磷铝酸盐胶凝材料的制备及其力学性能和吸附性能研究

以石灰石、铝矾土和黄磷矿为主要原料,制备了磷铝酸盐水泥。研究了磷铝酸盐水泥的制备与力学性能,对比了磷铝酸盐水泥、硅酸盐水泥和膨润土对重金属溶液中离子的吸附能力,研究表明:在普通硅酸盐水泥中掺入磷铝酸盐水泥,随着掺量的增加,普通硅酸盐水泥的抗压强度呈现先增长后降低的趋势,当掺量为5%时,抗压强度最高,强度增长了13.7%。硅酸盐水泥和磷铝酸盐水泥对Cr、Ni、Pb、Zn、Cd离子均表现出吸附的特征,但磷铝酸盐水泥对于Cr离子的吸附能力强于硅酸盐水泥和膨润土。

磷铝酸盐相变材料对受火混凝土高温损伤的同步修复研究

火灾高温效应下,硅酸盐水泥基混凝土内形成大量宏、细、微观裂缝(或高温损伤),严重削弱受火混凝土的力学性能.如何有效修复高温损伤对改善受火混凝土力学性能具有重要意义.本文通过将研制的磷铝酸盐相变材料掺入硅酸盐水泥,高温-冷却过程中借助相变材料的固-液-固相变,实现同步修复受热水泥基体内高温损伤.通过确定磷铝酸盐相变材料对硅酸盐水泥高温后抗压强度、微观结构和矿物组成的影响规律,研究了磷铝酸盐相变材料对水泥基体内高温损伤的同步修复作用和对水泥高温后力学性能的改善效果.研究表明,掺加磷铝酸盐相变材料的水泥试件高温后微观结构完整,基体内裂缝明显少于纯水泥试件.高温后,掺加磷铝酸盐相变材料胶砂试件的抗压强度明显高于纯水泥胶砂试件.

新型水硬性磷铝酸盐水泥的研究进展

水硬性磷铝酸盐水泥是我国原创的一种新型水硬性水泥,其熟料主要矿物组成为磷铝酸钙、铝酸一钙和磷酸三钙。其中,磷铝酸钙是以材料设计为指导思想,设计、制备的具有优越水化性能的新化合物。依据熟料中各组成矿物的水化性能特征,通过调整磷铝酸钙、铝酸一钙和磷酸三钙的相对含量,使其相互配合,可获得满足不同性能需求的磷铝酸盐水泥。在原料中掺杂金属氧化物,可促进熟料煅烧过程中矿相的生成以及提高熟料的水化硬化性能。磷铝酸盐水泥具有高强早强、长期强度稳定发展、硬化体积稳定、优良的抗氯离子渗透、抗硫酸盐侵蚀以及抗碳化性能等,是一种高性能、多功能胶凝材料,可适用于复杂服役环境下的多种工程。

固相烧结法制备磷铝酸盐水泥的研究

通过固相烧结法制备磷铝酸盐水泥,通过原料配比设计对磷铝酸盐水泥的制备过程优化,并对生料、熟料化学成分进行分析。实验结果表明磷铝酸盐水泥制备烧成温度为1 250℃,原料配比为铝矾土28%、石灰石17%、磷灰石50%、磷石膏5%。XRD结果显示,熟料的矿物组成是铝酸钙(CA)、磷酸三钙(C3P)、磷铝酸钙(CA P)和少量玻璃相。磷铝酸盐水泥1d抗压强度可达18.65MPa,但是随着养护温度和养护龄期的增加而降低。

磷铝酸盐与硅酸盐复合水泥耐水性初探

对磷铝酸盐与普通硅酸盐复合水泥的耐水性进行研究 ,通过X射线衍射、扫描电子显微镜等手段进行机理分析 ,结果表明 :由于磷铝酸盐水泥具有吸收水化浆体的OH-离子生成C -A -P -H、C -P -H凝胶的功能 ,使磷铝酸盐水泥比普通硅酸盐复合水泥水化快 ,硬化浆体形成一种晶体加凝胶体的致密结构 ;磷铝酸盐与硅酸盐复合水泥浆体中生成较多的结晶度高、稳定性好的AFt,没有发生AFt向AFm的相转化 。

氮吸附法研究早期磷铝酸盐浆体的孔结构

以吸附-凝聚理论为基础,利用氮吸附法(BET)对早期磷铝酸盐水泥(PAC)浆体的孔结构进行了测试研究,通过不同水灰比、不同龄期硬化PAC浆体的等温吸附曲线及吸附回线的线型,分析了其氮吸附特点,并根据孔比表面积和孔分布等孔结构参数,对其早期微观结构进行了分析.

