高压作用下水泥基粉末材料的接触硬化研究综述

在高压作用下,一些具有无定型相的水泥基粉末材料会发生接触硬化现象,粉末颗粒在压力作用下发生缩聚运动,并在粉末颗粒间形成结构键,进而快速形成具有一定强度及耐水性的人造石材。本文综述了压力作用下水泥基粉末材料接触硬化的成键机理以及粉末水分含量、干燥条件、钙硅比、压制过程对其接触硬化性能影响的研究进展。相关研究结果表明,压力作用下粉末颗粒间会形成氢键、范德华力、固体桥键等结构键;粉末水分含量是影响接触硬化性能的重要因素,在压力作用下,水分可以改变粉末颗粒的表面性质并影响颗粒之间的结合,进而改变压制成品的力学性能;钙硅比对接触硬化性能的影响显著,不同粉末材料在压制时的最佳钙硅比亦是不同;摩擦力的存在降低了压制效率,造成压制成品密度、强度分布不均匀,润滑剂的加入可以有效降低摩擦力的影响;此外,降低压制模具高径比并使用双面压制可有效提升压制成品的质量。

PVA纤维橡胶混凝土力学性能及微观特征分析

为探究PVA纤维对橡胶混凝土力学性能和界面微观特征的影响,通过轴心抗压试验和抗折试验对不同纤维掺量下橡胶混凝土的破坏形态、抗压强度和抗折强度进行了对比分析,并采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析技术(EDS)对其微观形貌和界面过渡区进行了研究。结果表明:掺入PVA纤维可以有效缓解橡胶混凝土强度的衰减趋势,最佳掺量控制在1%左右,试件抗压破坏模式由脆性破坏转变为延性破坏,应力应变曲线下降段更加平缓。橡胶颗粒减小了混凝土界面受荷面积,改变了集料与水泥基体界面处的元素含量,导致混凝土强度降低。掺入PVA纤维会降低橡胶混凝土的Ca/Si比值,较基准混凝土降低幅度为5%~10%,界面黏接处C-S-H的生成量有所提高,有效地改善了橡胶混凝土内部界面缺陷。

水泥砂浆表层溶蚀-冲刷腐蚀失效过程的试验研究

先利用1 mol/L NH4Cl溶液对水泥砂浆环形试件进行静水溶蚀,通过酚酞滴定法和扫描电子显微镜(SEM/EDS)测试溶蚀过程中水泥砂浆试件的溶蚀深度和表层钙硅比,用于表征试件表层的静水溶蚀损伤程度;然后采用自行设计制作的水中水泥砂浆环形试件自旋转冲刷腐蚀装置开展经静水溶蚀的环形试件在不同流速条件下的冲刷试验,以质量损失速率表征水泥砂浆表层冲刷腐蚀性能,分析静水溶蚀损伤程度和流速对试件损伤失效过程及冲刷腐蚀性能的影响。结果表明,在静水溶蚀过程中,试件的溶蚀深度与浸泡时间的平方根成线性关系,表层钙硅比随浸泡时间的增加而减小;在水流冲刷过程中,试件表面剪应力与流速的1.8次方呈线性关系,试件的质量损失速率随流速和表层静水溶蚀损伤程度的增加而增大,且静水溶蚀损伤程度越大,质量损失速率增加越显著。

不同硅质原料水热合成水化硅酸钙物相及其反应效率的研究

为探究不同硅质原料对水热合成水化硅酸钙物相的影响,研究了温度和硅钙比对产物的影响。采用X射线衍射(XRD)分析了水化硅酸钙物相,并探究了不同硅质原料与Ca(OH)_(2)的反应效率。结果表明,不同硅质原料与Ca(OH)_(2)的反应效率由高到低依次为硅藻土、石英、珍珠岩;在硅藻土-石灰体系中,硅藻土中非晶态二氧化硅的Si—O更易被破坏,具有不稳定性,致使硅藻土反应效率更高。在石英-石灰体系中,随着钙硅比的提高,空气中的CO_(2)参与反应,生成碳硅钙石与片柱钙石,且托贝莫来石与硬硅钙石会逐渐消失,通过合理调控硅钙比和水热温度可有效地控制反应产物,这对于不同硅质原料的选择、水热合成水化硅酸钙中产物的控制及水热合成水化硅酸钙应用领域具有重大意义。

