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。

应用纳米压痕技术表征水化硅酸钙凝胶

应用纳米压痕技术实测了水化硅酸钙(C-S-H)凝胶的折合模量.结果表明:将特定尺寸的净浆试样进行打磨、抛光和超声波清洗,可制得表面光洁度符合纳米压痕仪要求的试样;不同水化反应阶段生成的C-S-H凝胶的微区力学特征迥异,随着龄期的增长,C-S-H凝胶的折合模量频率分布曲线呈现不同峰值;水化产生的C-S-H凝胶分层包裹在水泥颗粒外围,并以未水化的水泥颗粒为中心向外形成的水化产物其折合模量逐步降低.

碱激发矿渣-钢渣复合胶凝体系的性能研究

以氢氧化钠和水玻璃为激发剂制备矿渣-钢渣复合胶凝材料,研究矿渣掺量、碱当量和水玻璃模数对复合胶凝材料抗压强度的影响,并采用XRD、SEM对硬化试样的显微形貌和水化产物组成进行了分析。结果表明:随矿渣掺量减少,抗压强度降低。随碱当量的增加,抗压强度先提高后降低,碱当量为11%时强度达到最高。随水玻璃模数的增大,抗压强度先提高后降低,当水玻璃模数为1.2时强度达到最高。水化产物主要为CaCO3、C-S-H凝胶、C-A-S-H凝胶、托贝莫来石及RO惰性相。

溶蚀作用下硅酸三钙水化产物微结构演变机理研究

处于水下区的大坝混凝土由于钙离子溶出易遭受溶蚀破坏,从而造成水泥水化产物脱钙溶解,进而导致大坝混凝土性能劣化失效。为深入揭示大坝混凝土溶蚀劣化机理,有必要厘清溶蚀作用下水泥水化产物形貌与微结构的演变规律。硅酸三钙(C_(3)S)是水泥的主要矿物相,其水化产物特性对水泥及混凝土性能影响显著。为此,本研究制备了高纯度C_(3)S单体,加水水化后浸泡在不同浓度氯化铵溶液中模拟水泥水化产物的加速溶蚀,并结合热重分析、核磁共振、扫描电镜、氮吸附等微观测试方法对其溶蚀前后产物的组成、微纳观结构与形貌进行表征。结果表明硅酸三钙水化产物与氯化铵溶液发生中和反应,溶液的pH值升高;氯化铵浓度越大,反应后溶液的pH值相对越低、水化产物脱钙程度越大,证实了溶蚀程度与环境条件密切相关;溶蚀减少了水化产物中水化硅酸钙凝胶中的化学结合水含量,使硅链结构发生聚合、孔隙结构被粗化并加剧水化硅酸钙凝胶的空心程度,且结构和形貌变化程度随溶蚀程度的增加而增大,从微纳观尺度为揭示混凝土溶蚀机理提供了依据。

水化硅酸钙早强剂的制备及其混凝土性能研究

水化硅酸钙(C-S-H)是水泥水化的最主要产物,也是混凝土最主要的强度来源。采用溶胶-凝胶法合成了水化硅酸钙早强剂,并进行了测试分析。结果表明,在25℃时,通过高速搅拌,以及在特定的分散剂溶液作用下,制备的水化硅酸钙早强剂的粒径最小,分散性最好,将其掺入水泥后,可大大降低其成核能垒,促进水泥水化,显著缩短水泥凝结时间,提高其早期强度。

水化硅酸钙凝胶的研究进展

水化硅酸钙(C-S-H)凝胶是影响水泥基胶凝材料宏观力学性能与长期耐久性的核心组分,阐明结构和性能间的关联关系有利于实现C-S-H凝胶的合成及推广应用。本文首先对C-S-H凝胶不同阶段的典型结构进行了综述,并引出结构与性能间的内在联系;随后,介绍水热合成法对不同结构C-S-H凝胶的精确调控,并详细阐述了合成要素对其组成、形貌以及结构的影响规律;最后,综述了合成C-S-H凝胶在相关应用领域的基础研究。本文聚焦于C-S-H凝胶构效关系的梳理总结以及C-S-H凝胶工程应用的前景探索,可为充分完善水泥水化机理、开发高性能绿色化建材提供理论参考。

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。

人工鱼礁用钢渣混凝土胶凝材料的水化特性

以鞍钢-0.088 mm热闷法钢渣和鞍钢高炉矿渣为胶凝材料的主要组分,以鞍钢0.088～19 mm热闷法钢渣为骨料,制备出了具有较高强度的人工鱼礁用钢渣混凝土。通过X射线衍射分析、场发射扫描电镜分析、差热分析和红外吸收光谱分析对胶凝材料的水化特性进行研究,结果表明:该胶凝材料在水化初期生成大量低碱度水化硅酸钙凝胶和少量钙矾石,水化硅酸钙凝胶是混凝土早期强度的主要来源;而随着水化进程的延续,水化硅酸钙凝胶的继续发展和不断增多、长大的钙矾石对体系空隙的充填则共同使混凝土的后期强度得到进一步的提高。

