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。

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。

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。

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。

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.

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。

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.

外加剂对磷铝酸盐水泥中钙、铝析出的影响

用分光光度计等测试技术研究了磷铝酸盐水泥水化时Ca2+,Al3+离子浓度随外加剂掺量不同的变化,并探讨了磷铝酸盐水泥的水化动力学。结果表明:一定掺量的外加剂可调节Ca2+,Al3+离子的析出,改变磷铝酸盐水泥水化加速期的长短,起到了调凝的效果,在磷铝酸盐水泥水化加速期,其水化动力学遵循方程:[1-(1-α)1/3]N=Kt。Ca2+离子的溶出主要受自动催化反应控制,N为1.51-1.67;Al3+离子的溶出则主要受扩散反应控制,N为5.37。

外加剂对磷铝酸盐水泥凝结时间的影响

主要研究了外加剂对磷铝酸盐水泥凝结时间的影响 ,并探讨了磷铝酸盐水泥水化试件中的 ζ电位、电导率 (κ)和水泥粒子对外加剂吸附量与凝结时间的关系。结果表明 :外加剂对磷铝酸盐水泥有显著的缓凝作用 ,且在外加剂作用下 ,ζ

超高强磷铝酸盐水泥混凝土的强度发展研究

采用常规工艺,在无需超细和添加其他增强物料的条件下,制备早强、高强的磷铝酸盐水泥混凝土,研究了其强度随水化龄期和养护温度的变化规律,通过XRD分析探讨了其微观特性。结果表明:磷铝酸盐水泥混凝土1d强度77.32 MPa,为其28 d强度的71.72%,远高于同条件下硅酸盐水泥混凝土的43.33%;标准养护28 d后,在37、50℃干燥3 d,磷铝酸盐水泥混凝土强度分别提高了7.14%和5.75%。此外,高强磷铝酸盐水泥混凝土在只掺入0.28%聚羧酸减水剂的情况下,即可获得同样的坍落度。

磷铝酸盐水泥增强硅酸盐水泥力学性能的研究

以磷铝酸盐水泥和硅酸盐水泥熟料为原料,并掺入石膏和外加剂,磨制复合水泥。根据所设计的试验方案,以净浆抗压强度为考核指标,确定了复合水泥的最佳组成。测定了复合水泥的力学性能,并利用XRD、SEM、IR等测试手段对水化产物进行了分析,讨论了磷铝酸盐水泥增强硅酸盐水泥力学性能的机理。

碳纤维和聚酯纤维磷铝酸盐水泥混凝土力学性能的研究

研究了聚酯纤维和碳纤维磷铝酸盐水泥(以下简称PALC)混凝土的力学性能。结果表明,在90d龄期时,聚酯纤维和碳纤维磷铝酸盐水泥混凝土的抗压强度分别达到了59.5MPa、53.7MPa,比同龄期素混凝土试样的45.7MPa分别提高了30.6%和17.5%;而劈拉强度分别达到了5.85MPa和5.02MPa,比同龄期素混凝土试样的4.15MPa分别提高了41.0%和21.0%,聚酯纤维混凝土的劈拉强度、抗压强度都明显高于碳纤维混凝土,而且碳纤维和聚酯纤维对磷铝酸盐水泥混凝土均有明显的约束其裂缝扩展的能力,表现为在28d龄期时,碳纤维混凝土的断裂能达到了110.8kJ,比基准混凝土的90.8kJ提高了22%,而聚酯纤维混凝土的断裂能则达到了140.5kJ,比基准混凝土提高了54.7%。

磷铝酸盐水泥混凝土表面透气和吸水性能研究

研究磷铝酸盐水泥混凝土表面透气和表面吸水性能,利用XRD,MIP和交流阻抗分析对混凝土水化产物物相组成、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,其表面抗透气和吸水性能优于普通硅酸盐水泥.养护28 d的磷铝酸盐水泥混凝土表面透气为1.37×10-2Ln(P)/min,表面吸水系数为4.56×10-9m3/min0.5.这是由于PAC和PC属于不同体系,其水化生成物和反应机理不同造成的.与PC相比,PAC具有快硬、早强特性,生成大量的水化产物相互交联形成的致密三维网络结构,连通孔的数量较少,结构较致密.随着养护时间的增加,PAC透气和吸水系数随之减小,这是由于不断生成的水化物填充内部孔隙,提高结构致密度造成的.

新型磷铝酸盐水泥与硅酸盐水泥粘结界面的研究

通过测定界面的抗拉、抗折、剪切强度 ,系统地研究了磷铝酸盐水泥与硅酸盐水泥试样界面的粘结性能 ,并对“磷 -硅” ,“硅 -硅”界面进行比较 ;同时借助于X射线衍射、扫描电镜和能谱等测试技术 ,初步分析了界面区的粘结机理。试验结果表明 :“磷 -硅”界面具有良好的粘结性能 。

石灰石对磷铝酸盐水泥水化性能的影响

研究了不同细度、不同掺量的石灰石对磷铝酸盐水泥 (PALC)水化性能的影响 ,并与硅酸盐水泥进行比较 ,进一步分析了石灰石对磷铝酸盐水泥的作用机理。通过对试体强度的测试 ,以及利用XRD、SEM等多种测试手段对其水化行为进行分析 ,结果表明 :一定细度和掺量的石灰石PALC的早期力学性能有一定的提高 ,对后期强度无不利影响 ;石灰石的细度。

石膏对磷铝酸盐水泥耐水性的影响

以净浆耐水性指数、力学强度及离子溶出浓度为耐水性评价指标,研究了石膏对磷铝酸盐水泥(phosphoaluminate ce-ment,PALC)的影响,并通过ζ电位、XRD和孔结构等技术分析了其耐水性机理。结果表明:在浸水过程中,掺石膏和未掺石膏的磷铝酸盐水泥硬化浆体的耐水性指数、力学性能均在不断提高,Ca2+和[AlO4]5-的溶出浓度不断减小。相比较而言,掺石膏的磷铝酸盐水泥样品在浸水早期的耐水性指数、力学性能和离子溶出浓度较未掺的变化不大,但在长期浸水的过程中,前者的耐水性指数和力学性能明显高于后者,而Ca2+和[AlO4]5-溶出浓度却显著下降,这表明在磷铝酸盐水泥中掺入石膏,对其早期耐水性影响不大,但对长期耐水性的提高是十分有利的。