800微乳液法制备纳米硅酸钙的分析

本文介绍了该微乳液的特点以及反胶团微乳液法制备纳米粒子的原理、实验室制备过程并讨论了表面活性剂的用量等因素对产物纳米硅酸钙的影响,同时也对制备成纳米硅酸钙之后的乳液的破乳进行了初步的研究。

从纳米水化硅酸钙到水泥净浆弹性性能多尺度递推模型

混凝土具有多尺度结构特征,其力学性能受到不同水化产物组分及微观结构的影响。基于分子动力学方法、化学计量法和均质化方法,建立了从纳米尺度水化硅酸钙(C-S-H)到水泥净浆弹性性能多尺度递推模型,其计算结果与实验数据吻合较好。基于该模型的计算结果可得:C-S-H凝胶中44%的孔隙率致使其体积模量、剪切模量和杨氏模量分别降低了约66%、53%和55%。当水灰比从0.3变化至0.5时,水泥净浆的体积模量、剪切模量和杨氏模量分别降低了约39%、30%和32%;LD C-S-H和毛细孔的体积分数分别增大了13%和20%。水化产物中C-S-H的体积分数越大,或水泥熟料中硅酸三钙的质量分数越大,水泥净浆的弹性参数越大。该模型为水泥基材料微观调控提供了指导。

基于外掺纳米水化硅酸钙的免蒸养CRTSⅢ型轨道板混凝土性能研究

在混凝土中外掺质量分数1.0%的纳米水化硅酸钙并采用保温养护方式,采用温度测试仪、万能试验机等设备进行测试,对比蒸汽养护和保温养护两种养护方式下CRTSⅢ型轨道板混凝土的力学性能、耐久性能和微观形貌,探讨免蒸养的可行性。结果表明:采用保温养护方式,入模温度25℃,16 h龄期时保温养护混凝土抗压强度可达到45 MPa的脱模强度要求;与蒸汽养护混凝土相比,保温养护混凝土56 d电通量和56 d氯离子扩散系数分别降低15.6%和15.8%,且水化产物更加致密,微裂缝明显减少;经受300次冻融循环时,与蒸汽养护混凝土相比,28、56 d龄期保温养护混凝土相对动弹性模量分别提高7.8%和3.1%。综合来看,保温养护混凝土各方面性能均比蒸汽养护混凝土更优异,可在工程中尝试应用。

纳米水化硅酸钙对不同水泥水化产物的影响

针对纳米水化硅酸钙(CSH)对不同水泥增强效果不同,制备不同龄期的两种水泥水化产物,通过抗压强度、X射线衍射(XRD)和固体核磁共振硅谱(^(29)Si NMR)测试,结果表明:纳米CSH对*胜水泥在6 h龄期抗压强度提升效果远高于*东水泥,纳米CSH可同时促进C3A、C3S和C2S水化,纳米CSH促使*胜水泥中C3S和C2S消耗速度更快,并在早期形成了更多小尺寸的水化硅酸钙产物,纳米CSH可使*胜水泥在6 h生成更多比例的Q1峰,综合以上原因,使得纳米CSH对*胜水泥的早期力学性能提升效果更优。

纳米水化硅酸钙对C60盾构管片混凝土性能的影响

为避免蒸汽养护给混凝土长期耐久性带来的负面影响,免蒸养混凝土技术的研究逐渐得到重视,纳米水化硅酸钙由于其显著的早强功效而被应用于免蒸养混凝土制备。采用标准养护、蒸汽养护和掺加纳米水化硅酸钙晶核早强剂(n-C-S-H)3种方式制备C60混凝土,研究了n-C-S-H对混凝土性能的影响。结果表明,10、20、30℃养护条件下掺n-C-S-H制备的混凝土12 h抗压强度较对比样分别提高了185%、113%、34%,并且其收缩性能与抗渗性能较蒸养混凝土得到明显提高。加入n-C-S-H缩短了水泥的初、终凝时间,加快了新拌混凝土的坍落度损失。n-C-S-H显著加快了水泥的早期水化,特别是C3S的水化速率,这种加速效果在1 d后逐渐减小直至消失。

纳米非晶态水化硅酸钙接触硬化胶凝性能研究

不同于传统水泥基材料水化硬化特点,本研究旨在探讨纳米非晶态水化硅酸钙(C-S-H)的接触硬化胶凝性能.分别采用了两种不同来源的C-S-H粉体,对其在20~60MPa压力下恒压3min进行压制成型,测定成型试件的表观密度和力学性能,并结合成型前后微观结构的变化探讨C-S-H的接触硬化胶凝机理.结果表明,纳米C-S-H具有良好的接触硬化胶凝性能,能在几分钟时间内制备出轻质高强试件.表观密度约为800kg/m3的试件,其抗压强度可达20~30.5 MPa.微观结构表明,C-S-H颗粒在外力作用下发生粘性流动而使颗粒间距减小至引力范围并发生接触,颗粒的细化和塑性变形促进了结构键的生成,从而使试件具较高强度.

