不同酿酒高粱品种性质与水化动力学的相关性

为探究酿酒高粱内在性质对水化过程的影响,以实现对不同品种高粱泡粮过程水分的预测,本实验对23个不同品种酿酒高粱的理化性质进行测定,并分析其在40℃恒温浸泡下的水化动力学过程。对高粱的水化动力学特性(初始吸水速率和平衡水分含量)与高粱的理化性质(种皮厚度、硬度、比表面积、蛋白质、脂肪、单宁、淀粉、直链淀粉和支链淀粉)进行相关性分析,发现高粱的水化动力学性质与比表面积、硬度、脂肪、单宁、直链淀粉和支链淀粉相关。建立输入层为籽粒硬度、比表面积、脂肪、单宁、直链淀粉、初始水分含量、浸泡时间,隐含节点数为10,输出层为高粱浸泡过程水分含量的反向传播(back propagation,BP)神经网络模型。采用Levenberg-Marquardt算法为训练函数,选择tansig-purelin为网络传递函数,经过有限次训练得到的BP神经网络模型其水分预测值与实验值之间的相关系数为0.99,均方误差为0.02。本研究建立的BP神经网络模型可预测不同品种酿酒高粱在泡粮过程中的水分含量,可为泡粮工艺的进一步开发和精细控制提供理论依据和技术支持。

石灰石-煅烧黏土-水泥(LC^(3))体系的水化动力学模型

石灰石-煅烧黏土-水泥(LC^(3))是一种新型复合建筑材料,在满足水泥可持续生产和节能减排方面具有优良的应用前景。本工作通过考虑煅烧黏土和石灰石矿物掺合料的稀释效应、成核作用和火山灰反应等影响作用,提出了一种评估LC^(3)混凝土化学和力学性能的水化动力学模型。根据动力学模型,分析计算了不同掺量情况下LC^(3)胶凝体系的累计水化热、氢氧化钙含量和结合水总量。通过将模型分析结果与试验结果相比较,证明了所建立的模型可较好地模拟LC^(3)水泥胶凝体系的水化进程。结果表明,在一定掺量范围内,LC^(3)水泥胶凝体系的水化程度与掺量成正比,而氢氧化钙含量、结合水总量和累计水化热与之成反比,LC^(3)材料用于水泥辅助胶凝材料时的推荐掺量为25%~35%。

纳米SiO_(2)-水泥复合胶凝材料早期水化动力学研究

采用纳米SiO_(2)(NS)部分取代水泥的方式,对比研究NS对于NS-水泥复合胶凝体系的初终凝时间、水泥胶砂抗压强度、抗折强度和水化热等的影响。使用水化热分析NS-水泥复合胶凝体系的水化特性,并基于Krstulović-Dabić水化动力学模型,分析NS-水泥复合胶凝体系的水化反应机理。结果表明:NS取代水泥掺入后,使水泥的初终凝时间提前,提高了水泥胶砂不同龄期的抗压强度,但会降低水泥胶砂的流动度;NS促进NS-水泥复合胶凝体系水化反应的诱导前期、诱导期、加速期和减速期的反应速率,并在减速期出现第三个放热峰,使得加速期和减速期提前结束;NS显著提高结晶成核和晶体生长(NG)、相边界反应(I)和扩散阶段(D)的反应程度,降低I阶段在整个水化进程的占比,加快I阶段向D阶段转变,使得浆体内部孔隙率和渗透率降低,水化反应阻力增加,稳定期提前。

凝灰岩粉-中热水泥复合胶凝材料水化动力学特性研究

天然火山灰质凝灰岩有作为混凝土掺合料应用于西部地区水电工程建设的前景。采用等温微量热技术和Krstulovic-Dabic模型,研究了凝灰岩粉-中热水泥复合胶凝体系的水化放热特性和动力学过程。结果表明:凝灰岩粉能够减少复合胶凝材料的水化热,降低水化放热峰的峰值速率,并延缓水化放热峰的出现时间;Krstulovic-Dabic模型可较好的表征凝灰岩粉掺量不超过30%、比表面积不超过800 m^(2)/kg的复合胶凝材料水化过程;复合胶凝材料水化过程包含3个阶段(结晶成核(NG)、相边界反应(I)和扩散(D))。但各阶段的水化速率随凝灰岩粉掺量的增加而降低;随凝灰岩粉比表面积的增加而增大。同时,提高凝灰岩粉掺量、增大凝灰岩粉比表面积可使复合胶凝材料水化有从NG→I→D向NG→D转变的趋势。

