阿利特-硫铝酸盐水泥的合成与水化研究进展

阿利特和无水硫铝酸钙矿物分别是硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的主导矿物.阿利特矿物的早期强度偏低,后期强度高.硫铝酸钙是典型的早强型矿物,但后期强度增进率低.因此,实现这两种矿物的复合,制备以阿利特和硫铝酸钙为主导矿物的新型水泥材料,将使水泥的早期强度进一步提高,并具有较高的强度增进率和后期强度.同时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产生重要影响.因此,深入分析该水泥的合成及水化机制具有重要意义.     

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。     

SO3对阿利特-硫铝酸盐水泥熟料中C3S,C4A3S矿物形成影响的研究

以纯化学试剂配料,研究了 ＳＯ_３对阿利特－硫铝酸盐水泥熟料中Ｃ_３Ｓ,Ｃ_４Ａ_３矿物形成的影响。结果表明,一定量的ＳＯ_３能改善生料的易烧性,促进系统中ｆ－ＣａＯ的吸收,并能保证 Ｃ_４Ａ_３矿物良好形成及有利于Ｃ_３Ｓ的形成。而当ＳＯ_３含量较高时,将阻碍Ｃ_３Ｓ的形成并导致熟料中ｆ－ＣａＯ升高。     

外加剂与硫铝酸盐水泥相容性研究

研究了萘系、氨基磺酸盐系和聚羧酸系高效减水剂与硫铝酸盐水泥的相容性问题。利用缓凝剂有效控制了硫铝酸盐水泥的凝结时间;利用浆体稳定剂成功解决了水泥净浆的板结、泌水问题;从浆体流变学角度研究了外加剂-硫铝酸盐水泥浆体体系稳定性。实验证明：3种外加剂与硫铝酸盐水泥都具备了良好的相容性,据此提出了解决外加剂与硫铝酸盐水泥相容性问题的一些方法,为硫铝酸盐水泥的应用提供一些可靠的理论依据。     

石膏对阿利特-硫铝酸钡钙水泥水化程度及浆体组成的影响

利用前期合成的阿利特-硫铝酸钡钙水泥,应用XRD、SEM-EDS等研究了随石膏掺量的改变对新型胶凝材料阿利特-硫铝酸钡钙水泥水化程度及水化浆体组成的影响.研究结果表明:随石膏掺量增加,水化浆体的水化程度大致趋势是先增加后降低;阿利特-硫铝酸钡钙水泥最佳铝硫比为1.0/1.0,此时硬化浆体在标准稠度加水量下1d、3d和28d龄期的水化程度分别达到48.3%、57.6%和75.3%.XRD及SEM-EDS分析表明在最佳铝硫比1d、3d龄期时水化产物就已大量形成,结构致密.     

环境扫描电镜用于阿利特-硫铝酸钡钙水泥早期水化的研究

采用场发射环境扫描电子显微镜对阿利特-硫铝酸钡钙水泥的早期水化过程进行了连续观察,研究结果表明：阿利特-硫铝酸钡钙水泥的水化过程可分为诱导期前期、诱导期、加速期、减速期和稳定期5个阶段。水化初期,在水泥颗粒表面即可观察到大量的短柱状钙矾石,并形成保护膜,产生诱导期;在水化早期C—S—H凝胶数量较少,在加速期才大量形成,最终成为花朵状结构。该水泥在水化24h后,其硬化浆体致密度较高,水化趋于稳定。     