新型磷铝酸盐水泥抗硫酸盐侵蚀性能

初步研究了磷铝酸盐水泥(phosphoaluminate cement,PALC)的抗硫酸镁侵蚀性能,同时与硅酸盐水泥(portland cement,PC)浆体进行了比较,并利用X射线衍射、核磁共振等测试方法对水泥水化浆体微观组成进行分析。结果表明:PLAC呈现优异的力学性能和抗硫酸盐侵蚀的能力。在硫酸镁溶液中腐蚀360,510d时,PALC砂浆的抗蚀系数分别高达0.99和0.95,比PC的分别高出了27%和46%;以PC和PALC标准养护28d时的抗压强度为基准,PC的抗压强度的下降率分别为14.0%,24.2%,PALC的抗压强度下降率则仅为8.6%,14.5%。在腐蚀龄期为360,510d时,对比腐蚀前后水泥砂浆试样的弹性模量,PLAC砂浆的弹性模量的下降率仅为2.42%和7.79%,PC的则达到了22.48%和24.17%。PALC的水化产物中不含有Ca(OH)2和钙钒石,其水化产物主要是羟基磷灰石、水化磷铝酸盐凝胶及水化磷酸盐凝胶。由于水化产物中同时存在的水化磷铝酸盐凝胶及水化磷酸盐凝胶之间可以纵横交联形成致密的网络结构,改进PALC的物理性能,有效地阻止外界离子的侵入,因此,PALC具有更好的耐硫酸盐侵蚀性能。

掺磷铝酸盐水泥的矿渣硅酸盐水泥水化行为

主要研究了掺入磷铝酸盐特种水泥 (PALC)后矿渣硅酸盐水泥 (SC)的水化行为 ;通过混凝土实验 ,探讨了在磷铝酸盐水泥作用下混凝土的力学性能变化 .掺磷铝酸盐水泥后的矿渣硅酸盐水泥 2 8d胶砂抗压强度可提高 8～ 1 4MPa.利用DSC ,XRD ,SEM ,IR等分析手段 ,对该复合水泥水化浆体的结构、形貌进行研究 .IR分析表明 ,复合水泥浆体水化产物相晶体结构的对称性较SC的高 ,由此可推测其稳定性增强 ,浆体耐久性好 .SEM表明 ,水化浆体中的C S H凝胶交织成网络状 ,结构致密 .

磷铝酸盐水泥早期水化过程研究

研究磷铝酸盐水泥早期水化过程,并探讨其水化机理。利用无电极电阻率测定仪(ERM)、交流阻抗谱测定仪(EIS)和水泥水化热测试仪(HHT)分析水化过程的电性能和水化放热率变化规律,并将3种测试手段相结合研究早期水化特性。研究结果表明:电性能和放热率变化可用来描述磷铝酸盐水泥早期水化进程,且可将水化进程分为溶解期、诱导期、加速期和减速期4个阶段;体系电阻率和放热量随水化程度增加而增大,其相应微分曲线变化反映了其特有的水化反应特征;而交流阻抗谱图主要表现为Nyquist图形和电阻的变化;磷铝酸盐水泥早期水化的电性能和放热率变化是其特有的水化产物和水化过程的体现。

硅酸盐与磷铝酸盐复合水泥水化动力学的研究

研究了石膏掺量为3.5%(以SO3计,质量分数,下同)、磷铝酸盐水泥熟料掺量为10%的硅酸盐与磷铝酸盐复合水泥的力学性能和水化动力学,测定了该复合水泥在不同水化时间下的Ca2+和[SiO4]4-溶出浓度、相应的电导率及pH值.研究结果表明,磷铝酸盐水泥的掺入不仅可以提高硅酸盐水泥的水化硬化速率,而且能使硅酸盐水泥的早期以及后期强度有不同程度的提高.该复合水泥水化硬化浆体的Ca2+和[SiO4]4-的相对溶出浓度、电导率及pH值均较同龄期的硅酸盐水泥低,说明该复合水泥的水化产物较为稳定,不易溶解,而且碱性较低.硅酸盐与磷铝酸盐复合水泥的水化历程与硅酸盐水泥相同,经历5个阶段,即初始期或预诱导期、诱导期、加速反应期、减速反应期和稳定期.加速反应期的水化主要由成核反应控制,而稳定期的水化主要由扩散过程控制.