掺P_2O_5水泥基材料水化动力学研究

基于水化动力学模型,采用SEM、XRD和C-80Ⅱ型导热式微量热仪研究了硅酸盐水泥和掺P2O5硅酸盐水泥胶凝体系的水化特性和水化动力学,分析了P2O5对硅酸盐水泥水化机制的影响规律。研究结果表明,掺入P2O5后硅酸盐水泥的水化产物数量和尺寸显著减小。P2O5掺量为3.5%时,硅酸盐水泥熟料水化热总量降低32.6%,硅酸盐水泥的初凝和终凝分别被延缓1.10 h和12.54 h。掺入P2O5复合体系的水化机制与硅酸盐水泥类似,加速期由自动催化反应控制,减速期由自动催化和扩散反应双重反应控制,稳定期扩散反应占据主导。P2O5会增加硅酸盐水泥在加速期和减速期的水化反应阻力,减小稳定期的水化反应阻力。掺入P2O5后,水泥在加速期和减速期的表观活化能增加,稳定期表观活化能略有降低。P2O5溶液环境有利于水泥熟料C3A的水化,延缓C3S和C2S的水化。

粉煤灰水泥的水化动力学

研究了粉煤灰水泥中粉煤灰和水泥熟料的水化过程动力学；讨论了这两种反应的动力学常数对系统性质的影响。提出为了改善粉煤灰水泥的性质，必须同时促进粉煤灰的火山灰反应和水泥熟料的水化反应。对粉煤灰同时采用机械活化和化学活化可以获得满意的结果。

氧化钙膨胀熟料的水化动力学

通过对氧化钙膨胀熟料的水化动力学研究,探讨了水化程度与水化时间、水化反应温度的关系;利用Avrami结晶反应动力学模型对试验结果进行拟合,得出了不同水化反应温度下的水化反应速率常数和反应活化能等动力学参数.结果表明:氧化钙膨胀熟料具有较快的水化反应速率,其早期水化程度随水化反应温度的增加而增长明显,水化时间不断减少;此后的水化反应程度逐渐趋缓.通过计算可得到氧化钙膨胀熟料的水化反应表观活化能E_a为24.14 kJ/mol.

石灰石粉对水泥基材料水化动力学的影响

利用TONI差分量热仪,测量了石灰石粉掺量分别为0,30%,50%(质量分数,下同)以及粉煤灰掺量为50%的水泥基材料水化放热速率和水化放热量曲线.运用动力学方法进行分析,得到了反应速率常数K,水化度α,反应级数N等动力学参数,并依此评价了石灰石粉对水泥基材料水化机理和水化过程的影响.结果表明,石灰石粉对水泥基材料的早期水化有促进作用,特别是当石灰石粉掺量为50%时,水化迅速由NG过程向I过程转变,影响尤为明显.

硅酸盐与磷铝酸盐复合水泥水化动力学的研究

研究了石膏掺量为3.5%(以SO3计,质量分数,下同)、磷铝酸盐水泥熟料掺量为10%的硅酸盐与磷铝酸盐复合水泥的力学性能和水化动力学,测定了该复合水泥在不同水化时间下的Ca2+和[SiO4]4-溶出浓度、相应的电导率及pH值.研究结果表明,磷铝酸盐水泥的掺入不仅可以提高硅酸盐水泥的水化硬化速率,而且能使硅酸盐水泥的早期以及后期强度有不同程度的提高.该复合水泥水化硬化浆体的Ca2+和[SiO4]4-的相对溶出浓度、电导率及pH值均较同龄期的硅酸盐水泥低,说明该复合水泥的水化产物较为稳定,不易溶解,而且碱性较低.硅酸盐与磷铝酸盐复合水泥的水化历程与硅酸盐水泥相同,经历5个阶段,即初始期或预诱导期、诱导期、加速反应期、减速反应期和稳定期.加速反应期的水化主要由成核反应控制,而稳定期的水化主要由扩散过程控制.

