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水泥水化过程的电化学研究_硬化水泥浆体在直流极化下的交流阻抗谱

水泥水化过程的电化学研究_硬化水泥浆体在直流极化下的交流阻抗谱
水泥水化过程的电化学研究_硬化水泥浆体在直流极化下的交流阻抗谱

收稿日期:1999203226;修订日期:1999205211

作者简介:史美伦(1939~),男,浙江人,同济大学研究员.

文章编号:100729629(2000)0320218205

水泥水化过程的电化学研究(Ⅱ)

———硬化水泥浆体在直流极化下的交流阻抗谱

史美伦1, 陈志源1, 孙 剑2, 胡 煜3

(1.同济大学混凝土材料研究国家重点实验室,上海200092;

2.上海市建筑科学研究院,上海200032;

3.上海市住宅发展局,上海200010)

摘要:应用在直流极化下的交流阻抗谱方法测定了水泥水化过程的复平面图,在此基础上计算了各电路参数和水化过程的动力学常数.通过电路参数随水化时间的变化对水化机理进行了探讨.

关键词:交流阻抗;直流极化;水泥水化

中图分类号:TQ 172.1 文献标识码:A

以往对于水泥浆体和混凝土的交流阻抗谱的测量都是在不存在直流极化的条件下进行的,所得的Nyquist 图为典型的Randles 曲线(即高频半圆和低频斜线相结合,见图1),本文研究了在直流极化条件下硬化水泥浆体的交流阻抗图,直流极化的电压从零直到水的分解电压以上.水的电解过程动力学特性与水泥浆体的结构有关,水泥浆体在水化过程中的结构变化引起了水电解过程的动力学特性的变化,从这一变化可以提供有关硬化水泥浆体结构变化的更多的信息.因此,这种方法可以用来研究水泥的水化过程.

1 理论基础

作为电化学强有力研究工具的交流阻抗谱方法实际上是在直流极化上叠加小振幅交流信号的方法.对于理想极化电极,直流极化用来控制电极所处的状态,而对于其它电极,直流极化则可用来调控和测量电化学反应的速度.小振幅交流信号的叠加相当于对体系施加一小的扰动信号,通过观图1 典型的Randles 曲线Fig.1 Typical Randles case 察体系对扰动信号的响应,有助于了解体系所处的状态以

及所进行过程的动力学.对于硬化水泥浆体,在直流极化为

零的条件下,从实测Nyquist 图(见图1)可以得到Randles

等效电路[1],从而了解等效电路参数:孔溶液电阻R s (与孔

隙率成反比),活性离子(即在该直流极化条件下可进行电

化学反应的离子品种)的反应阻抗R i (i =1,2,…

),电容C 及其常相角指数p 和扩散阻抗σ[2,3].通过这些参数,可以

得到关于硬化水泥浆体的水化过程的有关信息以及微结构

和扩散性质的信息.在叠加不同的直流极化以后,Nyquist

图发生了变化.如果在不同的极化条件下Nyquist 图的曲线形状和直流极化为零时的曲线是相似的话(仍为Randles 曲线),从这些曲线仍可得到同样的参数,但其具体数值随极化条件而变,由此可以得到关于体系的状态变化的信息.如果Nyquist 图的曲线形状发生了变化,就可从曲线变化来得到新的过程信息.对于硬化水泥浆体,当直流极化超过1V

第3卷第3期

2000年9月建 筑 材 料 学 报JOURNAL OF BU ILDIN G MA TERIAL S Vol.3,No.3

Sep.,2000

(相对于相同材料制成的参比电极)以后,Nyquist图的曲线形状就发生了变化.

在Nyquist图中曲线的基本形状是半圆,其等效电路中有一阻容并联电路与之对应.阻容乘积R C具有时间的量纲,称为弛豫时间或时间常数τ,它反映了对应物理过程的速度.对于多过程体系,其Nyquist图往往由多个半圆所组成,每一个半圆对应于等效电路中一个阻容并联电路并与一个过程相对应.当几个物理过程的时间常数τ接近时,半圆往往互相交盖.在Nyquist图中各个半圆的直径R i具有特别重要的意义,它与活性离子电化学反应的速度常数之间的关系为[4]

R-1i=(n2F2/R T)kc(1)式中:n为电化学反应时转移的电子数;F为法拉第常数;R为气体常数;T为绝对温度;k为反应速度常数;c为孔溶液中活性离子的浓度.由式(1)可从实测的R i得到速度常数k,从速度常数k 的大小可以判断该反应的可逆性.

2 实验部分

试样制备的方法及测试仪器同本文(Ⅰ)[5],试样水灰比为0.25和0.50.测试条件:除立方体试样相对两端面各放置一不锈钢惰性电极(分别为工作电极和对电极)外,另以一不锈钢电极置于侧面作为参比电极,工作电极与参比电极之间的电压从-1.5V到+1.5V,交流振幅为5mV,交流频率从100kHz到100mHz,每一数量级测5个点.测量时环境温度为25°C.

3 结果与讨论

3.1 不同直流极化下的N yquist图

图2为水化水泥浆体在0,1和1.5V(相对于参比电极)下的Nyquist图,在直流极化为零的条件下的Nyquist图为典型的Randles曲线,高频半圆浓缩成一点.图中仅见表征扩散的低频斜线,直流极化为1V和1.5V时,由于水电解过程产生的半圆的半径远较零极化时的半径大,因此,表征扩散的低频斜线移向频率更低处,在图2中不能显示.图3为典型的直流极化为1.5V下的Nyquist图(它由两个相连的半圆组成),第一个半圆表征孔溶液中活性离子的电解过程,第二个半圆表征水的电解过程(详见后面的讨论),其等效电路如图4所示.在图4中,两个电容均为电极界面的双电层电容,故其值应相等,即C1=C2,时间常数τ

1

=R1C1,τ2=R2C2,当τ1和τ2接近时,两个半圆互相交盖,显示为变了形的半圆,对于这种情况,必须设法判断究竟存在几个过程.图5为

水化时间少于7d的典型的Nyquist图,直流极化为1.5

V.

图2 水化水泥浆体在0V,1V和1.5V(相对于参比电极)下的Nyquist图

Fig.2 Nyquist plot of hydrated cement paste(HCP)at DC0V,1V and1.5V(vs reference electrode

)图3 典型的直流极化为1.5V下的Nyquist 图

Fig.3 Nyquist plot of typical HCP specimen at DC1.5V

912

 第3期史美伦等:水泥水化过程的电化学研究(Ⅱ)———硬化水泥浆体在直流极化下的交流阻抗谱

图4 图3的等效电路图

Fig.4 Equivalent circuit of Fig.3

R s ———Resistance of pore solution ;

C 1,C 2———Capacitance of electrode

interface ;

R 1,R 2———Impedance of reaction of

active

ions 图5 水化时间少于7d 的典型Nyquist 图Fig.5 Nyquist plot of typical specimen ,hydration time

less than 7d (at DC 1.5V )

3.2 不同直流极化下的R i

活性离子电解阻抗R i 由Nyquist 图中半圆的直径来确定,其大小反映了电解过程的难易程度.直流极化从-1.5V 到1.5V ,负电位下的阴极过程为活性离子的还原过程

O Ⅰ+n e R Ⅰ

(1′)式中:O Ⅰ为活性离子的氧化态,R Ⅰ为其还原态.正电位下的阳极过程为活性离子的氧化过程

R Ⅱ-n e O Ⅱ

(2′)式中:R Ⅱ,O Ⅱ分别为活性离子的还原态和氧化态(由于孔溶液中组成的复杂性,可能存在多种不同的活性离子).Ⅰ和Ⅱ可为不同的活性离子,孔溶液中存在最多的活性离子为OH -离子(Ca 2+及硅酸根离子为非活性离子),其浓度约为0.1mol/L ,在阳极过程

OH --e OH (产物与C 2S 2H 相结合);

在阴极过程

OH -+e OH 2-(产物与C 2S 2H 相结合).