油水界面法制备纳米β-硅酸钙

采用油水界面法合成纳米β-硅酸钙粉体,研究了钙源、硅源、表面活性剂、回流温度及时间、煅烧温度对合成纳米β-硅酸钙的影响.采用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对所制备粉体的物相、形貌进行表征.试验结果表明,以氯化钙为钙源,硅酸钠为硅源,油酸钠为表面活性剂,75℃下回流2h,800℃下煅烧,获得的纳米β-硅酸钙粉末为空心球结构,该空心球直径为103~338nm,壁厚为9~18nm,且分散性良好.采用油水界面法合成的该空心球结构的纳米β-硅酸钙,有望在生物医用材料领域获得应用.

纳米β-硅酸钙/硒的制备及其抗菌性能

为进一步提高β-硅酸钙(β-CaSiO_3)的抗菌活性,在通过油水界面法合成纳米β-CaSiO_3的基础上,结合氧化还原法引入红色纳米硒(Se),制备出纳米β-硅酸钙/硒(β-CaSiO_3/Se)复合物。采用X射线电子能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)对β-CaSiO_3/Se的成分和物相进行表征,进一步采用透射电子显微镜(TEM)观察样品微观形貌。选用大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)测试纳米β-CaSiO_3和β-CaSiO_3/Se的抗菌性能。结果表明,本方法成功制得纳米β-CaSiO_3/Se复合物,其中纳米Se晶型为六方晶型。体外抗菌测试表明,纳米β-CaSiO_3/Se对E.coli和S.aureus均具有优良的抗菌性能。纳米β-CaSiO_3/Se与E.coli和S.aureus接触培养24h的抑菌率分别达到(92±4)%和(95±4)%。纳米β-CaSiO_3/Se有望作为新型多功效生物材料在生物医学领域获得应用。

含铜硅酸钙纳米棒复合水凝胶用于肿瘤治疗和皮肤伤口愈合性能研究

为了清除皮肤肿瘤手术切除后的残余肿瘤细胞并促进皮肤伤口愈合,开发一种具有肿瘤治疗和促进皮肤伤口愈合功能的水凝胶具有重要意义。本研究以水合硅酸钙纳米线为基体材料,以NaCl和KCl为熔盐介质,CuSO_(4)·5H_(2)O为铜源,采用熔盐法制备了含铜硅酸钙(Cu-CS)纳米棒,并将其复合到海藻酸钠水凝胶得到Cu-CS纳米棒复合水凝胶(Cu-CS/SA)。实验结果表明,随着铜盐添加量增大和熔盐处理温度升高,Cu-CS纳米棒的Cu含量逐渐上升,但其催化过氧化氢(H_(2)O_(2))生成羟基自由基(·OH)的性能呈现先升高后下降的趋势;在3%铜盐添加量和熔盐处理温度700℃条件下所制备的3Cu-CS纳米棒具有最佳的催化性能,Cu元素均匀地分布在纳米棒表面,其价态为+2价,且Cu元素的含量极低,仅为0.61%。细胞实验发现Cu-CS纳米棒含量不超过20%的复合水凝胶具有良好的生物相容性,并且Cu-CS/SA水凝胶在模拟肿瘤微环境条件下能催化H_(2)O_(2)生成高细胞毒性的·OH,进而实现化学动力学治疗肿瘤的效果,同时还能促进血管内皮细胞和成纤维细胞的增殖和迁移。因此,Cu-CS纳米棒复合水凝胶有望用于皮肤肿瘤术后治疗。

水热合成制备水化硅酸钙-聚氨酯纳米复合材料的结构分析

本文以生石灰、纳米二氧化硅和聚氨酯为原料,采用水热合成法制备了纯水化硅酸钙和水化硅酸钙-聚氨酯纳米复合材料,并利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、红外光谱仪和热分析仪对其进行表征测试。结果表明:水化硅酸钙和水化硅酸钙-聚氨酯复合材料的微观组织形貌具有明显差异,随着钙硅摩尔比的增大,出现了Tobermorite相,且随着聚氨酯的加入,该相的结晶度增强;聚氨酯可以嵌入水化硅酸钙层间,使其基底层间间距增大1.038 nm;聚氨酯的加入可以提高水化硅酸钙的热稳定性,且对钙硅比较高的水化硅酸钙改性更有效。

