微观表征法研究煤矸石改性水泥砂浆水化机理

煅烧煤矸石-页岩制备生态水泥的试验研究佘晓燕;林勇康;吴小淦;谢正奋【摘要】以煅烧的煤矸石-页岩为主要原料,配加矿渣粉和激发剂制备生态水泥.采用XRD分析方法和火山灰活性试验法,确定了煤矸石-页岩的最佳配合比和最佳煅烧制度.试验确定原料的最佳质量比为:煤矸石-页岩煅烧样45％、矿粉35％、CaO15％、脱硫石膏5％及外掺0.6％聚羧酸高效减水剂,按该配比制备的生态水泥强度达到32.5级普通硅酸盐水泥的要求.同时,采用扫描电镜对生态水泥不同龄期水化产物的显微结构进行了分析.【期刊名称】《新型建筑材料》【年(卷),期】2014(041)001【总页数】4页(P46-49)【关键词】煤矸石;页岩;煅烧;生态水泥【作者】佘晓燕;林勇康;吴小淦;谢正奋【作者单位】广东龙湖科技股份有限公司,广东汕头515041;梅州淦源建材科技有限公司,广东梅州514000;梅州淦源建材科技有限公司,广东梅州514000;梅州淦源建材科技有限公司,广东梅州514000【正文语种】中文【中图分类】TQ172.78干混砂浆是一种由胶凝材料、细集料、矿物掺合料、化学添加剂等均匀混合而成的建筑砂浆，具有质量稳定、便于施工、可利用废料、利于环保等方面的优越性。

随着现代住宅建设的发展和人们对居住环境的日益关注，以及建筑工业对建筑工艺要求的不断提高，对建筑砂浆的强度、功能性等提出了更高的要求，传统砂浆由于种种缺陷而无法满足现代建筑的要求。

因此，发展干混砂浆是未来发展的一个主要方向。

在建筑系统中，不仅对新拌砂浆的保水性和增稠性提出严格的要求，还对砂浆的施工性、抗流挂性、触变性、防沉降性及泵送性都有不同程度的要求，这就要求我们在砂浆产品中选择合适的流变助剂来满足其性能。

蒙脱石黏土系层状硅酸盐类，它们能在水中膨胀，是应用广泛的流变助剂。

锂蒙脱石是矿物中蒙脱石类的一员，为天然产层状膨胀黏土族，其包括锂蒙脱石、膨润土（蒙脱石）和皂石，由于锂蒙脱石和膨润土的可采用性和效果，故最为重要。

中国矿业大学2013级博士研究生课程考试试卷考试科目新型土木工程材料考试时间2014.1学生姓名陈晓淼学号ZS********所在院系力建学院任课教师吕恒林教授中国矿业大学研究生院培养管理处印制煤矸石混凝土性能研究陈晓淼 ZS13030029 力建学院摘要：煤矸石是煤炭行业发生的废物之一，对环境有严重的污染。

目前我国现有煤矸石储量巨大，且逐年剧增，若不进行合理的利用，将产生巨大的社会、经济和环境的损失。

利用煤矸石生产集料来拌制水泥混凝土，可以大量减少土木工程中对天然集料的使用量，具有较好的经济效益和社会效益。

煤矸石混凝土主要包括两种，一种是掺入水泥中作为胶凝材料；另一种是作为粗细骨料替代天然砂和天然石。

煤矸石混凝土的性能主要包括耐久性和力学性能，力学性能主要以抗压强度和抗折强度作为衡量指标，耐久性主要以抗渗、抗冻、干燥收缩、透水系数、抗裂性、抗氯离子渗透、耐磨性、护筋性、碱骨料反应等作为衡量指标。

本文主要从煤矸石混凝土的耐久性和力学性能两方面对现有两种煤矸石混凝土的研究进行综述，分析利用煤矸石进行制作混凝土的可行性，为实际中进一步应用煤矸石混凝土提供可用的配比和应用指导。

关键词：煤矸石；混凝土；耐久性；力学性能；1引言煤矸石是煤炭开采和加工过程中排出的废弃岩石，是一种在煤形成过程中与煤层伴生的含碳量较低的岩石。

当煤矸石受到降雨等因素而处于浸水状态时，其中的粉尘和有害离子就会污染环境[1]。

综上所述，今后相当长时间内，煤炭在能源中将仍占主要地位，其产生的煤矸石严重危害生态环境，如能对其进行开发利用，便可实现废弃物重利用且减少对环境的危害，具有显著经济社会环境效益，用煤矸石生产混凝土是一条很好的路径。

