丙烯酸钙对水泥水化进程的影响

采用红外光谱测试、差热-热重(DTA-TG)分析和X射线衍射(XRD)测试等手段对水泥综合改性效果进行分析,研究丙烯酸钙对水泥水化热历程的影响。结果表明:丙烯酸钙促进早期钙矾石(AFt)的生成,促进硅酸三钙(C3S)的不断水解及水化期的放热速率;抑制AFt向单硫型水化硫铝酸钙(AFm)的转变,影响Ca(OH)2的成核和析出,导致3～24 h内Ca(OH)2的生成量减少;水化后期提高水泥浆体分散性和液相中Ca2+浓度,水化更充分。     

混凝土水化放热模型的实验分析和计算

大体积混凝土因早期水化热引起的温度场 会导致开裂, 影响结构安全和正常使用, 其中混凝土热学参数的准确性会直接影响混凝土温度场计算的准确性. 从胶凝材料水化反应机理出发, 基于化学反应动力学原理及不同矿物组成的水泥水化热实验数据, 提出了一种考虑粉煤灰掺入和温度影响的混凝土水化放热模型. 该模型可以准确地反映混凝土水化放热量及温升随龄期的变化, 且与实测值吻合良好.     

连续刚构桥零号块高强混凝土水化热效应分析

为研究大跨径连续刚构桥箱梁零号块高强混凝土水化热温度场变化规律,以及采用现有方法计算所得理论值与实测值的对比。以鄂尔多斯市东康路连续刚构桥主桥为依托工程,对布置温度测点的零号块水化热数据进行采集,并根据《大体积混凝土施工规范》(GB50496-2009)建立MIDAS/FEA有限元数值模型。根据所采数据进行分析,得到该零号块水化热温度场效应规律,并与计算结果进行对比分析。由本实例实测数据与理论数据对比可得,测点最高温度与实测值相差可达26℃,达到最高温度所用时间相差可达25 h。因此,桥梁所用高强混凝土与承台、大坝等所用普通混凝土的热力学性能差别较大,连续刚构桥箱梁零号块不能完全参照《大体积混凝土施工规范》(GB50496-2009)来处理。     

混凝土水化热对早龄期路面温度场的影响

为研究混凝土水化热及不同时刻浇筑混凝土对早龄期水泥混凝土路面温度场的影响.利用ABAQUS热传导分析平台,编制混凝土水化热、第一、第二类热传导边界条件Fortran子程序,该模型可分析出在夏季典型无云天气条件下3、12、16、21时浇筑混凝土的路面在72小时内的温度场变化规律。结果表明：通过与埋设在实验路面中部的温度传感器实测值进行对比,验证了上述早龄期水泥混凝土路面温度场理论分析的正确性。研究表明：在夏季典型无云天气条件下,忽略混凝土水化热将给早龄期混凝土路面温度场计算带来5℃的误差;水泥混凝土路面的最佳浇筑时间段为16时至21时。     

混凝土箱梁层水化热场时程分析与评价模型

针对混凝土箱梁墩顶块在施工浇筑过程中的早期开裂现象,基于最小目标原理,建立了混凝土箱梁水化热评价模型;在水化绝热温升模型的基础上,采用大型通用软件ANSYS,对正常浇筑模式下和3层浇筑模式下混凝土箱梁墩顶块水化热温度场进行三维数值仿真,得到水化热场温度峰值和温差峰值时程曲线,并将3层浇筑与正常浇筑模式进行了对比分析以及优化评价。研究结果表明：3层浇筑方式能够改善混凝土水化热温度峰值,但对缩小温差峰值不明显;热场评价模型能够准确地反映浇筑方式的合理性,评判其温度峰值与温差值的差异性。     

水灰比对水泥水化放热模型的影响

水化放热量与水化程度有直接关系,水化热的变化可反映水化程度的变化,水灰比对水化放热量的影响反映了水灰比对水化程度的影响。水灰比越高,水泥的可化合水越多,可容纳水化产物的微观空间越大,进而使得水泥浆的水化程度越充分。刚开始,水灰比对水泥水化生热率的影响并不明显;但经过一定时间后,生热率随水灰比的增加而提高。当水灰比由0.3增加到0.6时,28 d期水化热增加120 kJ/kg。     

离子水化新模型和水化能的计算

本文根据静电理论和晶体场理论将金属离子的水化分为水合和水溶剂化两个过程．水化能主要决定于这两个过程的能量变化，并由此推得水化能的计算公式．计算结果与实验值基本相符，从而证明这一模型是合理的．     

箱梁大体积混凝土冬季施工水化热效应研究

针对连续箱梁0#、1#块大体积混凝土因浇筑时水化热温度应力导致的早期开裂现象,基于遵循能量守恒定律的热传导基本理论,利用有限元软件MidasFEA的水化热分析模块,分析了在墩顶3m厚横隔板内有冷却水管作用时,冬季大体积混凝土箱梁"二次浇筑"的早期水化热温度场和应力场.计算表明,水化热引起第一次浇筑混凝土横隔板的棱角处及接近上下层交界面附近的早期温度应力是不容忽视的.根据研究结论,提出了一些控制水化热温度效应的合理建议,可供同类工程参考.     

