MgO活性对新型水化硅酸镁水泥性能的影响

通过对原料轻烧氧化镁粉在不同温度下进行二次恒温煅烧1.5 h制备不同活性MgO,研究了不同活性MgO与硅灰(SF)和磷酸氢二钾(K₂HPO₄)所制备的新型水化硅酸镁水泥胶凝材料(又称水化磷硅酸镁水泥,MSPHC)的凝结时间、流动度、抗压强度、反应溶液pH值。结合X射线衍射(XRD)、热重分析(TG-DTG)和扫描电子显微镜(SEM)测试手段,分析其影响机理。结果表明:随着煅烧温度的升高,MgO衍射峰强度增大,MgO活性降低;活性越高的MgO制备的MSPHC净浆凝结时间越短且流动性越差,而活性适中MgO制备的MSPHC具有较好的力学性能。MSPHC最主要的水化产物是水化硅酸镁(M-S-H)凝胶,另外还有Mg(OH)₂和MgKPO₄·6H₂O(MKP)生成,原料轻烧氧化镁粉中的MgCO₃成分不参与体系反应。活性适中的MgO制备的MSPHC在28 d龄期内的水化产物M-S-H凝胶生成量最多,因此硬化体抗压强度最高。活性越高的MgO在MSPHC反应体系中溶解的速度越快,体系水化反应进程速度也越快。     

水化硅酸镁胶凝材料研究进展

可溶性SiO_2与MgO反应可形成水化硅酸镁凝胶[(MgO)_x–SiO_2–(H_2O)_y,M-S-H]。M-S-H凝胶的组成可变,结晶度差,硅氧四面体呈层状结构,对体系抗压强度起主要作用。M-S-H凝胶形成速率依赖于反应物的活性,活性MgO和硅灰是常见的反应物,该混合物遇水放热,放热速率与MgO活性密切相关,浆体溶液呈弱碱性,被认为在建筑材料领域有潜在应用价值。系统总结了M-S-H反应机理、组成特点、孔溶液化学、水化热、工作性和强度演化规律及其影响因素,同时分析了Mg~(2+)对C-S-H和Ca~(2+)对M-S-H的作用机理,展望了水化硅酸镁胶凝材料发展前景。     

硅酸镁胶凝材料体积稳定性及水化特性

用硅灰(SF)和不同温度煅烧后MgO制备水化硅酸镁(MgO-SiO_2-H_2O,M-S-H)胶凝材料,研究其流动度、凝结时间、pH值与M-S-H胶凝材料强度及膨胀特性的相互关系。采用X射线衍射和热重分析等测试手段分析了不同温度煅烧的MgO对MgO-SF净浆水化产物和M-S-H结构的影响。结果表明:随着煅烧温度增加,MgO衍射峰强度增加,峰宽变窄,晶粒尺寸增加,活性降低。1 150℃煅烧MgO制备的净浆中Mg(OH)_2和M-S-H物相含量高,且M-S-H硅氧四面体聚合程度最大。1 150℃煅烧MgO制备的MgO-SF流动度适中易成型(净浆和砂浆流动度分别为129 mm和206 mm),净浆pH值和凝结时间适中,砂浆强度高、自由膨胀率(ε_t)最小。ε_t与Mg(OH)_2的含量变化幅度正相关。     

不同养护制度下大掺量石灰石煅烧黏土UHPC早期水化及力学性能发展

采用大掺量(60%,质量分数)石灰石煅烧黏土替代水泥熟料设计制备了超高性能混凝土(UHPC),通过抗压强度测试、X射线衍射(XRD)分析、等温量热分析以及综合热分析研究了其在标准养护和蒸汽养护下的早期水化行为和力学性能发展。研究发现,蒸汽养护显著改善了由高水泥替代量造成的1 d及3 d抗压强度损失,标准养护则使7 d抗压强度更为优异,煅烧黏土和石灰石质量比为2∶1时各个龄期的强度发展最佳。在蒸汽养护条件下水化进程得到大幅提前,出现明显的铝酸盐相反应放热峰。蒸汽养护加剧了煅烧黏土对氢氧化钙的消耗,煅烧黏土和石灰石质量比为2∶1时才检测到单碳型碳铝酸盐的形成,表明在低水胶比环境下,早期煅烧黏土与石灰石的协同作用主要取决于活性组分煅烧黏土的含量。     

