矿物外加剂对丁苯聚合物/水泥复合胶凝材料凝结硬化过程的影响及机制

为了比较沸石、纳米二氧化硅和稻壳灰这3种矿物外加剂对丁苯聚合物/水泥复合胶凝材料凝结硬化过程作用的差异,分别采用这3种矿物外加剂为调凝材料,并从凝结时间、早期强度、水化进程以及水化产物等角度比较3种矿物外加剂对丁苯聚合物/水泥复合胶凝材料的影响。结果表明,3种矿物外加剂都能促进复合胶凝材料的凝结硬化,大幅缩短凝结时间,提高早期强度。但3种矿物外加剂的调凝效果互不相同,调凝机理也有差异:沸石对AFt的生成有较大的促进作用,它不仅能促进C3A的水化,自身也能与Ca(OH)_2反应生成AFt和CSH凝胶;而纳米二氧化硅和稻壳灰对C3S水化的促进作用较强,自身也会与Ca(OH)_2反应生成CSH凝胶。     

纳米二氧化硅对丁苯共聚物/硫铝酸盐水泥复合砂浆物理力学性能的影响

为厘清纳米二氧化硅(NS)和丁苯共聚物乳液(SB)在硫铝酸盐(CSA)水泥中的协同作用，同时解决SB/CSA水泥复合砂浆凝结时间长、抗压强度低的问题，采用NS和SB对CSA水泥砂浆进行复合改性，研究改性复合砂浆物理力学性能随NS掺量的变化，并通过测定水化放热及水化产物分析NS在SB/CSA水泥复合砂浆中的作用机制。结果表明：NS可有效缩短SB/CSA水泥复合砂浆的凝结时间，提高其抗压强度，并与SB对CSA水泥砂浆抗折强度提升具有协同作用；NS最佳掺量为1.5%,此时与不加NS的纯SB改性砂浆相比，28 d抗压和抗折强度分别提高了28%、30%。同时，掺入NS会降低复合砂浆的流动度，提高表观体积密度，降低含气量和干燥收缩率，并略微降低毛细孔吸水率。NS可通过促进无水硫铝酸钙和硫酸钙反应，进一步加快SB/CSA水泥复合浆体的水化进程，提高钙矾石的含量，从而缩短凝结时间并提高力学强度。     

普通硅酸盐-硫铝酸盐复合胶凝体系水化性能和机理研究

对普通硅酸盐(P·O)-硫铝酸盐(R·SAC)复合胶凝体系的凝结时间、胶砂强度进行了分析,利用等温量热仪、综合热分析仪(TG-DSC)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等从水化速率及水化产物微观形貌等方面分析了复合胶凝体系的水化机理。结果表明:当R·SAC掺量约为10%时,复合胶凝体系的凝结时间相比P·O明显缩短,早期强度提高幅度较大,同时也能获得较大幅度的后期强度增长,力学性能较纯组分水泥性能优越。复合胶凝体系的早期水化速率和放热量高于单组分水泥。随着R·SAC的掺入,复合胶凝体系的水化产物中钙矾石(AFt)增多,Ca(OH)₂晶体减少,且AFt的生成量越多,越有利于早期强度的发展,当R·SAC掺量超过30%时,Ca(OH)₂消失。     

复合水泥基自流平材料的研究进展

详细介绍了复合水泥基自流平材料的胶凝体系,分析了二元胶凝体系和三元胶凝体系的水化机理及其对自流平材料的凝结时间、流动性、力学强度、体积稳定性等性能的影响;同时指出,复合胶凝体系水化反应生成钙矾石是实现材料改性的关键所在。在此基础上,系统地探讨了胶凝材料、骨料和化学外加剂对材料性能的影响。最后,综述了当前的应用状况,并对今后的研究重点进行了展望。     

速凝剂对低水胶比浆体早期水化与微观结构的影响

低水胶比、高胶凝材料掺量的超高性能混凝土(UHPC)在常温养护条件下易产生凝结硬化不及时的问题。为促进UHPC在隧道初支、工程结构快速修复中的推广应用,拟采用有碱速凝剂(NA)和无碱速凝剂(AS)提升低水胶比浆体的早期凝结硬化速率。本工作通过水化热、水化溶出离子浓度、凝结时间和抗压强度试验研究速凝剂作用下低水胶比浆体的早期水化行为及凝结硬化规律,采用X射线衍射、SEM形貌观察和EDS能谱等手段对水化产物物相组成及微观结构演变规律进行了分析。结果表明,速凝剂的掺入加快了低水胶比复合胶凝材料浆体的早期水化速率,同时也促进了浆体的凝结硬化;NA对UHPC的促凝效果优于AS,其中NA-2%的1 d抗压强度为53.3 MPa, 28 d强度比为94.9%,而AS-4%的1 d抗压强度为38.9 MPa, 28 d强度比为92.3%;速凝剂促使低水胶比浆体快速生成大量水化产物,进而提高了浆体早期微观结构的致密性,且水化产物物相组成受速凝剂类型的影响较为显著。     

