素。为在实际工程应用中掺加混合材来抑制AAR反应,提高混凝土耐久性有重大指导意义。     

白糖和葡萄糖酸钠二元复合对长螺旋咬合桩用超缓凝混凝土性能的影响

为解决咬合桩施工现场超缓凝混凝土的制备问题,探究缓凝剂的作用机理,采用白糖和葡萄糖酸钠按质量比7∶3配制复合缓凝剂,对比一次搅拌和二次搅拌工艺,制备超缓凝混凝土。采用抗压抗折一体化试验机、环境扫描电子显微镜(ESEM)、总有机碳分析仪和等温量热仪测试分析超缓凝混凝土的力学性能、微观形貌、吸附量和水化性能。结果表明,混凝土的凝结时间随着缓凝剂掺量的增加而延长。当缓凝剂掺量为0.38%(质量分数)时,一次搅拌组初、终凝时间分别为31 h和46 h,二次搅拌组初、终凝时间分别为34 h和50 h;当缓凝剂掺量为0.50%(质量分数)时,一次搅拌组初、终凝时间分别为61 h和78 h,二次搅拌组初、终凝时间分别为65 h和84 h。两种掺量下,混凝土56 d抗压强度均达到40 MPa以上,满足两种工况的施工要求。采用二次搅拌工艺制备超缓凝混凝土有助于进一步延长混凝土的凝结时间,改善混凝土拌合物的流动性,但会略微降低混凝土的抗压强度。不同缓凝剂在水泥颗粒表面的吸附能力强弱顺序为:葡萄糖酸钠>白糖-葡萄糖酸钠>白糖>白糖-葡萄糖酸钠后掺。缓凝剂的掺入起到降低水化放热,抑制水泥水化的作用,从而延长混凝土的凝结时间。     

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.     

花岗岩石粉对水泥浆体力学性能的影响

以花岗岩石粉(GP)为矿物掺合料,通过X射线衍射仪、扫描电镜、综合热分析仪研究了GP对水泥浆体力学性能、物相组成、微观形貌的影响。结果表明：在标准养护条件下,掺加15%(质量分数,下同)GP的水泥浆体28 d抗压强度最高,为37.0 MPa;与未掺加GP的水泥浆体相比,掺加10%GP的水泥浆体56 d线收缩下降了18.3%,掺加20%GP的水泥浆体初凝时间和终凝时间分别缩短了20.7%、18.2%。在水养条件下,掺加20%GP的水泥浆体28 d抗折强度较标准养护条件下提高了48%。GP通过火山灰效应参与水泥浆体水化过程,形成更多的水化硅酸钙(C-S-H),掺加GP可以促进水泥浆体形成Ⅰ型C-S-H,有利于提高水泥浆体力学性能,缩短凝结时间。     

纳米水化硅酸钙的制备及对水泥水化影响的研究进展

随着纳米技术的不断发展,纳米材料逐步开始应用于传统混凝土材料中,以提高混凝土的各项服役性能。纳米水化硅酸钙(纳米C-S-H)是一种新型的早强纳米复合材料,可通过晶核效应加快水泥早期水化速率,显著提高水泥基材料的早期力学性能,从而提高施工效率,满足特殊施工要求。本文系统总结了纳米C-S-H的制备方法,及纳米C-S-H对水泥基材料早期和长期性能的影响规律,探讨了其对于水泥水化过程和水化产物的影响机制,其中重点介绍了采用聚合物分散纳米颗粒制备的C-S-H/PCE(聚羧酸型减水剂,简称PCE)纳米复合材料。     

纳米C-S-H对矿粉-水泥体系水化的影响

C-S-H是通用硅酸盐水泥主要的水化产物,对水泥基材料的性能起着十分重要的作用,但水泥水化产物复杂,难以从水化产物中分离出纯净的C-S-H并研究其对水泥基材料的影响。故本文通过双分解法制备了纳米C-S-H(NC)颗粒,并将其掺入矿粉-水泥体系中,通过无接触式电阻率测定仪、X射线衍射仪、差热分析仪(DSC-TG)、扫描电镜、压汞测试仪(MIP)等探究了NC对矿粉-水泥体系水化的影响。研究发现,在1%~4%(质量分数)掺量范围内,掺入NC可缩短基体的凝结时间,并为水泥早期水化提供更多的活性位点,加速水化产物的形成和沉淀,促进水化产物之间的搭接,从而降低了基体孔隙率并使基体早期强度和水化浆体电阻率均有所提升。     

早强型聚羧酸系减水剂对基准水泥早期水化的影响研究

探究早强型聚羧酸系减水剂(ES-PCE)对水泥水化的作用机制,有助于ES-PCE的研发设计与推广应用。本文通过对水泥水化进程、溶解速率、水化产物生长、凝结时间与抗压强度进行表征,分析了ES-PCE与普通聚羧酸系减水剂(PCE)对基准水泥早期水化的影响机理。结果表明:PCE与ES-PCE均会降低水泥悬浮液的溶解速率;PCE的掺入延缓了水泥水化的诱导期与加速期,降低了水化放热量;而ES-PCE仅略微延迟了水泥水化的诱导期,但缩短了加速期,水化放热量基本不变。与基准水泥相比,ES-PCE分别提早了水泥初凝时间10 min和终凝时间85 min。ES-PCE的掺入提高了水泥早期和后期强度,掺0.2%(质量分数)ES-PCE的水泥7 d抗压强度较基准组提高了14%,而同掺量的PCE强度提高仅为前者的一半。PCE与ES-PCE的掺入释放了水泥颗粒团状絮凝结构中的水分,有利于水泥水化,但二者对水化的影响截然相反;PCE分子结构中大量的羧基络合了溶液中的Ca²⁺,抑制了水泥颗粒表面晶核的形成,起到了一定的缓凝作用;然而,ES-PCE分子结构中羧基含量较低,Ca²⁺的络合作用较弱,缓凝效果并不明显,在体系中有效水分增多的情况下,反而促进水泥的水化,起到了早强效果。水灰比为0.4的水泥砂浆中,ES-PCE的掺量适宜控制在0.3%以下,在保证减水率的同时,对水泥早期和后期强度均起到一定的增强作用。     