CaF2对阿利特-硫铝酸钡钙水泥合成及性能的影响

用化学纯试剂为原料,研究了CaF2对阿利特-硫铝酸钡钙水泥熟料矿物形成过程及水泥性能的影响。实验设计将具有早强性能的硫铝酸钡钙矿物引入到硅酸盐水泥熟料矿物体系中,并取代其中的C3A矿相。实验表明:适量的CaF2能改善熟料的易烧性,促进f-CaO的吸收和熟料矿物的形成。CaF2质量掺量为0.5%~1%时,有利于提高水泥的早期力学性能。CaF2质量掺量超过1.5%时,生成氟铝酸盐C11A7.CaF2,且不利于C3S和硫铝酸钡钙矿物形成。XRD和SEM-EDS分析表明,在该矿物体系中,含有阿利特、贝利特和少量硫铝酸钡钙矿物。这说明硫铝酸钡钙矿物能够和硅酸盐水泥熟料矿物复合并共存。     

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。     

缓凝剂对高贝利特硫铝酸盐水泥凝结时间与水化热的影响

针对高贝利特硫铝酸盐水泥水化迅速、凝结时间短的问题,探讨了不同掺量的柠檬酸钠、硼酸和氨基三亚甲基膦酸在不同温度下,对高贝利特硫铝酸盐水泥凝结时间和水化热的影响。研究结果表明:在10℃和25℃时,柠檬酸钠和氨基三亚甲基膦酸延缓了高贝利特硫铝酸盐水泥水化,降低了水泥水化2 h的总放热量;在60℃的高温环境下,柠檬酸钠和大掺量硼酸的缓凝效果稍好,而氨基三亚甲基膦酸和小掺量硼酸的缓凝作用有限。柠檬酸钠和氨基三亚甲基膦酸可以延缓钙矾石的生成,细化钙矾石的尺寸,使高贝利特硫铝酸盐水泥浆体在凝结硬化时的总放热量增大。     

水泥基快硬瓷砖胶中铝酸盐复合胶凝体系的试验

通过改变普通硅酸盐水泥与铝酸盐水泥二元体系的比例,测试瓷砖胶的早期、水养和热养拉伸胶粘强度的变化趋势,研究两种三元胶凝材料体系对瓷砖胶拉伸胶粘强度的影响.结果表明:以铝酸盐水泥为主的胶凝材料可满足胶粘强度技术要求.最后,结合其水化结果进行机理分析.     

普通硅酸盐水泥净浆初凝期水化反应的阻抗谱研究

用交流阻抗谱法测定了不同水灰比普通硅酸盐水泥净浆水化反应的阻抗谱,实验结果表明：（1）不同水灰比样品复阻抗实部曲线具有相同的变化趋势,即随着水化反应的进行,复阻抗实部曲线均呈现出减小→增大→减小→增大的变化规律;（2）特征点的出现时间随水灰比的增大依次延后,特征点的时间间隔均随水灰比的增大而变大;（3）在硬化期,低水灰比水泥净浆阻抗谱实部曲线有较大的增长斜率;（4）阻抗谱实部和阻抗谱虚部曲线的变化趋势相反,并且在同一次实验测量中,阻抗谱实部和虚部曲线特征点并不对应同一测量时间．     

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.     

提高磷石膏在水泥系统中反应活性的研究

通过对水泥的物理性能实验和采用差热分析(DTA)、X射线衍射(XRD)、扫镜电镜(SEM)现代测试方法对磷石膏煅烧前后的结构及水泥水化产物的变化分别进行测试分析,证明磷石膏经过高温煅烧后成为结构疏松的熟磷石膏,在外加组分的作用下与水泥组分的反应活性大幅度提高,利用磷石膏制得的水泥具有熟料用量少、物理性能好等特点     

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。     

钢渣粉的胶凝性及其对水泥力学性能的影响

钢渣粉作为辅助胶凝材料用于水泥混凝土领域中的潜力很大,研究了钢渣粉自身的胶凝性及其粒径大小、掺入量对钢渣-水泥复合胶凝材料力学性能的影响。结果表明:钢渣粉的浆体强度和水化程度随其粒径减小而显著提高(28 d抗压强度4.0提高到21.5 MPa,Ca(OH)2含量从3.49%提高到5.48%,非蒸发水含量从4.8%提高到10.71%)。含30wt%钢渣粉的复合水泥3 d净浆和胶砂强度均表现出随微粉粒径的减小先增大,后降低(SC-40为拐点),而7 d、28 d强度随微粉粒径的减小而不断增大。钢渣粉的掺量对水泥浆体强度和水化程度的影响显著,水泥各龄期强度和水化程度均随钢渣粉掺量的增加而逐渐降低,且各龄期强度与钢渣粉含量均符合多项式函数关系。     

