纳米C-S-H/PCE对蒸养UHPC力学性能增强机理研究

目前超高性能混凝土(UHPC)制品的力学性能有待进一步提升,采用纳米C-S-H/PCE对UHPC进行增强在理论上是一种可行的技术途径。本文研究了蒸养条件下掺入以聚羧酸(PCE)为分散剂的纳米水化硅酸钙(C-S-H/PCE)对UHPC力学性能的影响,通过测试水化热、水化产物、微观形貌和孔结构等对其机理进行了分析。结果表明,掺入3.0%(质量分数)纳米C-S-H/PCE可以显著提高蒸养UHPC的抗压强度和抗折强度。掺入纳米C-S-H/PCE可以促进UHPC的早期水化,生成更多的水化硅酸钙(C-S-H)凝胶,使水化放热温峰增高,并缩短达到水化温峰的时间。掺入纳米C-S-H/PCE可有效改善蒸养UHPC的孔结构,在掺量为3.0%(质量分数)时总孔隙率最小,有害孔比例最低。该研究可为纳米C-S-H/PCE在蒸养UHPC中的应用提供参考。

10℃条件下纳米C-S-H掺量对水泥早期水化的影响

目的探究10℃条件下不同掺量纳米C-S-H对水泥早期水化进程及强度发展的影响,并分析其早强剂作用机理。方法通过溶液共沉淀法制备纳米C-S-H悬浮液,将其掺入到普通硅酸盐水泥中,在10℃条件下进行养护,分析其对水泥凝结时间、抗折强度、抗压强度的影响;通过XRD、TG等检测手段分析水泥的水化进程及对水化产物的影响。结果掺入0.05%纳米C-S-H,可使水泥初凝时间缩短9.9%,终凝时间缩短10.4%;24 h时抗折强度和抗压强度分别提高了34%和33.5%。纳米C-S-H的掺入造成水泥3 d抗折强度略有降低。水化产物中Ca(OH)2质量分数在12 h、16 h和24 h时较参比样分别提高了17.6%、21.3%和29.6%。结论在10℃条件下,纳米C-S-H的加入能够有效促进C 3S和C 2S的水化过程,形成更多的水化产物,从而缩短水泥凝结时间,提高24 h内水泥砂浆强度,28 d强度没有显著降低。

纳米C-S-H的合成及其对普通硅酸盐水泥早期水化的影响

为提高水泥基材料的早期强度,制备了纳米C-S-H悬浮液,并通过XRD和Zeta电位对其组成和粒度分布、稳定性进行了分析。通过水化放热、热重分析和扫描电子显微镜扫描电镜(SEM)研究了纳米C-S-H对硅酸盐水泥早期强度发展、水化放热、水化产物的影响。结果表明:合成了具有半结晶结构的稳定的纳米C-S-H悬浮液。纳米C-S-H的加入促进了C3S的水化,尤其是在前24 h,并使水泥的水化诱导期明显缩短。含有0.05%纳米C-S-H砂浆的8 h、16 h和24 h抗压强度分别提高了176.0%、145.6%和43.9%,与此同时,砂浆的3 d抗压强度没有明显减少。

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。

纳米C-S-H晶核对水泥浆体流变性能的影响

纳米C-S-H晶核由于对水泥早期水化的显著加速效果逐渐被广泛用作早强剂,通过流变仪测试掺纳米C-S-H晶核水泥浆体的塑性黏度、动态屈服应力、静态屈服应力和触变性,以研究纳米C-S-H晶核对水泥浆体流变性能的影响。结果表明:纳米C-S-H晶核掺入水泥浆体后,水泥浆体塑性黏度、动态屈服应力、静态屈服应力和触变性均随之增加,掺量越大,增加越多。水灰比对水泥浆体的流变性能也具有显著影响,水灰比越小,浆体的塑性黏度、动态屈服应力、静态屈服应力和触变性越大。

纳米C-S-H掺量对再生砂浆力学性能的影响

为了提高再生砂浆的早期力学性能,采用纳米水化硅酸钙(C-S-H)对再生砂浆进行改性,并对其增强机理进行了探讨。同时,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、压汞法(MIP)等微观测试方法对纳米C-S-H改性再生砂浆的微观结构进行了测试。结果表明,纳米C-S-H的增强效果显著,再生砂浆的7d抗压和抗折强度分别达到33.5MPa和2.3MPa,相对于未添加C-S-H的试样分别提高了31.4%和27.8%。SEM照片显示,添加纳米C-S-H后,再生砂浆基体更加致密;XRD结果表明,随着纳米C-S-H的添加,再生砂浆的水化产物含量增加;MIP结果表明,纳米C-S-H细化了孔结构,再生砂浆的孔隙率明显降低。

