锂云母渣缓凝机理研究及改性效果验证

锂云母渣的综合利用对国家双碳政策的执行及锂电行业的健康发展具有重大意义。但是锂云母渣中含有一定的氟、磷等有害杂质限制了其作为混凝土矿物掺合料在混凝土中的大规模应用。因此,通过XRD、XRF等手段分析了锂云母渣的理化特性,并结合砂浆水化热及净浆凝结时间实验,确定了锂云母渣缓凝机理,同时研究了生石灰对锂云母渣的改性效果。结果表明,锂云母渣缓凝的主要原因是其中可溶性氟与磷与水泥水化产物中的Ca^(2+)形成氟化钙、磷酸钙、氟羟基磷灰石吸附在水泥水化初期形成的半透水性水化薄膜上,导致薄膜致密性增加,从而阻碍了离子和水的通过,引起水化速度降低,进而导致缓凝;生石灰能够有效缩短锂云母渣净浆的缓凝时间,改性后锂云母渣净浆凝结时间缩短114 min。

耐高温两性离子型油井水泥缓凝剂的合成及其缓凝机理研究

为满足深井、超深井及地热井等复杂井况固井施工需求,综合分子结构设计思想和功能单体优选方法,以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、马来酸酐(MAH)和二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为聚合单体,通过水溶液聚合反应合成了耐高温两性离子型高分子聚合物类油井水泥缓凝剂HFB-2,粗产品产率约为82.7%。采用红外光谱分析、凝胶色谱分析及热重分析分别研究缓凝剂HFB-2化学结构、分子量大小、分子量分布和热稳定性。通过执行国标、行标探究缓凝剂HFB-2对水泥浆稠化时间、流变性能和抗压强度的影响。结合水泥浆水化产物物相分析和微观形貌分析研究了缓凝剂HFB-2的缓凝作用机理。研究结果表明:缓凝剂HFB-2具有较好的高温缓凝特性,高温220℃条件下缓凝剂HFB-2加量为1.2%(质量分数,下同)时,水泥浆稠化时间为312 min,24 h抗压强度大于14.0 MPa,主要通过吸附和络合作用抑制水化硅酸钙凝胶和Ca(OH)2晶体的生成,进而实现对油井水泥水化速率的有效控制。

大分子缓凝剂对建筑石膏水化进程的影响及缓凝机理

研究了大分子缓凝剂(骨胶)对建筑石膏水化进程、液相离子浓度与过饱和度及二水石膏晶体形貌的影响,结合X光电子能谱分析技术对其缓凝机理进行了分析。结果表明:骨胶能抑制建筑石膏早期水化,使其水化放热减缓,早期水化率降低,凝结时间延长;骨胶对二水石膏晶体形貌影响较小,但使二水石膏晶体尺度明显增大;骨胶与二水石膏晶核表面钙元素作用,在其表面形成化学吸附层,降低晶核表面能,抑制二水石膏晶核生长,使建筑石膏水化进程变缓。

磷渣对硅酸盐水泥的缓凝机理

在对已有的磷渣缓凝机理进行分析的基础上,通过实验对他们的论点进行了质疑,提出了吸附机理,即在硅酸盐水泥水化初期形成的半透水性水化产物薄膜对磷渣颗粒的吸附,导致这层薄膜致密性增加,从而导致离子和水通过薄膜的速率下降,引起水化速度降低,最终导致缓凝,并运用这个观点分析了磷渣比表面积与P,F含量不同对凝结时间的影响机理。

三聚磷酸钠对建筑石膏水化进程的影响及缓凝机理研究

系统研究了三聚磷酸钠对建筑石膏水化进程、液相离子浓度与过饱和度及二水石膏晶体形貌的影响,结合X光电子能谱分析技术对其缓凝机理进行了分析。结果表明:三聚磷酸钠使建筑石膏水化放热变缓,早期水化率降低,诱导期延长;三聚磷酸钠使液相离子浓度和过饱和度降低,二水石膏晶体粗化,晶型由针状转化为短柱状;三聚磷酸钠使二水石膏晶核表面钙元素2p电子结合能发生1.267eV化学位移,它与二水石膏表面的钙元素作用,在其表面形成化学吸附层,阻碍二水石膏晶核生长;三聚磷酸钠形成磷酸钙难溶盐覆盖在建筑石膏表面抑制其溶解和三聚磷酸钠在二水石膏晶核表面形成化学吸附层阻碍其生长是三聚磷酸钠缓凝的内在原因。