纳米水化硅酸钙的制备及对水泥水化影响的研究进展

随着纳米技术的不断发展,纳米材料逐步开始应用于传统混凝土材料中,以提高混凝土的各项服役性能。纳米水化硅酸钙(纳米C-S-H)是一种新型的早强纳米复合材料,可通过晶核效应加快水泥早期水化速率,显著提高水泥基材料的早期力学性能,从而提高施工效率,满足特殊施工要求。本文系统总结了纳米C-S-H的制备方法,及纳米C-S-H对水泥基材料早期和长期性能的影响规律,探讨了其对于水泥水化过程和水化产物的影响机制,其中重点介绍了采用聚合物分散纳米颗粒制备的C-S-H/PCE(聚羧酸型减水剂,简称PCE)纳米复合材料。

纳米水化硅酸钙在免蒸养轨道板中的应用研究

采用水化微量热仪等测试手段研究了纳米水化硅酸钙(N‑C‑S‑H)对水泥水化及砂浆抗压强度的影响,并开展了基于N‑C‑S‑H的免蒸养轨道板的试应用。结果表明:掺加N‑C‑S‑H能提高水泥的水化放热速率和总水化放热量,且当N‑C‑S‑H掺量超过6.0%后,水泥水化放热第二峰值不再继续提高;掺加N‑C‑S‑H能显著提高砂浆8 h和12 h抗压强度,且随着N‑C‑S‑H掺量的增加,砂浆抗压强度先提高后降低;在25℃养护条件下,掺加1%N‑C‑S‑H可达到轨道板混凝土免蒸养强度要求。

介孔硅酸钙纳米材料在牙体牙髓及颅颌面修复领域的研究进展

介孔硅酸钙纳米材料(MCSN)是近年来基于传统硅酸钙生物活性材料研发出的新型生物活性材料,具有良好的介孔结构和纳米级粒子直径,具备优秀的生物相容性、生物活性、抗菌性、载药缓释性等生物学性能,还可以通过功能化金属元素修饰对其进行改性,在口腔医学领域具有极大的潜力。MCSN对常见的口腔致病菌具有良好的抗菌性,可以渗入到牙本质小管中,促进牙体硬组织再矿化,在牙体牙髓领域具有广阔的应用前景;此外,MCSN相关的复合支架材料具有良好的成骨活性和改性潜能,在颅颌面修复领域具有广大的应用潜力。本文对MCSN的生物学性能以及在牙体牙髓及颅颌面修复领域的研究进展进行综述,并为未来研究方向提供参考及依据。

纳米水化硅酸钙在久马高速一标蒸养预制梁中的应用

针对久马高速一标预制梁混凝土中蒸养时间久、胶凝材料用量高的技术难题,本文通过向混凝土中加入纳米水化硅酸钙尝试缩短蒸养时间及降低胶凝材料用量。混凝土坍落度、扩展度、凝结时间及力学性能测试后表明,纳米水化硅酸钙对混凝土初始工作性能无明显影响,损失较基准稍快,但仍可满足浇筑要求。纳米水化硅酸钙可缩短混凝土初凝时间3h以上,终凝时间2h以上。加入纳米水化硅酸钙后50℃蒸养24h或标养48h混凝土抗压强度均明显高于基准蒸养48h,可缩短至少50%的蒸养时间或在标养条件下实现免蒸养。另外,纳米水化硅酸钙对梁外观无影响,且至少可降低配合比中14kg水泥用量,可明显节约原材料及能耗成本。

纳米SiO_(2)-CSH复合调节剂对水泥混凝土性能的影响

提高水泥混凝土的早期强度可有效减少预应力预制构件的脱模与张拉等待时间,从而缩短工期,但采用传统早强剂提高水泥混凝土早期强度往往会影响其耐久性或工作性能。针对这一问题,笔者研究了采用纳米二氧化硅与纳米水化硅酸钙制备的复合调节剂对混凝土早期性能、体积稳定性、耐久性的影响,并通过SEM观测了复合调节剂对水泥混凝土微观形貌的影响。研究表明:采用复合调节剂可提高水泥混凝土的工作性能、早期抗压强度与耐久性,降低干燥收缩率。当复合调节剂的掺量为1.0%时,较基准组混凝土坍落度与扩展度提升了11.9%与17.6%,倒置坍落度筒排空时间减少了26.5%,3 d抗压强度提高了14.4%,56 d电通量降低了32.7%,56 d干燥收缩率降低了39.7%;通过SEM试验发现,采用复合调节剂能够使得水泥石界面更加密实,减少混凝土的界面过渡区的缺陷,并能进一步细化粉煤灰颗粒。