C-S-H-PCE对基准水泥体系水化的影响

传统的早强剂在实际应用过程中会对混凝土的早强性能和耐久性能产生一定的影响,因此开发新型早强剂尤为重要。其中新开发的纳米C-S-H-PCE新型早强剂能够更好地加速水泥基材料的早期水化,有利于水化产物的快速生成。探究C-S-H-PCE早强剂对基准水泥体系水化的影响,对C-S-H-PCE的研发和应用具有重要意义。本文基于水泥水化的溶解-沉淀理论,研究C-S-H-PCE对基准水泥体系水化各阶段的影响,通过水化热测试对比分析C-S-H-PCE、纳米SiO_(2)对水化历程的影响,并测定各阶段的凝结时间和抗压强度。结果表明,C-S-H-PCE的加入显著缩短水化诱导期、提高水化最大放热速率、促进未水化颗粒的溶解;C-S-H-PCE缩短了初凝和终凝时间,1d和3d的强度得到明显提升。由此可知C-S-H-PCE对基准水泥水化的作用规律和影响机制,从而建立了水化微结构和宏观力学性能之间的联系。

C-S-H晶核早强剂制备及性能研究

针对常规早强剂可能引起混凝土后期强度倒缩、泛霜等问题,采用聚羧酸减水剂作为分散剂,并以四水硝酸钙和五水合硅酸钠作为原料制备了C⁃S⁃H晶核早强剂,研究了不同反应条件对晶核早强剂稳定性能及强度性能的影响。结果表明:钙硅比为1.5、分散剂相对分子质量为17000时所制备的晶核早强剂具有良好的水泥适应性,其18、24 h的抗压强度比空白组分别提高160%、130%,对后期强度也有一定的促进作用。

C-S-H-PCE协同TEA对锂渣复合体系早期性能的影响

为了提升锂渣复合水泥浆体早期工作性及强度发展,研究了水化硅酸钙晶核与聚羧酸减水剂复合物(C-S-H-PCE)与三乙醇胺(TEA)对锂渣复合水泥流变性与水化性能协同效应。结果表明,C-S-H-PCE改善了新拌锂渣复合水泥浆体流变性,使得浆体表观黏度及剪切应力逐渐下降。而TEA则显著降低新拌浆体流变性,随着TEA掺量增加,新拌锂渣复合水泥浆体表观黏度及剪切应力逐渐增加。C-S-H-PCE与TEA复掺对锂渣复合水泥浆体凝结时间缩短具有协同作用,可大幅缩短浆体凝结时间,促进早强抗压强度发展。掺加3%C-S-H-PCE和0.5%TEA可分别使浆体初凝和终凝时间缩短70%和72%。当C-S-H-PCE掺量为3%,TEA掺量为0.1%时,锂渣复合水泥砂浆1 d、3 d、7 d及28 d抗压强度分别增长105.9%、78.8%、52.3%及10.1%。C-S-H-PCE通过提供成核位点促进硅酸盐矿物早期水化及锂渣后期火山灰反应。而TEA通过促进水泥及锂渣中铝相溶解,促进钙矾石(AFt)相生成及AFt相向单硫型水化硫铝酸钙(AFm)相转化。

C-S-H-PCE协同Al_(2)(SO_(4))_(3)对锂渣复合水泥水化性能影响

为了提升锂渣复合水泥浆体早期强度发展,研究了水化硅酸钙晶核与聚羧酸减水剂复合物(C-S-H-PCE)及Al_(2)(SO_(4))_(3)对锂渣复合水泥水化性能的协同效应。结果表明,C-S-H-PCE与Al_(2)(SO_(4))_(3)协同促进锂渣复合水泥浆体凝结硬化。2%C-S-H-PCE复配6%Al_(2)(SO_(4))_(3)使得复合水泥初凝时间和终凝时间分别缩短71.2%和68.1%,复合水泥砂浆1 d、3 d和28 d抗压强度分别增长37.6%,33.1%和9.9%。C-S-H-PCE通过提供成核位点促进硅酸盐矿物早期水化及锂渣后期火山灰反应,使得水化诱导期缩短,水化第二放热峰逐渐前移,水化放热总量和CH生成量增加。Al_(2)(SO_(4))_(3)溶解出Al3+促进钙矾石(AFt)生成,且可促进锂渣矿物相溶解并参与火山灰反应,使得硬化体系密实性提高。

纳米C-S-H早强剂对混凝土性能的影响

纳米晶核早强剂能够加速水泥早期水化反应,有效提升混凝土的早期强度,对缩短混凝土预制构件脱模时间、提高模具周转效率具有明显作用。通过测试混凝土的工作性能、力学性能及抗氯离子渗透性能,研究纳米水化硅酸钙(n-C-S-H)早强剂对混凝土性能的影响。结果表明:n-C-S-H早强剂的掺入会加大混凝土的30min坍落度经时损失。掺量为0%~4%时,混凝土的早期抗压强度及抗氯离子渗透性能均随其掺量的增加而增加,在掺入4%n-C-S-H早强剂后,混凝土10h抗压强度达到11.9MPa,强度增长率达到了230.56%。