此外,还存在少量杂质离子如Fe 3+等的还原过程.不同直流极化下的R 1(第一高频半圆的直径,即图4中的R 1)如图6所示.图中两条曲线分别表示水灰比为0.25和0.50的两种样品在水化60d 后的结果.

图6 样品水化60d 后R 1随E 的变化图

Fig.6 Variation of R 1with E for specimen after

hydration for 60d 从图6可见,当工作电极相对于参比电极的电位大

于-0.15V 时,为阳极过程;当电位从-0.15V 到

+0.50V 时,随着电位变正,阳极过程变得容易,故R 1

逐步减小;当电位大于0.50V 时,电流已达极限,电位

继续升高,R 1又增大了,该电位称为极限扩散电位.当

工作电极电位小于-0.15V 时为阴极过程,-0.15V

可称为分界电位,阴极过程与反应H ++e H 相当,

阴极过程R i 变化情况如阳极过程,-0.85V 为极限扩

散电位.

由R i 可按式(1)计算反应(1′

)和(2′)的速度常数k c 和k a .k c 和k a 随电位而变,我们称分界电位和极限扩散电位之间的中值为半波电位,在半波电位下的k c 和

k a 分别为

k c =2.8×10-7s -1;k a =2.9×10-7s -1.

对于水灰比为0.25的样品,R i 的值较大,分界电位向正方移动,极限扩散电位向左移动,其在半波

022 建 筑 材 料 学 报第3卷 

电位下的速度常数k c 和k a 分别为

k c =1.65×10-7s -1;k a =1.69×10-7s -1.

从图6可见:(1)阳极过程的R i 比阴极过程要小一些,k a 比k c 稍大一些,也就是说,阳极过程比阴极过程稍容易一些;(2)在水化水泥浆体里的k c 和k a 比在水溶液里要小得多,因此它反映了水化水泥浆体电解过程的特点.另外,水灰比为0.25的水泥浆体中的R i 比水灰比为0.50的水泥浆体要大,k c 和k a 比水灰比为0.50的水泥浆体要小.

从图6中还可看到,在无直流极化(即0V )的情况下,体系处于阳极区,因此,通常的交流阻抗图(即图1)中的高频半圆反映的是OH -离子的阳极过程,体系中的活性离子主要是OH -离子.图7 直流极化1.5V 不同水化时间的

Nyquist 图Fig.7 Nyquist plot of HCP specimen at dif 2ferent hydration time (at DC 1.5V )3.3 不同水化时间下参量的变化

在直流极化1.5V 的条件下不同水化时间的Nyquist

图如图7所示.为了表征Nyquist 曲线的特征,本文应用如

下各参量:R s ,R 1,R 2,p 1,p 2,τ1,τ2,其中R s ,R 1,R 2见

图4,分别与R 1及R 2相并联的电容C 1,C 2为常相角元

件,它与频率的关系为

C i =K (i ω)-p i

式中0

[6].p i 和分形维数d 密切相关,它可用来表征试块的孔结

构,由p 值的变化,可看到在不同直流极化下试块的孔结构的变化.τ=R C ,为表征过程速度的时间常数

τ1=Z ′-R s Z ″ω;τ2=Z ′-(R s +R 1)Z ″

ω式中Z ′和Z ″分别为复阻抗Z 的实部和虚部.由于C 1,C 2为常相角元件,故在每一不同频率点计算τ时各不相同,本文算法见参考文献[6].在直流极化1.5V 下不同水化时间各阻抗参数见表1.

表1 不同水化时间各阻抗参数的变化

T able 1 V ariation of imped ance p arameters with d ays of hydration

Days of

hydration/d

R s /(k Ω?cm 2)R 1/(k Ω?cm 2)R 2/(k Ω?cm 2)p 1p 2τ1/s τ2/s 1

1.33

2.25-0.517-0.0310-7

2.09 1.80-0.327-0.0500-14

3.04 1.607.50.5310.4120.0003 1.35028

4.53 3.507.60.4220.4100.00050.96460 4.86

5.207.50.3430.415

0.00080.245 从图7可见,在水化时间小于7d 时,Nyquist 图呈现一个半圆,水化时间大于7d 时,Nyquist 图呈现两个半圆.这可以从表1中的时间常数τ对此进行分析.从表1可见,水化14d 以后的样品的τ1和τ2相差很大,结合R 1和p 1值随水化过程的变化可以判断,水化7d 以前Nyquist 图呈现的一个半圆并不是两个时间常数相差不大的过程的交盖,而是确实只有一个过程.因此,从Nyquist 图可见,水化过程可以分为两个阶段,7d 以前为第一阶段,7d 以后为第二阶段.R s 一般由两个因素所决定,一是孔溶液中总的离子强度,二是孔隙率,随着水化时间的增长,孔溶液中总的离子强度增大,因此,这一因素将使R s 逐步下降,因此从表1来看,R s 随水化时间的增长而增大,可见硬化水泥浆体内的总孔隙率随水化时间的增长而减小.R 1(与反应速度常数成反比)在第一阶段随水化时间的增大而越来越小,在第二阶段随水化时间增长而越来越大,从第8d 开始出现第二个半圆,其直径R 2不随水化时间而变.p 1的变化在7d 前同R 1,在7d 后与R 1方向相反,p 2不随水化时

间而变.时间常数τ1在第一阶段和第二阶段差两个数量级,τ2长达秒数量级.

122 第3期史美伦等:水泥水化过程的电化学研究(Ⅱ)———硬化水泥浆体在直流极化下的交流阻抗谱

222 建 筑 材 料 学 报第3卷 

对于在水化过程中形成的C2S2H的存在形式有两种看法[7]:一是Wittmann等提出的慕尼黑模型,认为C2S2H像干凝胶;另一是Powers2Brunauer等提出的层状结构模型.根据本文的结果推测,C2S2H很可能在水化前7d是活性较高的凝胶状,电解生成的OH与其紧密结合,第二步反应不能进行.7d后C2S2H变为更稳定的层状结构,电解生成的OH居于层间van der Waals隙中,由于van der Waals力较弱,OH可在层间空隙中移动,并参与第二步电解反应.

4 结论

本文对水化水泥浆体在0~60d内的水化过程应用在直流极化下的交流阻抗谱方法进行了研究,得到如下结论:

1.在水化进程中,水泥浆体的孔隙率逐渐下降.

2.在不同的直流极化下,水化水泥浆体可以进行不同的电化学反应,在阴极极化下进行的反应是:OH-+e OH2-.在阳极下进行的反应是:OH--e OH,其转变电位为0.15V(相对于相同惰性材料制成的参比电极).

3.水化过程可以分为两个不同的阶段,7d前和7d后的水化过程机理是不同的.7d前的水化过程,在直流极化下只能进行一步电化学反应;7d后的水化过程,在直流极化下可进行两步电化学反应.本文对这一现象的可能原因进行了推测.

参考文献:

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Chemical K inetics[C].New Y ork:Elsevier,1986.250.

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[7] Mindess S,Y oung J F著,混凝土[M].方秋清译.北京:中国建筑工业出版社,1989.77.