硝酸钙对铝酸盐水泥强度及水化性能的影响

在不同养护温度条件下,采用X射线衍射、微量热分析、扫描电子显微镜等研究了硝酸钙对铝酸盐水泥强度及水化性能的影响。结果表明:硝酸钙(CN)能延缓铝酸盐水泥的水化进程,在20℃其延缓程度随CN掺量提高,呈现先增大后降低。其中10%CN延缓程度最显著。在50℃其延缓程度随CN掺量提高而增大。在硝酸钙存在下,铝酸盐水泥会优先形成Gibbs自由能更低的硝酸盐钙钒石相(NO_3-AFm和NO_3-AFt),从而抑制铝酸盐水泥的相转变。CN的掺量和养护温度显著影响硝酸盐型钙钒石的形成和演变。硝酸钙大幅提高了50℃养护条件下铝酸盐水泥的抗压强度。硝酸钙的最佳掺量为10%,此时50℃养护条件下铝酸盐水泥的28 d抗压强度达到66.8 MPa,而未掺CN的铝酸盐水泥抗压强度仅为28.7 MPa。     

养护温度对高温煅烧MgO水化反应产物组成的影响

以TG-DSC和TG-FTIR联用,研究了轻质MgO在不同实验条件下的水化性质和水化产物.结果表明,900 ℃煅烧的MgO在室温下容易发生水化,温度升高可显著加快MgO的水化速率.常压高湿条件下,1300 ℃煅烧MgO的水化和碳酸化作用同时进行,产物为六方Mg(OH)_2和无定型的碳酸化产物,两类产物的生成量随养护温度升高而显著增加,生成的碳酸化产物的热解温度在300～450 ℃范围内,基本覆盖了Mg(OH)_2 的热分解温度范围.高于1300 ℃煅烧的MgO有较强的稳定性,室温下几乎不发生反应,但温度提高到40 ℃以上时,水化和碳酸化作用又显著进行.     

通过加速碳化激发γ-C_2S矿物的活性

在1 350℃的煅烧温度下,制备了纯的γ-Ca_2SiO_4(γ-C_2S)矿物,研究了加速碳化后该矿物的物理力学性能。结合X射线衍射、高分辨29Si固体核磁共振和扫描电子显微镜分析其硬化机理,探讨了加速碳化技术激发γ-C_2S矿物活性的可行性。结果表明:加速碳化能显著激发γ-C_2S矿物的活性,8 h抗压强度达71.3 MPa;γ-C_2S碳化形成了形状不规则的碳酸钙和高度聚合的硅凝胶,类似于水化硅酸钙(C-S-H)凝胶的作用,是强度增加的主要来源。     

养护温度对UHPC水化及力学性能影响研究

热养护能够提高超高性能混凝土(UHPC)的早期力学性能,促使UHPC水化,但对UHPC长期性能的发展尚未有系统深入的研究。通过力学性能测试、SEM和XRD研究了五种养护温度(20 ℃标养、90 ℃蒸汽养护、120 ℃干热养护、200 ℃干热养护和250 ℃干热养护)对UHPC长期力学性能发展以及水化的影响。结果表明,热养护能够促进UHPC早期水化,显著提升UHPC的早期抗压强度,特别是养护温度超过200 ℃时,能够生成明显的硬硅钙石提高UHPC的早期抗压强度。不同养护温度对于UHPC后期抗压强度的影响则不尽相同,90 ℃蒸养和120 ℃干热养护后UHPC试件的后期抗压强度仍然能持续增长,而200 ℃和250 ℃干热养护后试件的后期抗压强度则出现显著降低的趋势,后期抗压强度的变化主要取决于UHPC早期水化后内部剩余的未水化颗粒的含量。     

不同温度下矿渣对铝酸盐水泥早期水化行为的影响

通过凝结时间、抗压强度、电阻率、浆体内部温度测试和水化产物分析,研究了20 ℃、35 ℃和50 ℃下矿渣(GGBFS)对铝酸盐水泥(CAC)早期水化行为的影响。结果表明,掺入矿渣会逐渐减小CAC 72 h的化学收缩,降低化学收缩速率峰值。20 ℃时,电阻率变化曲线出现了明显的晶相转变期,化学收缩曲线存在明显的诱导期; 35 ℃时,凝结时间延长,掺入矿渣抑制了电阻率的发展;50 ℃时,电阻率在接近24 h时显著降低,凝结时间显著缩短,掺入矿渣缓解了24 h电阻率的减小。矿渣-铝酸盐水泥体系的水化产物和抗压强度受养护温度的影响较大。20 ℃时,掺入40%(质量分数)矿渣减少了CAH₁₀的生成量,降低了硬化浆体的强度;35 ℃和50 ℃时,1 d水化产物主要为C₂AH₈和少量C₃AH₆,掺入矿渣延缓了强度的倒缩。在28 d龄期时,不同养护温度下掺入矿渣均能促进C₂ASH₈的生成。     