磷铝酸盐水泥耐水性研究

通过测定力学性能、离子溶出浓度等耐水性指标,研究了磷铝酸盐水泥的耐水性,并将其耐水性与普通硅酸盐水泥的耐水性进行对比。结果表明:磷铝酸盐水泥具有较普通硅酸盐水泥更为优良的耐水性。同时借助于XRD、SEM、压汞测孔法及ζ-电位等测试技术分析了磷铝酸盐水泥的耐水性机理。

耐CO_2腐蚀磷铝酸盐固井水泥浆的研制

针对目前固井水泥石耐CO2腐蚀不足的问题,根据不同特种胶凝材料水化产物耐CO2腐蚀性能的差异,优选出耐CO2腐蚀好的特种胶凝材料——磷铝酸盐水泥。为了进一步改善磷铝酸盐水泥石的耐腐蚀性能,基于酸基热液反应原理,在磷铝酸盐水泥中引入磷酸盐SHP,优化其水化产物组成和改善水泥石的耐CO2腐蚀性能。同时选用复合缓凝剂CSB和聚合物降失水剂AADI来调节耐CO2腐蚀复合固井材料的性能。结果表明,复合材料的稠化性能和失水性能可调,且性能对添加剂加量的敏感程度能够满足工程要求,具有"直角稠化"的特点,失水量能控制在50 mL以内,静胶凝强度"过渡时间"短,具有优良的耐CO2腐蚀性能。

磷铝酸盐水泥浆体抗碳化性能的研究

应用定量X射线衍射(QXRD)和电子探针微区分析技术,从微观角度考察了磷铝酸盐水泥(phosphoaluminate cement,PALC)浆体的碳化程度.通过对浆体的Ca2+溶出浓度、离子电导、在设定条件下浸出溶液的pH值和孔结构分析,探索了浆体的抗碳化机理.将上述研究与相应的硅酸盐水泥(PC)和硫铝酸盐水泥(SALC)浆体试样进行了比较,结果表明:在CO2(质量分数)>90%、相对湿度为(50±2)%的情况下,经碳化后的PALC浆体强度相对稳定:碳化45d时其抗压强度损失率为4.5%,而SALC和PC浆体抗压强度损失率分别达到了13.4%和29.1%.PALC浆体的碳化系数α为0.030,PC和SALC浆体的α分别为0.092和0.118,后两者分别是前者的3.08及3.94倍.

磷铝酸盐水泥混凝土抗渗性能研究

研究了磷铝酸盐水泥(PAC)混凝土表面透气、表面吸水、水渗透和氯离子渗透性能,并对它们的机理进行了探讨.利用X射线衍射仪(XRD),全自动孔隙分析仪(MIP)和电化学工作站(EIS)对混凝土水化产物的物相组成、孔结构特性和电性能进行了分析.结果表明:磷铝酸盐水泥混凝土具有较佳的表面性能、抗水渗透和抗氯离子渗透性能,养护28d的PAC混凝土表面透气系数为0.0137×ln(p/mbar)/min,表面吸水系数约为0.0456×10^(-7)m^3/min^(0.5),相对渗水系数约为2.99×10^(-9)mm/s,氯离子扩散系数约为1.61×10^(-12)m^2/s.这是由于磷铝酸盐水泥水化机理和水化生成物不同于硅酸盐水泥造成的.随着养护龄期的增长,PAC的水化生成物增多,结构更加致密,混凝土抗渗性能亦随之提高.