活化煤矸石在水泥基材料中的早期水化动力学研究

采用活化煤矸石(CCG)部分取代波特兰水泥的方式,对比研究了CCG对CCG-水泥复合胶凝材料的凝结时间、力学性能和水化热反应等的影响。利用水化热法研究了CCG-水泥复合胶凝体系的水化特性;并基于Krstulovic-Dabic模型,分析了CCG-水泥复合胶凝体系的水化反应机理。试验结果表明,活化煤矸石取代硅酸盐水泥熟料的最佳掺量为30%,此掺量下,能保证良好的力学性能与工作性能;CCG对CCG-水泥复合胶凝材料的早期水化无明显影响,后期活化煤矸石中的铝相、硅相会与氢氧化钙反应发生火山灰效应;活化煤矸石能增大水泥水化结晶成核与晶体生长(NG)、相边界反应(I)过程的反应程度并降低扩散(D)阶段的反应程度;同时能降低NG、I过程的反应速率,并在不高于30%的掺量下,对D过程的反应速率有一定的增强作用。

改性硅酸盐水泥的水化动力学研究

将磷铝酸盐水泥熟料掺入到硅酸盐水泥中制备改性水泥,从水化动力学的角度研究其水化情况,并与硅酸盐水泥的相应行为进行了对比。首先通过测定水化放热速率、新拌水泥浆体中的Ca2+和SiO44-离子浓度、电导率及pH值研究了改性硅酸盐水泥的水化历程,并求得了水化动力学方程。其次,测定了改性硅酸盐水泥的净浆与砂浆的强度,并用XRD等分析方法初步探讨论了改性水泥的水化机理。研究发现,改性硅酸盐水泥的水化历程与硅酸盐水泥相似,也经历初始期、诱导期、加速期、减速期和稳定期,但水化放热速率明显提高;在加速期,两者的水化反应均主要由自动催化反应控制,在减速期,均主要由扩散过程控制,但反应速率常数前者明显高于后者。无论是砂浆强度,还是净浆强度,前者也均高于后者,且凝结时间相对缩短。XRD图谱显示,前者的C3S/C2S衍射峰强度的降低率高于相应龄期的硅酸盐水泥。上述结果均意味着改性硅酸盐水泥的水化速度明显高于硅酸盐水泥;水化加速的机理为磷铝酸盐熟料水化吸收了水化浆体中OH-离子,使水化体系的OH-离子浓度减少,从而加速了C3S、C2S的水化反应。

硅酸盐水泥水化动力学简化模型

为了更加清晰地阐明水灰比对硅酸盐水泥水化进程的影响,分析了硅酸盐水泥的水化动力学模型(Tomosawa模型,T模型),并将其简化为由传质过程、相界面反应和扩散过程所组成的简化T模型.结合化学结合水法测定水化程度,应用T模型及简化T模型对两种不同水灰比水泥浆体的水化动力学进行研究.结果表明:水泥水化动力学模型中的参数受水灰比的影响各异,其中与传质过程相关的参数几乎不受水灰比的影响;与相界面反应相关的参数受水灰比的影响较小;而与扩散系数相关的参数受水灰比影响显著.简化T模型可以较好地分段模拟水化速率随水化程度变化的总体趋势,且该趋势不受水灰比影响,但是相界面反应控制向扩散过程控制转变时的临界水化程度受到水灰比的影响,且随水灰比增加,临界水化程度增大.

菱镁矿煅烧参数优化及其产物水化动力学解析

菱镁矿煅烧参数设计是调控产物活性的关键,产物活性及水化动力学是其利用过程中的重要特性。利用田口试验方法对菱镁矿煅烧参数进行优化。结果表明:试验优化条件为煅烧温度650℃,保温时间90 min,升温速率20℃/min及粒径大小42μm。在此优化条件下产物水化率达到58.37%(70℃水化1 h)。各煅烧参数对产物活性的影响由大到小的顺序为煅烧温度、粒度大小、保温时间、升温速率。优化产物中氧化镁晶粒较小,结晶度较低,比表面积较大(71.55 m^2/g);在优化产物水化过程中,升高温度可显著加快水化反应的进行;水化动力学过程属于化学反应控制类型,反应的表观活化能为27.94 k J/mol。在较高温度条件下,动力学过程由化学反应控制类型逐渐转变为内扩散控制类型。

