纳米硅溶胶改性水泥基材料性能及机理分析

针对普通水泥基材料存在早期强度低、抗变形能力弱等问题,通过纳米硅溶胶对水泥基材料进行改性,采用电液伺服万能试验机、X射线衍射及扫描电镜等手段对纳米硅溶胶改性不同水灰比水泥基材料的流动性、结石率、单轴抗压强度、弹性模量、水化产物及微观形貌进行研究。结果表明：硅溶胶掺量在0.5%以内、水灰比小于1.0时可显著提高水泥浆液的流动性,最大提高20.24%;结石率随着纳米硅溶胶掺量的增加而增大,且硅溶胶对水灰比大于0.7浆液的结石率提高明显,最大提高24.49%;当硅溶胶掺量为2%时,结石体的抗压强度增幅最大且随着养护龄期的增加,硅溶胶对试样强度的增幅效果逐渐减弱;纳米硅溶胶的掺入促进水泥基早期的水化反应,与水化产物反应生成水化硅酸钙凝胶(C—S—H)并使微观形貌更加致密,使结石体的早期抗压强度及弹性模量显著提高;纳米硅溶胶通过缩短诱导期以及在颗粒空隙中为C—S—H提供成核位点促进水化反应,提高水泥基材料性能。     

纳米单斜ZrO2对Al2O3/ZrO2复合材料物理性能的影响

研究了纳米单斜ZrO2含量对Al2O3／ZrO2复合陶瓷烧结性能的影响。在单斜ZrO2初始含量较少的情况下，处于Al2O3颗粒之间的部分ZrO2颗粒阻碍了颈部的形成，使样品的烧结密度降低。但随着单斜ZrO2初始含量的增加，纳米单斜ZrO2颗粒之间的接触机会增多，使得样品烧结密度提高。实验结果表明，纳米ZrO2的体积分数对复合材料的烧结性能有着明显的影响。     

复合水泥基材料中水泥的水化程度分析

复合水泥基材料中水泥的水化程度一直是学术界对水泥化学研究的重点内容，水泥的水化程度随着时间的变化可以将胶凝材料的水化反映肌理做出很好的反映。因此，在本文中将采取三种评定方法进行比较研究，最终选出合适精确的方法。     

纳米SiO_2和CaCO_3对超高性能水泥基复合材料的影响

系统研究了双掺纳米SiO2和纳米CaCO3对超高性能水泥基复合材料力学性能的影响规律,采用水化热分析、XRD、MIP和纳米压痕等多种微观分析测试手段对其水化进程及微结构进行了研究.结果表明,双掺纳米材料可进一步提升材料的各项力学性能,纳米CaCO3的最佳掺量为3%~5%.纳米SiO2的高反应活性促进了早期水泥水化的进程,与水泥水化产物Ca(OH)2反应产生C-S-H凝胶,纳米CaCO3主要起到了填充增强和晶核的作用,二者共同作用下,使得复合材料结构更为密实,孔隙率进一步降低,孔径得到细化,超高密度C-S-H凝胶大量生成,界面区得以强化,异常均匀致密的微观结构使得复合材料在宏观上体现出优异的力学性能.     

纳米碳管/水泥基复合材料的阻尼及力学性能

以水泥为基体、多壁纳米碳管为增强组分,采用表面活性剂超声分散法,浇注成型制备了5组多壁纳米碳管/水泥阻尼自增强复合材料(FRCs)。在一弹性自由支撑体系中采用锤击自由衰减法初步探讨了FRCs的阻尼性能,随后采用三点弯曲法测试了FRCs的抗弯折强度,并对其阻尼及力学增强的微观机理进行了探讨。结果表明：相比于参比试件,掺有纳米碳管的FRCs试件的阻尼比及抗弯折强度均得到一定的提高,增幅分别达24.5%、35.98%。FRCs表现出较好的耗能及增韧能力主要归因于硅灰的微填充与界面效应和多壁纳米碳管的微纳米填充桥联、相互界面层间内摩擦及弹塑性波动效应。     