水泥石脱水相结构特征及其再水化能力

将水泥石在不同温度进行低温煅烧,得到不同的脱水相物质,通过热重-差示扫描热分析、X射线衍射、红外光谱及29Si核磁共振等对水泥石在400,650℃及900℃的脱水相结构特征及其再水化性能、再水化产物的结构特征进行研究.结果表明:在400℃,由水化硅酸钙(C-S-H)凝胶脱水生成了无定形相,在650℃生成了不完全结晶的β-硅酸二钙(C2S),而900℃脱水相中存在结晶程度高的β-C2S.在再水化过程中,400℃和650℃脱水相水化生成了C-S-H凝胶,并且650℃脱水相的水化活性和水化产物聚合程度更高;900℃脱水相的水化活性极低,水化前后矿物结构特征几乎没有发生变化.     

非化学计量C_2S的研究

本文研究了NaF存在时,非化学计量配比(CaO/SiO_2=2.2)的C_2S的形成和水化。实验结果表明,当将掺3％NaF的非化学计量试样在1370K煅烧1小时,空气急冷后所得的β—C_2S样品中含21％C_3S。这样品的水化速率较高,它的28天以后净浆的抗压强度甚至超过纯C_3S浆体强度。     

添加不同温度煅烧煤矸石水泥的早期水化及浆体的显微结构

用X射线衍射仪,热重-差热仪,扫锚电镜。压汞法测定孔隙率和Ca(OH)2生成量分析等。研究分别掺加500～1100℃7个温度点煅烧煤矸石水泥的早期水化过程及其浆体的显微结构。结果表明：在7种试样中,掺700℃煅烧煤矸石水泥的早期水化最快。力学强度高,凝胶孔多,总孔隙率低,其早期水化产物为C-S-H凝胶、Ca(OH)2和钙矾石,在1～28d的水化试样中均存在钙矾石。研究表明：煅烧煤矸石能促进水泥熟料的水化。该促进作用随煤矸石的煅烧温度而异,以700℃煅烧煤矸石的促进作用为最好。     

养护温度对贝利特-硫铝酸钡钙水泥水化的影响

通过水化程度测试、抗压强度测试、XRD及SEM分析,研究了养护温度对贝利特-硫铝酸钡钙水泥水化程度、力学性能和水化产物的组成及其结构的影响,并将实验结果与普通硅酸盐水泥的相关性能进行比较.结果表明:养护温度对贝利特-硫铝酸钡钙水泥的早期水化影响较大,适当提高养护温度对贝利特-硫铝酸钡钙水泥的早期水化具有显著的促进作用,而对后期水化影响较小.养护温度从5 ℃提高到35 ℃时,该水泥3 d水化程度由31.57%提高到62.56%,水化3 d抗压强度由28.1 MPa增强到52.7 MPa.与普通硅酸盐水泥相比,贝利特-硫铝酸钡钙水泥早期抗压强度受养护温度的影响更大.     

养护制度对高强混凝土强度发展规律的影响

对比研究了标准养护(20℃、相对湿度≥90%)、高温养护(50℃)以及温度匹配养护对高强混凝土的抗压强度发展规律的影响。结果表明:提高养护温度到50℃以上可显著激发水泥–磨细矿渣粉和水泥–粉煤灰–硅灰复合胶凝材料的反应活性,复合胶凝材料混凝土的3 d强度提高1倍以上,并使其后期强度持续增长,但对纯水泥混凝土的后期强度发展有抑制作用;当胶凝材料处于结晶成核与晶体生长或相边界反应阶段时,混凝土强度随之明显增长,当水化反应进入扩散控制阶段时,混凝土强度增长幅度减小,各种混凝土之间的差别也变小;无论何种养护条件,用水泥–粉煤灰–硅灰复合胶凝材料配制的混凝土都具有最高的强度和最好的抗氯离子渗透性能,适合配制高强混凝土。采用标准条件养护的试件进行强度测定,基本能反映实体结构内部混凝土长龄期的状态。     

