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。

掺新型氧化钙-硫铝酸钙膨胀熟料的水泥净浆变形性能

研究了掺加新型氧化钙-硫铝酸钙膨胀熟料水泥净浆试件的膨胀变形、自收缩和干燥收缩特性,以及水胶比及养护温度对膨胀熟料补偿效果的影响。结果表明,内掺4%膨胀熟料的净浆试件饱水养护膨胀主要发生在14 d内,14 d后膨胀趋于平缓;养护温度升高,早期膨胀增大。膨胀熟料对自收缩的补偿效率受水胶比影响较大,水胶比越大,膨胀熟料对自收缩的补偿效率越高。膨胀熟料掺量增加,对水泥净浆的早期干燥收缩具有较好的抑制作用。

氧化钙膨胀剂熟料碳酸化改性的影响因素

本工作探究了碳酸化温度、碳酸化时间、CO_(2)-H_(2)O气体流量、熟料颗粒粒径等因素对氧化钙膨胀剂熟料碳酸化改性的影响,并通过XRD、TG-DTA、微量热仪对碳酸化改性前后膨胀剂熟料的矿物组成、水化进程进行了分析。结果表明:氧化钙膨胀剂熟料最优碳酸化条件为在700℃碳酸化30 min、CO_(2)-H_(2)O气体流量2 L/min、熟料颗粒粒径0.075~0.2 mm。碳酸化改性后熟料仅有部分游离钙转化为碳酸钙,无其他矿物生成;提高碳酸化率会延缓水化放热峰的出现,降低水化放热速率峰值和总水化放热量,从而延缓膨胀能的释放,提高有效膨胀。

锌离子掺杂的反应速率可调控型膨胀熟料

以氧化钙-硫铝酸钙类膨胀熟料为基准,引入氧化锌调控膨胀熟料的反应速率。结果表明:氧化锌的引入及掺量增加,可使氧化钙-硫铝酸钙类膨胀熟料的膨胀收敛期在20、40、60℃下被不同程度地延后,且膨胀熟料的水化放热速率及放热峰值降低,出现时间也延后;引入氧化锌前后的砂浆抗压强度无明显变化;引入氧化锌的膨胀熟料中生成了新矿物相Ca3Al4ZnO10;1 d龄期时,随着氧化锌的引入,钙矾石生成明显减少。在不影响膨胀率的前提下,锌离子掺杂可调控氧化钙-硫铝酸钙类膨胀熟料在不同养护温度下的膨胀收敛期,有望进一步改善混凝土构筑物的收缩开裂问题。

碳酸化改性对CaO-C4A3S膨胀剂熟料矿物组成及水化历程的影响

采用热重-差示扫描量热(TG-DSC)、X射线衍射(XRD)、微量热和测长法等测试方法对经碳酸化改性的氧化钙-硫铝酸钙(CaO-C4A3S)膨胀剂熟料的矿物组成、水化历程及膨胀特性进行分析.结果表明:800℃以下的高温碳酸化改性,使得膨胀剂熟料颗粒表层中的游离氧化钙(f-CaO)转变成碳酸钙,且碳酸化率随着反应温度的升高而增大,对其他矿物组成无影响.改性膨胀剂熟料的水化历程与碳酸化率相关,低碳酸化率可显著降低膨胀剂熟料的放热速率峰值,但不改变累计放热曲线形状;高碳酸化率不仅降低膨胀剂熟料的放热速率峰值,还大幅延缓放热峰值出现时间,并改变累计放热曲线的形状,使早期放热量大幅降低.碳酸化改性对膨胀剂熟料膨胀历程的影响与对水化放热历程的影响趋势基本一致,低碳酸化率条件下,改性主要增加膨胀剂熟料5d前的膨胀量,5d后的膨胀历程与改性前基本一致;高碳酸化率条件下,改性降低膨胀剂熟料3d前的膨胀量,但3~7d间膨胀量迅速增加,7~14d仍有显著膨胀,28d限制膨胀率较改性前提升1.6倍.碳酸化改性显著提高了CaO-C4A3S膨胀剂熟料在水泥基材料硬化阶段的膨胀效能.