Electrochemical R esearch on the H ydration Process of Cement(Ⅱ)———ACIS of H ardened Cement Paste under DC Polarization

S HI Mei2l un1, CH EN Zhi2yuan1, S U N Jian2, HU Y u3

(1.State K ey Laboratory of Concrete Materials Research,Tongji University,Shanghai200092,China;

2.Shanghai Research Institute of Building Sciences,Shanghai200032,China;

3.Bureau of Building Development,Shanghai200010,China)

Abstract:The method of ACIS(AC impedance spectroscopy)under DC polarization was applied to study the hydration process of cement.Various dynamic parameters of the hydration process were de2 termined and its mechanism was discussed.It has been shown by Nyquist plot that during the hydra2 tion process there exist two different stages in which the microstructure of C2S2H is quite different.

K ey w ords:ACIS;DC polarization;hydration of cement

电化学阻抗谱的应用及其解析方法

电化学阻抗谱的应用及其解析方法 交流阻抗法是电化学测试技术中一类十分重要的方法,是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。特别是近年来,由于频率响应分析仪的快速发展,交流阻抗的测试精度越来越高,超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性,再加上计算机技术的进步,对阻抗谱解析的自动化程度越来越高,这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构,活化钝化膜转换,孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。 阻抗谱中的基本元件 交流阻抗谱的解析一般是通过等效电路来进行的,其中基本的元件包括:纯电阻R ,纯电容C ,阻抗值为1/j ωC ,纯电感L ,其阻抗值为j ωL 。实际测量中,将某一频率为ω的微扰正弦波信号施加到电解池,这是可把双电层看成一个电容,把电极本身、溶液及电极反应所引起的阻力均视为电阻,则等效电路如图1所示。 图1. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的等效电路 图中A 、B 分别表示电解池的研究电极和辅助电极两端,Ra 、Rb 分别表示电极材料本身的电阻,Cab 表示研究电极与辅助电极之间的电容,Cd 与Cd ’表示研究电极和辅助电极的双电层电容,Zf 与Zf ’表示研究电极与辅助电极的交流阻抗。通常称为电解阻抗或法拉第阻抗,其数值决定于电极动力学参数及测量信号的频率,Rl 表示辅助电极与工作电极之间的溶液 电阻。一般将双电层电容Cd 与法拉第阻抗的并联称为界面阻抗Z 。 实际测量中,电极本身的内阻很小,且辅助电极与工作电极之间的距离较大,故电容Cab 一般远远小于双电层电容Cd 。如果辅助电极上不发生电化学反映,即Zf ’特别大,又使辅助 电极的面积远大于研究电极的面积(例如用大的铂黑电极),则Cd ’很大,其容抗Xcd ’比串 联电路中的其他元件小得多,因此辅助电极的界面阻抗可忽略,于是图1可简化成图2,这也是比较常见的等效电路。 图2. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的简化电路 Element Freedom Value Error Error %Rs Free(+)2000N/A N/A Cab Free(+)1E-7N/A N/A Cd Fixed(X)0N/A N/A Zf Fixed(X)0N/A N/A Rt Fixed(X)0N/A N/A Cd'Fixed(X)0N/A N/A Zf'Fixed(X)0N/A N/A Rb Free(+)10000N/A N/A Data File: Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\12861 Dummy Cell.mdl Mode: Run Fitting / All Data Points (1 - 1) Element Freedom Value Error Error %Rs Fixed(X )1500N/A N/A Zf Fixed(X )5000N/A N/A Cd Fixed(X ) 1E-6 N/A N/A Data File: Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\Tutor3 R-C.mdl Mode: Run Simulation / Freq. Range (0.01 - 10000Maximum Iterations: 100 B

水泥水化机理

4.1水泥的水化机理 从化学角度来看,水泥的水化反应是一个复杂的溶解沉淀过程,在这一过程中,与单一成分的水化反应不同,各组分以不同的反应速度同时进行水化反应,而且不同的矿物组分彼此之间存在着互相影响。水泥中最多的熟料矿物是硅酸盐化合物,是制约水泥水化性质及相关性能的关键组分。水泥中的硅酸盐熟料矿物的主要成分为硅酸三钙和硅酸二钙。 (1)硅酸三钙(C3S)的水化 硅酸三钙是水泥熟料中的含量最多的组分,通常占材料总量的50%左右,有时高达60 %。硅酸钙的水化产物的化学组成成分不稳定,常随着水相中钙离子的浓度、温度、使用的添加剂、养护程度而发生变化,而且形态不固定,通常称为“C-S-H”凝胶。 C3S在常温下发生水化反应,可大致用下列方程式表述: 硅酸三钙的水化速率很快,其水化过程根据水化放热速率随时间的变化,可以将C3S的水化过程划分为五个阶段,各阶段的化学过程和动力学行为如表1.1所示。 表1.1 C3S水化各阶段的化学过程和动力学行为时期早期中期后期 反应阶段诱导前期诱导期加速期减速期稳定期 化学过程初始水解, 离子进入溶 液 继续溶解, 早期C-S-H 稳定水化产 物开始生长 水化产物继 续生长,微 结构发展 微结构组件 密实 动力学行为反应很快反应慢反应快反应变慢反应很慢(2)硅酸二钙的水化 C2S也是水泥主要熟料矿物组分之一,水化过程与C3S相似,也有诱导期、加速期,但是水化速率特别慢。C2S的水化反应可大致用下列方程表述:

(3)铝酸三钙的水化 C3A是水泥熟料矿物的重要组分之一,其水化产物的组成与结构受溶液中的氧化铝、氧化钙浓度的影响很大,它对水泥的早期水化和浆体的流变性能起着重要的作用。纯水中C3A的水化:大量的研究结果表明,C3A遇水后能够立即在表面形成一种具有六边形特征的初始胶凝物质粒子,开始时其结晶度很差也很薄,呈不规则卷层物,随着水化时间的推移,这些卷层物生长成结晶度较好的,成分为C4AH19和C2AH8济的六边形板状物。这种六边形水化物是亚稳的,并能转化成立方形稳定的晶体颗粒。常温下C3A在纯水中的水化反应可用下式表示: 有石膏存在时C3A的水化:在水泥浆体中,熟料中的C3A实际上是在和有石膏存在的环境中水化的,C3A在Ca(OH)2饱和溶液中的水化反应可以表述为C3A+CH+12H=C3AH13。当处于水泥浆体的碱性介质中时,C3AH13在室温下能稳定存在,其数量增长也很快,这是水泥浆体产生瞬时凝结的主要原因之一。(4)铁铝酸四钙的水化 铁铝酸四钙的水化与铝酸三钙的水化过程相似,只是反应速率很慢,而且产物是含铁和铝的共同产物。

