论文题目: 高性能水泥中低Ca/Si的C-S-H凝胶形成及其抑制ASR机理
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 魏风艳
导师: 许仲梓,吕忆农
关键词: 高性能水泥,凝胶,矿物掺合料,碱硅酸反应,化学组成和结构,机理
文献来源: 南京工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本课题得到国家重点基础研究发展规划973—“高性能水泥制备与应用的基础研究”资助,课题编号（2001CB610706）。 建筑业的可持续发展已成为国民经济发展的一个重大问题。充分利用工业废渣作为矿物掺合料进行高性能水泥基材料的研制符合我国可持续发展战略,是水泥基材料进一步发展的根本课题。矿物掺合料的掺入,使水泥基体系成分复杂,影响水泥水化产物的形貌、化学组成、结构及其稳定性,也会对水泥混凝土的耐久性产生影响。目前研究表明混合材对碱-硅酸反应（ASR）有很好的抑制作用,但对混合材抑制ASR机理的认识需进一步完善。混合材抑制ASR的作用,不同研究者均着重强调混合材对混凝土中碱和Ca（OH）2的作用。主要包括混合材对碱的物理稀释、吸附,与Ca（OH）2的火山灰反应减少甚至消除体系中Ca（OH）2等方面。却忽视了火山灰反应生成的大量低Ca/Si的C-S-H凝胶在抑制ASR中的作用。 研究高性能水泥基材料中低Ca/Si的C-S-H凝胶形成及其在抑制ASR中的作用机理是本论文的主题。在研究高性能水泥基材料水化产物Ca（OH）2数量变化,以及高性能水泥基材料对ASR抑制作用的基础上,研究了主要水化产物C-S-H凝胶的形貌、化学组成和结构变化,以及高性能水泥基材料中碱的溶出规律,提出了低Ca/Si的C-S-H凝胶能够“固化”体系中大量的碱,减少碱与活性集料反应的机会,而起到抑制ASR的作用。进一步研究C-S-H凝胶的化学组成和结构变化与C-S-H凝胶持碱能力之间的关系,从材料本征特性提出混合材抑制ASR的新机理。研究工作取得如下进展: 研究了高性能水泥基材料水化产物Ca（OH）2数量、分布、形貌变化以及高性能水泥基材料对ASR的抑制效果。结果表明,随粉煤灰掺量增加,水泥石中Ca（OH）2含量因二次火山灰反应的发生而明显降低,Ca（OH）2含量的变化在一定程度上反映了火山灰反应程度。粉煤灰掺量达到30%和45%时,砂浆棒几乎不发生膨胀,表明粉煤灰对ASR有显著的抑制效果。 利用SEM/EDS和TEM/EDS对高性能水泥基材料水化产物C-S-H凝胶的化学组成研究发现,随粉煤灰掺量增加,二次火山灰反应生成的C-S-H凝胶的Ca/Si明显降低,且C-S-H凝胶中结合碱的数量增大,表明低Ca/Si的C-S-H凝胶能够“固化”孔溶液中大量的碱,减少可发生ASR的有效碱量。 高性能水泥基材料和普通水泥基材料中碱的溶出规律对比研究结果表明,未掺矿物掺合料的水泥基体系,在38℃、100%R.H.条件下养护至4个月的整个反
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 水泥基材料研究现状
1.1 水泥基材料与可持续发展战略
1.2 水泥混凝土材料面临的机遇与挑战
1.3 国内外研究现状及存在的问题
1.3.1 水泥基材料水化产物的研究
1.3.2 水泥基材料孔溶液碱度的研究
1.3.3 水泥基材料的稳定性研究
1.3.3.1 CaO-SiO_2-H_2O系统的研究
1.3.3.2 水泥基材料水化产物的稳定性研究
1.3.4 水泥基材料的耐久性研究
1.3.4.1 AAR的基本概念、基本理论
1.3.4.2 水泥石中OH浓度与Ca(OH)_2含量的关系
1.3.4.3 Ca(OH)_2在ASR中的作用
1.3.4.4 碱的存在形式对ASR的影响
1.4 本课题的研究目的和意义
1.5 本课题的研究内容
参考文献
第二章 原材料的选取与性能评价
2.1 原材料及其化学成分
2.1.1 水泥
2.1.2 粉煤灰和硅灰
2.1.3 集料
2.1.3.1 集料的矿物分析
2.1.3.2 集料的碱活性测定
2.2 主要测试仪器
2.3 本章小结
参考文献
第三章 高性能水泥基材料水化产物Ca(OH)_2相研究
3.1 Ca(OH)_2含量变化的测定
3.1.1 实验方法
3.1.2 XRD分析
3.1.3 TG-DSC分析
3.2 Ca(OH)_2的分布及其形貌观察
3.2.1 SEM形貌观察
3.2.2 TEM观察Ca(OH)_2相的分布及其晶格像
3.3 本章小结
参考文献
第四章 高性能水泥基材料对ASR抑制作用研究
4.1 实验方法
4.1.1 实验方法
4.1.2 模拟孔溶液的组成
4.1.3 本部分图例符号说明