高延性水泥基复合材料抗渗性能及微观结构研究

本文围绕高延性水泥基复合材料的抗渗性能开展研究,对正交试验得到的最优组进行能量演化分析,采用电镜扫描（SEM）技术分析最优组的微观结构,利用X射线衍射（XRD）分析各试验组的水化产物。试验结果表明：硅灰掺量对提高ECC的抗渗性能有显著影响,ECC的能量在峰值应力点后发生快速耗散,基体发生破坏,最优组中钙矾石（AFt）和水化硅酸钙（C-S-H）搭接形成了稳定的空间结构,同时膨胀剂进一步促进AFt的生成,有助于填补空隙。     

纳米SiO和CaCO3对超高性能水泥基复合材料的影响

系统研究了双掺纳米SiO2和纳米CaCO3对超高性能水泥基复合材料力学性能的影响规律,采用水化热分析、XRD、MIP和纳米压痕等多种微观分析测试手段对其水化进程及微结构进行了研究.结果表明,双掺纳米材料可进一步提升材料的各项力学性能,纳米CaCO3的最佳掺量为3％～5％.纳米SiO2的高反应活性促进了早期水泥水化的进程,与水泥水化产物Ca(OH)2反应产生C-S-H凝胶,纳米CaCO3主要起到了填充增强和晶核的作用,二者共同作用下,使得复合材料结构更为密实,孔隙率进一步降低,孔径得到细化,超高密度C-S-H凝胶大量生成,界面区得以强化,异常均匀致密的微观结构使得复合材料在宏观上体现出优异的力学性能.     

ZrO2粒径对ZrO2/ZrW2O8复合材料性能的影响

分别采用Nano-ZrO2和Commercial-ZrO2制备ZrO2/ZrW2O8复合材料,并对所得复合材料的微观结构、烧结质量及其热膨胀性能进行了研究.结果表明,当ZrO2和ZrW2O8的质量比为2∶ 1时,ZrO2/ZrW2O8复合材料的热膨胀系数极低,接近于零.然而Commercial-ZrO2/ZrW2O8复合材料存在致密度不高,气孔率大的缺点.Nano-ZrO2的采用,可以降低基体的烧结温度,改善复合材料的烧结质量,Nano-ZrO2/ZrW2O8复合材料的相对密度达到94%,比Commercial-ZrO2/ZrW2O8的相对密度75%有明显提高.     

ZrO2纳米晶簇研究

用化学方法将ZrO₂纳米晶簇掩埋在PVA膜内。实验测定ZrO₂纳米晶簇的TEM图。X光谱和光吸收曲线。ZrO₂纳米晶簇平均尺寸约7.0nm。室温带隙是3.024eV。     

陶瓷基复合材料微观应力分析与调控

初步分析了陶瓷基复合材料内部的微观应力及其影响因素，并结合具体的陶瓷颗粒复合材料，阐明微观应力对材料力学性能的重要作用，并提出了通过调控材料内部的微观应力以改善材料力学性能。     

聚羧酸减水剂对水泥水化过程的影响

从水泥浆的液相电导率、pH值和水化程度三方面讨论了聚羧酸共聚物对水泥水化的影响.研究结果表明,共聚物对水泥的水化过程有缓凝作用.共聚物的掺量(即聚灰比)越大其缓凝作用越明显,且在其它配方相同时,侧链聚乙二醇(PEG)的分子量不同,对缓凝作用也有影响,掺入的PEG分子量越大缓凝作用越明显.此外,还利用傅里叶变换红外光谱法验证了聚羧酸共聚物与水泥水化产生的钙离子会发生配位反应,并分析了聚羧酸减水剂对水泥水化的影响机理.     

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.     