硬化水泥浆体体积电阻和孔结构的关系

硬化水泥浆体体积电阻和孔结构的关系 安晓鹏1史才军1, 2 曹张2 王德辉2何富强3胡张莉2 (1.绿色建材国家重点实验室,中国建筑材料科学研究总院,北京100024 2. 湖南大学土木工程学院,长沙410082; 3. 厦门理工学院土木工程与建筑系,福建厦门361024) 摘要应用交流阻抗技术研究了硬化硅酸盐水泥浆体体积电阻和孔结构的变化特征。结果表明:硬化水泥浆体的体积电阻在前7 d增长迅速,7 d龄期时,体积电阻已经达到了总电阻的60%~70%,水灰比对体积电阻增长率的影响也主要体现在前7 d。根据硬化水泥浆体中连通孔隙和闭合孔隙的特点,提出了硬化水泥浆体固、液相的串并连模型,建立体积电阻与水泥硬化浆体中连通孔隙和非连通孔隙的关系。基于该模型和压汞法测试的总孔隙率的计算表明:当孔隙率接近20%时,闭合孔隙在总孔隙中所占的比例急速提高;当孔隙率大于25%时,连通孔隙所占的比例明显增大。 关键字:硬化水泥浆体;交流阻抗;体积电阻;连通孔隙;非连通孔隙 中图分类号:文献标志码:文章编号:0454-5648() Relation between Bulk Resistance and Pore Structure of Hardened Cement Pastes AN Xiaopeng1 ,SHI Caijun1,2 ,CAO Zhang2 ,WANG Dehui2 ,HE Fuqing3 ,HU Zhangli2 (1.China Building Materials Academy, Beijing 100024, China; 2. College of Civil Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China; 3. Department of Civil Engineering and Architecture, Xiameng University of Technology, Xiameng 361024, Fujian, China) Abstract: The characteristics of bulk resistance and pore structure of hardened Portland cement pastes were investigated by AC impedance spectroscopy. The results indicate that the bulk resistance increases rapidly during the initial 7-d hydration, then the increased rate decreases afterwards. The water-cement ratio has an effect on the bulk resistance before 7-d hydration. Based on the conductive characteristics of solid, liquid of cement paste and connected pores and blocked pores in handed cement paste, a series-parallel model was proposed to simulate the electrical conduction of handed cement paste. The proportions of connected and blocked pores were estimated by the similated data by the model and the measurement results of total porosity. It is indicated that the proportion of blocked pores increases rapidly when the porosity of cement paste is 20%. Also, the proportion of connected pores increases significantly when the

速凝水泥浆体的速凝原因及机理探讨

万方数据

万方数据

万方数据

混凝土的用水量或者水胶比控制了凝结时间、流变性和强度发展。增加用水量会延长凝结时间.改变工作性和强度发展方式。大量用水会使水泥浆体长期不凝而无强度.最佳 用水量的确定是喷射混凝土配方设计的一个主要问题. 6结束语图1普通硅酸盐水泥净浆(W/CO.5)扫描电镜背散射电子象:黑色为孔,灰色为水化产物。亮白色为未水化熟料。IP箭头所指为内水化产物,OP箭头所指为外水化产物 可以把速凝这一复杂物理化学过程归纳于图2。 f1)快凝活性水泥矿物在促凝化合物的作用下发生激烈的水化反应对水泥速凝起主要作用。常见的快凝水泥矿物有C3A、C12A7、CA、C43和CllA。?CaF2等。常用的促凝化合物有NaAl0》Na:C0,、Na:0?nSi0:等,它们遇水迅速离解出0H一和形成难溶的水化铝酸钙、硫铝酸钙、碳酸钙和硅酸钙.0H与石膏和水泥矿物C必、C,S离解出的Ca2+形成CafOH):沉淀,由于水泥溶液中Caz+浓度迅速下降.又反过来促使水泥矿物中的铝氧离子和硅氧离子迅速进入溶液。也可以这样解释.由于缺Can.在水泥颗粒表面无法形成细密的、阻止水泥水化的凝胶膜.普通水泥加水后20~30min出现的水化静止期因掺入促凝物质而消失。 f2)可以把水泥速凝看成是游离水迅速消耗的结果:粉体颗粒的润湿、分散和剧烈的水化反应消耗了大量的拌合水.水中分散的水泥内水化产物、外水化产物、混合材颗粒和集料颗粒相互接近并进一步胶结 图2速凝示意图在一起而发生凝结。对于凝结来说,物理耗水与化学耗水同样重要。在水泥速凝剂中添加具有润湿分散作用的表面活性剂.添加具有吸水作用的超细粉、蒙脱石、高岭石、沸石等矿物稠化剂,对配制高性能喷射混凝土来说必不可少。喷射混凝土的用水量决定了它的凝结快慢、施工性能和强度发展,因此,最佳水胶比的确定是喷射砂浆混凝土配方设计主项。 (3)速凝水泥浆体的速凝与速凝水泥加水后快速释放出润湿热、溶解热和水化热密切相关,这些热量使混凝土迅速升温.水化反应与凝结被进一步加快。在环境和原材料温度偏高时.应防止混凝土过热而发生瞬凝。 (4)AFt相是速凝水泥浆体中早期形成的主要水化产物,它的形成速度快、耗水量大、放热多,对浆体有密实增强作用.还能赋于喷射混凝土微膨胀特性。要使AFt相稳定存在.加入足量石膏是必要条件。 (5)合理选用搭配快凝矿物、促凝化合物、稠化剂、和湿润分散剂和超塑化剂才能配制出高性能砂浆混凝土速凝剂。口 参考文献: 【1]陈希弼,吴兆琦,特种水泥的生产和应用,巾国建筑工出版社(1994)12—82 [2]YaozhongXi,Fe203solidsolutionofettringite,9thIntemationalCongressontheChemistryofcement,NewDelhi,V01.IV(1992)377[3]YaozhongXi,Si—sbstitutedettri“gite,The4thBe巧ingInternationalsymposiumon Cementandconcrete,V01.1(1998)245 [4】H.F.w.Taylor’Cemenlchemistry,2ndedjtjon,ThomasTelfordf1997、377 [5]L.Holzer,F.winnefbld,B.LothenbachandD.zampini,Pmceedingsofthe11thIntemationalCon铲essontheChemistryofCement,Durban,SouthAmca,V01.1f20031236 2007.1CHlNACEMENT 55万方数据

