温度影响epoxy/C‑S‑H界面黏结性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟技术模拟不同温度条件下环氧树脂(epoxy)/水化硅酸钙(C‑S‑H)界面的脱黏行为,研究了热环境对epoxy/C‑S‑H界面黏结性能的影响,从纳观尺度评价了其界面热敏感性.结果表明:随着温度的升高,epoxy/C‑S‑H界面的力学性能下降;在热环境下,epoxy在C‑S‑H表面附近密度降低、稳定性减弱,阻碍了epoxy与C‑S‑H之间的应力传递;随着温度的升高,epoxy与C‑S‑H之间的离子键合作用、氢键作用减弱,界面相互作用能下降.研究结果从纳观角度揭示了热环境下epoxy/C‑S‑H界面黏结弱化的内在机理,为FRP加固混凝土技术的优化设计和可持续发展提供了理论依据.

纳米C-S-H/PCE对蒸养UHPC力学性能增强机理研究

目前超高性能混凝土(UHPC)制品的力学性能有待进一步提升,采用纳米C-S-H/PCE对UHPC进行增强在理论上是一种可行的技术途径。本文研究了蒸养条件下掺入以聚羧酸(PCE)为分散剂的纳米水化硅酸钙(C-S-H/PCE)对UHPC力学性能的影响,通过测试水化热、水化产物、微观形貌和孔结构等对其机理进行了分析。结果表明,掺入3.0%(质量分数)纳米C-S-H/PCE可以显著提高蒸养UHPC的抗压强度和抗折强度。掺入纳米C-S-H/PCE可以促进UHPC的早期水化,生成更多的水化硅酸钙(C-S-H)凝胶,使水化放热温峰增高,并缩短达到水化温峰的时间。掺入纳米C-S-H/PCE可有效改善蒸养UHPC的孔结构,在掺量为3.0%(质量分数)时总孔隙率最小,有害孔比例最低。该研究可为纳米C-S-H/PCE在蒸养UHPC中的应用提供参考。

10℃条件下纳米C-S-H掺量对水泥早期水化的影响

目的探究10℃条件下不同掺量纳米C-S-H对水泥早期水化进程及强度发展的影响,并分析其早强剂作用机理。方法通过溶液共沉淀法制备纳米C-S-H悬浮液,将其掺入到普通硅酸盐水泥中,在10℃条件下进行养护,分析其对水泥凝结时间、抗折强度、抗压强度的影响;通过XRD、TG等检测手段分析水泥的水化进程及对水化产物的影响。结果掺入0.05%纳米C-S-H,可使水泥初凝时间缩短9.9%,终凝时间缩短10.4%;24 h时抗折强度和抗压强度分别提高了34%和33.5%。纳米C-S-H的掺入造成水泥3 d抗折强度略有降低。水化产物中Ca(OH)2质量分数在12 h、16 h和24 h时较参比样分别提高了17.6%、21.3%和29.6%。结论在10℃条件下,纳米C-S-H的加入能够有效促进C 3S和C 2S的水化过程,形成更多的水化产物,从而缩短水泥凝结时间,提高24 h内水泥砂浆强度,28 d强度没有显著降低。

纳米C-S-H的合成及其对普通硅酸盐水泥早期水化的影响

为提高水泥基材料的早期强度,制备了纳米C-S-H悬浮液,并通过XRD和Zeta电位对其组成和粒度分布、稳定性进行了分析。通过水化放热、热重分析和扫描电子显微镜扫描电镜(SEM)研究了纳米C-S-H对硅酸盐水泥早期强度发展、水化放热、水化产物的影响。结果表明:合成了具有半结晶结构的稳定的纳米C-S-H悬浮液。纳米C-S-H的加入促进了C3S的水化,尤其是在前24 h,并使水泥的水化诱导期明显缩短。含有0.05%纳米C-S-H砂浆的8 h、16 h和24 h抗压强度分别提高了176.0%、145.6%和43.9%,与此同时,砂浆的3 d抗压强度没有明显减少。