Effect on fresh C-S-H gels of the simultaneous addition of alkali and aluminium

Reducing Portland cement content in cementitious binders offers a means to address the adverse environmental impacts of Portland cement manufacture. This paper investigates the impacts on hydration product chemistry of partially replacing Portland cement with alkali-activated aluminosilicates. Here, short-term effects of soluble alkali and aluminium, likely to be available in an alkali-activated system, on the structure of synthetic C-S-H gels are assessed. .C-S-H gels (synthesized at pH values of over 13) were mixed with different concentrations of aluminium nitrate and sodium hydroxide. The gels were characterized by FTIR, TEM/EDX and XRD 72 h later. The results showed that both alkali and aluminium increased the degree of silicate polymerisation in the C-S-H gels and precipitated a crystalline calcium aluminosilicate phase.     

Alkali binding in hydrated Portland cement paste

The alkali-binding capacity of C-S-H in hydrated Portland cement pastes is addressed in this study. The amount of bound alkalis in C-S-H is computed based on the alkali partition theories firstly proposed by Taylor (1987) and later further developed by Brouwers and Van Eijk (2003). Experimental data reported in literatures concerning thirteen different recipes are analyzed and used as references. A three-dimensional computer-based cement hydration model (CEMHYD3D) is used to simulate the hydration of Portland cement pastes. These model predictions are used as inputs for deriving the alkali-binding capacity of the hydration product C-S-H in hydrated Portland cement pastes. It is found that the relation of Na⁺ between the moles bound in C-S-H and its concentration in the pore solution is linear, while the binding of K⁺ in C-S-H complies with the Freundlich isotherm. New models are proposed for determining the alkali-binding capacities of C-S-H in hydrated Portland cement paste. An updated method for predicting the alkali concentrations in the pore solution of hydrated Portland cement pastes is developed. It is also used to investigate the effects of various factors (such as the water to cement ratio, clinker composition and alkali types) on the alkali concentrations.     

激发条件对脱硫石膏-矿渣体系水硬强度的影响

利用正交实验研究了硅酸盐水泥和其他两种矿物组分复合激发对脱硫石膏-矿渣体系强度的影响,用SEM、XRD分析了水化样品的微观结构.研究结果表明:硅酸盐水泥等多组分复合激发下,脱硫石膏-矿渣体系在水中标准条件养护,3 d抗压强度达17 MPa以上,28 d抗压强度达58 MPa以上.复合激发剂3种组分的优化组合为6:6:5,复合激发剂的用量为脱硫石膏-矿渣体系质量的17%左右.脱硫石膏-矿渣体系在复合激发条件下的水化产物主要是钙矾石和C-S-H.大量钙矾石、石膏晶体相互交叉连生,未水化石膏、矿渣颗粒所填充其间,在C-S-H凝胶的胶结下,形成了较为致密的晶胶搭配构成的微观结构.     

Calcium-silicate-hydrates/polycarboxylate ether nanocomposites doped by magnesium: Enhanced stability and accelerating effect on cement hydration

C-S-H/PCE (calcium-silicate-hydrates/polycarboxylate ether) nanocomposites have a significant accelerating effect on early hydration and early strength development of cementitious materials. In this study, magnesium ions are doped into C-S-H/PCE nanocomposites, and it is found that C-S-H/PCE nanocomposites doped by appropriate magnesium ions have much better stability. Besides, the accelerating effects of the modified nanocomposites on early cement hydration also get improved. The doped magnesium ions displace calcium ions and promote the absorption of PCE. Moreover, the incorporation of magnesium ions results in two unique morphologies of nanocomposites, that is, globule and gel. The globules are semi-crystalline similar to C-S-H, while the gels are amorphous and have more branched silicate chains.     

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。     

The encapsulation of Mg(OH)2 sludge in composite cement

A range of magnesium hydroxide waste sludges arising from the re-processing of nuclear fuel exist in the UK and require safe long-term disposal. Similar wastes undergo a cementation process in order to immobilise radioactive material prior to disposal. Simulant magnesium hydroxide sludges have been prepared and their subsequent interactions with composite cement systems based on the partial replacement of ordinary Portland cement with blastfurnace slag and pulverised fuel ash have been studied. This work has concluded that there was little reaction between the sludge and any of the composite cements during hydration. Apart from a small quantity of a hydrotalcite-type phase containing magnesium from the sludge, the main phases detected were C-S-H and unreacted brucite. This indicates that the magnesium in the sludges is encapsulated by the cement, rather than being immobilised or chemically bound within the hardened matrix.     

利用废弃混凝土制作再生水泥的研究

以废弃混凝土为主要原料,添加部分矿渣、钢渣及脱硫石膏,即可直接粉磨生产免煅烧再生水泥。该水泥中废弃混凝土的掺量可达40%~50%,3d抗压强度大于10MPa,28d抗压强度可达20~40MPa。XRD和SEM分析表明,废弃混凝土再生水泥的水化产物主要是钙矾石和C-S-H凝胶,有部分废弃混凝土参与了水化反应,其余部分被水化产物所包裹,起骨架作用。