早强磷硅酸盐水泥的制备和性能

以MgO含量较低的镁砂和粉煤灰为主要原料，制备了磷硅酸盐胶凝水泥（MPSC），研究力学性能．结果表明，磷硅酸盐水泥凝结快，早期强度高．掺入30％-50％的粉煤灰可明显地提高MPSC的早期和长期抗压强度，其中以粉煤灰掺量为40％效果最好．使用MgO含量较高而且颗粒较细的镁砂，制备出的水泥具有较高的强度．水泥石的水化产物以无定形为主，伴以少量的六水水化磷酸镁钾晶体．硬化水泥石中有许多未水化的镁砂，可作微集料．粉煤灰填充了反应物之间的空隙，使基体的密实度提高；粉煤灰参与水化反应提高了材料的胶凝性能．     

硫铝酸盐水泥和丁苯乳液对水泥基修补材料性能的影响

将硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥复合,并引入丁苯乳液作为聚合物改性剂制备高性能修补材料,研究硫铝酸盐水泥和丁苯乳液对修补材料的强度、凝结时间和黏度的影响和作用机制。结果表明:硫铝酸盐水泥明显提高复合水泥的早期强度,缩短初凝和终凝时间,增大黏度;适量丁苯乳液能在复合水泥浆体中形成网状结构,提高力学强度;丁苯乳液中的羧基能够减小熟料矿物铝酸钙、硅酸三钙和硅酸二钙的水化速率,复合水泥净浆的初凝和终凝时间均明显延长,黏度减小。     

纳米SiO_2-矿渣-水泥复合胶凝材料的抗硫酸盐侵蚀试验

为研究纳米二氧化硅-矿渣-水泥复合胶凝材料的抗硫酸盐侵蚀性能,将砂浆试件浸泡在不同温度下的3%硫酸钠溶液中进行侵蚀试验,以抗折强度和抗蚀系数作为指标对其抗蚀性进行评价,并与普通硅酸盐水泥和抗硫酸盐水泥试件进行对比。采用微观分析方法对腐蚀产物的成分进行分析。研究结果表明:纳米二氧化硅-矿渣-水泥复合胶凝材料在不同温度下均具有优异的抗硫酸盐侵蚀能力,随着纳米二氧化硅掺量的增加,抗蚀性能增强;随着温度的降低,试件的侵蚀速率加快,270d的抗蚀系数及抗折强度逐渐降低。养护温度的改变导致腐蚀产物的成分发生变化,5℃养护条件下腐蚀产物中钙矾石及碳硫硅钙石均存在,但以后者为主。     

垃圾焚烧炉渣-粉煤灰复合水泥的性能研究

研究了垃圾焚烧炉渣及粉煤灰单掺和复掺时硬化水泥浆体的力学性能和水化机理,比较了两者的活性,探讨了两者作为辅助性胶凝材料利用的可行性.研究表明:掺有垃圾焚烧炉渣及粉煤友的复合水泥,其强度均有不同程度的下降,它们的掺入在一定程度上延缓了水泥的水化过程,且垃圾焚烧炉渣的水化反应活性稍高于粉煤灰;掺垃圾焚烧炉渣及粉煤灰的复合水泥中重金属离子浸出量小,在等掺20%的条件下,浸出量远低于国家标准,说明在一定的情况下,焚烧炉渣及粉煤灰作为辅助性胶凝材料使用是安全的.     

α—磷酸三钙—磷酸四钙生物骨水泥的研究

对α-磷酸三钙（α-TCP）-磷酸四钙（TTCP）体系的胶凝特性进行了研究。探讨了α-TCP/TTCP复合骨水泥的水化硬化过程、水化产物、水化反应动力学、反应转化率、硬化体微观结构等变化规律及强度变化的根本原因。     

赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化特性*

采用XRD、IR、TG-DTA、MIP等手段表征赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化产物及其硬化浆体的孔结构, 研究了解赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化特性。结果表明, 赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化产物主要有C-S-H凝胶、钙矾石和Ca(OH)₂, 前两者对其强度的发展有促进作用; 水化1 d至90 d其中Ca(OH)₂的含量呈先升高后降低的趋势; 随着水化反应的进行在CaO/SiO₂比值较低的赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料中Si-OH基团之间发生聚合反应, 水化产物的聚合度升高; CaO/SiO₂比值为0.95和1.04的赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的硬化浆体具有较好的孔结构, 而CaO/SiO₂比值为1.13的胶凝材料硬化浆体的孔结构相对较差。     