凝胶孔对水化硅酸钙(C-S-H)力学性能影响的分子动力学模拟

本研究首先利用分子动力学分析了不同尺寸凝胶孔对水化硅酸钙(C-S-H)弹性力学参数的影响,然后模拟了不同受力状态下的受力变形性能,比较并分析了应力应变关系的特征参数变化。结果表明:C-S-H的体积模量、剪切模量和杨氏模量均随凝胶孔尺寸的增大而减小。凝胶孔会降低CS-H拉伸、压缩和剪切时的力学性能和变形性能,但不同受力状态下的影响程度不同。凝胶孔对抗拉强度的影响程度最大,对抗压和抗剪强度的影响程度较小且基本相同;对拉伸变形性能的影响程度最大,对压缩变形性能的影响程度最小。

C-S-H复合絮凝剂的制备及其对洗毛废水的处理

针对纺织洗毛废水使用单一絮凝剂处理困难的问题,以水化硅酸钙为原料,将其作为复合絮凝剂无机组分的絮凝性能效果,研究此类复合絮凝剂对絮凝效果的影响和作用。实验表明:改性后的水化硅酸钙、聚合氯化铝和PAM作复合絮凝剂投加,可得到较好的絮凝性能。通过正交实验、单因素实验等方法优化,复合絮凝剂对洗毛废水的污泥去除量超过96%。最佳絮凝工艺为:絮凝剂总投加量2.5 g/100 ml,废水pH值7,温度30℃,搅拌时间4 min。

基于分子动力学模拟的聚合物纤维/C-S-H界面黏结性能研究

纤维增强混凝土(FRC)的宏观力学性能是由界面微观结构和水化产物与纤维之间的界面结合性能决定的。通过分子动力学模拟研究了PVA,PA和PP纤维在水化硅酸钙(C-S-H)基体中的拉拔过程,表征了聚合物纤维/C-S-H界面的黏结性能。研究结果表明,聚合物纤维类型与复合材料界面的黏结性能密切相关,CS-H黏结性能排序为PVA>PA>PP。界面中的Ca^(2+)通过形成O_(CSH)-Ca-O_(poly)连接,为界面键合的主要贡献者。此外PVA或PA纤维与C-S-H基体之间可以形成H键,起到辅助增强界面键合的作用。通过配位数的分析定量比较了界面处不同键合数目,并联合原子动力学行为差异的分析结果来综合解释键合差异的原因。纤维界面黏结性能在分子尺度的探明有助于指导水泥/纤维复合材料的设计与制备。

基于红外与核磁共振技术揭示C-S-H聚合机理

采用傅里叶红外和高分辨29Si固体核磁共振技术,研究了2种硅酸盐水泥水化浆体中C-S-H凝胶的微结构,探讨了C-S-H的聚合机理.结果表明:硅酸盐水泥水化生成的C-S-H凝胶与矿物1.4nm tobermorite和jennite存在的显著结构差异主要表现在结晶性和硅氧四面体聚合度这2个方面.水泥水化持续生成的水化硅酸根单体(Q0H)与质子化后的二聚C-S-H发生聚合,形成少量C-S-H长链,这是随龄期增加C-S-H聚合度升高的主要原因;同时,C-S-H中四配位铝(Al[4])出现在桥四面体位置,其作用类似水化硅酸根单体,桥连二聚C-S-H形成更高聚合态的铝硅链.

纳米无定形C-S-H凝胶颗粒及其结构表征

以无水氯化钙(CaCl2)和水玻璃为原料,通过室温沉淀反应制备了水化硅酸钙(C-S-H)凝胶颗粒。采用SEM、FTIR、XRD、XRF、TEM等对不同C/S和pH值条件下制备的C-S-H凝胶颗粒的形貌和结构进行了表征。结果表明,较低pH值条件下制备的C-S-H凝胶颗粒间呈现不同程度的团聚,-Si-O键之间显示一定的聚合度,其平均粒径在15～25 nm之间,且呈无定形结构;在pH值较高时,该凝胶颗粒呈半结晶结构。

不同钙硅比C-S-H对多种重金属离子的俘获及其稳定性

通过溶液法人工合成不同C/S的C-S-H,分析比较了C-S-H对多种重金属离子俘获能力及其稳定性。研究结果表明,多种重金属离子共存下,低钙硅比C-S-H对重金属离子俘获主要以物理吸附为主,高钙硅比C-S-H对重金属离子的俘获则以化学结合主,其对重金属离子固化作用较前者稳定。无论钙硅比高低,多种离子共存下,C-S-H对Cu2+、Cd2+离子均有很强的固化能力,但对Pb2+离子的固化及稳定性较差。重金属离子价态不同,C-S-H俘获固化作用存大巨大差异,C-S-H对Cr3+俘获作用较强,但对Cr6+固化不起主要作用且稳定性较差。水化液相中Cr6+离子的存在,对Pb2+离子在C-S-H中固化有极大影响。

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。

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。

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。