含钡硫铝酸盐水泥的水化动力学与热力学研究

采用XRD和等温微量热法测试计算含钡硫铝酸盐水泥的水化动力学和热力学过程。结果表明,含钡硫铝酸盐水泥的水化过程主要受扩散过程控制,水化速率变化模式与铝酸钙、硅酸盐水泥类似。水化过程分为加速期、减速期和衰减期:在加速期,水化反应受成核反应控制,属自催化反应;从减速期开始,水化物在颗粒表面形成水化物薄膜,水化反应阻力加大,速率减缓;进入衰减期,水化反应完全受扩散过程控制。

氧化钙膨胀熟料水化动力学及微观分析

采用水合煅烧法结合反应动力学方程对试验室烧制的氧化钙膨胀熟料的水化动力学过程进行了描述,并采用XRD、SEM等相关微观测试手段对其矿物组成及微观结构进行了测试分析。结果表明:氧化钙膨胀熟料中的f-CaO在纯水中的水化反应符合Avrami等温结晶动力学模型,其水化程度随反应温度的升高而增大,水化反应速率常数和温度的关系符合Arrhenius定律;氧化钙膨胀熟料粉体中除含有独立的f-CaO颗粒外,还含有大量于同一颗粒中同时存在f-CaO、无水石膏、硫铝酸钙(部分尚含有硅酸钙等)矿物相的颗粒,氧化钙膨胀熟料中f-CaO的水化活性与纯CaO以及包裹于水泥熟料或高钙粉煤灰中的f-CaO不同。

ρ-Al_2O_3水化动力学的研究

通过对ρ－Ａｌ２Ｏ３在不同温度、不同条件下的水化所增加的质量，利用红外光谱、Ｘ射线衍射及差热分析等，对ρ－Ａｌ２Ｏ３的水化动力学进行了研究．结果表明，ρ－Ａｌ２Ｏ３是一种原子排列有序性很差，电价不平衡的非晶态物质，并且它的水化是由扩散过程控制的．

活性氧化镁水化动力学研究

研究了煅烧条件与水化率之间的关系,通过水化动力学研究确定了氧化镁水化反应机理及水化动力学方程,表观活化能约71kJ/mol,化学反应控速。

高钙粉煤灰中游离氧化钙水化动力学研究

通过测定高钙灰水泥硬化浆体的膨胀值 ,探讨了膨胀值与水化时间和温度的关系 ;选择动力学模型进行计算 ,得出了反应速率常数和反应活化能等动力学参数 .试验证明 ,细磨可以提高高钙灰中游离氧化钙的水化速率 ,进而改善其膨胀性能 .

再生砖粉粒径对水泥水化动力学与微结构发展的影响

随着城镇化和旧城改造进程的推进,我国建筑废弃物的产生量与堆存量日益增长,废弃黏土砖占建筑废弃物总量的50%~70%。有研究发现:再生砖粉具有作为辅助性胶凝材料的潜力,但会导致水泥基材料的力学性能显著降低。为探究粒径对再生砖粉活性与水泥水化动力学的影响,文中采用高能球磨制备了不同粒径的再生砖粉,表征了再生砖粉的物理化学性质与水化活性,分析了再生砖粉粒径对再生砖粉-硅酸盐水泥体系水化过程、微观结构和力学性能的影响,并基于Krstulovic-Dabic模型获取体系的水化动力学参数,实现水化进程的量化评价。结果表明:随再生砖粉粒径的减小,硅铝矿物晶格畸变的程度变大、表面结合能降低,导致其水化活性提高;水化早期再生砖粉主要起物理填充作用,可加速再生砖粉-硅酸盐水泥体系的早期水化,提高结晶成核与晶体生长→相边界反应→扩散过程转变时的水化程度;随再生砖粉粒径的减小,火山灰反应的开始时间提前且程度增高,最终使掺入30%小粒径再生砖粉水泥的后期强度超过纯水泥的强度,为再生砖粉在水泥基材料中的高效应用奠定基础。

粉煤灰-水泥浆体二元体系的水化动力学模型

与普通硅酸盐水泥相比,粉煤灰-水泥浆体中同时存在水泥的水化反应和粉煤灰的火山灰反应。基于中心粒子水化模型,并考虑了粉煤灰对水泥水化过程三个影响效应:稀释效应、物理效应和化学效应,建立了粉煤灰-水泥二元体系的微观水化模型,可用于预测粉煤灰-水泥浆体的水化速率随水化程度的演化关系。