锚杆水泥的机理研究

本文用化学反应方程式描述了描杆水泥的锻烧和水化过程。从理论上阐明了氟铝酸盐、硫铝酸盐、硅酸盐矿物共烧机制以及锚杆水泥快凝、快硬、微膨胀、强度稳定发展的水化,硬化机理。并通过微观试验与分析证实了上述理论的正确性。     

硅酸盐-硫铝酸盐水泥基护壁堵漏材料的研制

针对复杂地层钻探护壁堵漏技术难题,研制了一种硅酸盐-硫铝酸盐水泥基护壁堵漏材料。首先,分别对掺加外加剂的硅酸盐复合水泥、硫铝酸盐水泥的主要技术指标进行试验研究,在此基础上,按不同比例对两种不同系列的水泥进行复合,对复合浆液的流动度、可泵期、凝结时间以及强度等主要技术指标开展试验研究,并结合水化热与扫描电镜分析对其水化硬化过程进行探讨,揭示硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥的水化协同效应。研究成果表明,利用硅酸盐-硫铝酸盐水泥水化协同效应可为解决松散破碎、陡倾宽缝以及动水冲蚀等复杂地层的护壁堵漏技术难题提供新的思路和解决方案。     

硅酸盐-硫铝酸盐水泥基钻孔护壁堵漏材料的研制

针对复杂地层钻探护壁堵漏技术难题,研制了一种硅酸盐-硫铝酸盐水泥基护壁堵漏材料。首先,分别对掺加外加剂的硅酸盐复合水泥、硫铝酸盐水泥的主要技术指标进行试验研究;在此基础上,按不同比例对两种不同系列的水泥进行复合,对复合浆液的流动度、可泵期、凝结时间以及强度等主要技术指标开展试验研究;并结合水化热与扫描电镜分析对其水化硬化过程进行探讨,揭示硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥的水化协同效应。研究成果表明,利用硅酸盐-硫铝酸盐水泥水化协同效应可为解决松散破碎、陡倾宽缝以及动水冲蚀等复杂地层的护壁堵漏技术难题提供新的思路和解决方案。     

硅酸盐—硫铝酸盐复配水泥浆液流变特性试验研究

基于小振幅震荡剪切测试原理,采用新型试验方法研究了不同复配比例的硅酸盐-硫铝酸盐水泥混合体系浆液黏度时变特性和触变性,同时结合扫描电镜(SEM)试验对不同龄期下的水泥石微观特性进行分析。结果表明,硅酸盐-硫铝酸盐复配水泥体系水化过程中出现相互促进和水化叠加效应,水泥水化和凝结速度加快。复配水泥浆液触变性随着混合比例不同呈现出先增大后降低、再增大再降低的变化趋势。通过探究硅酸盐-硫铝酸盐复配水泥浆液水化过程和流变特性,为复配水泥浆液在实际工程中的应用提供理论支撑。     

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，从而使复合水泥在长期浸水的情况下表现良好的耐水性。     

阿利特-硫铝酸盐水泥水化硬化研究进展

阿利特-硫铝酸盐水泥是一种早强性能优良的新型材料，由于在水泥熟料矿物体系中含有硫铝酸盐矿物，将对以阿利特为主导矿物的硅酸盐水泥的水化硬化产生重要影响：加速硅酸盐熟料水化，加快水化进程，促进水化产物生成量，提高早期强度。因此，深入分析该水泥水化硬化过程具有重要意义。     

磷铝酸盐与硅酸盐复合水泥的正交试验研究

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,通过正交试验确定最佳配比。测定了复合水泥的力学性能,并利用XRD、SEM等测试手段对水化产物进行了分析,结果表明：复合水泥的水化产物与硅酸盐水泥基本相同,主要是C-S-H凝胶、Ca(OH）2和AFt,但复合水泥水化速率大于硅酸盐水泥,水化产物量变大,而且其形貌、晶粒度等发生了改变,使得复合水泥硬化体的整个显微结构紧密结合,从而赋予其高的强度。     

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Ca^2 、[A1O4]^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、(电位、Ca^2 、[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ξ电位、Ca^2 、[A1O4]^5-离子溶出浓度可以预测水泥试体的早期强度。     

铝酸盐水泥对硅酸盐水泥性能及浆体结构的影响

研究了铝酸盐水泥(质量分数0.25以内)与硅酸盐水泥混合体系的凝结时间、力学性能和干燥收缩率,并采用量热仪、X射线衍射仪、环境扫描电镜探讨了这些物理力学性能产生差异的原因.研究表明,随着铝酸盐水泥掺量的增加,混合体系的凝结时间不断缩短,力学强度先略升(6%左右时达到最高)后大幅降低,干燥收缩不断增加.少量铝酸盐水泥的掺入,对硅酸盐水泥的水化影响不大,仅造成水化早期浆体钙矾石的生成量微增;但掺量超过一定值时,将显著延缓硅酸盐水泥的水化,浆体中钙矾石不断转化为单硫型水化硫铝酸钙,非稳态水化铝酸钙也逐步发生晶型转变,从而导致微结构明显劣化.     