内养护对硬化水泥浆体显微硬度影响的统计分析

第35卷第3期2016年6月 电 子 显 微 学 报 JournalofChineseElectronMicroscopySociety Vol.35,No.32016-06 文章编号:1000-6281(2016)03-0246-07 内养护对硬化水泥浆体显微硬度影响的统计分析 党玉栋1,2,钱觉时3,郭清春4,李昕成1,2 (1.云南省建筑结构与新材料企业重点实验室,云南昆明650223;2.昆明市建筑工程结构安全和新技术重点实验室,云南昆明650223;3.重庆大学材料科学与工程学院,重庆400045; 4.云南省建筑科学研究院,云南昆明650223) 摘 要 显微硬度测试方法已经被广泛应用在包括金属二陶瓷及水泥等材料微观力学性能的研究中三这种方法在研究水泥等脆性材料时,通常数据离散性非常大,而现有研究通常的做法是假定显微硬度值服从正态分布,然后用剔除异常值后的平均值来表示显微硬度,这种做法是非常值得怀疑的三本文以使用或不使用内养护条件下由不同细度水泥制备的硬化水泥石为研究对象,运用统计方法检验了样品的显微硬度测试值的统计分布模型,结果发现所有样品的显微硬度数据最符合3-因素对数正态分布模型,而不是正态分布;在此基础上,定量比较了内养护对不同细度水泥石显微硬度的影响规律三由此建议在检验显微硬度统计分布模型基础上,采用平均值及其95%置信区间值统计参数来定量比较不同水泥石的显微硬度大小三关键词 显微硬度;硬化水泥浆体;统计分析;分布;内养护 中图分类号:TQ172.7;TU528.064;TG115.5+1 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1000-6281.2016.03.010 收稿日期:2016-01-27 基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.51302191,No.51132010);云南省科技计划项目(No.2013BC002,No.2014RA024);云南省交通运 输厅科技计划项目(No.云交科教2013(C)). 作者简介:党玉栋(1983-),男(汉族),甘肃武威人,博士,高级工程师.E-mail:yddang@163.com 显微硬度测试是一种在材料科学研究中应用很普遍的无损检测方法,被广泛应用于金属二陶瓷及其他功能材料微观力学性能的分析与表征[1]三其测 试原理是将一个非常细小的金刚石四棱锥压头在已知加载力的作用下压在待测材料表面并保持一定时间,用加载力与压痕尺寸的比值来反映材料表面的硬度三由于显微硬度测试所需要的样品尺寸较小(可以是几毫米至几厘米),且压痕尺寸也较小(一般为几十微米),因此可以用于宏观力学性能测试无法实现情况下材料力学性能的表征三 尽管显微硬度测试最早是设计并主要用于金属以及陶瓷等微观结构均匀的材料,但近二三十年以来,这种测试手段也越来越多地被用于水泥基材料微观结构的表征[2],比如用于表征水胶比二矿物掺合料类型及掺量二乳液改性二化学侵蚀等因素对硬化水泥石微观力学性能的影响[3-4],也有用于评价上述因素对混凝土集料-浆体界面过渡区性能的影响 及增强效果等[5-9]三 然而,较少有人对水泥基材料显微硬度数据的 统计特征进行研究三Cross等首次对水泥基材料显微硬度进行统计分析,发现数据样本呈对数正态分 布规律,然而其样本数量只有15个,因此数据统计结果的指导意义比较有限[4]三显微硬度测试和数据分析的普遍做法往往是假定数据呈正态分布,然后从几个或几十个测试值中舍去离散性较大的值,最后用其他数据的算数平均值来表示样品的显微硬度[10],这种做法以及得到的结论都是非常值得怀疑的三 笔者以往在轻骨料内养护对硬化水泥石显微硬度影响的研究中采集了大量数据,并用直方图的形式对结果进行了定性比较[11]三本文在该研究基础上,首次系统地对多个样品近百个数据点的分布模型进行统计和检验,得到了硬化水泥石最佳的数据分布模型,并给出了显微硬度的定量分析方法三本文研究结果是对现有显微硬度测试技术在水泥基材料中应用认识的有力补充,希望能引起广大研究者对水泥基材料显微硬度统计分析重要性的重视三 1 材料与试验方法 本文是在笔者以往研究基础上拓展而来的,详细的原材料二硬化水泥石样品的制备二养护二切割二打磨和抛光方法等均与笔者已发表的论文描述相

硅酸盐水泥的水化与硬化

第七章硅酸盐水泥的水化与硬化 本章主要内容: 1.熟料矿物的水化 2.硅酸盐水泥的水化 3.水化速率 4.硬化水泥浆体 补充: 熟料矿物水化的原因 1.熟料矿物结构不稳定。 造成熟料矿物结构不稳定的原因是: ⑴ 熟料烧成后快速冷却,使其保留了介稳状态的高温型晶体结构; ⑵熟料中的矿物不是纯的C3S和C2S ,而是Alite 和Belite等有限固溶体; ⑶微量元素的掺杂使晶格排列的规律性受到某种程度的影响。 2.熟料矿物中钙离子的氧离子配位不规则。 水泥的水化、凝结、硬化 ? 水化-物质由无水状态变为有水状态,由低含水变为高含水,统称为水化。 ? 凝结-水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体,然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称为凝结。 ? 硬化-此后,浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体(水泥石),这一过程称为硬化。 §7.1 熟料矿物的水化 一.C3S的水化 1.常温下的水化反应 3CaO.SiO2+nH2O=xCaO.SiO2.yH2O+(3-x)Ca(OH)2

简写为:C3S + nH = C-S-H + (3-x)CH 水化产物:水化硅酸钙(也称C-S-H凝胶)和氢氧化钙。 2.C3S水化过程 Ⅰ诱导前期(时间:15分钟 ) 反应:激烈—第一个放热峰,钙离子浓度迅速提高 浆体状态:是具有流动性(Ca(OH)2没有饱和) Ⅱ诱导期又称静止期(时间:2—4小时) 反应:极慢——放热底谷:钙离子浓度增高慢 浆体状态:Ca(OH)2达饱和。此间:具有流动性,结束:失去流动性,达初凝 Ⅲ加速期(时间:4~8小时) 反应:又加快——第二放热高峰 浆体状态:Ca(OH)2过饱和最高:生成Ca(OH)2、填充空隙、 中期:失去可塑性、达终凝,后期:开始硬化 Ⅳ减速期(时间:12—24小时) 反应:随时间的增长而下降 原因:在C3S表面包裹产物—阻碍水化。 Ⅴ稳定期 反应:很慢—基本稳定(只到水化结束) 原因:产物层厚:水很少—产物扩散困难。 3.诱导期的本质 ⑴保护膜理论 ⑵晶核形成延缓理论 ⑶晶格缺陷的类别和数量是决定诱导期长短的主要因素 二.C2S水化 C2S的水化过程与C3S相似,也有静止期,加速期等,但水化速率很慢约为C3S的1/20

水泥浆配比

关于孔道压浆用水泥浆配比设计的几点说明,我在刚开始搞搞水泥浆配比的时候有好多疑惑,后来查阅资料,搜索中,发现网上的一些经验,转过来供大家参考 《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000(P93)11.3.2“普通混凝土的配合比,可参照现行《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ/T55-2000)通过试配确定;砌体砂浆配合比也就相应的采用了现行《砌筑砂浆配合比设计规程》JGJ98-2000,那么后张孔道压浆配合比怎么确定?用于质量评定的资料怎样出? 我在各省各项目中发现很不统一,很多建设单位、管理单位、承建单位试验室均采用了砂浆配合比设计规程,28天抗压强度试件采用每组6块,一个工作班两组整理资料,这样做对吗?可以肯定的告诉大家,这样是不正确的,没有任何依据的,应当予以纠正。下面我就现行规范、规程中有关孔道压浆的相关资料整理出来,供大家学习参考。 A、《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000(P135)12.11.2条款“孔道压浆宜采用水泥浆,所用材料应符合下列要求:1、水泥:宜采用硅酸盐水泥或普通水泥。采用矿渣水泥时,应加强检验,防止材性不稳定。水泥的强度等级不宜低于42.5。水泥不得含有任何团块。2、水:应不含有对预应力筋或水泥有害的成分,每升水不得含500mg以上的氯化物离子或任何一种其他有机物。可采用清洁的饮用水。3、外加剂:宜采用具有低含水量,流动性好,最小渗出及膨胀性等特性的外加剂,他们应不得含有对预应力筋或水泥有害的化学物质。外加剂的用量通过试验确定。12.11.3条款水泥浆的强度应符合设计规定,设计无具体规定时,应不低于30Mpa,水泥浆的技术条件应符合下列规定:①水灰比宜为0.40-0.45,掺入适量减水剂时,水灰比可减小到0.35;②水泥浆的泌水率最大不得超过3%,拌合后3h泌水率宜控制在2%泌水应在24h内重新全部被浆吸回③通过试验后,水泥浆中可掺入适量膨胀剂,但其**膨胀率应小于10%④水泥浆稠度宜控制在14-18s之间。12.11.11条款:压浆时,每一工作班应留取不少于3组的70.7mm×70.7mm×70.7mm立方体试件,标准养护28d,检查其抗压强度,作为评定水泥浆质量的依据。 B、《公路工程国内招标文件范本》(2003年版)P243对孔道压浆的规定摘录如下:(10)压浆时,每一工作班应留取不少于3组试件(每组70.7mm×70.7mm×70.7mm立方体试件3个)标准养生28d,检查其抗压强度作为水泥浆质量的评定依据。 综上所述,可以肯定孔道压浆质量评定的依据是每工作班留取3组70.7mm×70.7mm×70.7mm 立方体试件,每组3个,就不要再搞什么每组6块、每工作班两组了。那么孔道压浆配合比怎么确定?设计单位一般要求压浆强度同梁体强度,就在建高速公路而言,预应力梁板多设计强度为C 50,那么就以C50压浆配合比示例,以供参考吧! 在示例之前,我们在看看《公路桥涵施工技术规范》实施手册(P210-211)后张孔道压浆的目的;主要有①防止预应力筋的腐蚀;②为预应力筋与结构混凝土之间提供有效的粘结;因此,要求压入孔道内的水泥浆在结硬后应用可靠的密实性,能起到对预应力筋的防护作用,同时也要具备一定的粘结强度和剪切强度,以便将预应力有效地传递给周围的混凝土。孔道内水泥浆的密实性是最重要的,水泥浆应充满整个管道,以保证对力筋防腐的要求,至于水泥浆的强度,原规范未作明确规定,仅提出不应低于设计规定,而以往的设计对此也没有统一的标准,但设计人员往往对水泥浆强度提出比较高的指标要求,如有的要求达到梁体混凝土强度的80%,甚至有的要求与梁体混凝土强度相同。在具体的施工中,要使纯水泥浆满足高强度的指标要求是比较困难的,同时对于后张预应力混凝土结构力筋与混凝土的粘结靠压浆来提供,因而所压注的水泥浆应有一定的强度以满足粘结力的要求。但实际上,挠曲粘结应力无论是在梁体混凝土开裂之前或开裂之后都是很低的,设计时并不需要加以验算,现行的设计规范也未要求对其进行验算,而且一些发达国家的规范在涉及预应力混凝土梁内的粘结时,都是用力筋的锚固而不是粘结应力来保证的,所以对压浆强度要求过高并不适用。《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204-92)要求压浆强度不低于20Mpa,国际预应力协