4.2 粉煤灰对ASR抑制效果的评价
4.2.1 集料碱活性与抑制效果
4.2.2 养护温度与抑制效果
4.2.3 水泥品种与抑制效果
4.3 ASR进程与膨胀之间的关系研究
4.4 本章小结
参考文献
第五章 低Ca/Si的C-S-H凝胶形成对ASR抑制作用的理论研究
5.1 C-S-H凝胶的化学组成分析
5.1.1 SEM/EDS分析
5.1.2 TEM/EDS分析
5.2 孔结构分析
5.3 抑制机理的探讨
5.4 低Ca/Si的C-S-H凝胶的生成转化机制
5.4.1 C-S-H的结构
5.4.2 转化机制
5.5 本章小结
参考文献
第六章 高性能水泥基材料中的碱溶出
6.1 高性能水泥基材料中碱的溶出规律
6.1.1 实验方法
6.1.2 实验结果与讨论
6.2 水化产物分析
6.2.1 XRD分析
6.2.2 TG-DSC分析
6.2.3 化学分析
6.2.4 TEM/EDS分析
6.3 本章小结
参考文献
第七章 低Ca/Si的C-S-H凝胶的持碱机制分析
7.1 C-S-H凝胶的化学组成和结构
7.1.1 C-S-H凝胶的化学组成
7.1.2 C-S-H凝胶的结构
7.2 C-S-H凝胶结构与其持碱能力的关系研究
7.2.1 FT-IR分析
7.2.2 ~(29)SiMASNMR分析
7.3 Ca(OH)_2对C-S-H凝胶持碱能力的影响
7.3.1 实验方法
7.3.2 Ca(OH)_2对碱溶出量的影响
7.3.3 C-S-H凝胶持碱能力与结构变化的关系
7.4 K~+、Na~+在C-S-H凝胶中的存在位置及存在形式
7.4.1 K~+、Na+在C-S-H凝胶中的存在位置
7.4.2 K~+、Na+在C-S-H凝胶中的存在形式
7.5 C-S-H凝胶组成、结构与其持碱能力之间的关系
7.6 本章小结
参考文献
第八章 混合材抑制ASR的新机理
8.1 低Ca/Si的C-S-H凝胶在抑制ASR中的作用
8.2 低Ca/Si的C-S-H凝胶的持碱机制分析
8.2.1 物理特征
8.2.2 化学结构
8.2.3 反应历程
8.3 混合材抑制ASR的新机理
参考文献
第九章 结论与展望
9.1 结论
9.2 展望
作者攻读博士学位期间发表论文和科研情况
致谢
发布时间: 2005-10-13
参考文献
- [1].碳化与荷载耦合作用下水泥基材料微结构演变与预测模型[D]. 沈奇真.东南大学2018
- [2].表面改性二氧化硅纳米颗粒对水泥早期水化影响的研究[D]. 黄春龙.中国矿业大学(北京)2018
- [3].基于微生物矿化的自修复水泥基材料性能及微观结构[D]. 罗勉.东南大学2017
- [4].核壳纳米SiO2改性水泥基材料性能研究[D]. 顾越.东南大学2017
- [5].掺矿物掺合料水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀性研究[D]. 高礼雄.中国建筑材料科学研究院2005
- [6].复合水泥基材料水化性能与浆体微观结构稳定性[D]. 李响.清华大学2010
- [7].减缩剂对水泥基材料收缩抑制作用及机理研究[D]. 乔墩.重庆大学2010
- [8].多层石墨烯复合水泥基材料的多功能与智能特性[D]. 孙胜伟.哈尔滨工业大学2017
- [9].磷酸镁水泥基材料的修补粘结性能研究[D]. 范英儒.重庆大学2016
- [10].废弃物的粉末在水泥基材料中的水化机理及性能影响研究[D]. 饶美娟.武汉大学2014
相关论文
- [1].含钢渣粉掺合料的水泥混凝土组成、结构与性能的研究[D]. 李永鑫.中国建筑材料科学研究院2003
- [2].化学外加剂对高性能水泥水化及初始结构形成的调控机理的研究[D]. 董荣珍.武汉理工大学2005
- [3].掺矿物掺合料水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀性研究[D]. 高礼雄.中国建筑材料科学研究院2005
- [4].微纳粉体对水泥物理力学性能的影响及机理研究[D]. 卢忠远.四川大学2005
- [5].高强高性能大掺量粉煤灰混凝土研究[D]. 吴建华.重庆大学2005
- [6].水泥基材料在氯盐环境中的服役行为及机理研究[D]. 管学茂.中国建筑材料科学研究院2005
- [7].水泥基材料组分对早期水化及收缩开裂影响的研究[D]. 陈美祝.武汉大学2004
- [8].废渣特性及其多元复合对水泥基材料高性能的贡献与机理[D]. 严捍东.东南大学2001
- [9].高C3S水泥熟料形成化学与掺杂C3S结构研究[D]. 侯贵华.南京工业大学2006
- [10].高性能水泥干缩的测试方法及机理研究[D]. 蔡安兰.南京工业大学2005