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。     

高温条件下G级油井水泥原浆及加砂水泥的水化和硬化

利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了80～240℃温度范围内温度、硅砂对G级油井水泥水化硬化的影响,检测和分析了硬化体的水化产物、微观结构和强度,揭示了水化产物组成、微观结构及硬化体抗压强度的变化特点.结果表明:当养护温度超过110℃时,不添加硅砂的水泥原浆的主要水化产物由CSH(Ⅱ),C2SH2,C3S2H3转变为C2SH,硬化体微观结构由三维网络状结构转变为板快状或团块状结构,原浆水泥石抗压强度随温度升高而降低;在相对较高的温度条件下,添加硅砂的水泥主要水化产物则分别转变为C5S6H5,C6S6H(>150℃),C5S5A0.5H5.5,C3.2S2H0.8及其他类型的水化硅酸钙晶体,硬化体的微观结构相应地变为纤维网状、粗框架、短平行针状及团块状,在温度为100～150℃范围时,添加硅砂的水泥硬化体抗压强度随温度升高而增加,而在温度为150～240℃范围时.抗压强度随温度升高而降低.对于温度超过120℃的深井,合理的硅砂加量为30%～40%.     

煅烧复合污泥灰制备煤矿充填材料的试验研究

为提高污泥灰的水化活性,实现其资源化利用,将造纸污泥灰与生活污泥灰混合煅烧用于制备煤矿充填材料.研究了污泥灰配比、煅烧温度及污泥灰掺量对污泥灰-水泥胶凝体系性能的影响,利用X射线衍射、扫描电镜和EDS能谱对污泥灰及其水化产物进行表征.结果表明:当m(造纸污泥灰):m(生活污泥灰)=79:21(质量比)时,污泥灰-水泥试样的需水量及抗压强度均取得最优值;随着煅烧温度的提高,复合污泥灰中贝利特和钙铝黄长石等活性矿物生成量增大,胶凝试样强度不断提高,为节约能耗,煅烧温度取1200℃最为合理;复合污泥灰-水泥体系中污泥灰掺量以不超过40％为宜.相比分别煅烧后混合的污泥灰试样,复合煅烧污泥灰更多参与了早期的水化反应,生成以Ca(OH)2和C-A(Fe)-S-H凝胶为主的水化产物,片状的Ca(OH)2填充于凝胶孔隙中,形成致密整体,提高了试样抗压强度.     

水泥窑灰-粉煤灰体系的水化与强度发展(英文)

研究了配合比与养护温度对水泥窑灰(cement kiln dust,CKD)—粉煤灰(fly ash,FA)净浆的水化与强度发展的影响。净浆采用5种不同的水泥窑灰与粉煤灰比例配制,部分试件添加硅酸盐水泥作添加剂。试件在24、38℃及50℃的条件下进行养护。采用热重分析与X射线衍射测试试件的水化产物。结果表明在50℃的养护条件下,75%CKD+25%FA与45%CKD+45%FA+10%OPC试件的28 d与56 d强度分别达到了100%OPC水泥净浆强度的70%与80%以上。CKD-FA体系中的主要结晶水化产物是钙矾石。无论CKD与FA比例多大,CKD-FA浆体中钙矾石的含量显著高于水泥净浆。CKD-FA体系中钙矾石在90d的龄期仍可保持稳定。     

养护条件对EVA乳液改性水泥浆体水化行为和孔结构的影响

本文制备了不同乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)乳液含量的聚合物改性硅酸盐水泥浆体,对比了其在相同水灰比,不同养护制度(标准养护、蒸汽养护)条件的水化性能与孔结构。通过X射线衍射分析、水化热分析、压汞分析、氮吸附测试,以及立方体抗压强度测试评价了EVA乳液在不同养护状态下对水泥水化产物、水化特性、孔结构以及抗压强度的影响。结果表明,与标准养护相比,蒸汽养护下EVA乳液没有改变水泥水化产物,在EVA乳液较高掺量下,降低了其延缓水泥水化的程度,降低了试样的孔隙率,并且增加了试样中小孔的含量,而蒸汽养护削弱了EVA乳液对水泥净浆强度的负面影响。     

蒸汽养护下预养时间对高强砂浆的影响

采用红外光谱、热重-差热、X射线衍射及压汞法(MIP)等分析技术研究了蒸汽养护下不同的预养时间对高强砂浆的抗压强度和水泥水化的影响.结果表明:不同预养时间的蒸汽养护均可提高水泥的早期水化速率,但对后期水化程度的影响并不明显.随着预养时间的增加,水泥浆体中的Ca(OH)2消耗逐渐减少,不利于火山灰效应的发挥.此外,MIP分析表明在90℃蒸汽养护下,预养时间不足会导致水泥浆体系内部孔隙率的增大,而过长对孔径细化不利.在该条件下,预养时间为12 h时,浆体中的钙矾石减少,而C-S-H含量增多,有效降低了内部孔隙率,孔径细化程度最优,这对提高早期强度起到了促进作用.