淀粉基水化温升抑制剂对水泥-粉煤灰复合胶凝材料水化的影响

本实验主要研究了淀粉基水化温升抑制剂( TRI)对水泥-25%粉煤灰、水泥-50%粉煤灰复合胶凝材料凝结时间、抗压强度、水化放热历程的影响,并与纯水泥进行比较.通过对比TRI在水泥和粉煤灰上的吸附性能和水化产物的变化,对其影响机理进行了分析.结果表明:随TRI掺量增加,凝结时间都延长,早期强度都降低,复合体系后期(60 d)强度存在损失,但不影响纯水泥后期强度,水化放热速率峰值都大幅度降低,缓解了集中放热.水泥对TRI的吸附能力更强,导致复合体系中单位水泥吸附的TRI更多,使得降峰效果更好,同时也导致凝结时间延长更多,增大早期强度损失. TRI不影响纯水泥最终水化程度,但会延缓粉煤灰的火山灰反应,因此降低了复合体系60 d强度.     

纳米SiO2与粉煤灰协同改性水泥基材料性能研究

通过调整纳米SiO_2与粉煤灰的比例,研究了两者协同作用对水泥基材料性能的影响。结果表明,纳米SiO_2(NS)和粉煤灰协同作用效果优于NS单一掺加,3%(质量分数,下同)纳米SiO_2和不大于30%的粉煤灰同时掺加可以补偿粉煤灰引起的早期强度降低,且砂浆28d抗压强度不降低。随着NS掺量增加水泥基材料的干燥收缩增大,粉煤灰可以改善纳米SiO_2对干燥收缩的不利影响。随着NS掺量的增加,试件的抗冻性和抗氯离子渗透性能均得到提升,掺加3%NS与30%粉煤灰使水泥基材料达到最佳耐久性能。NS可以缩短水泥水化诱导期,加速水泥水化进程,且使胶凝体系总放热量增加。在水泥粉煤灰体系中掺入NS后,非蒸发水含量在早期明显增多,但在后期增长缓慢。     

Si-Mn矿粉粒度对复合胶凝体系水化机理和力学性能的影响

为了实现Si-Mn矿渣的高效利用,通过气流分级机将Si-Mn矿粉分为D50=6.9μm、17.9μm和56.4μm三个不同的粒度区间.采用等温量热仪(TAM air)、X射线衍射(XRD)仪、全自动压汞仪(MIP)、扫描电子显微镜-能谱(SEM-EDS)分析测试技术,研究了Si-Mn矿粉粒度对复合胶凝体系水化行为和微观结构的影响,并对其胶砂强度进行了评价.结果表明:各粒度区间的Si-Mn矿粉均能促进游离石灰、铝酸盐相和C3 S等矿物的早期水化(30 min)放热速率;水化后期,Ca(OH)2和熟料衍射峰强度随着Si-Mn矿粉粒度减小而显著降低;掺入细粒度的Si-Mn矿粉可增加硬化复合胶凝材料浆体凝胶孔数量,有效降低最可几孔径和总孔隙率;SEM-EDS结果进一步证实了硬化浆体孔结构的优化是由于细粒度Si-Mn矿粉表面生成了大量低钙硅比的C-S(Al,Mg)-H水化产物.值得注意的是:D50=6.9μm和17.9μm的Si-Mn矿粉掺量高达30％时,复合胶凝材料的胶砂强度超过了GB 175标准中42.5等级水泥的技术指标.因此这些粒度区间的Si-Mn矿粉可以被建议作为绿色水泥的生产和高性能混凝土配制中的矿物掺合料.     

α-磷酸三钙-磷酸四钙生物骨水泥的研究

对α-磷酸三钙 (α TCP) 磷酸四钙 (TTCP)体系的胶凝特性进行了研究。探讨了α TCP TTCP复合骨水泥的水化硬化过程、水化产物、水化反应动力学、反应转化率、硬化体微观结构等变化规律及强度变化的根本原因。     

微胶囊在修补砂浆中延迟释放早强剂的应用及性能分析

为使修补砂浆具备合适的凝结时间和较高的早期强度,将无水硫酸钠经微胶囊包覆后掺入到修补砂浆中,进而研究微胶囊对修补砂浆凝结时间、抗压强度、水化进程、水化产物以及水化早期钙矾石生长速率的影响。结果表明,微胶囊的掺入显著延长了浆体的凝结时间,缩短了其初凝、终凝的时间间隔,且对砂浆的早期强度无明显影响;使浆体的水化速度在开始的3 h内处于一个较低的水平,随后其水化速度增大,并最终与掺等量无水硫酸钠浆体的水化程度达到相当水平。另外,掺微胶囊的浆体早期钙矾石的生长速率处在一个较高的水平,且水化4 h后能达到与掺等量无水硫酸钠体水化产物相当的致密度。     