CaO-SiO_(2)-H_(2)O水热反应的物相变化和物理性能研究

本文研究了钙硅比、压蒸温度、保温时间、成型压力和水固比,对CaO-SiO_(2)-H_(2)O体系物相变化和性能的影响,并采用XRD内标法确定物相含量。压制成型的试件在Ca/Si比约为0.666,180℃压蒸8h,可获得最优的干燥强度。Ca/Si比、温度过低,保温时间过短,石英的反应量偏低,强度降低;Ca/Si比过高会形成晶态的C_(2)SH,温度过高会形成较多的晶态托贝莫来石和硬硅钙石,对强度不利。压蒸温度从180℃提升至220℃,水化硅酸钙形貌从片状、层状、板状逐渐向棒状、纤维状转变。压制成型试件(水固比0.18)含水少,反应过程中传质受阻,其主要产物为非晶态的C-S-H凝胶,占比约70%,托贝莫来石占比不到3%,由此可知,对于模压法钙硅压蒸制品,非晶态水化硅酸钙为强度的主要影响者,而非托贝莫来石。提升水固比可有效促进托贝莫来石和硬硅钙石的结晶。无论何种配比和工艺条件下制备的压蒸试件,饱水后强度仅为干燥强度的36%~80%左右。

n(CaS)/n(CaSO_(4))对不同钙硅比磷石膏模拟生料煅烧脱硫的影响

为探究磷石膏分解副产物CaS与CaSO_(4)的配比在磷石膏联产水泥过程中对磷石膏脱硫的影响,先以纯石膏代替磷石膏,研究n(CaS)/n(CaSO_(4))和煅烧温度对不同钙硅比煅烧生料物相的影响和该条件下磷石膏的脱硫率,研究发现:随着n(CaS)/n(CaSO_(4))的增大和煅烧温度的升高,CaSO_(4)衍射峰强度下降;但随着钙硅比的增大,样品脱硫率下降。以纯石膏为原料,在n(CaS)/n(CaSO_(4))=3∶1、1300℃空气气氛中煅烧1 h的条件下,模拟生料硫酸钙峰强最低,钙硅比为1∶1、2∶1和3∶1的样品SO 3质量分数分别为4.90%、8.54%和11.12%;以磷石膏为原料的样品脱硫率优于纯石膏,在相同条件下,钙硅比为1∶1、2∶1和3∶1的样品SO 3质量分数分别为0.64%、1.43%和1.79%。试验结果表明,在以磷石膏为原料生产水泥的过程中,将CaS作为还原剂和降低水泥钙硅比,有助于磷石膏脱硫。

煅烧工艺与钙硅比对水硬性石灰组成及性能的影响

煅烧工艺、原料钙硅比是影响天然水硬性石灰(NHL)矿物组成及性能的关键因素。本文以不同化学组成泥质石灰石尾矿为原料,采用不同煅烧工艺制备了NHL。采用正交试验与单因素试验相结合的方式对所制备NHL的矿物组成及抗压强度进行研究,分析了煅烧工艺与钙硅比对其性能的影响规律。研究结果表明:随着煅烧温度升高,NHL中气硬性矿物CaO含量减少,水硬性矿物硅酸二钙(Ca_(2)SiO_(4),C_(2)S)含量增加;煅烧温度对NHL的矿物组成及抗压强度影响最为显著,保温时间与升温速率次之;在煅烧温度1 000~1 100℃范围内,利用给定的泥质石灰石尾矿制备的天然水硬性石灰满足NHL2、NHL3.5强度等级要求;当钙硅比在3.55~6.76范围内,NHL抗压强度随钙硅比的增大先降低后升高,而CaO含量呈增大趋势。

镍冶炼渣型优化试验研究

本文开展了镍渣渣型优化试验研究。采用热力学计算得到熔炼镍渣时主要反应的吉布斯自由能与温度的关系,表明温度在750~1600℃、以焦粉为还原剂、石灰石为熔剂的条件下,各主要反应均能发生。在此基础上,基于增钙降硅理论,在高温箱式电阻炉中进行镍渣渣型优化,探讨石灰石添加量、铁硅比、温度对镍渣中镍和铜含量的影响,以及研究了氧化钙和石灰石对镍渣性能的影响。试验结果表明,在熔炼温度1420℃、铁硅比1.2~1.3、石灰石质量分数9%~11%、保温时间60 min条件下,镍和铜质量分数可分别降至0.37%、0.27%,降低了镍渣中镍、铜有价金属的机械夹杂损失和化学溶解损失;优化后的镍渣的XRD物相分析结果表明,添加石灰石会破坏复杂硅酸铁镁结构,转变为结构简单、易还原的Fe 2 SiO 4结构,渣型优化效果明显。石灰石对镍渣的改性效果优于氧化钙。本研究有利于降低镍渣中有价金属的损失,为镍冶炼系统的渣型研究奠定了理论及实践基础。

