钙矾石材料硬化体风化机理

采用了加速化学反应法、X射线衍射法、SEM法、TG和DT等方法对钙矾石材料硬化体的形成和风化反应过程以及钙矾石材料的各种物理化学特性进行了研究．结果发现,钙矾石风化的原因是大气中的CO2侵入到钙矾石材料内部,使它的硬化体结构分解粉化而失去强度．研究结果为钙矾石材料的工业化生产和应用提供了依据．     

钙矾石热稳定性与碳化率关系研究

用ＤＴＡ和ＴＧ法研究在不同碳化率下钙矾石的热稳定性，发现钙矾石碳化率从零增加到８０％，其加热脱水峰温约降２０℃，这是由于碳化破坏了钙矾石结构，使本来难脱去的结构水变成自由水所致，由此可知被深度碳化的水泥构件抗温能力低。     

风化条件下高水材料强度劣化试验研究

近年来高水材料广泛用于煤矿巷旁充填、注浆加固和堵孔阻漏等工程领域,但易风化仍然是高水材料固有缺陷。为探究高水充填材料风化后的物理力学性质及风化机理,通过ETM力学试验系统对不同风化天数的高水材料进行研究。结果表明：高水材料风化主要是由于空气中的二氧化碳与钙矾石晶体发生反应,且随着风化天数的增加,自由水的流失与钙矾石晶体的逐渐解体会降低材料密实度,间接加速二氧化碳与钙矾石的反应,因此高水材料失水速率与劣化度随着风化天数增加而增大,且呈上升趋势;风化后的高水材料由表及里会形成风化层-过渡层-未风化层结构,风化层呈粉末状,受压即会破坏脱落,几乎不具备承载能力,但过渡层和未风化层仍然具备一定的承载能力;未风化的试件受压过程中会有水分溢出,风化后的试件无水分溢出。未风化的试件破坏形式属于劈裂破坏,风化后的试件破坏则都是在端部出现剪切破坏,剪切带周围会出现许多微裂隙。可见高水充填材料耐久性与其所处环境湿度密切相关。     

石膏种类对富水充填材料凝结硬化性能与机理的影响

针对富水充填材料的凝结性能受石膏种类影响的问题,采用X射线衍射、扫描电镜、红外光谱等微观实验,分析富水充填材料硬化体的组成,探讨二水石膏和半水石膏对富水充填材料性能影响的机理. 结果表明:以硫铝酸盐水泥-石膏-石灰为主的富水充填材料体系中,为保证正常的凝结硬化,石膏应为二水石膏;如以半水石膏为原材料,在7d龄期时仍不具有强度;二水石膏充足时生成的钙矾石晶体呈细针状,二水石膏不足时生成的钙矾石晶体为六棱短柱状;富水充填材料的强度主要来源于硫铝酸盐水泥-石膏-石灰反应生成的钙矾石,而不是水泥自身水化的水化硫铝酸钙、铝胶和氢氧化钙.     

高水速凝材料结石体的原材料分析

以X射线衍射(XRD)和电子扫描电镜(SEM)为分析手段,对高水速凝材料的原材料的化学成分及矿物组成进行研究;并对其水化产物进行测试,研究高水材料结石体的微观形貌特征。分析结果表明:高水材料由四种原材料组成,其主要化学成分包括CaO、Al2O3和CaSO4等,主要矿物为硫铝酸钙与石膏。材料形成的水化产物主要是钙矾石,其微观形貌为枝柱状、枝网状结构,结构之间存在大量的空隙。钙矾石的抗风化能力较差,不宜在干燥、开放式环境中使用。     

高水速凝充填材料的几化特征和风化机理

高水速凝固化胶结充填材料在养护至６０ｄ左右时，开始出现风化现象，到９０ｄ时较严重。风化原因是空气中的二氧化碳侵蚀充填材料中的钙矾石晶体以及材料中含的自由重力水的逸出等造成的，保持恒温恒湿的环境条件是防止这种充填材料风化的可行途径之一。     