矿物掺合料对硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合体系凝结时间及强度的影响

目的研究硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复掺后的凝结时间及力学性能.方法分别测试不同硅酸盐水泥、矿物掺合料掺量下硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合体系的凝结时间及胶砂强度,并利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜进行矿物组成和结构分析.结果硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合体系的凝结时间随硅酸盐水泥掺量的增大先减小再增大,随掺合料掺量的增大先减小再增大.硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合体系的强度随着硅酸盐水泥的增加先减小后增大,硅酸盐水泥掺量为10%时,3d抗压强度减小10.67%;随着掺合料的增大而降低,掺合料掺量为40%时,矿粉、粉煤灰3 d抗压强度分别减小44.5%和47.9%.结论两种水泥复掺会缩短凝结时间,降低强度,水化产物减少,结构疏松;粉煤灰和矿粉的掺入会延长凝结时间,减小强度,水化产物减少.     

水泥水化过程的计算机模拟

介绍了一项新颖的设计并模拟水泥基复合材料水化过程并依据水泥细观组织结构预测水泥性能的技术流程框架,为水泥基复合材料耐久性的研究和发展提供了一种新思路,建立了一个随机的、基于数字化影像基础（DIBM）的模型,通过计算机模拟,将水泥基复台材料的整个拌制过程,特别是水泥的水化过程在计算机上进行生动的可视化仿真,随机模型依据元胞自动机（cellular automata）技术,对水泥水化过程中各不同阶段的细观组织结构进行模拟、分析和计算,得到水泥熟料中各组成物的水化程度、各种水化产物的体积分数、水泥石的孔隙率以及孔的分布情况等,并依此预测水泥基复合材料硬化后的性能,通过对纯硅酸盐水泥基本性能参数的分析与计算,计算机模拟得到该种水泥在不同龄期的水化产物及细观组织结构。     

低水灰比对硅酸盐水泥水化程度的影响

研究了低水灰比硅酸盐水泥的水化程度,并利用XRD和SEM分析了硬化水泥浆体的微观结构。结果表明在低水灰比条件下,水泥的水化程度较低,其硬化水泥浆体中存在较多的未水化水泥;同时由于自身的密实性增强和体系的低孔隙率,使水泥水化产物的结晶、生长情况也受到影响。     

钢渣对磷酸盐水泥基材料性能的影响机制

研究了利用钢渣制备磷酸镁水泥基材料的可行性,分析了钢渣对磷酸盐水泥基材料的凝结时间、水化特性、力学性能及微结构的影响机制.结果表明:钢渣对磷酸盐水泥性能的作用规律与粉煤灰相似.掺10%钢渣时,因钢渣引入的CaO及水化生成的氢氧化钙,使得磷酸盐水泥凝结硬化加快,且钢渣自身硬度在一定程度改善了硬化水泥浆体抗压强度;随钢渣掺量增加,起胶结作用的水化产物减少,整个体系孔隙增加、结构疏松,游离氧化钙还会使磷酸盐水泥基材料性能出现劣化.钢渣掺入在浆体中并未观察到新的水化产物,但较高掺量下体系微裂纹增多.     

高活性阿利特硫铝酸盐水泥及其水化反应

利用青海省当地原材料制备阿利特硫铝酸盐水泥熟料.该熟料结合了硅酸盐熟料和硫铝酸盐熟料的优点,具有碱性与硫酸根离子的双重激发作用,能很好地激发矿渣、粉煤灰等活性矿物材料.在此基础上,提出了高活性阿利特硫铝酸盐水泥方案.通过微观结构分析,探讨其水化反应的机理与过程,并阐明了复合胶凝体系的优势互补作用的原理.实验证明,高活性阿利特硫铝酸盐水泥,能充分发挥熟料自身独特的矿物组成特性和活性矿物材料的火山灰效应,使硬化浆体中Ca(OH)2含量降低,并因此而获得较为适宜的晶/胶比,使其后期强度明显提高.     

原料粒度对磷酸镁水泥水化硬化特性的影响

研究了原料粒度对新型磷酸镁水泥(MPC)水化硬化过程的影响规律.首先,以一定量不同粒度的烧结氧化镁粉(MgO)和磷酸二氢钾(KH2PO4)搭配并掺入不同量的缓凝剂硼砂(Na2B4O7.10H2O)配制MPC.然后,测试MPC浆体3h内半绝热温升曲线、凝结时间和MPC硬化体的强度,并分析硬化体的物相组成和微观结构形貌.结果表明:MgO粉和KH2PO4的粒度对MPC水化硬化特性有显著影响,随着MgO粉和KH2PO4的颗粒粒径减小,早期水化反应速率加快,凝结时间缩短;但对于抗压强度并非颗粒越小其值越大,在最佳MgO粉和KH2PO4粒度范围内,MPC硬化体抗压强度最高.同样,对一定粒度MgO粉和KH2PO搭配的MPC浆体,在硼砂适量时,MPC硬化体才能具有适宜的凝结时间、水化反应速度和较高的抗压强度.     

玻璃粉表面改性及其对水泥浆水化硬化作用

利用增钙、机械粉磨等手段对玻璃粉进行局部活化,采用SEM、XRD等测试方法研究了改性玻璃粉水泥浆水化产物和微观结构,并讨论了改性玻璃粉在水泥浆水化硬化过程的作用。研究表明:氧化钙的掺入提高了复合体系液相的碱度,从而加快了水泥水化反应生成更多水化产物;掺入氧化钙的玻璃粉水泥浆微观结构更为密实,28 d龄期时水化产物间的孔隙远远小于3 d,水化产物发育更好,硬化浆体的强度大幅提高。当CaO掺量过大(6%)时,生成过多的氢氧化钙晶体引起膨胀开裂,对玻璃粉水泥浆的强度发展产生不利影响。