C-S-H凝胶无定型纳米孔隙中NaCl蒸发结晶分子动力学分析

氯化钠(NaCl)干湿循环结晶会对水泥混凝土材料产生破坏,现有试验方法存在局限性,很难从纳米尺度对盐结晶破坏机理进行研究。因此本文采用分子动力学方法,针对水泥水化主要微观产物水化硅酸钙(C-S-H)凝胶,研究NaCl在C-S-H凝胶无定型孔隙中蒸发结晶过程和结晶破坏机理。结果表明,本文构建的C-S-H凝胶无定型模型更接近于低密度的C-S-H凝胶模型,NaCl在这个模型孔隙中蒸发结晶遵循两步成核机制,蒸发结晶后的NaCl晶体填充C-S-H凝胶纳米孔隙,会显著降低C-S-H凝胶整体抗拉变形能力,使C-S-H凝胶变脆,这一结论为解释C-S-H凝胶在蒸发结晶作用下产生破坏的现象提供了依据。

C-S-H凝胶对掺元明粉碱渣拌合土性能的影响

为综合利用工业废料——碱渣,将其与粉煤灰按一定比例混合,并掺加一定量的元明粉,制成碱渣拌合土。通过SEM、FTIR、EDS、XRD和无侧限抗压强度五种试验方法,对比分析不同配比下的试样外貌、结构特征及力学性能。研究表明:1经SEM和FTIR分析,强碱条件下碱渣拌合土有新物质C-S-H凝胶体生成。2经EDS和XRD分析,碱渣拌合土随元明粉相对掺量的增加,生成C-S-H凝胶含量和晶体含量也增多,且C-S-H凝胶生成量与Ca/Si比值大致呈正比增长关系。3随着C-S-H凝胶体生成量的增加,碱渣拌合土试件的强度也逐渐增大,但拌合土体强度并不是完全由C-S-H凝胶所提供。28d龄期C-S-H凝胶生成量使碱渣拌合土试样抗压强度达到2.4~5.33MPa,足可满足公路路堤填垫的承载力要求。研究结论为碱渣和粉煤灰的治理提出了新思路。

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。

Ca(OH)_2解耦法对混合水泥中C-S-H凝胶的半定量研究

基于掺合料反应程度与Ca(OH)2消耗量之间关系的建立,结合水泥水化平衡计算理论,提出混合水泥水化产物中Ca(OH)2量的解耦方法并将其用于混合水泥水化产物C-S-H凝胶半定量计算。采用该法对掺粉煤灰的混合水泥不同龄期水化产物C-S-H凝胶进行了半定量分析研究。

不同重金属离子对C-S-H凝胶影响及其固化稳定性

通过溶液法人工合成不同钙硅比C-S-H凝胶,借助XRD,SEM,XPS,TEM,ICP等测试方法,分析研究了C-S-H凝胶对不同种类、不同含量重金属离子(Cr3+,Cr6+,Pb2+,Zn2+,Cd2+等)的俘获能力及其稳定性.结果表明:钙硅比不同,C-S-H凝胶对重金属离子固化稳定性及其固化机制均存在一定差异,高钙硅比C-S-H凝胶对重金属离子固化稳定性较强;重金属离子种类及价态不同,其在C-S-H凝胶中的结合方式及固化能力也不同,其中C-S-H凝胶对Cu2+,Cd2+,Zn2+等离子的固化能力较强,对Cr6+的固化能力较弱.水化液相中,C-S-H凝胶对Cr3+,Pb2+,Zn2+等多种重金属离子的固化能力低于其对单一重金属离子的固化能力;水化液相中Cr6+的存在,会对C-S-H凝胶对Pb2+的固化及其稳定性产生巨大影响,而Cr3+的存在对其影响则较小.

碱在C-S-H凝胶中的存在形式

从工业硅酸盐水泥熟料中分离出硅酸盐矿物,制备了C S H凝胶,并利用能谱、红外光谱、X光电子能谱等技术研究了K+和Na+在C S H凝胶中的存在形式.研究结果显示,C S H凝胶中结合的K+,Na+量随C S H凝胶中n(CaO)/n(SiO2)的降低而增加;K+,Na+在C S H凝胶中均有2种存在形式,即既有通过表面力作用而吸附在C S H凝胶表面这种形式,也有通过化学键力结合在C S H凝胶结构中这种形式;在C S H凝胶的结构中,可能存在着Si—OK或Si—ONa基团,从而使K+,Na+可结合在C S H凝胶中.