南秦岭柞水-山阳矿集区金盆梁金矿床成因——来自流体包裹体及C-H-O-S-Pb同位素的制约

金盆梁是南秦岭柞水-山阳矿集区勘查的一处微细浸染型金矿床,矿床成因与成矿机制尚不清楚。矿体产于上泥盆统桐峪寺组粉砂质板岩和钙质板岩中,以浸染状、脉状金锑矿化为主,成矿过程可划分为3个阶段:毒砂-黄铁矿-硅化阶段(Ⅰ)、石英-辉锑矿-白铁矿±锑氧化物阶段(Ⅱ)和方解石-石英阶段(Ⅲ)。流体包裹体及C-H-O-S-Pb同位素研究结果显示,Ⅱ阶段主要为金锑矿化,以H_(2)O-NaCl两相包裹体占绝对优势,成矿流体属于中温(200~290℃)、低盐度(w(NaCl_(eq))为0~6.0%)、低密度(0.64~0.99 g/cm^(3))的H_(2)O-NaCl±CO_(2)体系,以循环大气降水为主。无矿化的Ⅲ阶段主要发育H_(2)O-NaCl两相包裹体,含少量CO_(2)-H_(2)O-NaCl±CH_(4)、纯CO_(2)±CH_(4)及含子晶多相包裹体,流体以中低温(140~280℃)、低盐度(w(NaCl_(eq))为2.0%~8.0%)、低密度(0.68~1.02 g/cm^(3))的富CO_(2)-H_(2)O-NaCl±CH_(4)体系为主,或存在少量高温、高盐度、高密度H_(2)O-NaCl体系的岩浆热液混入。硫化物δ^(34)S值为较大负值(−12.50‰~−10.20‰),Pb同位素组成具上地壳源铅特征,成矿物质主要来源于围岩地层。综合研究表明,金盆梁金矿的成因类型属于卡林型金矿,水-岩反应(围岩硫化作用)是金富集沉淀的主要机制。

内蒙古根河三道桥铅锌银矿床C-H-O-S同位素和U-Pb定年研究及其意义

内蒙古根河三道桥大型铅锌银矿床位于大兴安岭得尔布干成矿带中北段,矿体主要呈脉状赋存于火山岩地层中。氢氧同位素研究表明,成矿期石英和绢云母的δD值变化范围为-149.1‰~-156.7‰,δ^(18)OH_(2)O值变化范围为-13.6‰~3.4‰;成矿后期石英δD值变化范围为-131.9‰~-147.7‰,δ^(18)OH_(2)O值变化范围为-16.5‰~-18.2‰。碳同位素分析结果表明,与矿化有关的方解石δ^(13)C值变化范围为-1.8‰~-3.1‰,δ^(18)O值变化范围为5.3‰~8.6‰。原位S同位素分析结果表明,硫化物的δ^(34)S值变化范围为2.3‰~5.6‰,与其西南侧下护林矽卡岩型铅锌银矿床中的硫化物的δ^(34)S值(1.2‰~5.9‰)基本一致。上述同位素组成特征指示成矿物质主要来源于岩浆热液,在上升到地壳浅部时有一定量的大气降水混入。锆石U-Pb年代学研究表明,矿化的闪长玢岩脉年龄为(136.0±0.7)Ma(MSWD=0.44);未矿化、穿切硫化物微细脉的闪长玢岩脉的锆石U-Pb年龄为(120.8±0.6)Ma(MSWD=0.49)。结合前人相关研究进展,认为三道桥铅锌银矿床形成于136.0~120.8 Ma期间(早白垩世),为伸展构造背景下与浅成侵入岩有关的中温热液型铅锌银矿床。

C-S-H凝胶无定型纳米孔隙中NaCl蒸发结晶分子动力学分析

氯化钠(NaCl)干湿循环结晶会对水泥混凝土材料产生破坏,现有试验方法存在局限性,很难从纳米尺度对盐结晶破坏机理进行研究。因此本文采用分子动力学方法,针对水泥水化主要微观产物水化硅酸钙(C-S-H)凝胶,研究NaCl在C-S-H凝胶无定型孔隙中蒸发结晶过程和结晶破坏机理。结果表明,本文构建的C-S-H凝胶无定型模型更接近于低密度的C-S-H凝胶模型,NaCl在这个模型孔隙中蒸发结晶遵循两步成核机制,蒸发结晶后的NaCl晶体填充C-S-H凝胶纳米孔隙,会显著降低C-S-H凝胶整体抗拉变形能力,使C-S-H凝胶变脆,这一结论为解释C-S-H凝胶在蒸发结晶作用下产生破坏的现象提供了依据。