水热条件对硅酸盐水泥的水化及其干缩性能的影响

通过强度试验、干缩测定、MIP、TG-DSC、NMR分析,研究了不同水热条件下硅酸盐水泥的早期（3 d）水化及其干缩性能。结果表明：约2 d时间的水养护温度由20℃提高到60℃,水泥的早期（3 d）水化程度显著提高,C-S-H凝胶数量显著增多,同时C-S-H凝胶的硅酸盐聚合度提高,C-S-H的表面积减小,致密度提高;水泥的3 d强度显著提高,但28 d强度明显下降;水泥的干缩显著减小。养护温度提高减小干缩的原因是由于干燥前C-S-H凝胶的化学结构等发生变化而使水泥的不可逆干缩显著减小。     

复合胶凝材料的抗硫酸性能与腐蚀动力学分析

通过硫酸浸泡腐蚀试验,研究矿粉单掺、硅灰-矿粉双掺2种复合胶凝材料体系的抗硫酸腐蚀性能.以质量损失、酸消耗量和腐蚀深度等为测试指标,研究了硬化水泥石在硫酸溶液中的劣化性能.结果表明,硫酸溶蚀水泥石形成的疏松腐蚀层可避免内部水泥石与酸直接接触,具有减缓酸腐蚀的作用.根据不同腐蚀时间的腐蚀深度建立了硬化水泥石的酸腐蚀动力学方程d=Ktn,d和t分别为腐蚀深度和腐蚀时间,K和n为试验拟合指数.据此可推算水泥石一定腐蚀时期的腐蚀深度,为混凝土结构设计、维修和防护等提供参考.     

钢渣-水泥固化Cd污染土的强度特性研究

利用钢渣-水泥胶凝系统固化Cd污染土,通过室内试验,研究不同钢渣-水泥掺量、不同Cd~(2+)浓度以及养护龄期对固化土体的强度及变形的影响。结果表明:1固化土体的无侧限抗压强度随养护龄期的增加而增长,且在7~28 d之间强度增长迅速;2掺入钢渣-水泥后,固化土体的强度显著增长,并在掺量为30%时强度最大,变形较小;3 Cd~(2+)浓度对固化土体也有影响,当Cd~(2+)浓度为0.2%时,固化后土体的强度较之其他浓度大。     

固井水泥浆水化早期阶段水状态与电导率关系

油气井固井早期气窜现象常发生于固井水泥浆液固态转变阶段,准确掌握该阶段水泥浆的组织结构是探究固井早期气窜机理的关键。电导率方法是评价水泥浆水化进程及微观结构的有效方法之一。为此,利用电感式电导率仪研究了固井水泥浆沉降稳定性、水化速率对其电导率的影响;结合质量守恒定理和低场核磁共振技术,探究了水化早期阶段水泥浆中水状态与其电导率的关系。实验发现,在新配水泥浆中,孔溶液离子浓度和孔隙结构分布决定了水泥浆的初始电导率;随着水泥浆沉降稳定性的增加,水泥浆中孔结构分布更均匀,使其初始电导率由16.8 mS/cm增加至19.4 mS/cm;随水泥浆水化进程增加,水泥颗粒表面及孔隙中水化产物的形成改变了水泥浆的固相微观结构及孔隙结构,使分布于大孔隙中的自由水转变为小孔隙中的毛细水、凝胶水。实验结果表明,在水化早期阶段水泥浆的电导率与蒸发水、自由水含量呈线性关系。