高水速凝充填材料的风化特征和风化机理

高水速凝固化胶结充填材料在养护至６０ｄ左右时，开始出现风化现象，到９０ｄ时较严重。风化原因是空气中的二氧化碳侵蚀充填材料中的钙矾石晶体以及材料中含有的自由重力水的逸出等造成的。保持恒温恒湿的环境条件是防止这种充填材料风化的可行途径之一。     

石膏对铝酸盐水泥基混合体系早期水化的影响

采用量热仪、X射线衍射仪、环境扫描电子显微镜、压汞仪分析了无水石膏及α-半水石膏对铝酸盐水泥为主的铝酸盐-硅酸盐混合水泥体系早期水化放热、浆体微结构演变等水化进程的影响.结果表明:无论何种石膏掺入后,三元体系的早期水化均有所加速,且集中于钙矾石的生成及其向单硫型水化硫铝酸钙的转变——水化30min内,浆体中均生成了一定量长度为1μm左右的短粗钙矾石晶体,并伴随首个水化放热峰的产生;而随后的8h内,另产生两个水化放热峰:掺无水石膏时,第2个水化放热峰源自无水铝酸钙和无水石膏的溶解以及少量钙矾石晶体的生成,第3个水化放热峰源自钙矾石的增长及其向单硫型水化硫铝酸钙的转变;而掺α-半水石膏时,这两个水化放热峰均与钙矾石的生成及增长有关.相比而言,α-半水石膏因溶解速度较快,与无水铝酸钙等的溶解速度相匹配,所以水化早期生成更多的钙矾石晶体,所得硬化浆体的孔隙率更低.     

高炉矿渣细粉对粉煤灰硬化体中Cr(Ⅵ)溶出的抑制

研究了两种高炉矿渣细粉对泥浆型粉煤灰硬化体和干硬击实成型粉煤灰硬化体中Cr(Ⅵ)溶出的抑制效果．结果表明：(1)经适当处理的高炉矿渣细粉能有效抑制粉煤灰硬化体中Cr(Ⅵ)的溶出;(2)溶出抑制的效果与粉煤灰的种类、硬化体制备方法以及矿渣的细度和掺量有关;(3)矿渣细粉与普通硅酸盐水泥复掺时,抑制效果更佳;(4)一般来说,养护龄期延长,硬化体中Cr(Ⅵ)的溶出量减少、同时发现,硬化体中钙矾石和C—S—H凝胶粒子等的生成,对固化稳定Cr(Ⅵ)离子和防止其溶出作用．     

膏体充填材料配比试验与水化反应机理研究

针对目前我国建筑物下、铁路下、水体下压煤现状,结合煤矿固体废弃物煤矸石和电厂粉煤灰造成的环境污染情况,从淄博矿业集团岱庄煤矿的生产实际出发,对膏体充填材料进行了优化配比试验及水化反应机理研究。结果表明:配比P10可作为最优配比试验结果,即胶结料:粉煤灰:煤矸石为1∶4∶6,质量浓度为74%;膏体材料不同龄期的XRD衍射图谱表明水化产物主要是CH(氢氧化钙)、AFt(钙矾石)和C-S-H(硅酸钙)凝胶,不同龄期水化产物中各物质相对含量不一样;扫面电镜表明膏体材料水化8h已经生成了一定量的钙矾石,1d可见片状物质的C-S-H凝胶,水化7d后局部生成大块的棱柱状凝胶。     

添加剂对石膏基复合胶凝材料的作用

研究了添加剂(促凝剂和碱性激发剂)对石膏基复合胶凝材料的宏观物理性能的影响.采用扫描电镜和X射线衍射等对材料的水化产物进行了表征.结果表明:当添加2%促凝剂和2%碱性激发剂时,形成的复合胶凝材料的强度和耐水性等宏观物理性能较佳.XRD物相分析表明,复合胶凝材料的水化产物主要有二水石膏(CaSO4·2H2O)和硅酸钙凝胶(C-S-H)以及少量的钙矾石(AFt)和硬硅钙石(Ca6Si6O17(OH)2).微观结构研究表明,硬化体中的二水石膏和钙矾结构骨架越致密,C-S-H凝胶含量越高,材料的强度等物理性能越好.     