木素磺酸钙对水泥净浆的缓凝机理研究

研究了掺加木素磺酸钙(简称木钙)后水泥净浆液相中钙离子、硫酸根离子和氢氧根离子浓度随水化时间的变化,以及除糖后木素磺酸钙对水泥净浆凝结时间的影响．结果表明,掺加木钙后在水化初期水泥净浆中S042-浓度大幅度上升,OH-浓度变化不大．木钙掺量越大,水泥净浆中游离Ca2+浓度的峰值出现越迟,浆体的初凝时间越长．进一步研究发现木钙的掺加能促进熟料矿物的水解,当木钙掺量为0．5％(质量分数)时,水泥净浆中的总Ca2+浓度峰值比未掺加木钙时增加48％,被络合的Ca2+量峰值较水化开始时增加2倍．在水泥净浆强碱性溶液中木钙的络合能力增强导致Ca(OH)2不能达到过饱和,是造成水泥净浆缓凝的重要原因,木钙对水泥净浆的缓凝机理为“吸附-络合”机理．

有机膦酸类化合物在混凝土工程中的应用及缓凝机理研究进展

通过掺加具有水化热抑制作用的外加剂来降低胶凝体系的水化放热量及放热速率是减少混凝土中温度裂缝的重要措施。相对于葡萄糖酸钠和糖钠等常用缓凝材料,有机膦酸类化合物对硅酸盐水泥具有更为有效的水化热抑制作用和缓凝作用。过去几十年,有机膦酸类化合物在国外常被作为缓凝材料应用于工民建、油田固井和一些有特殊要求的混凝土工程中。在我国,有机膦酸类化合物主要应用在油田固井混凝土工程中,近年来在越来越多的工民建混凝土工程中也有所应用,但是其应用范围仍然十分有限。有机膦酸类化合物具有以下特征:(1)在一定掺量范围内可大幅降低硅酸盐水泥的水化放热速率和放热量,改善硅酸盐水泥水化放热过程;(2)有机膦酸类化合物对水泥熟料含量的变化不敏感,与硅酸盐水泥、聚羧酸减水剂和萘系减水剂均具有较好的适应性;(3)在一定掺量范围内,有机膦酸类化合物可改善混凝土拌合物性能,提高混凝土长期力学性能;(4)有机膦酸类化合物的主链结构具有高温稳定性,适用温度达200℃以上,在高温环境下其对硅酸盐水泥仍具有较强的缓凝作用。有机膦酸类化合物对硅酸盐水泥水化的影响较复杂,目前硅酸盐水泥缓凝机理尚不十分明确。不同学者对此持有不同的观点。其中一种观点认为:有机膦酸类化合物首先促进水泥中Ca^2+溶解,在富铝层表面促进水泥矿物水化,进而促进铝酸三钙(C3A)的水化;接着与水泥中Ca^2+结合,在硅酸三钙(C3S)表面形成半透水的稳定螯合物,抑制C 3S的水化,从而抑制水泥的进一步水化。而另一种观点认为:有机膦酸类化合物有效抑制了钙矾石凝胶向晶体转变的成核和生长过程,并认为延缓钙矾石晶体的生长是导致硅酸盐水泥缓凝的主要原因。本文从有机膦酸类化合物在混凝土工程中的应用着手,总结了有机膦酸类化合物对硅酸盐水泥水化动力学的影响以及缓凝机理的研究进展。基于此,为进一步扩大有机膦酸类化合物在混凝土工程中的应用范围,提出了应进一步研究有机膦酸化合物对混凝土力学性能、体积稳定性、热力学性能和耐久性能的影响,同时应进一步研究有机膦酸类化合物对硅酸盐水泥水化动力学的影响及缓凝机理。

缓凝剂对脱硫石膏水化的影响及其缓凝机理研究

通过在脱硫石膏中添加缓凝剂来改善石膏的凝结时间、水化进程,结合微观测试来分析脱硫石膏凝结硬化过程。结果表明,小掺量的缓凝剂P和缓凝剂CA即可延长脱硫石膏的凝结时间,有效延缓水化进程;但掺缓凝剂CA的脱硫石膏强度损失较大。综合考虑,缓凝剂的P的综合效果最佳。