超细镁渣微粉-水泥复合胶凝材料的性能及水化机理

镁合金被誉为“21世纪绿色工程金属结构材料”,我国皮江法炼镁所得镁渣规模庞大、亟待解决，制备建筑材料是消纳镁渣的重要渠道，但国内外相关研究屈指可数，且普遍以镁渣耦合其他固废及水泥制备复合胶凝材料为主，鲜有针对镁渣-水泥简单体系的细致研究，故镁渣水化及其对水泥水化的影响机制尚未明确。本工作通过探究超细镁渣微粉-水泥复合胶凝材料(MS-C)新拌浆体和硬化浆体的性能、组成及结构演化规律，分析超细镁渣微粉对MS-C水化进程的影响机制，进一步揭示镁渣-水泥的协同水化机理。镁渣中的硅酸二钙以低活性γ-C₂S为主，超细粉磨是发挥其填充效应的关键途径，掺入30%的超细镁渣粉使水泥中1 000 nm以上孔含量由7.98%降低至6.83%。在减水剂作用下，MS-C浆体的流动性随超细镁渣微粉掺量的增大而增大，在无减水剂时其作用相反。低掺量超细镁渣微粉的水化及弱胶凝作用可增大其填充效应对强度的贡献，并促进Ca(OH)₂和C-S-H凝胶的生成，使得低超细镁渣微粉掺量的MS-C获得优于纯水泥的28 d力学性能。本研究获得了超细镁渣微粉-水泥水化特性的基础结论，为提高镁渣...     

水泥基材料中的早强剂及其作用机理综述

早强型外加剂的研究主要集中在水泥基材料强度发展早期阶段的水化速率变化、产物变化、液相离子变化等方面，但对其作用机理和效果等缺乏系统性的总结。本文归纳了三类早强剂(无机、有机和复合)的早强机理及在各水化阶段的作用，得出以下结论：无机系早强剂通过提高体系碱度、压缩双电层、提供晶核以降低成核势垒等作用，破坏了水化阻滞膜或液相离解平衡，从而加速离解期的离解速率、增大液相中的离子浓度；此外，还通过加速诱导期水化产物的消耗，破坏水化反应平衡以加快水化产物钙矾石或钙铝水滑石形成，提高早强固相体积含量和体系致密度，从而提高早期强度。有机早强剂主要通过分散作用来促进离解速率，通过络合作用或水化作用破坏反应平衡，但掺量影响其早强效果和凝结速度。复合早强剂则协调多种机理来加快水化的整体进程，需注意避免新产物的生成阻碍原有活性组分正常的水化进程。总而言之，早强剂的选择应与胶凝材料体系相匹配，结合其作用机理促进各水化阶段强度发展。为满足尽可能早强的需求，阴离子宜选择硫酸系和硅酸系，阳离子宜选用Ca²⁺、Al³⁺,或较高活性成分且无耐久性隐患的Li⁺     

纳米CaCO_3对硫铝酸盐水泥水化硬化特性的影响

研究了纳米CaCO_3(NC)对硫铝酸盐水泥(SAC)凝结时间、抗压强度、水化热、水化产物和微观形貌的影响。结果表明,NC可促进SAC的凝结,缩短初凝和终凝时间间隔;显著提高SAC各龄期的抗压强度;缩短SAC的水化诱导期,使水化第一、第二放热峰值分别提高了15.4%和18.9%,并增加了水化放热量;NC在SAC结构中起微集料成核效应和填充效应,提高了水化产物钙矾石(AFt)的结晶度,从而促进SAC的凝结和水化,并使硬化浆体呈整体化的均匀致密结构,提高了SAC净浆的强度。     

镁氯胶凝材料复合改性的研究

在对磷酸、粉煤灰分别改性研究的基础上,采取磷酸、粉煤灰及苯丙乳液对镁氯胶凝材料耐水性进行复合改性。研究结果表明,同时掺入20%粉煤灰、1%磷酸及5%苯丙乳液,可有效提高5.1.8主晶相在水中的稳定性,提高材料的密实度和抗水性能;水泥石的软化系数及早期强度均得到显著提高,分别达到0.90和48.6MPa;浸水28d抗压强度衰减较小,保持64.4MPa的高水平。综合改性效果显著。