硫酸盐侵蚀下水泥基材料等效应力计算

针对硫酸盐侵蚀过程中水泥基材料的体积膨胀问题,运用盐结晶与微孔力学理论,建立了水泥基材料与其毛细孔隙内钙矾石晶体相互作用的代表性体积单元(RVE)及其力学分析模型,分析了一定钙矾石浓度下RVE内膨胀应力在微观尺度上的空间分布规律。通过均匀化方法,从宏观尺度上分析了RVE所在位置点的等效应力随钙矾石浓度的变化规律。分析结果表明,微观尺度上RVE内钙矾石组成的内球体各向受压,水泥基材料组成的外球壳径向受压、环向受拉;宏观尺度上RVE所在位置点的径向等效应力为压应力,且随钙矾石浓度的增加而增大,而环向等效应力为拉应力,也随钙矾石浓度的增加而增大。     

含钡钙矾石相的量子化学研究

钙矾石是水泥的主要水化产物之一，含钡钙矾石相是新水泥矿物含钡硫铝酸钙的主要水化产物，它们是水泥石强度的主要来源。本文利用新发展起来的量子化学ＳＣＣ—ＤＶ—Ｘａ方法对钙矾石相和含钡钙矾石相进行了研究，获得了分子结构的键级、集居数、净电行和共价键级等数据。结果表明：两矿物结构中Ａｌ—Ｏ键的化学参数变化不大，差异较大的是钙矾石中Ｃａ—Ｏ键和含钡钙矾石中Ｂａ—Ｏ键的键级和共价键级。认为Ｂａ—Ｏ键的键级和共价键级大于Ｃａ－Ｏ键是含钡硫铝酸钙水化强度大于硫铝酸钙的主要原因之一。     

TK—1型速凝剂配方调整研究

ＴＫ－１型速凝剂通过促使水泥浆体中迅速生成钙矾石而导致速凝，采用β－半水石膏取代该速凝剂中的元明粉后不改变速凝机理。调整后的速凝剂促进矿渣与Ｃａ（ＯＨ）２的反应，有利于提高２８天抗压强度。     

垃圾焚烧飞灰胶凝活性初探

飞灰是生活垃圾焚烧后烟气除尘器收下的物质 ,其主要成分属CaO—SiO2 —Al2 O3 —Fe2 O3 体系 ,与目前常用的高炉矿渣、粉煤灰等辅助性胶凝材料非常接近 .通过实验 ,研究了飞灰的物理性质以及其掺入水泥后对硬化水泥浆体力学性能和水化机理等的影响 ,初步探讨了飞灰作为辅助性胶凝材料利用的可行性 .研究表明 ,飞灰的水化反应活性较低 ,飞灰的掺入在一定程度上延缓了水泥的水化过程 ,但其水化可以形成适量钙矾石 ,从而对强度发展较为有利     

硬化水泥浆体结构理论与超高强水泥基材料的研究

主要介绍了ＴＣＰｏｗｅｒｓ关于硬化水泥浆体结构及性能的理论。该理论指出，水泥的化学组成对其物理结构和性能的影响较小。若要改善水泥的性能，较大幅度地提高其机械强度，必须充分降低硬化水泥浆体的孔隙率，改善其孔结构。超高强水泥基材料的研究就是基于这一理论，该理论对今后水泥基材料的研究和生产有重要的指导意义     