电化学阻抗谱的应用分析

电化学阻抗谱的应用分析 交流阻抗法是电化学测试技术中一类十分重要的方法,是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。特别是近年来,由于频率响应分析仪的快速发展,交流阻抗的测试精度越来越高,超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性,再加上计算机技术的进步,对阻抗谱解析的自动化程度越来越高,这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构,活化钝化膜转换,孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。 阻抗谱中的基本元件 交流阻抗谱的解析一般是通过等效电路来进行的,其中基本的元件包括:纯电阻R ,纯电容C ,阻抗值为1/j ωC ,纯电感L ,其阻抗值为j ωL 。实际测量中,将某一频率为ω的微扰正弦波信号施加到电解池,这是可把双电层看成一个电容,把电极本身、溶液及电极反应所引起的阻力均视为电阻,则等效电路如图1所示。 图1. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的等效电路 图中A 、B 分别表示电解池的研究电极和辅助电极两端,Ra 、Rb 分别表示电极材料本身的电阻,Cab 表示研究电极与辅助电极之间的电容,Cd 与Cd ’表示研究电极和辅助电极的双电层电容,Zf 与Zf ’表示研究电极与辅助电极的交流阻抗。通常称为电解阻抗或法拉第阻抗,其数值决定于电极动力学参数及测量信号的频率,Rl 表示辅助电极与工作电极之间的溶液 电阻。一般将双电层电容Cd 与法拉第阻抗的并联称为界面阻抗Z 。 实际测量中,电极本身的内阻很小,且辅助电极与工作电极之间的距离较大,故电容Cab 一般远远小于双电层电容Cd 。如果辅助电极上不发生电化学反映,即Zf ’特别大,又使辅助 电极的面积远大于研究电极的面积(例如用大的铂黑电极),则Cd ’很大,其容抗Xcd ’比串 联电路中的其他元件小得多,因此辅助电极的界面阻抗可忽略,于是图1可简化成图2,这也是比较常见的等效电路。 图2. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的简化电路 Element Freedom Value Error Error %Rs Free(+)2000N/A N/A Cab Free(+)1E-7N/A N/A Cd Fixed(X)0N/A N/A Zf Fixed(X)0N/A N/A Rt Fixed(X)0N/A N/A Cd'Fixed(X)0N/A N/A Zf'Fixed(X)0N/A N/A Rb Free(+)10000N/A N/A Data File: Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\12861 Dummy Cell.mdl Mode: Run Fitting / All Data Points (1 - 1) Element Freedom Value Error Error %Rs Fixed(X )1500N/A N/A Zf Fixed(X )5000N/A N/A Cd Fixed(X ) 1E-6 N/A N/A Data File: Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\Tutor3 R-C.mdl Mode: Run Simulation / Freq. Range (0.01 - 10000Maximum Iterations: 100 B

水泥凝结硬化机理

5.1.4 凝结硬化机理 水泥凝结硬化流程图,见动画演示 凝结:水泥浆→完全失去浆体塑性 硬化:水泥浆从完全失去塑性→强度增长 一、水泥的水化反应 2(3CaO.SiO2)+6H2O→3CaO.2SiO2.3H2O+3Ca(OH)2 2(2CaO.SiO2)+4H2O→3CaO.2SiO2.3H2O+Ca(OH)2 3CaO.Al2O3+6H2O→3CaO.Al2O3.6H2O 4CaO.Al2O3.Fe2O3+7H2O→3CaO.Al2O3.6H2O+CaO.Fe2O3.H2O 部分水化铝酸钙与石膏作用产生如下反应: 3CaO.Al2O3.6H2O+3(CaSO4.2H2O)+19H2O→3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O 主要水化产物: 水化硅酸钙凝胶 70% 水化铁酸钙凝胶 水化铝酸钙晶体 氢氧化钙晶体 20% 水化硫铝酸钙晶体 7% 石膏的缓凝作用在于: 水泥的矿物组成中铝酸三钙水化速度最快,铝酸三钙在饱和的石灰——石膏溶液中生成溶解

度极低的水化硫铝酸钙晶体,包围在水泥颗粒的表面形成一层薄膜,阻止了水分子向未水化的水泥粒子内部进行扩散,延缓了水泥熟料颗粒,特别是铝酸三钙的继续水化,从而达到缓凝的目的。 二、水泥凝结硬化的物理化学过程 水泥与水拌合后,熟料颗粒表面迅速与水发生反应,因为水化物生成速度大于水化物向溶液扩散的速度,于是生成的水化产物在水泥颗粒表面堆积,这层水化物称为凝胶膜层,这就构成了最初的凝胶结构。 动画演示 1、由于Ca2+的渗透,凝胶膜层破裂,使得 2、由于颗粒表面暴露出来,又与水发生化学反应,由于水化物生成速度大于其扩散速度,故在颗粒表面又堆积了大量的凝胶,这个反应不断进行下去,就生成了外面包裹着厚厚一层凝胶膜的新凝胶结构。 3、随着反应的继续进行,水份逐渐减少,凝胶结构分子间距离减少,吸引力越来越大,粘结力增大,使浆体失去塑性,开始凝结。 4、水份越来越少,浆体稠度增大,微粒之间距离越来越小,由于分子间相互作用力—粘结力,互相结合,破坏了无规则排列,变为有规则排列,晶体产生。 5、晶体、胶体相互交错成网状,晶体起主要的承力骨架作用,胶体起胶结作用,二者共同生长,紧密结合,形成坚固致密的水泥石。 6、强度不断增大。 三、水泥石的组成 硬化后的水泥 石 凝胶体(凝胶和晶体) 未水化水泥颗粒内核 毛细孔 四、影响硅酸盐水泥的凝结硬化的因素

电化学交流阻抗谱(可编辑)