粒径分布对水泥水化过程影响的数值模拟

为了模拟水泥粒径分布对水泥水化过程的影响,本文建立了一个基于水化深度的水化模型。该模型假定水泥水化过程由水化深度控制,且水化深度随时间的变化关系与颗粒粒径无关。通过等温差示扫描量热仪测定了2种不同粒径分布水泥的等温水化热曲线,根据试验结果分析得出最大水化深度的存在,并推导得出水化模型所需的基准水化速率。最后将建立的水化模型用于模拟水泥的等温水化热曲线。结果表明:基于水化深度的水化模型能够准确模拟水泥粒径分布对水泥水化过程的影响。     

风环境对大体积混凝土桥塔施工水化热的影响分析

采用数值模拟结合现场监测的方法研究了复杂风环境对跨江、跨海大桥大体积混凝土桥塔施工水化热的影响.首先,提出了风环境下混凝土水化热的理论计算方法,并基于实际背景工程考虑风环境,对大体积混凝土桥塔施工过程中的水化热效应进行数值模拟;然后,利用现场实际监测数据,对模拟的准确性进行验证;最后,利用此数值模型,针对风特征及结构参数进行分析.分析结果表明:环境平均风速增大会使混凝土桥塔节段内的水化热温度极值降低,但其表面温度梯度增加,开裂可能性也相应增大;结构尺寸的增大会削弱风环境对混凝土水化热的影响,但由尺寸增大引起的刚度增加会导致水化热最大主拉应力明显增大,从而引起混凝土开裂;同一风环境下,桥塔截面形式的改变对浇筑过程中结构内部温度梯度、极值分布以及主应力大小影响明显.     

混凝土箱梁热—力耦合模型及剪力滞时变效应

为了研究混凝土箱梁墩顶块翼缘板早期裂缝机理,采用热-力耦合方法,建立了混凝土箱梁水化热温效剪力滞耦合模型,提出了广义剪力滞概念,以混合网格对混凝土箱梁墩顶块进行分层网分。计算了剪力滞随水化热温度荷载变化的全过程,分析了水化热温效剪力滞时变效应规律,并将计算值与试验数据进行了比较。结果表明:水化热温度所产生的剪力滞效应为负剪力滞,其程度与水化热温差峰值相关,降低水化热温差峰值,可有效降低水化热负剪力滞效应;翼缘板边缘拉应力峰值出现的时间滞后于温度峰值时间约40h。因此,水化热—力耦合模型能有效地模拟混凝土箱梁墩顶块水化热剪力滞效应,估计翼缘板拉应力峰值出现的时间,及时采取措施进行控制,防止开裂。     

基于迭代算法的水泥水化动力学多元方法研究

为合理确定水化动力学分析的参数和实现研究手段多样化,文章提出一种参数识别迭代算法,并探讨了获取水化热数据的数值试验和替代水化热法的背散射电子(back-scattered electron,BSE)图像识别。针对Krstulovic水化动力学模型,通过迭代算法得出各水化阶段的控制时间,为参数识别提供有效的数据区间;使用COMSOL软件建立与绝热温升试验工况一致的数值仿真试验,并将获得的水化温度曲线和最大水化放热量与试验数据进行了比较;识别不同水化时期水泥浆体BSE图像中水化产物的面积比,作为水化程度来确定水泥水化指数函数方程,并与试验数据对比来评价该方程的预估精度。依据迭代算法获取了合理的水化动力学参数,其生成的水化速率曲线与试验数据具有较好的吻合度;水泥水化数值仿真试验可以用来预测绝热情况下水泥混凝土的温度变化,能替代绝热温升试验;依据BSE图像中水化产物面积比获得的水化指数函数与试验数据的吻合度较好,能替代传统水化热法进行水化动力学分析。     

低水胶比对复合胶凝体系水化特性和动力学影响研究

低水胶比复合胶凝体系的水化机理和水化行为较普通水胶比胶凝体系存在一定差异,该条件下传统的水化结论往往不再适用.以不同低水胶比水泥-粉煤灰-矿渣复合胶凝体系为研究对象,通过测试净浆试件7d水化热,结合水化动力学模型探明了低水胶比、矿物掺合料掺量对其水化行为和水化机理的影响,并通过透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)分析了低水胶比复合胶凝体系的水化产物差异.研究结果表明：水胶比为0.2、粉煤灰-矿渣复掺量小于50%时,复合胶凝体系早期和后期的放热速率无明显差异,此时复掺粉煤灰-矿渣对水泥水化存在一定促进作用,当水胶比增至0.25和0.3时,复掺粉煤灰-矿渣在10～17h抑制了水泥水化;当水胶比由0.3降低至0.2时,胶凝体系最大放热速率呈增大趋势,且水化过程由NG-I-D改变为NG-D,不再经历相边界反应;水化至28d时,水化硅酸钙(C-S-H)的形貌随着水胶比的降低,由纤维状向球状转变.     