C-S-H纳米晶种及其对水泥水化硬化的促进作用综述

近些年来的研究发现,将一些纳米粒子加入到水泥中,可以为水化产物提供更多形核位点,降低水化产物的形核势垒,加快水泥的水化进程。这些纳米材料包括纳米SiO_(2)、纳米CaCO_(3)、纳米TiO_(2)、碳纳米管、纳米水化硅酸钙(C-S-H)等。其中,人工合成的纳米C-S-H晶种与水泥水化产物C-S-H凝胶具有相似的化学组成,是C-S-H凝胶的良好的形核基质,在众多晶种材料中,对水泥水化的加速作用最为显著,成为近年来的研究热点。到目前为止,众多学者围绕C-S-H微/纳米材料的成核方式、制备方法及对水泥水化的促进机理进行了大量研究,发现采用共沉淀法在聚合物存在的条件下制备的纳米C-S-H晶种成核剂遵循非经典成核方式,其具有纳米级的晶粒尺寸和良好的分散稳定性。将纳米C-S-H晶种以一定掺量加入到水泥中,可以充当水泥水化产物C-S-H凝胶的额外成核位点,极大地降低了C-S-H凝胶的成核势垒,有效地促进了水泥水化速率和早期强度的发展,尤其可以显著提升水泥1 d龄期以内的强度。与常用的早强剂相比,这种纳米C-S-H晶种成核剂除具有掺量低、早强效果好、对水泥混凝土耐久性无不利影响的优点外,还可以在一定程度上弥补辅助性胶凝材料(SCMs)早期强度增长缓慢的问题。因此,纳米C-S-H晶种在低温施工、滑模施工、预制混凝土制品生产等对早期强度要求较高的工程中具有良好的应用前景,有潜力成为水泥混凝土的新型早强剂。本文尝试对众多研究成果进行总结分析,从纳米C-S-H晶种的成核方式、制备方法、与聚合物的作用机理以及对水泥水化过程的影响等方面进行综述,在明确现有的规律和成果的基础上,分析了目前存在的不足,得出尚待继续研究的问题,以期为未来纳米C-S-H晶种的科学研究、工程应用提供理论基础和发展方向。

纳米C-S-H对粉煤灰/矿粉双掺混凝土性能的影响

通过强度测试、电通量测试研究了纳米水化硅酸钙(n-C-S-H)对粉煤灰/矿粉双掺混凝土性能的影响,对该体系的水泥净浆进行了水化热测试,分析了n-C-S-H对其的影响机理。结果表明,n-C-S-H对混凝土性能的影响随粉煤灰和矿粉比例的变化而变化,当混凝土中粉煤灰比例降低,矿粉比例增加后,n-C-S-H最佳掺量会适当降低,而当n-C-S-H掺量过高时,对应混凝土的28 d强度和电通量都要低于空白组。相较于粉煤灰比例高的水泥浆体,矿粉比例高的水泥浆体水化放热速率更快并且水化热更高,n-C-S-H掺量越高,两者之间的差异越大。

钙硅摩尔比对纳米水化硅酸钙晶种早强作用的影响及机理

纳米C-S-H晶种成核剂通过为水泥水化产物提供成核位点,能有效促进水泥水化进程,提高水泥基复合材料早期强度。研究表明,钙硅摩尔比的变化会影响纳米C-S-H晶种对水泥的早强作用,但具体影响规律尚存争议。本工作通过X射线荧光光谱分析、多重光散射分析、动态光散射分析、X射线衍射分析、透射电子显微镜、水泥水化放热及强度测试研究了钙硅摩尔比对纳米C-S-H晶种尺寸、形貌及其对水泥早强效果的影响,以阐明钙硅摩尔比对纳米C-S-H晶种早强作用的影响规律及作用机理。这对提高纳米C-S-H晶种成核效率,优化纳米C-S-H的制备工艺,推进纳米C-S-H晶种材料的工业化应用具有重要意义。结果表明:随着钙硅摩尔比在1.0~1.7的范围内的增大,纳米C-S-H悬浮液分散稳定性逐渐提高,纳米晶粒越不易团聚;同时,随着钙硅摩尔比的增大,纳米C-S-H逐渐由球状变为锡箔状,颗粒间的堆叠逐渐减小,层厚变薄。纳米C-S-H能显著促进水泥水化放热速率和早期强度的发展,尤其是1 d龄期之内的强度。钙硅摩尔比越高,纳米C-S-H对水泥水化放热速率加快的幅度越大,早期抗压强度提升的幅度越高。

酸醚比对C-S-H/PCE/DL-AL晶核早强剂性能的影响

本文利用聚羧酸型分散剂(PCE)和铝酸脂偶联剂(DL-AL)制备水化硅酸钙(C-S-H)纳米晶核早强剂,并通过透射电子显微镜(TEM)和动态光散射(DLS)分析不同酸醚比对复合体系稳定性和早强剂产品性能的影响。结果表明:当PCE酸醚比为6:1并添加DL-AL时获得的C-S-H/PCE/DL-AL纳米晶核粒径最小,中值粒径为165nm,稳定性最好;水泥净浆初凝和终凝时间分别缩短169min和182min;C50管片混凝土8h和10h抗压强度分别提高至23MPa和30MPa。

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。