纳米C⁃S⁃H晶种与掺和料及早强剂复配对混凝土强度的影响

为了提高混凝土早期强度,根据不同混凝土配方的组成差异,将纳米C‐S‐H晶种与掺和料以及早强剂复配,成型不同龄期的混凝土试件,分析复配后混凝土初终凝时间、抗压强度和抗折强度受到的影响。结果表明:粉煤灰和硅灰会降低混凝土的早期抗压和抗折强度,纳米C‐S‐H晶种与粉煤灰、硅灰复配后可减弱粉煤灰、硅灰对强度下降的影响;纳米C‐S‐H晶种可缓解石膏的缓凝作用,并且可以与石膏、硫酸钠、硫铝酸盐水泥发挥协同作用,进一步提高混凝土的早期强度。

纳米C-S-H晶核对水泥浆体流变性能的影响

纳米C-S-H晶核由于对水泥早期水化的显著加速效果逐渐被广泛用作早强剂,通过流变仪测试掺纳米C-S-H晶核水泥浆体的塑性黏度、动态屈服应力、静态屈服应力和触变性,以研究纳米C-S-H晶核对水泥浆体流变性能的影响。结果表明:纳米C-S-H晶核掺入水泥浆体后,水泥浆体塑性黏度、动态屈服应力、静态屈服应力和触变性均随之增加,掺量越大,增加越多。水灰比对水泥浆体的流变性能也具有显著影响,水灰比越小,浆体的塑性黏度、动态屈服应力、静态屈服应力和触变性越大。

C-S-H晶核早强剂制备及性能研究

针对常规早强剂可能引起混凝土后期强度倒缩、泛霜等问题,采用聚羧酸减水剂作为分散剂,并以四水硝酸钙和五水合硅酸钠作为原料制备了C⁃S⁃H晶核早强剂,研究了不同反应条件对晶核早强剂稳定性能及强度性能的影响。结果表明:钙硅比为1.5、分散剂相对分子质量为17000时所制备的晶核早强剂具有良好的水泥适应性,其18、24 h的抗压强度比空白组分别提高160%、130%,对后期强度也有一定的促进作用。

C-S-H-PCE对基准水泥体系水化的影响

传统的早强剂在实际应用过程中会对混凝土的早强性能和耐久性能产生一定的影响,因此开发新型早强剂尤为重要。其中新开发的纳米C-S-H-PCE新型早强剂能够更好地加速水泥基材料的早期水化,有利于水化产物的快速生成。探究C-S-H-PCE早强剂对基准水泥体系水化的影响,对C-S-H-PCE的研发和应用具有重要意义。本文基于水泥水化的溶解-沉淀理论,研究C-S-H-PCE对基准水泥体系水化各阶段的影响,通过水化热测试对比分析C-S-H-PCE、纳米SiO_(2)对水化历程的影响,并测定各阶段的凝结时间和抗压强度。结果表明,C-S-H-PCE的加入显著缩短水化诱导期、提高水化最大放热速率、促进未水化颗粒的溶解;C-S-H-PCE缩短了初凝和终凝时间,1d和3d的强度得到明显提升。由此可知C-S-H-PCE对基准水泥水化的作用规律和影响机制,从而建立了水化微结构和宏观力学性能之间的联系。

表面接枝C—S—H的岩沥青对高温油井水泥石力学性能的影响

研究了表面接枝C—S—H的岩沥青对高温油井水泥石力学性能和微观结构的影响,采用压力试验机及XRD、TG、SEM和EDS对油井水泥石的力学性能和微观结构进行了测试和表征。研究结果表明,与纯水泥石相比,掺入1%未改性岩沥青的水泥石3 d抗压强度下降了2.98%,而掺入1%表面接枝C—S—H岩沥青的水泥石3 d抗压强度提高了4.26%。物相分析和热重实验表明,表面接枝C—S—H岩沥青的加入不会引起水化产物类型的变化,而掺量为3%表面接枝C—S—H的岩沥青水泥石养护3 d的失重量比纯水泥石高1.01%,说明表面接枝C—S—H的岩沥青可以促进水泥的水化。水泥石的微观形貌和元素分析表明,未改性岩沥青在180℃下热解导致沥青颗粒破碎,而接枝C—S—H的岩沥青表面形成的富Si层可以避免沥青颗粒因气孔而引起破碎,使得未改性岩沥青水泥石界面处的C元素含量较接枝C—S—H的岩沥青水泥石高29.14%,未改性岩沥青水泥石基体中C元素含量较接枝C—S—H的岩沥青水泥石高13.76%。