纳米纤维-微粉复合水泥基材料性能与界面结构

将纳米纤维矿物材料及微粉矿物材料应用于水泥基材料中，依据微粒级配模型，设计密实度不同的水泥砂浆，分别为球形颗粒堆积体系和纳米纤维增强堆积两种体系，依据二级界面理论研究两种体系的性能及界面显微结构．研究表明，纳米纤维矿物材料能够改善体系的颗粒级配，增加体系密实度，能够改善界面及硬化浆体内部的显微结构，提高水泥基材料的均匀性，大幅度提高其耐磨硬度和抗弯强度．同时提出了纳米纤维及微粉复合水泥基材料的球形颗粒之间及球形颗粒与纳米纤维之间界面结构的理想模型．     

酚醛树脂—高铝水泥基无宏观缺陷材料的微结构

以热固性酚醛树脂和高铝水泥为原材料,采用双辊剪切混炼和二阶段热压养护等加工手段,制作了一类新型高强无宏观缺陷（ＭＤＦ）水泥基材料,采用傅立叶转换红外光谱（ＦＴ－ＩＲ）,Ｘ射线衍射谱（ＸＲＤ）等检测手段对其微结构的形成作了初步探讨。     

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。     

水泥浆体的显微图像和质量随时间变化的测量与分析

用光学显微镜和电子天平相结合的方法,在室温（约290K）、1个大气压、相对湿度约45%的条件下,对水泥浆体的显微图像和质量进行了实时的测量.结果表明,水泥的水化反应可以划分为4个过程：1）0至t1（=8.3min）的I过程,水泥浆体的约化亮度I s随t近似线性增加,同时约化质量m随t线性减小;2） t1至t2（=27.9min）的II过程,Is随t快速近似线性增加,同时m随t线性减小;3）t2至t3（=46.3min）的III过程,随时间t的增加,m先快速、然后缓慢下降到稳定值, Is几乎不变;4）t3以后的VI过程,m和Is不随t变化.水泥浆体质量减少是因为其中水的挥发,其颜色变淡是因为其中CH的形成. t1之前CH的形成率较低,而t1至t2是CH形成率较快的时期, t2之后已经基本没有CH形成.因此, t1、t2分别表征的是诱导期、加速期的结束.从t2至t3时期,浆体中水仍有少量挥发,但已经不再有CH的生成. t3以后,浆体水分挥发得极少,也不再有CH的生成.     

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。     

偏硅酸钠激发矿渣-粉煤灰胶凝材料水化机理研究

研究了偏硅酸钠激发矿渣-粉煤灰的水化机理.通过显微形貌探究了在不同碱当量下胶凝材料的微观结构和水化产物的变化.结果表明,掺入偏硅酸钠可提高胶凝材料的强度,增加浆体中C-S-H含量.此外,掺入8%偏硅酸钠可使水化产物不断增加,浆体内部结构更加致密化,浆体内部微裂纹减少.     

氨基磺酸系减水剂对水泥水化过程影响的XRD实时分析

采用X射线衍射实时分析方法,研究了氨基磺酸系减水剂对水泥水化过程的影响,准确、实时体现了水化反应的动态过程.结果表明,氨基磺酸系减水剂对硅酸盐水泥初期水化产生抑制作用,这对新拌混凝土混合物的塑化和后期强度的增长是有利的.     

水泥稳定碎石材料水化过程的电化学阻抗谱

研究不同水泥掺量下不同水泥稳定碎石结构水化过程的交流阻抗谱特性,通过准Randles型等效电路模型拟合得到的电化学参数分析材料的水泥水化演变规律。研究表明：不同结构在不同水泥掺量下阻抗曲线具有相同的变化规律。随着龄期和水泥掺量的增加,阻抗参数Rs和Rct不断增大,而表征材料微观结构特性的分形维数ds和d则呈现减小趋势,材料的孔隙率不断减小,逐渐形成致密结构。悬浮密实结构由于细集料较多,过多的细集料将粗骨料形成的骨架结构撑开,所形成的结构较疏松,与骨架密实结构相比,总孔隙率偏大。