C-S-H凝胶的制备与性能研究

利用水热合成法制备了C-S-H凝胶,重点研究了不同的制备工艺、原材料与钙硅比对C-S-H凝胶结构的影响。经过详尽的X衍射(XRD)与核磁共振(NMR)分析表明,制备的样品都具备C-S-H凝胶的峰型特征;活性反应法相对于沉淀反应法制备的C-S-H凝胶层间距小、聚合度低;证实了C-S-H凝胶的层状结构,且层间距随钙硅比的增大而减小;Q^2/Q^2值与直链平均长度随钙硅比的增大而减小。

C-S-H凝胶对Pb(Ⅱ)的吸附固化作用

以分析纯Ca(NO3)2.4H2O、Na2SiO3.9H2O、Pb(NO3)2为原料,通过溶液反应法,制备纯净的C-S-H凝胶和掺杂Pb的C-S-H凝胶,研究了C-S-H凝胶在形成过程中对Pb的吸附固化作用及掺杂Pb后C-S-H凝胶的结构变化。结果表明,可溶铅盐由2%增至6%时,C-S-H凝胶对Pb均有良好的吸附固化作用,俘获Pb总量增大。XRD图谱发现掺杂Pb的C-S-H凝胶,其主峰位置发生偏移,出现明显的Ca(OH)2衍射峰。红外测试表明含Pb C-S-H凝胶硅氧四面体的链接方式发生变化,Q2伸缩振动峰向低波数方向偏移,Q1伸缩振动峰吸收强度增加。

C-S-H凝胶产物在抑制ASR中的作用

用粉煤灰部分取代水泥制作砂浆试件 ,在模拟孔溶液碱度的碱液中养护 ,测定了不同龄期砂浆棒的膨胀率和Ca(OH)2含量的变化。试验用扫描电子显微镜 (SEM)观察C -S -H凝胶的形貌和用能谱分析 (EDAX)测定了C -S-H凝胶的化学组成。结果显示 ,粉煤灰的掺入对ASR有较好的抑制效果。粉煤灰主要是通过与Ca(OH)2 及水泥熟料水化生成的高Ca/Si比的C -S-H凝胶发生二次火山灰反应 ,生成大量低Ca/Si比的C -S-H凝胶 ,提高了对孔溶液中Na+ 和K+ 的吸收 。

C-S-H凝胶及其研究方法

在分析C S H凝胶的复杂性和特征的基础上 ,就测定它的化学组成、C S H凝胶中[SiO4 ]4 -四面体的聚合度及其结构的化学和物理的方法作了简要介绍。现代各种测试方法的出现和使用 ,对C S H凝胶的组成和集中 [SiO4 ]4

改进水吸附法用于C-S-H凝胶的半定量分析

在Olson水吸附法的基础上,针对其存在的问题,提出了改进水吸附法,然后用改进水吸附法对水泥中的C-S-H凝胶进行了半定量分析.

硫酸盐对C-S-H凝胶的侵蚀探讨

从硬化水泥浆体中萃取了C-S-H凝胶,用不同浓度的Na2SO4和MgSO4溶液进行侵蚀,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等手段观察和分析了其与硫酸盐之间的作用。结果显示,不论是Na2SO4还是MgSO4对C-S-H凝胶都有侵蚀作用,不论是在低浓度的Na2SO4或MgSO4溶液中,还是在高浓度的Na2SO4或MgSO4溶液中,都可以形成石膏晶体。

C-S-H凝胶的持碱机制研究

碱是混凝土发生碱-硅酸反应(ASR)的重要因素之一。K+、Na+离子在水化产物和孔溶液中的分配直接影响碱与活性集料发生ASR的潜能。许多学者研究发现,水泥的主要水化产物C-S-H凝胶对K+、Na+有很强的结合力,且随其n(Ca)/n(Si)比降低,结合能力增强。本文采用HRTEM(高分辨率透射电镜)/EDS(能量散射谱仪)、FT-IR(付立叶变换红外光谱)以及29Si MASNMR(带魔角旋转的核磁共振)测定不同粉煤灰掺量的水泥石样品中C-S-H凝胶的化学组成和结构变化,讨论其对C-S-H凝胶持碱能力的影响。结果表明:随粉煤灰掺量增加,二次火山灰反应生成大量低n(Ca)/n(Si)比的C-S-H凝胶。且随n(Ca)/n(Si)比降低,C-S-H凝胶的持碱能力增强。低n(Ca)/n(Si)比的C-S-H凝胶中硅氧四面体的平均链长较大,Si-OH数目增多,从而导致碱在C-S-H凝胶中的结合位置增多,因此碱离子更容易进入低n(Ca)/n(Si)比的C-S-H凝胶中。

基于不同理论的C-S-H凝胶模型及结构参数表征研究进展

硅酸钙凝胶(C-S-H凝胶)是硅酸盐水泥主要水化产物,也是硬化水泥石强度重要来源。本文系统阐释了基于不同理论所得出的C-S-H凝胶结构模型,包括泰勒模型(Taylor模型)、固溶模型、瑞迟德森-格夫斯模型(R-G模型)、纳米结构模型(CM模型)、固相-液相-凝胶体系模型(SLGS模型)、三维介观结构模型,重点介绍了SLGS模型和三维介观结构模模型。并结合现有的研究进展对C-S-H凝胶的钙硅摩尔比、含水量、聚合度、硬度等的结构参数及其表征方法进行了介绍。