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。

CaO-SiO_(2)-H_(2)O水热反应的物相变化和物理性能研究

本文研究了钙硅比、压蒸温度、保温时间、成型压力和水固比,对CaO-SiO_(2)-H_(2)O体系物相变化和性能的影响,并采用XRD内标法确定物相含量。压制成型的试件在Ca/Si比约为0.666,180℃压蒸8h,可获得最优的干燥强度。Ca/Si比、温度过低,保温时间过短,石英的反应量偏低,强度降低;Ca/Si比过高会形成晶态的C_(2)SH,温度过高会形成较多的晶态托贝莫来石和硬硅钙石,对强度不利。压蒸温度从180℃提升至220℃,水化硅酸钙形貌从片状、层状、板状逐渐向棒状、纤维状转变。压制成型试件(水固比0.18)含水少,反应过程中传质受阻,其主要产物为非晶态的C-S-H凝胶,占比约70%,托贝莫来石占比不到3%,由此可知,对于模压法钙硅压蒸制品,非晶态水化硅酸钙为强度的主要影响者,而非托贝莫来石。提升水固比可有效促进托贝莫来石和硬硅钙石的结晶。无论何种配比和工艺条件下制备的压蒸试件,饱水后强度仅为干燥强度的36%~80%左右。

C-S-H-PCE协同TEA对锂渣复合体系早期性能的影响

为了提升锂渣复合水泥浆体早期工作性及强度发展,研究了水化硅酸钙晶核与聚羧酸减水剂复合物(C-S-H-PCE)与三乙醇胺(TEA)对锂渣复合水泥流变性与水化性能协同效应。结果表明,C-S-H-PCE改善了新拌锂渣复合水泥浆体流变性,使得浆体表观黏度及剪切应力逐渐下降。而TEA则显著降低新拌浆体流变性,随着TEA掺量增加,新拌锂渣复合水泥浆体表观黏度及剪切应力逐渐增加。C-S-H-PCE与TEA复掺对锂渣复合水泥浆体凝结时间缩短具有协同作用,可大幅缩短浆体凝结时间,促进早强抗压强度发展。掺加3%C-S-H-PCE和0.5%TEA可分别使浆体初凝和终凝时间缩短70%和72%。当C-S-H-PCE掺量为3%,TEA掺量为0.1%时,锂渣复合水泥砂浆1 d、3 d、7 d及28 d抗压强度分别增长105.9%、78.8%、52.3%及10.1%。C-S-H-PCE通过提供成核位点促进硅酸盐矿物早期水化及锂渣后期火山灰反应。而TEA通过促进水泥及锂渣中铝相溶解,促进钙矾石(AFt)相生成及AFt相向单硫型水化硫铝酸钙(AFm)相转化。

C-S-H-PCE协同Al_(2)(SO_(4))_(3)对锂渣复合水泥水化性能影响

为了提升锂渣复合水泥浆体早期强度发展,研究了水化硅酸钙晶核与聚羧酸减水剂复合物(C-S-H-PCE)及Al_(2)(SO_(4))_(3)对锂渣复合水泥水化性能的协同效应。结果表明,C-S-H-PCE与Al_(2)(SO_(4))_(3)协同促进锂渣复合水泥浆体凝结硬化。2%C-S-H-PCE复配6%Al_(2)(SO_(4))_(3)使得复合水泥初凝时间和终凝时间分别缩短71.2%和68.1%,复合水泥砂浆1 d、3 d和28 d抗压强度分别增长37.6%,33.1%和9.9%。C-S-H-PCE通过提供成核位点促进硅酸盐矿物早期水化及锂渣后期火山灰反应,使得水化诱导期缩短,水化第二放热峰逐渐前移,水化放热总量和CH生成量增加。Al_(2)(SO_(4))_(3)溶解出Al3+促进钙矾石(AFt)生成,且可促进锂渣矿物相溶解并参与火山灰反应,使得硬化体系密实性提高。