超细全尾砂新型胶结充填料水化机理与性能

针对全尾砂含泥质量分数较高、粒度低的特点,根据充填体作用机理,实验制备出以水淬渣为主要胶凝组分的全尾砂胶结充填材料.利用X线(XRD)和扫描电镜(SEM)对该充填材料的水化产物和微观结构进行研究.研究结果表明:该新型充填料克服水泥全尾砂充填体强度低、充填砂浆黏度大以及成本高等技术难题,抗压强度R28=5.30 MPa是水泥胶结材料的4.7倍,满足矿山充填要求.所配制的充填料有良好的流动性,可以实现浆体自流输送.新型胶结材料的主导水化产物为钙矾石和C-S-H凝胶.大量钙矾石在水化初期形成,是原材料具有较高早期强度的主要因素;钙矶石微观形貌特征为网状或针棒状结构,随着养护时间的增加,水化产物不断发育长大,孔隙逐渐被填充,浆体结构更加致密,具有良好的力学特性.     

赤泥基似膏体充填材料水化特性研究

以赤泥、煤矸石等工业固废为主要原料制备赤泥基似膏体充填材料,采用X射线衍射分析、傅氏转换红外线光谱分析、热重--示差扫描量热分析和扫描电子显微镜--能谱分析等测试手段研究赤泥基似膏体充填材料的水化特性.结果表明,本试验条件下,赤泥基似膏体充填材料的最优配比为编号E03试验,即胶结料:赤泥:煤矸石:添加剂质量比为1:16:5:11,固相的质量分数为70%,28 d单轴抗压强度为5.49 MPa.赤泥基似膏体充填材料不同龄期的水化产物主要为斜方钙沸石(CaAl2 Si2O8·4H2O)和钙矾石(AFt),随着水化反应的进行,水化产物的数量明显增多,且钙矾石由水化初期的针状逐渐转变为棒状,有助于充填体强度的发展.     

粉煤灰掺量对铁尾砂充填材料性能的影响

为了探究粉煤灰掺量对铁尾砂充填材料性能的影响,通过对正交试验样本的极差分析得到粉煤灰掺量的最优配比,并基于最优配比,采用单一变量法,研究不同粉煤灰掺量对试样的抗压强度和水化产物的影响,分析了粉煤灰掺量对充填材料力学性能的影响规律。研究结果表明,粉煤灰掺量对试样的力学性能影响显著,随着粉煤灰掺量的提高,试样的早期抗压强度逐渐降低,而后期抗压强度逐渐升高;随着粉煤灰掺量的提高,试样水化产物中的钙矾石和水铝钙石的丘状峰逐渐明显,氢氧钙石和石英的衍射峰逐渐减弱,说明在水化反应中,钙矾石和水铝钙石的生成以及氢氧钙石和石英的消耗为材料提供了强度来源。     

铝酸盐水泥提高陶瓷模具石膏性能及机理

为提高陶瓷模具石膏使用性能,研究了铝酸盐水泥(AC)对模具石膏凝结硬化、强度、耐水及耐溶蚀性能的影响.采用X射线衍射、扫描电镜和差热分析研究了AC作用机理.结果表明:掺入AC可减少拌合水用量,从而延缓了石膏凝结硬化速率;AC掺入使石膏3 d干抗折强度显著增强,且无后期强度倒缩现象;硬化体耐水、耐溶蚀及耐磨损性能大幅提高,吸水率略有下降,6%为最佳AC掺量.机理分析表明:石膏、铝酸盐水泥复合水化形成由针棒状二水石膏、钙矾石晶体及无定形铝胶构成的网状结构,细针状钙矾石穿插于石膏晶隙间,增强了晶间桥接作用及网状结构稳定性,铝胶紧密填充于晶隙内形成密实的晶胶结构,同时覆盖在石膏表面减少了结晶接触点,使结晶稳定性增强,有效提高了模具石膏综合性能;稳定的水化产物及密实的晶胶结构进一步增强了石膏热稳定性能.