磷铝酸盐水泥耐高温性能的初步研究

采用工业原料配制出具有良好耐高温性能的水硬性磷铝酸盐耐火水泥 ,研究了该水泥的高温体积收缩和抗压强度。结果表明 ,水泥中主要的耐高温相有新三元化合物L相、二元化合物CXP以及CA2 ,在 1 50 0℃ ,其抗压强度可高达 60 7MPa。借助XRD和SEM分析了磷铝酸盐水泥的耐高温机理。

稠油热采条件下矿渣对磷铝酸盐水泥石耐高温性影响研究

针对硅酸盐水泥石经热力采油后耐高温性能急剧衰退的问题。采用具备更好耐高温特性的磷铝酸盐水泥,但是磷铝酸盐水泥高温后的抗压强度仍存在一定的衰退的问题,实验通过在磷铝酸盐水泥中掺入矿渣改善磷铝酸盐水泥石耐高温特性并采用XRD及SEM测试手段分析机理。结果表明:加入矿渣不仅有利于水泥石低温强度的发展,而且能够明显改善磷铝酸盐水泥石的耐高温特性;矿渣加入后C2ASH8的形成有利于水泥石低温下的强度发展,C3AS2H2的形成有利于水泥石高温后的强度发展,同时,为提高水泥石的耐高温特性应尽量避免高温后C3ASH4的生成。加入矿渣后的水泥石经高温养护后晶体结构发育良好,排列致密,从而使得水泥石具有良好的抗高温性能,进而有利于改善水泥环的完整性。

磷铝酸盐水泥基灌浆材料流变性能及保水性能

采用低pH值水泥基材料固化高放射废弃物具有很好的优势,而水泥基灌浆材料的流变性能是评价高放废物深地质处置用灌浆材料的重要指标之一。探究了水灰比、外加剂对磷铝酸盐水泥流变性能以及保水性能的影响规律。结果表明:水灰比越大,浆体粘度越小,流动性能越好,但浆体越不稳定,越容易离析;而且Mg O膨胀剂的掺入,增大了浆体的粘度,其中膨胀剂活性越高,浆体的流变性越差;羟丙基甲基纤维素醚以及钠基膨润土掺入改善水泥浆体保水性能,羟丙基甲基纤维素醚的保水效果优于钠基膨润土,当HPMC掺量大于0.3%,灌浆液不析水;掺加减水剂降低了浆体的粘度,且聚羧酸系减水剂的减水效果优于萘系减水剂,同时减水剂的掺入会使浆体的稳定性下降。

MgO对磷铝酸盐富玻璃相水泥熟料相组成及水化性能的影响

本工作利用XRD ,IR ,DTA及EMPA技术 ,研究了含氧化镁磷铝酸盐富玻璃相水泥的合成、相组成及水化活性 ,并系统讨论了MgO对熟料相组成及水化活性的影响 .结果表明 ,通过掺加适量的MgO ,可在 14 5 0℃合成结合磷铝酸盐水泥与玻璃水泥的一种新的水泥体系———磷铝酸盐富玻璃相水泥 ,该水泥熟料以玻璃体为主 ,少量晶相为CA及CxP ,其水化产物相结构稳定 ,浆体具有早强。

磷铝酸盐胶凝材料的净浆强度与水化形貌

在实验室制备出磷铝酸盐水泥熟料,并用微观测试技术测定其矿物组成,研究了其抗压强度在水化1~90 d的发展,分析了其水化产物的形貌和元素分布。研究结果表明,所制得的熟料所含的矿物为磷铝酸钙、铝酸一钙、α-磷酸三钙以及玻璃相。该材料的净浆具有非常高的早期抗压强度,强度能够持续增长。7 d之前强度发展迅速,之后则发展较为平缓。根据对其水化产物的微观分析,发现熟料中不同矿物的水化活性不同,其水化速度相差较大。水化产物中主要含有水化铝酸钙,Ca O-Al2O3-H2O凝胶（C-A-H凝胶）、Ca O-Al2O3-P2O5-H2O凝胶（C-A-P-H凝胶）,各种形态的C-A-H凝胶中Al元素和Ca元素的原子数比例不同。

外加剂对磷铝酸盐与硅酸盐复合水泥水化的影响

研究了外加剂对磷铝酸盐与硅酸盐熟料复合水泥早期水化行为的影响规律。通过测定净浆试体抗压强度 ,以及采用显微电泳仪测量Zeta电位、分光光度计测量硬化浆体在水溶液中的Ca2 + 、[AlO4]5-离子溶出浓度 ,分析外加剂对磷铝酸盐与硅酸盐熟料复合水泥的早期水化行为的影响规律。研究结果表明 :随着外加剂掺量的增加 ,试体强度、ζ电位、Ca2 + 、[AlO4]5-离子溶出浓度的变化规律均为 :先下降 ,而后上升达到最大值 ,之后又开始下降。说明以上三者之间有很好的相关性 ,通过测试ζ电位、Ca2 + 。