水热合成C-S-H凝胶所用硅质原料的特性研究

详细研究了不同硅质原料的化学组成、杂质含量、可溶硅含量、ζ电位等物化特性 ,并且进行了XRD ,IR ,SEM ,BET氮吸附等微观测试 ,在此基础上 ,分析了硅质原料和石灰的反应机理 ,得到影响它们反应速率的主要因素是硅质原料中SiO2 的溶解速度 ,包括SiO2的溶解度、硅质原料的平均粒径、比表面积等 ,最后得出 :适合水热合成C -S -H凝胶的硅质原料应该具有较高的可溶硅含量和较大的比表面积 .

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。

添加剂对石膏基复合胶凝材料的作用

研究了添加剂(促凝剂和碱性激发剂)对石膏基复合胶凝材料的宏观物理性能的影响.采用扫描电镜和X射线衍射等对材料的水化产物进行了表征.结果表明:当添加2%促凝剂和2%碱性激发剂时,形成的复合胶凝材料的强度和耐水性等宏观物理性能较佳.XRD物相分析表明,复合胶凝材料的水化产物主要有二水石膏(CaSO4·2H2O)和硅酸钙凝胶(C-S-H)以及少量的钙矾石(AFt)和硬硅钙石(Ca6Si6O17(OH)2).微观结构研究表明,硬化体中的二水石膏和钙矾结构骨架越致密,C-S-H凝胶含量越高,材料的强度等物理性能越好.

碱胶凝材料形成的物理化学基础（Ⅱ）

碱胶凝材料形成的物理化学基础（Ⅱ）杨南如（南京化工大学）（第Ⅰ部份请见本卷第２期）４碱胶凝材料的水化产物４．１产物种类多数学者认为碱矿渣水泥的水化产物主要有Ｃ－Ｓ－Ｈ凝胶、铝酸钙等与硅酸盐水泥相似的水化产物。禹尚仁［４５］还发现存在水化铝硅酸钙ＣａＯ...

CSH凝胶结构的探讨

针对ＣＳＨ凝胶中的孔结构特点进行了研究。利用各种测试方法的不同特点来研究各种不同干燥条件下ＣＳＨ凝胶的孔形态。这些测试方法包括：ＳＡＸＳ法、压汞法、氮气吸附法、有机溶剂吸附法等。对ＳＡＸＳ方法进行了较详细的研究，结果表明：用ＳＡＸＳ方法来研究ＣＳＨ凝胶的孔结构确实是一种很有效的实验手段。

纳米C—S—H/PCE对硅酸盐硫铝酸盐复合水泥凝结硬化的影响

研究了纳米C—S—H/PCE对硅酸盐硫铝酸盐复合水泥凝结时间、早期水化历程及抗压强度的影响,采用XRD、TG、pH计和SEM等分析测试手段对早龄期水化产物和液相碱度等进行表征,探讨了纳米C—S—H/PCE对硅酸盐硫铝酸盐复合水泥的增强机理。结果表明:掺加纳米C—S—H/PCE能有效缩短硅酸盐硫铝酸盐复合水泥浆体初凝及终凝时间,当C—S—H掺量≥1.0%时,硅酸盐硫铝酸盐复合水泥的初、终凝时间差明显缩短。纳米C—S—H/PCE加快了硅酸盐硫铝酸盐复合水泥水化放热速率,提高了总的水化放热量,早期水化产物生成数量多,但对水泥水化产物类型没有影响,硅酸盐硫铝酸盐复合水泥体系8、12、16 h的抗压强度显著提高。

偏高岭土对硅酸盐水泥水化产物的影响

通过热重-差式扫描量热仪、原子力显微镜、扫描电子显微镜-能谱分析研究了偏高岭土对硅酸盐水泥水化产物Ca(OH)2的含量,C-S-H凝胶的形貌特征、化学组成和堆聚结构的影响,讨论了水化产物性质随偏高岭土掺量变化的规律。结果表明:偏高岭土的掺入,水化产物Ca(OH)2的含量相应降低,在偏高岭土掺量15%时,水化28d龄期试样中Ca(OH)2的质量分数由18.68%降低到13.66%;同时C-S-H凝胶颗粒尺寸随着偏高岭土掺量的增加而逐渐减小,堆聚更加紧密,偏高岭土与水泥水化产物Ca(OH)2反应生成结构致密稳定性更好的低Ca/Si值的C-S-H凝胶,改善了C-S-H凝胶的结构和化学组成。