基于分子动力学模拟的聚合物纤维/C-S-H界面黏结性能研究

纤维增强混凝土(FRC)的宏观力学性能是由界面微观结构和水化产物与纤维之间的界面结合性能决定的。通过分子动力学模拟研究了PVA,PA和PP纤维在水化硅酸钙(C-S-H)基体中的拉拔过程,表征了聚合物纤维/C-S-H界面的黏结性能。研究结果表明,聚合物纤维类型与复合材料界面的黏结性能密切相关,CS-H黏结性能排序为PVA>PA>PP。界面中的Ca^(2+)通过形成O_(CSH)-Ca-O_(poly)连接,为界面键合的主要贡献者。此外PVA或PA纤维与C-S-H基体之间可以形成H键,起到辅助增强界面键合的作用。通过配位数的分析定量比较了界面处不同键合数目,并联合原子动力学行为差异的分析结果来综合解释键合差异的原因。纤维界面黏结性能在分子尺度的探明有助于指导水泥/纤维复合材料的设计与制备。

青海东昆仑阿斯哈金矿床成矿物质来源:C-H-O-S-Pb同位素约束

都兰县阿斯哈金矿床位于青海东昆仑造山带东段,为近年来发现的大型金矿床。金矿体受NNE向和NNW-NW向断裂构造控制,赋存于闪长岩和花岗闪长岩体中。围岩蚀变强烈,主要有硅化、绢云母化、黄铁矿化、绿泥石化、碳酸岩化(方解石化)、绢云岩化、黄铜矿化和高岭土化。本文通过脉石矿物C-H-O同位素和矿石矿物S-Pb同位素地球化学研究,探讨该矿床成矿流体和成矿物质来源。方解石δ^(13)C值为−2.72‰~−2.46‰,δ^(18)O值为10.36‰~11.61‰,表明成矿流体主要来源于岩浆。石英δD值为−84.3‰~−59.6‰,δ^(18)O_(H_(2)O)值为5.7‰~12.0‰,进一步表明成矿流体属于岩浆流体。硫化物δ^(34)S值变化范围较窄,为3.2‰~7.7‰,平均值为6.1‰,与变质流体和沉积岩中的S同位素组成不同,而与中酸性岩浆S同位素组成相似,暗示S来源于中酸性岩浆。硫化物Pb同位素值变化较小(^(206)Pb/^(204)Pb=18.199~18.235,^(207)Pb/^(204)Pb=15.542~15.605,^(208)Pb/^(204)Pb=38.163~38.321),且落入造山带Pb演化线附近,指示造山作用对阿斯哈金矿床的形成可能有一定影响。结合已报道的成果,认为阿斯哈金矿床的成矿流体属于岩浆热液,成矿物质主要由中酸性岩浆提供,属于造山过程中形成的、与岩浆(很可能是已发现的斑岩)作用有关的热液脉型金矿床,为中–晚三叠世东昆仑造山伸展构造背景下岩浆–流体–构造耦合成矿的产物。

纳米C-S-H早强剂对混凝土性能的影响

纳米晶核早强剂能够加速水泥早期水化反应,有效提升混凝土的早期强度,对缩短混凝土预制构件脱模时间、提高模具周转效率具有明显作用。通过测试混凝土的工作性能、力学性能及抗氯离子渗透性能,研究纳米水化硅酸钙(n-C-S-H)早强剂对混凝土性能的影响。结果表明:n-C-S-H早强剂的掺入会加大混凝土的30min坍落度经时损失。掺量为0%~4%时,混凝土的早期抗压强度及抗氯离子渗透性能均随其掺量的增加而增加,在掺入4%n-C-S-H早强剂后,混凝土10h抗压强度达到11.9MPa,强度增长率达到了230.56%。

C-S-H复合絮凝剂的制备及其对洗毛废水的处理

针对纺织洗毛废水使用单一絮凝剂处理困难的问题,以水化硅酸钙为原料,将其作为复合絮凝剂无机组分的絮凝性能效果,研究此类复合絮凝剂对絮凝效果的影响和作用。实验表明:改性后的水化硅酸钙、聚合氯化铝和PAM作复合絮凝剂投加,可得到较好的絮凝性能。通过正交实验、单因素实验等方法优化,复合絮凝剂对洗毛废水的污泥去除量超过96%。最佳絮凝工艺为:絮凝剂总投加量2.5 g/100 ml,废水pH值7,温度30℃,搅拌时间4 min。