高P钢渣微粉缓凝机理研究

试验分析了莱钢钢渣微粉和山东某钢厂高P钢渣微粉的特性,莱钢钢渣中C3S、C2S等活性矿物含量多于高P钢渣,且P含量少于高P钢渣。在此基础上,进行了高P钢渣和莱钢钢渣对钢渣微粉—水泥胶凝材料凝结时间和1d强度的影响试验;重点分析了高P钢渣影响水泥凝结时间和1d强度的原因和机理,即高P钢渣中的可溶性P在硅酸盐水泥早期水化过程中,会随着钢渣中玻璃体的解聚溶出,与钙离子结合生成羟基磷灰石,附着于活性矿物表面,阻碍硅酸盐水泥中C3A、C3S、C2S等活性矿物的正常水化进程。

聚羧酸系减水剂缓凝机理探讨

以聚乙二醇系列、丙烯酸、顺酐、烯丙基磺酸钠、丙烯酸羟乙酯为原料合成了XYZ系列聚羧酸系减水剂,考察了聚羧酸系减水剂对净浆水泥水化过程的电导率、凝结时间、化学结合水量、水化放热情况的影响并分析了聚羧酸系减水剂的缓凝机理。

水泥缓凝机理新假说

本文提出了一种水泥缓凝机理新假说:外加剂与水泥浆体进行化学的、物理的或物理化学的作用,使浆体液相pH值暂时降低而无法形成或缓慢形成具有胶凝性的水化产物。凡是使浆体液相pH值降低的物质均为缓凝剂;反之,使浆体液相pH值提高的物质均为促凝剂。

磷酸盐基长效缓凝剂缓凝机理

2-磷酰-1，2，4-三羧酸（分子式为[C7H11O9P]，缩写为PBTC）是一种长效缓凝剂。在碱性环境下它释放出5个质子以离解的[C7H6O9P]^5-形式存在，它需2．5个钙分子结合形成磷酸钙盐Ca2.5[C7H6O9P]。对无石膏缓凝剂的波特兰水泥，加入磷酸盐基长效缓凝剂时，水泥离解出来的钙离子很少，由于PBTC对钙离子的需要，短期内会加速C3A的水化，使六方板状C—A—H水化产物增加，导致水泥稠化和凝结倾向增大。

环氧磷酸缓凝剂研发及抗220℃常规密度水泥浆综合性能

针对油井水泥常用缓凝剂在200℃以上稠化时间不稳定问题,笔者以官能团和聚合物功能结构为基础,对抗高温缓凝剂进行分子结构设计。以AMPS、SAS、NVP、AM和环氧丙基磷酸5种单体制备了一种五元抗高温缓凝剂NPAAS-1。采用红外光谱、热重分析以及核磁共振H谱对NPAAS-1进行表征。结果表明,缓凝剂NPAAS-1为预期产物,300℃时失重仅为22.30%。通过其性能评价可知,NPAAS-1在200℃以上具有很好的缓凝性能,且稠化时间与加量呈线性关系。在220℃下,缓凝剂加量为3.5%时,稠化时间为297 min;加量为4.5%时,稠化时间为530 min。可以实现对超高温环境下水泥水化速率的有效控制。

缓凝剂对磷建筑石膏-普通硅酸盐水泥复合体系性能的影响及其机理研究

磷建筑石膏(β-HPG)力学性能差,凝结硬化快,已有研究表明用普通硅酸盐水泥(OPC)替代部分β-HPG可改善其力学性能,但对此复合体系工作性能的调控作用及机理研究尚不明确。本文探讨了三种缓凝剂对β-HPG-OPC复合体系性能的影响,通过测试凝结时间和抗压强度来表征性能变化,通过分析水化热曲线、电导率曲线、XRD谱和SEM照片来讨论作用机理。研究结果表明,三聚磷酸钠(STPP)对复合体系基本无缓凝作用,蛋白质类SC缓凝剂(SC)和柠檬酸(CA)的缓凝作用均较好,其中SC对初凝时间的延缓作用较好,CA对终凝时间的延缓作用更佳。CA使二水石膏晶体的形貌发生改变,导致体系抗压强度显著降低;SC对二水石膏晶体的粗化作用使体系形成相对致密的微观结构体,对抗压强度影响较小。研究结果将为β-HPG-OPC复合体系工程应用提供重要参考,有助于推进β-HPG在工程中的高附加值利用。

脱硫渣对水泥缓凝效应及其机理研究

为探明脱硫渣在水泥中的缓凝机理,研究了不同种类脱硫渣对水泥性能,CaSO_3和CaSO_4对熟料性能及C3A单矿不同龄期水化过程的影响。研究结果表明:基于不同种类脱硫渣中CaSO_3和CaSO_4含量的差异导致了对水泥凝缓凝效果的不同;随着CaSO_3∶CaSO_4的减小,熟料的凝结时间呈现先增大后减小的规律;相比仅石膏作为缓凝剂,脱硫渣中适宜比例的CaSO_3和CaSO_4在水化过程中,形成一层结构更加致密的薄膜,附着于C3A的表面,延缓水泥的水化。