水化硅酸钙凝胶的弹塑性和徐变特性

采用纳米压痕技术研究了不同龄期水泥硬化浆体中水化硅酸钙(C-S-H)凝胶的微观弹塑性和徐变特性。结果表明,随着龄期的增长,C-S-H凝胶在相同荷载作用下的弹性能逐渐减小,并趋于稳定值,且低密度C-S-H凝胶的弹性能均高于同龄期的高密度C-S-H凝胶。对于相同的荷载和持荷时间,高密度C-S-H凝胶的徐变显著低于同龄期低密度C-S-H凝胶。应用纳米压痕技术从微观层面测定了两种密度C-S-H凝胶的变形性能的差异,揭示了C-S-H凝胶的弹性能和徐变与凝胶的折合弹性模量呈反比关系。

纳米C-S-H凝胶对喷射混凝土性能的影响

为解决普通喷射混凝土凝结时间长、早期强度低和抗渗性能差等问题,通过外掺纳米水化硅酸钙(calcium-silicate-hydrate,C-S-H)凝胶的方式对其进行性能提升。研究纳米C-S-H凝胶对喷射混凝土凝结时间、抗压强度及抗渗等性能的影响,并采用水化热测试、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)等技术探究纳米C-S-H凝胶提升喷射混凝土性能的机理。结果表明:纳米C-S-H凝胶可明显缩短掺速凝剂水泥净浆的凝结时间,与基准组相比,掺2%纳米C-S-H凝胶的喷射混凝土1 d抗压强度可提高19.0%,渗水深度降低31.4%。机理分析表明,纳米C-S-H凝胶的晶核和填充效应能够促进水泥水化且可以致密混凝土内部结构,从而提升喷射混凝土的各项性能。

盐湖地区混凝土的长期腐蚀产物与腐蚀机理

运用XRD ,DTA -TG ,SEM -EDAX和IR方法研究了盐湖地区暴露 2 0a的实际混凝土工程的腐蚀产物 ,发现了混凝土在盐湖卤水腐蚀条件下 3种类型的化学腐蚀。首次报道了盐湖卤水中的碱金属离子对水化硅酸钙 (CSH)的两种腐蚀产物 ,即水化硅酸钙水硅酸镁CSH -MSH的过渡产物含水硅酸钙镁凝胶 (C1 -xMx) 1 1 5～ 1 70 SH(x =0 2 2～ 0 3 9)以及Na离子取代Ca的碱硅凝胶产物 (C1 -xNx) 1 85～ 1 6 0 SH (x =0 3 9～ 0 63 )。此外 ,还提出了水泥的 3种水化产物即氢氧钙石 (CH)、水化铝酸钙 (C3AH6 )和水化硅酸钙 (CSH)在盐湖地区的化学腐蚀机理。

粉煤灰水泥基材料的水化产物

用热重仪差示扫描量热仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线能量散射、高分辩电子显微镜、压汞仪,测定了粉煤灰水泥基材料水化产物的形貌特征、微观结构、化学组成及水泥石的孔结构,讨论了水化产物性质及水泥石孔结构随粉煤灰掺量的变化规律。结果表明:粉煤灰的大量掺加,可以改善凝胶的化学组成。水化后期,粉煤灰与Ca(OH)2及由熟料水化生成的高n(Ca)/n(Si)的水化硅酸钙(CSH)凝胶发生二次水化反应,生成低n(Ca)/n(Si)的CSH凝胶,此种凝胶的固碱能力强,可减少碱集料反应的危害性。同时,二次水化产物能够填充那些对水泥石强度和耐久性极为不利的孔隙空洞,使水泥石的结构更加致密,优化水泥石的孔结构,对提高水泥基材料的耐久性作用极大,为进一步提高工业废渣利用的技术水平奠定了基础。

C-S-H表面对SO_4^(2-)的吸附特性

考察了各种硫酸盐溶液中浸泡过的水化硅酸钙(C-S-H)对SO42-离子的吸附量及其相应条件下C-S-H的ζ电位。应用表面物理化学原理分析了C-S-H表面对SO42-的吸附特性。实验结果表明:C-S-H对SO42-的吸附量随溶液的浓度及溶液中阳离子的电价而变化,在高浓度Al2(SO4)3溶液中浸泡的C-S-H对SO42-的吸附能力明显增大。被吸附的SO42-不容易进入吸附层而主要分布在扩散层。扩散层中SO42-仍可能处于C-S-H表面的长程vanderWaals力的吸引作用之下。SO42-滞留于C-S-H表面的程度与溶液的离子强度有关。