纳米材料改性水泥基材料性能研究进展

随着我国基础设施建设的大规模推进,不断面临各种复杂的工况问题,这要求水泥基材料具备更为优异的工作性能。纳米材料具有尺寸小,表面能高等特点,逐步应用于水泥混凝土中,成为当前的研究热点。纳米材料不仅可以作为成核位点,降低成核能垒,促进水化产物的沉淀生成及水泥早期的水化速度。同时,部分具有火山灰活性的纳米物质可以直接参与到水泥水化反应中,共同促进水泥混凝土的早期强度发展。本文以火山灰活性的纳米材料以及惰性纳米材料两类为出发点,综述了国内外纳米SiO_(2)、CaCO_(3)、纳米C-S-H、氧化石墨烯等纳米材料在混凝土中的应用情况,比较分析了不同纳米材料对于混凝土力学性能、耐久性能的影响效果,并指出各类纳米材料在混凝土中应用过程存在的问题,为各类纳米材料的实际工程应用提供一定的理论指导。

聚羧酸系减水剂对铝酸三钙-石膏体系早期水化的作用机制

为探究聚羧酸系减水剂(PCE)对铝酸三钙(C_(3)A)-石膏体系早期水化的作用机制,通过水化进程、溶解速率、物相演变和溶液离子浓度进行表征,分析PCE对C_(3)A-石膏体系早期水化的影响机理.结果表明:PCE的掺入抑制了C_(3)A颗粒的溶解,阻碍了钙矾石(AFt)晶体在C_(3)A颗粒表面的成核生长,并使石膏处于较低的溶解平衡状态;PCE在颗粒表面的吸附改变了SO_(4)^(2-)、Ca^(2+)等的空间分布,促使各种离子在颗粒表面的聚集,增加了离子之间碰撞、沉淀,有利于形成单硫型水化硫铝酸钙(AFm)物相.

酸醚比对C-S-H/PCE/DL-AL晶核早强剂性能的影响

本文利用聚羧酸型分散剂(PCE)和铝酸脂偶联剂(DL-AL)制备水化硅酸钙(C-S-H)纳米晶核早强剂,并通过透射电子显微镜(TEM)和动态光散射(DLS)分析不同酸醚比对复合体系稳定性和早强剂产品性能的影响。结果表明:当PCE酸醚比为6:1并添加DL-AL时获得的C-S-H/PCE/DL-AL纳米晶核粒径最小,中值粒径为165nm,稳定性最好;水泥净浆初凝和终凝时间分别缩短169min和182min;C50管片混凝土8h和10h抗压强度分别提高至23MPa和30MPa。

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Ca^(2+),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,Ca^(2+)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。