C-S-H凝胶产物的Ca/Si比对碱-骨料反应的影响

采用混凝土加速实验,对添加不同混合材试样的膨胀率和试样中生成的C-S-H凝胶产物进行了研究,测定了不同混合材对试样膨胀率的影响以及所生成的C-S-H凝胶的化学组成,进一步验证C-S-H凝胶的Ca/S i比对碱骨料反应(AAR)的影响。

C-S-H凝胶结构模型研究新进展

对水泥水化生成最主要的水化产物———ＣＳＨ凝胶的结构模型，特别是对９０年代以来的研究报道作了综述介绍，对两种结构模型假设———单相模型和多相模型作了分析，并介绍了纳米结构模型和中介结构模型的概念。

水泥-矿渣体系两类C-S-H凝胶体积分数的定量计算

水泥-矿渣二元体系水化产物体积分数的定量计算是理论预测其微结构发展的重要基础。根据水泥-矿渣水化反应特征,文中给出了详细的计算表达式;采用热重-差示扫描量热(TGDSC)综合分析手段来验证所提表达式的合理性,并根据Jennigs-Tennis模型(简称J-T模型),给出了低密度和高密度C-S-H凝胶体积分数的定量计算公式,对水泥-矿渣二元体系中两种凝胶的相对量进行定量计算。结果表明:水泥-矿渣二元体系中矿渣完全水化的最佳掺量为54.4%,两种凝胶的相对量随矿渣掺量的增加而增加。

C-S-H凝胶对K^+和Na^+的吸附作用

为了探讨水化硅酸钙(C-S-H)凝胶对K^+和Na^+的吸附性能,采用3CaO·SiO_2(C3S)和纳米SiO_2制备了不同钙硅物质的量之比(Ca/Si比)的C-S-H凝胶,着重研究浸泡溶液浓度和不同Ca/Si比C-S-H凝胶固体试样加入量对K^+和Na^+吸附能力的影响以及吸附态的K^+和Na^+的解吸行为。结果表明:C-S-H凝胶对K^+和Na^+的吸附能力随着Ca/Si比的降低而增高;对于相同Ca/Si比的C-S-H凝胶,随着浸泡溶液浓度的增大,K^+和Na^+吸附量逐渐增大,随着固体试样用量的增加,K^+和Na^+的吸附量降低而吸附率增高。C-S-H凝胶对K^+和Na^+的吸附不仅与其比表面积有关,而且与溶液中Ca2+浓度(浸泡溶液的p H值有关)有关。在溶液低p H值或高Ca2+浓度体系中,K^+和Na^+的吸附会被溶液中高浓度Ca2+所抑制。脱附实验证实了在碱溶液浓度<0.5 mol/L时,K^+和Na^+在C-S-H凝胶上吸附是可逆的。

基于分子动力学的C-S-H凝胶性能研究进展

分子动力学是水泥基材料原子级尺度研究的基本方法之一,在混凝土的精细化设计中具有重要应用。C-S-H凝胶是水泥的主要水化产物,决定硬化水泥基材料的宏观性能。本文详细阐述了C-S-H凝胶分子结构模型和分子动力学力场的常见类别(这是决定模拟准确性的关键因素),探讨了C-S-H凝胶分子动力学模型与宏观性能的关系,总结应用分子动力学研究C-S-H凝胶的相关研究进展。本文对在工程应用中提升水泥基材料物理化学性能具有指导意义。

水分子对无定形C-S-H凝胶微结构和力学性能的影响

基于随机系统,利用Ca离子、H_(2)O分子、OH基团和Si_(3)O_(10)集团作为基本单元构建无定形C-S-H凝胶模型,并结合分子动力学方法进行结构优化,得到不同H_(2)O/Si含量的无定形C-S-H凝胶。通过分析不同原子对的径向分布函数和近邻原子数,研究了水分子含量对C-S-H凝胶体系的微观结构特性和力学性能的影响。研究结果表明:无定形C-S-H凝胶体系符合非晶态结构特征即短程有序长程无序。由于Ca离子附近的O原子从水中的O原子变成了硅氧四面体中的O原子,导致水分子含量减少时Ca-O原子对的近邻原子数变化不大。随着水分子含量的增高,硅链骨架层间距增大,层间水分子增多,粘聚力减小,材料容易变形,导致材料体积模量、杨氏模量和剪切模量均减小。无定形CS-H凝胶模型的力学参量与实验值吻合较好。