电化学交流阻抗谱(可编辑) Work report 万逸电化学交流阻抗谱注意事项: 1. Rp近似Rct+Zw,但不是完全的相等 2. 极化阻抗通过计划曲线也可以得到 (腐蚀电位出切线的斜率) . 等效电路元件下一步计划: 2. 动电位极化曲线简介极化的分类极化曲线获取信息腐蚀电位 Ecorr ,腐蚀电流(icorr) 获得Tafel参数(阴极极化斜率ba,阳极极化斜率bk) 研究防腐蚀机理,可以知道是阳极机制剂、阴极抑制剂或者是混合型抑制剂。通过腐蚀电流可以计算腐蚀抑制效率(IE% 1-i1.corr/i2.corr) 极化曲线在腐蚀与防护中应用线性极化简介活化控制的腐蚀体系线性极化法铝合金在含有氯离子的乙二醇-硼酸溶液中的腐蚀行为研究氨基苯唑在3.5% NaCl中铜镍合金的防腐蚀的研究缓蚀剂的存在改变了阳极钝化过程,使铜镍合金更加容易钝化,增加抗腐蚀的性能。 * 1. 电化学交流阻抗谱简介 1.1 交流阻抗谱方法是一种以小振幅的正弦波电位为扰动信号的电测量方法。优点: 体系干扰小提供多角度的界面状态与过程的信息,便于分析腐蚀缓蚀作用机理数据分析过程相对简单,结果可靠缺点: 复杂的阻抗谱的解释 1.2 物理参数和等效电路元件物理参数溶液电阻 (Rs) 双电层电容 (Cdl) 极化阻抗 (Rp) 电荷转移电阻 (Rct) 扩散电阻 (Zw) 界面电容 (C)和常相角元件(CPE) 电感 (L) 对电极和工作电极之间电解质之间阻抗工作电极与电解质之间电容当电位远离开路电位时时,导致电极表面电流产生,电流受到反应动力学和反应物扩散的控制。电化学反应动力学控制反应物从溶液本体扩散到电极反应界面的阻抗通常每一个界面之间都会存在一个电容。溶液电阻 (Rs) B. 极化阻抗 (Rp) C. 电荷转移电阻 (Rct) D. 扩散电阻(Zw) E. 界面电容 (C) 和常相角元件(CPE) R 阻抗 C 电容 L 电感 W 无限扩散阻抗 O 有限扩散阻抗 Q 常相角元件阻抗导纳 1.3 等效电路 (A)一个时间常数 Nyquist图相位图

电化学阻抗谱的应用及其解析方法

电化学阻抗谱的应用及其解析方法 交流阻抗发式电化学测试技术中一类十分重要的方法,是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。特别是近年来,由于频率响应分析仪的快速发展,交流阻抗的测试精度越来越高,超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性,再加上计算机技术的进步,对阻抗谱解析的自动化程度越来越高,这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构,活化钝化膜转换,孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。 1.阻抗谱中的基本元件 交流阻抗谱的解析一般是通过等效电路来进行的,其中基本的元件包括:纯电阻R,纯电容C,阻抗值为1/jωC,纯电感L,其阻抗值为jωL。实际测量中,将某一频率为ω的微扰正弦波信号施加到电解池,这是可把双电层看成一个电容,把电极本身、溶液及电极反应所引起的阻力均视为电阻,则等效电路如图1所示。 图1. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的等效电路 图中A、B 分别表示电解池的研究电极和辅助电极两端,Ra、Rb分别表示电极材料本身的电阻,Cab表示研究电极与辅助电极之间的电容,Cd与Cd’表示研究电极和辅助电极的双电层电容,Zf与Zf’表示研究电极与辅助电极的交流阻抗。通常称为电解阻抗或法拉第阻抗,其数值决定于电极动力学参数及测量信号的频率,Rl表示辅助电极与工作电极之间的溶液电阻。一般将双电层电容Cd与法拉第阻抗的并联称为界面阻抗Z。 实际测量中,电极本身的内阻很小,且辅助电极与工作电极之间的距离较大,故电容Cab一般远远小于双电层电容Cd。如果辅助电极上不发生电化学反映,即Zf’特别大,又使辅助电极的面积远大于研究电极的面积(例如用大的铂黑电极),则Cd’很大,其容抗Xcd’比串联电路中的其他元件小得多,因此辅助电极的界面阻抗可忽略,于是图1可简化成图2,这也是比较常见的等效电路。 图2. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的简化电路 2.阻抗谱中的特殊元件 以上所讲的等效电路仅仅为基本电路,实际上,由于电极表面的弥散效应的存在,所测得的双电层电容不是一个常数,而是随交流信号的频率和幅值而发生改变的,一般来讲,弥散效应主要与电极表面电流分布有关,在腐蚀电位附近,电极表面上阴、阳极电流并存,当介质中存在缓蚀剂时,电极表面就会为缓蚀剂层所覆盖,此时,铁离子只能在局部区域穿透缓蚀剂层形成阳极电流,这样就导致电流分布极度不均匀,弥散效应系数较低。表现为容抗弧变“瘪”,如图3所示。另外电极表面的粗糙度也能影响弥散效应系数变化,一般电极表面越粗糙,弥散效应系数越低。 2.1常相位角元件(Constant Phase Angle Element,CPE) 在表征弥散效应时,近来提出了一种新的电化学元件CPE,CPE的等效电路解析式为:,CPE的阻抗由两个参数

水泥的化学成分与水化原理

二. 水泥的化学成分与水化原理 2.1 硅酸盐水泥的定义: 把适当成分的“生料”如:石灰石、白玺、粘土等,在窑里煅烧至部分熔融,得以硅酸盐为主要成分的水泥“熟料”;再掺入一定比例的石膏与矿渣或火山灰、粉煤灰等混合料一起磨成细粉,即成硅酸盐水泥。随着原料种类的不同和各成分比例不同及混合料的不同种类掺入,就形成不同品种的硅酸盐水泥。在国外就叫“波特蓝”水泥。 2.2硅酸盐水泥熟料的化学成分与性能: 2.2.1 硅酸盐水泥熟料中的几种主要化学成分: 硅酸盐水泥熟料的典型化学成分含量见如下附表《1》:% CaO(一氧化钙) SiO 2(二氧化硅) AI 2 O 3 (三氧化二 铝) Fe 2O 3 (三氧化二铁) MgO(氧化镁) SO 3 (氧化硫) Na 2O(氧化钠) K 2 O(氧化钾)TiO 2 (氧化钛) Mn 2O 3 (氧化锰) P 2 O 5 (氧化磷) 另外也可能含有极少量的其他杂质。水泥熟料中各氧化物的含量对水泥的性质有很大影响: 2.2.1.1 CaO(一氧化钙):是水泥熟料中最主要的成分。在水泥熟料煅烧过程 中与其他酸性氧化物(如:SiO 2、AI 2 O 3 、Fe 2 O 3 等)化合反应生成C 3 S、C 2 S、C 3 A、C 4 AF(见 下面第2.3条)等矿物复盐活性化合物。经煅烧未被化合的CaO称为“游离钙”。