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.     

锂离子水化的量子化学研究

本文从量子化学的角度出发,利用模型方法采用 CNDO/2计算方案对锂离子水化问题进行了研究。计算结果指出:Li~+的原水化数为4,当水化层增大时,外层水分子与次外层水分子间氢键减弱,并从理论上估计了锂离子水化层的大小及水化层内包括的水分子数,说明了锂离子对水的结构影响。     

粉煤灰/矿粉-水泥胶凝体系的水化放热性能

利用等温量热仪,研究粉煤灰/矿粉-水泥胶凝体系3 d内水化放热性能,借助X射线衍射仪与热分析仪分析不同胶凝体系的水化产物。结果表明:掺量质量分数为45%时,粉煤灰-水泥胶凝体系3 d的水化放热量为175.4J/g,矿粉-水泥胶凝体系为205.4 J/g;矿粉-水泥胶凝体系水化速率峰值出现时间为15.3 h,大于粉煤灰-水泥胶凝体系的10.22 h;双掺粉煤灰和矿粉等量取代质量分数为50%水泥时,随粉煤灰掺入比例的增大,水化放热量减小的程度增大,但粉煤灰或矿粉的掺入比例与水化热峰值及其出现时间关系不大;掺入粉煤灰和矿粉后,可以明显降低早期水化产物中钙钒石(AFt)和氢氧化钙(CH)的生成量。     

硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥水化协同效应研究

水泥硬化体的力学性质与其微观组构间存在紧密的联系,水泥硬化体微观组构的形成与发展是水泥水化硬化过程的结果。因此,开展对水泥水化硬化过程的研究,将对于了解水泥水化硬化微观组构的发展变化规律及其影响因素有着重要的意义。通过对硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥(以下简称复合水泥)进行水化热测试分析,并且结合扫描电镜(SEM)试验对水泥石的微观形貌进行了分析,重点研究了复合水泥的水化硬化机理,以探究硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥的水化协同效应。     

磨细钡渣对普通硅酸盐水泥水化历程的影响

测定不同磨细钡渣掺量下水泥-钡渣体系的抗折强度、抗压强度和水化热,结合X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)技术,分析磨细钡渣掺量对普通硅酸盐水泥水化历程的影响规律,探讨磨细钡渣资源化利用的技术方案。结果表明:随钡渣掺量的增加,水泥-钡渣浆体强度逐渐下降水化放热推迟,水化温峰消弱;由于稀释作用,钡渣抑制普通硅酸盐水泥1 d水化产物中钙矾石(AFt)和氢氧化钙(CH)的形成;钡渣中引入的大量可溶性SO2-4,使7 d水化产物中出AFt及石膏增加,当掺量质量分数达50%时,出现大量结晶较好的石膏晶体;磨细钡渣不具备较好的一次水化活性,可作为混合材应用于水泥工业。     

葡萄糖酸钠与高效减水剂复合使用对水泥水化历程的影响

本文系统地研究了葡萄糖酸钠、萘系、氨基磺酸盐系和聚羧酸盐系高效减水剂，以及葡萄糖酸钠与高效减水剂复合使用对水泥凝结时间、水泥水化热、水化温峰、温峰出现时间的影响。结果表明：葡萄糖酸钠与萘系、聚羧酸高效减水剂复合使用时，水泥的凝结时间、温峰出现时间延长，温峰及水化热增大；葡萄糖酸钠与氨基磺酸盐高效减水剂复合使用时，水泥水化温峰出现时间进一步延长，温峰及水化热降低。     

羟乙基甲基纤维素对水泥水化的影响

利用等温量热法、核磁共振谱(NMR)分析、X射线衍射相分析以及热重一差示扫描量热(TG-DSC)分析等方法,研究了羟乙基甲基纤维素及其掺量对水泥浆体水化放热、水化产物以及水化进程的影响.研究表明,羟乙基甲基纤维素能够延缓水泥早期水化,降低早期水化放热速率和水化放热量,但其对水泥中后期水化则没有明显的延缓作用;羟乙基甲基纤维素与水泥水化产物之间发生了相互作用,使得水泥浆体水化产物C-S-H凝胶中的硅氧四面体由-聚合态向-聚合态和二聚合态共存转变.