基于AMPS共聚物的超高温缓凝剂机理研究与应用

通过溶液聚合制备一种AMPS类缓凝剂R55L,通过GPC和红外色谱表征了该聚合物的分子量及微观结构,利用DSC等分析手段证实此种缓凝剂可耐温至275℃。此聚合物缓凝剂初稠低、过渡时间短、稠化时间可调、加量敏感性低、稠化曲线呈“直角”稠化、属于高温缓凝剂。缓凝剂在水泥颗粒表面的吸附行为及ζ电位研究表明,缓凝剂吸附未达到饱和时,为线性吸附;当达到饱和吸附后,缓凝剂增加,吸附量不再改变,达到饱和吸附量时的缓凝剂加量为1%。此种高温缓凝剂配置的水泥浆在南海乐东区块进行了现场应用,固井质量达到要求,保证了施工安全。

高温缓凝剂AMCT的合成及其性能评价

以甲基丙烯磺酸钠(MAS)、含亲水长链的烯类单体(CL)、丙烯酸(AA)和烯丙基三甲基氯化铵(TMAAC)为原料,合成了一种高温缓凝剂(AMCT)。通过正交实验得到的最佳合成条件为:n(AA)∶n(MAS)∶n(CL)∶n(TMAAC)=4.0∶1.0∶0.15∶0.10,引发剂(NH4)2S2O8加量为单体总质量的4%,单体质量浓度300 g/L,反应温度85℃,反应时间24 h。利用IR和~1HNMR表征了AMCT的结构。采用TGA考察了AMCT的耐温性能。以稠化时间考察了AMCT的温度敏感性和加量敏感性。通过AMCT对水泥浆流变性能的影响说明其分散性和稳定性。通过XRD、EDTA滴定和低场核磁等方法分析了AMCT的缓凝机理。结果表明:AMCT的分解温度为255℃;AMCT的温度敏感性和加量敏感性均符合行业标准要求;AMCT对水泥浆分散性和稳定性无不良影响;AMCT的缓凝机理为自匹配吸附形成包覆层控制水化作用、抑制晶体生长作用和络合作用。

磷渣对硅酸盐水泥凝结时间的影响及机理

重点研究了磷渣对硅酸盐水泥凝结时间的影响,以及几种常用外加剂硫酸钠、烧石膏和烧明矾石对磷渣水泥凝结时间的改善,并研究了一种以硫铝酸钙为主要矿物组成的合成外加剂的作用。结果表明磷渣的掺量与比表面积对磷渣硅酸盐水泥的缓凝作用非常大,硫酸钠和合成外加剂对磷渣的缓凝的改善效果最佳,烧石膏与烧明矾石的作用不显著。通过对磷渣的缓凝机理的研究,指出了磷渣中的PO43-溶出对水泥的缓凝作用。

缓凝剂对石膏刨花板性能的影响

通过改变石膏水化过程中缓凝剂品种以及添加量,借助扫描电镜(SEM)法,观察石膏结晶形态。再利用原子吸收光谱(AAS)测量不同pH条件下石膏水化体系中游离态Ca2+浓度变化曲线。综合电镜图像以及石膏刨花板各项性能数据,从而建立石膏水化过程中Ca2+含量变化和石膏结晶形态与石膏刨花板各项性能之间的内在联系。

磷酸盐对α半水脱硫石膏凝结硬化的作用机理

研究磷酸盐对α半水脱硫石膏水化反应进程、液相离子浓度与过饱和度以及水化产物形貌与硬化体强度的影响,结合X光电子能谱分析技术对磷酸盐缓凝机理进行分析.结果表明,磷酸盐抑制α半水脱硫石膏早期水化,使水化放热减缓,早期水化速率降低,凝结时间延长;磷酸盐改变了二水石膏晶体生长习性,晶形由长棒状转化为板状,并使晶体粗化,硬化体强度降低;磷酸盐通过化学作用吸附在二水石膏晶体表面,抑制离子扩散和晶面生长,这是二水石膏缓凝的内因,对晶面的选择性吸附改变了二水石膏晶体生长习性和形貌,是硬化体强度降低的原因所在.