C-S-H凝胶的水热合成及其性能研究

水热合成C-S-H凝胶并将其作为晶种添加到水泥中,研究其对水泥物理性能及水化的影响。研究了不同的钙硅比、反应温度、反应时间对合成过程及产物的影响,并将合成产物作为晶种添加到水泥中,研究其对水泥胶砂强度及水化产物的影响。研究表明:水热合成C-S-H的最佳条件为水热温度80℃,反应7 d,钙硅比控制1.5;将C-S-H凝胶以2%的掺量添加到水泥中,可促进水泥水化,改善水泥石的机械强度尤其是早期强度,并且有效缩短水泥凝结时间。

钙硅比对水热合成镍矿渣加气混凝土性能的影响

废弃的镍矿渣与水泥、石灰等按一定比例混掺,通过水热合成的方法可制备出镍矿渣加气混凝土。研究了钙硅比对镍矿渣加气混凝土力学性能的影响及其机理,对镍矿渣加气混凝土进行了XRD、FT-IR、SEM微观测试。结果表明:随着钙硅比的降低,镍矿渣加气混凝土的干密度逐渐增加,强度先增大后减小,钙硅比为0.65时达到峰值;托勃莫来石和硬石膏的X射线衍射峰逐渐增强;红外图谱中硅氧四面体及含硅基团的聚合程度增加;水化产物的形貌由针棒状结构向片状结构过渡。

钙硅比对水热合成水化硅酸钙实验的影响研究

针对钙硅比对水化硅酸钙产品成分与结构影响较大的现象,为了分析这种影响规律,实验过程中按照不同钙硅比配入原料,采用水热合成法制备水化硅酸钙,实验最终得到了钙硅比对产物水化硅酸钙物相微观结构以及聚合度的影响规律。对实验产物进行XRD分析发现,随着钙硅比的升高,分析结果中出现了Tobermorite(托勃莫来石)以及硬钙硅石的相。通过对产物SEM分析发现,随着钙硅比的升高,产物颗粒表面微观结构变得疏松。通过红外分析发现,产物聚合度随着钙硅比的升高而降低。

纤维增强多孔硅酸钙防火板制备及性能调控

高炉矿渣等大宗工业固废用于建材大多以规模消纳为主,而对其应用于高值功能材料中的性能调控研究较少。将高炉矿渣与氧化钙湿磨,在不同Ca/Si比和温度下制备多孔硅酸钙填料,并对其形貌、物相等进行分析。进一步将不同条件下得到的多孔硅酸钙填料与胶凝材料、添加剂等混合成型,蒸压制备纤维增强防火板材,对其常温导热系数、力学性能、高温性能、燃烧性能等系列性能进行了研究。结果表明,通过工艺优化,矿渣湿磨Ca/Si比为1.4,反应时间为5 h时制备的多孔硅酸钙填料,应用于防火板的综合性能最优,低密度板材抗折强度最高为9.11 MPa,弹性模量为4336.70 MPa,导热系数最低为0.081 W/(m·K)。固废基多孔硅酸钙填料的加入能够促进防火板中托贝莫来石物相生成,大幅提高板材的综合性能。

钙硅比对水化硅酸钙结构、Zeta电势及减水剂吸附性能的影响分析

为探究水化硅酸钙(C-S-H)晶核剂对掺减水剂混凝土的影响,研究了不同钙硅比的水化硅酸钙对聚羧酸减水剂的吸附性能。通过120℃水热反应法制备水化硅酸钙,并采用XRD、SEM和29Si NMR对所制备的Ca/Si为1.0、1.3和1.6的水化硅酸钙样品进行表征;同时通过Zeta电势、总有机碳分析(TOC)和流动性分析探究了由钙硅比的变化对水化硅酸钙的Zeta电势和减水剂吸附性能以及对水泥浆体流动度的影响。试验结果表明,水化硅酸钙的链长和结晶度的优劣主要受到钙硅比的影响,钙硅比增大,链长变短,结晶度变差;水化硅酸钙的Zeta电势随着钙硅比增加而增大;C-S-H在超纯水中的电导率随钙硅比增加而变大;在不同氢氧化钙浓度的溶液中,Ca/Si为1.6的样品较1.0样品能吸附更多的减水剂;并且拥有较好的浆体流动性能。因此,高钙硅比的水化硅酸钙对聚羧酸减水剂拥有较强的吸附能力,并且对含聚羧酸减水剂的水泥浆体流动性能影响相对较小。

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。

套后饱和度测井规律性评价技术

利用大港油田近5年PNN(脉冲中子-中子)测井技术指导明化镇-馆陶组浅层气开发措施显著井的测量数据,以及PSSL(脉冲中子全谱饱和度测井)技术在指导剩余油挖潜措施显著井的测井资料,开展PNN测井技术在长短源距计数率规范化处理后,长短源距计数率差和标准水层长源距计数率比值与声波时差数据间的关系研究,及PSSL技术在碳氧比、硅钙比测量值标准化处理后,碳氧比测量值和水线值差与硅钙比值间的关系研究。经过规律性统计分析,分别建立了PNN、PSSL测井技术以上参数间的交会图版,通过现场利用建立的交会图版,在指导浅层气开发、剩余油挖潜方面措施符合率达到85%以上,具有较高的准确度,对指导油气水井措施实施具有重要意义。