在水泥中单独存在的“游离钙”,其水化反应不能在水泥硬化过程中完成,而是在水泥硬化后才能与水化合生成Ca(HO) 2 并在水化过程中发生体积膨胀,降低混凝土的内应力甚至破坏混凝土结构。其含量多、少是影响水泥安定性的重要原因之一。因此国家标准中要求水泥熟料内CaO含量不得超过1%。 2.2.1.2 SiO 2(二氧化硅):也是水泥熟料所含主要成分之一。SiO 2 经过煅烧可 与CaO进行化合反应,生成C 3S和C 2 S矿物,是影响水泥强度的主要成分之一。 如果SiO 2含量低,水泥熟料中硅酸盐矿物成分少,水泥强度就低;但SiO 2 含量 高时,虽然水泥后期强度有显著提高并使其抗硫酸盐侵蚀性能增强,但水泥凝结速度和早期强度增进率都会变慢。SiO 2 含量不仅影响水泥性能,同时对水泥熟料的煅烧也有影响。其含量少时,熟料煅烧会结大块,影响操作;但其含量大时,会使熟料烧成困难,易于“粉化”。 2.2.1.3 AI 2O 3 (三氧化二铝):在水泥熟料的煅烧过程中,它与CaO和Fe 2 O 3 可 化合生成C 3A或C 4 FA。当其含量高时可使水泥的凝结及硬化速度变快,但后期强 度增长缓慢,并使水泥的抗硫酸盐性能降低。原因是C 3 A与硫酸盐化合反应生成 硫铝酸盐(钟乳石),易溶于水而造成水泥石的破坏。同时C 3 A含量高的水泥水化热高,放热速度也快,不适用于大体积混凝土和抗硫酸盐混凝土。 2.2.1.4 Fe 2O 3 (三氧化二铁):经煅烧可与CaO和AI 2 O 3 化合生成C 4 AF。在水泥 生料中增加氧化铁含量,能降低水泥熟料的煅烧温度。但含量高时会使水泥的凝结过程和硬化过程变慢(缓凝),后期强度仍能长期增长,并能增强水泥的抗硫酸盐侵蚀性能。 2.2.1.5 MgO(氧化镁):是水泥原料中的不良杂质(后述)。 2.2.1.6 SO 3(硫酐):水泥中的SO 3 仅少部分来自水泥熟料,大部分是在水泥熟 料磨细时掺入的石膏(CaSO 4 )。适量的石膏,可有利于调节水泥凝结时间;但含量过多时,会破坏水泥的体积安定性。 2.2.1.7 K 2O、Na 2 O (碱分):即氧化钾、氧化钠,在水泥中是有害成分,能 导致水泥凝结时间变换不定;也能引起水泥石的表面风化(起霜)。若混凝土骨料内含有碱分时,混凝土将出现“碱骨料反应”。若水泥中含有碱分,即使骨料内不含碱分,水泥中的碱分也会与骨料中的酸性物质反应,在混凝土内部引起膨胀(碱集料反应)。 2.2.1.8 TiO 2(氧化钛):一般含量很少,不超过0.3%。少量TiO 2 可促进熟料 的很好结晶。 2.2.1.9 Mn 2O 3 (氧化锰):一般含量很少,也未发现其对水泥有何不良影响。 2.2.1.10 P 2O 5 (磷酐):在水泥中含量极微小,若含量能达到1~2%时,能起到 显著的缓凝作用。 2.3 水泥熟料中的矿物成分:

水泥浆比重

水泥浆的水灰比1:1(质量比),每立方水泥浆中水泥和水的用量各是多少呢怎么计 水密度1;水泥密度3.1; 水质量/水泥质量=水密度*水体积/水泥密度*水泥体积=1*水体积/3.1*水泥体积 =1 得出水体积:水泥体积=1:3.1 一立方水泥浆中水的体积占四点一分之一;水泥体积占4.1分之3.1 水泥搅拌桩水泥浆比重和水灰比的计算 2010-11-2120:05 水泥搅拌桩施工中的水灰比一般是设计给出。大体的范围介于0.4~0.5之间。这个假如是0.5来推算一些公式,供大家参考使用。 一、水泥浆比重的概念 1、水泥浆比重,是指水泥浆的重量与体积之比。比如是水灰比是0.5,那么我们可以计算出水泥浆的比重如下:假如是水是1,那么水泥是2,水的体积是1,水泥的体积是2/3.1(3.1是水泥的比重), 这样计算出水泥浆的比重为: (1+2)/(1+(2/3.1))=1.823 2、现场监测根据水泥浆的比重计算水灰比公式 现场水泥浆如何测算其水灰比,采用下面的公式很有用的。 我们使用NB-1水泥浆比重仪测量水泥浆的比重,然后反算这种水泥浆的水灰比。假如现场测量的水泥浆的比重为x,设定水灰比为n,公式如下(推算过程略): n=(3.1-x)/(3.1*(X-1)) 我们可以验证一下。我们假如测量的水泥浆的比重是1.823,那么计算水灰比就是: 1.277/ 2.551=0.50 ,就是0.5了与前面计算是一致的。 好了,这个供大家参考。 给大家一个nb-1水泥浆比重计使用说明 一、用途: NB-1型泥浆比重计是用于测定比重的仪器,其单位为克/立方厘米。 二、主要技术特性: 测量范围从0.96~3克/立方厘米,刻度分度值为0.01克/立方厘米,泥浆杯的容量为140立方厘米。 三、结构简要说明: 本型泥浆比重计是不等臂杠杆式仪器,它的主要部件,如图所示。 四、使用简要说明: 本泥浆比重计使用时,须将泥浆注入(3)泥浆杯内,齐平杯口为止,不要留有气泡,将杯盖(4)轻轻盖上,多余泥浆和空气即从杯盖中间小孔中排出,再将溢出的泥浆揩刷干净。然后把(1)杠杆的主刀口(2)放到底座(7)

水泥浆换算方法

水泥浆换算方法 水泥浆的水灰比1:1(质量比),每立方水泥浆中水泥和水的用量各是多少呢怎么计算。水密度1;水泥密度;水质量/水泥质量=水密度*水体积/水泥密度*水泥体积=1*水体积/*水泥体积=1得出水体积:水泥体积=1:;一立方水泥浆中水的体积占四点一分之一;水泥体积占分之水泥搅拌桩水泥浆比重和水灰比的计算水泥搅拌桩施工中的水灰比一般是设计给出。大体的范围介于~之间。这个假如是来推算一些公式,供大家参考使用。 一、水泥浆比重的概念 1、水泥浆比重,是指水泥浆的重量与体积之比。比如是水灰比是,那么我们可以计算出水泥浆的比重如下:假如是水是1,那么水泥是2,水的体积是1,水泥的体积是2/(是水泥的比重),这样计算出水泥浆的比重为:(1+2)/(1+(2/)= 2、现场监测根据水泥浆的比重计算水灰比公式 现场水泥浆如何测算其水灰比,采用下面的公式很有用的。我们使用NB-1水泥浆比重仪测量水泥浆的比重,然后反算这种水泥浆的水灰比。假如现场测量的水泥浆的比重为 x,设定水灰比为n,公式如下(推算过程略):n=()/(*(X-1))我们可以验证一下。我们假如测量的水泥浆的比重是,那么计算水灰比就是:= ,就是了与前面计算是一致的。 二、泥浆比重配合比 1、水泥浆: 水泥浆比重γ=(W/C+1)/( W/C+1/ 水灰比W/C=1:1 水泥浆比重 水灰比W/C= 水泥浆比重 水灰比W/C= 水泥浆比重 水灰比W/C= 水泥浆比重 每方水泥用量=1000*(1-空隙率)/(1/水泥表观密度+水灰比) 水泥浆比重=每方水泥用量*(1+水灰比)/1000如空隙率取2%,则:水泥浆比重=*(1+水灰比)/(1/水泥表观密度+水灰比) 2、因水的密度为1g/cm⒊,水泥密度为cm⒊(查手册). 那么水灰比为时γ=+1)/+1/≈cm⒊水灰比为:1时的水泥浆比重是多少=(1+/(1/+= 吨/立方米注:不计水与水泥化合、结晶等引起的体积变化

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