褐煤粉煤灰制备含铝托贝莫来石保温材料的研究

以含铝硅酸盐褐煤粉煤灰为原料,通过水热法制备含铝托贝莫来石保温材料,对其物理性能、热性能和憎水改性进行了研究,结果表明,密度随着钙硅比(C/S)增大呈先减小后增大的趋势,C/S为0.9时,密度为360.08kg/m3,抗压强度为1.72MPa。含铝托贝莫来石具有良好的化学稳定性,分解温度为800℃,1000℃时晶须烧结缩短扭曲形成2M型硅灰石。防水剂掺量0.7%,烘干温度60℃,浸渍法与拌合法使得含铝托贝莫来石中硅羟基与甲基硅酸钠结合形成憎水网状有机硅树脂膜,取得良好憎水效果,并且浸渍法操作更加简单。

污水混凝土构筑物表层混凝土腐蚀深度表征方法研究

综合XRF、XRD、SEM、EDS、X-CT五种测试分析手段提出了污水混凝土构筑物表层混凝土腐蚀深度的表征方法。以城市地下污水处置混凝土箱涵为例,采用XRF对表层混凝土的Ca元素含量随深度的变化进行分析,采用XRD对表层混凝土Ca(OH)2含量随深度的变化进行分析,采用SEM对不同深度处混凝土的微观形貌进行分析,采用EDS对表层混凝土钙硅比随深度的变化进行分析,采用X-CT对表层混凝土密实度随深度的变化进行表征。结果表明:不同测试方法对污水箱涵混凝土样品的评价结果趋于一致,既有污水箱涵混凝土的腐蚀主要表现为表层混凝土水化产物的溶蚀,溶蚀深度在2~4 mm。各测试方法的综合运用可减少单一方法的局限性和定量化程度不足的问题,提高表征结果的准确性。

利用双源距碳氧比能谱测井信息解释泥质体积分数与孔隙度

针对利用双源距碳氧比能谱测井信息解释地层泥质体积分数、孔隙度方法很少,无法对缺少孔隙度测井信息的老井进行定量评价难题,通过理论分析与曲线对比,给出6种有效的泥质指示曲线,其中,硅钙比、岩性指示曲线与泥质体积分数曲线的对比效果最好,建立了12种确定泥质体积分数方法.基于中子的扩散理论和扩散方程、减速长度与孔隙度之间关系,以及伽马光子的吸收效应和吸收方程、地层密度与孔隙度之间关系,从理论上证明近远源距俘获计数比及近远源距非弹计数比与孔隙度之间近似为线性关系.经曲线对比,给出5种孔隙度指示曲线,其中,近远源距俘获计数比曲线与孔隙度曲线的相似性最好,并分别建立了5种总孔隙度、有效孔隙度确定方法.实际资料解释对比表明,该方法的解释精度满足现场要求,效果很好.

水热合成镍矿渣加气混凝土及其水化产物

采用蒸压工艺,以镍矿渣为主要原料制备加气混凝土砌块。研究了钙硅比和一种自制外加剂对加气混凝土性能的影响,采用X射线衍射仪、扫描电镜分析了镍矿渣加气混凝土分别在原料干混、水合预固化和蒸压养护后的物相变化。结果表明,随着钙硅比减小,砌块干密度和强度逐渐增加,强度在钙硅比为0.64附近时达到峰值。外加剂在镍矿渣加气混凝土浆体制备的过程中起到了改善粘度的作用,使砌块形成独立、细小的孔结构。原料的矿物相经水合预固化生成C-S-H凝胶相及AFt相,再经高温蒸压后两相减少同时生成硬石膏和扁平状的托勃莫来石相。

硅酸盐水泥基材中钙硅比对铀(Ⅵ)滞留性能的影响

以氧化钙、硅灰为原料,在80℃水热条件下,能合成不同钙硅比的水化硅酸钙(CSH),用X射线粉晶衍射(XRD)鉴定表明产物都为凝胶相。对含铀的不同钙硅比的CSH凝胶,用1%的盐酸溶液浸出,结果表明:低钙硅比的CSH凝胶对铀有更好的滞留性能。在25℃条件下,含铀普通硅酸盐水泥和碱矿渣水泥固化体102天的浸出结果表明:碱矿渣水泥固化体中铀的累积浸出分数和扩散系数分别比普通硅酸盐水泥固化体中低17.6%和40.6%,这与碱矿渣水泥中钙硅比低有关。