目前已有许多学者进行相关研究，然而目前为止的研究，其内容过于复杂，本文仅从宏观上对煤矸石混凝土力学性能和耐久性进行研究综述。

分析影响煤矸石混凝土力学性能和耐久性的影响因素，以期通过改变优化影响因素实现煤矸石混凝土性能的提升，并提出适合实际工程的优化配合比，对实际工程应用提出指导建议。

煤矸石改性的研究进展
王丹萍;李巧玲
【期刊名称】《现代化工》
【年(卷),期】2014()8
【摘要】对国内外煤矸石的改性及其制备性能优异的化工材料的情况进行了综述,阐述了煤矸石通过改性制备吸附剂、橡胶补强填充剂、塑料填充剂的研究现状。

分析了煤矸石在改性中存在的问题,并在煤矸石改性作负载型光催化剂等方面提出了建设性的意见。

【总页数】3页(P50-52)
【关键词】煤矸石;改性;吸附剂;填充剂;负载型光催化剂
【作者】王丹萍;李巧玲
【作者单位】中北大学理学院化学系
【正文语种】中文
【中图分类】TD849
【相关文献】
1.改性煤矸石的药剂选择及改性机理的研究 [J], 崔建涛;张鸿波
2.硅烷偶联剂改性煤矸石粉沥青胶浆路用性能及改性机理 [J], 冯新军;陈旺;李旺
3.活化煤矸石粉SBS改性沥青胶浆路用性能和改性机理 [J], 冯新军;解明卫;陈旺;康起;李旺
4.纤维和煤矸石粉对膨胀土胀缩特性改性研究 [J], 朱红星;张雁;任建国
5.锌改性煤矸石的制备及其对废水中磷酸盐的吸附去除 [J], 张给禄;张梦瑶;刘义青;周建民;付永胜
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水泥水化过程的微观分析与模拟水泥是一种广泛应用于建筑结构中的基础材料。

它的制造过程包括将粉状水泥与水混合组成混凝土。

在水泥加水的过程中，水泥中所含有的微观成分开始进行水化反应，最终形成固体混凝土。

这个水化过程是非常复杂的，需要使用先进的模拟技术进行研究。

水泥的主要成分是氧化钙(CaO)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)和氧化铁(Fe2O3)等化学物质。

在水泥制造过程中，这些化学物质被石灰石和干法粉磨所产生的其他原料热解和反应，最终形成熟料。

在熟料中，化学反应尚未完成，在进行水化反应之前，熟料必须先通过研磨和混合等过程被加工成所需的水泥。

当水加入熟料中时，水开始与水泥中的成分发生化学反应。

在这个过程中，水泥在分子水平上进行了拆分，这就是水泥在水化反应过程中膨胀的原因。

水分子在水中被称为氢氧离子(H+)和氢氧根离子(OH-)，当它们接触到水泥中的矿物质时，就开始与包裹在石灰石和粘土矿物表面的剩余离子进行反应。

这些反应极其复杂，涉及到大量的中间产物和离子，如石灰石(CaCO3)、石英(SiO2)、黏土矿物和放线菌等。

在这种复杂的体系中，即使是视频观察也很难获得关于化学过程发展的准确信息。

在这个过程中，模拟技术可以帮助我们更好地理解水泥的化学变化。

通过计算机上的化学模型，我们可以模拟水泥中可能发生的化学反应，从而预测最终形成的化合物。

这些模型考虑了水、氢氧离子和各种离子的浓度、温度和多相交互，可以为相关阶段的化学反应提供合理预测，同时考虑了多种与水化水泥相关的条件。

在水泥水化过程中，常采用多种模拟方法，如分子动力学模拟和Monte Carlo 模拟。

这些模拟技术允许我们更好地理解水泥中的化学变化和发展，为水泥的使用和生产提供了有力的评估和支持。

分子动力学模拟方法基于牛顿力学原理，用数值模拟计算分子之间相互作用引起的动态行为，用于研究水泥中的小分子结构、表面活性等。

Monte Carlo模拟是一种更加异质的方法，可以为多相反应提供全面的描述，包括水、矿物、集成氢氧离子的缝合物以及其他化学物质的交互。

混凝土中水泥水化反应的原理一、水泥的成分和特性水泥是混凝土的主要成分，其主要成分为熟料和石膏。

熟料是指将石灰石和粘土等原料在高温下煅烧得到的矿物物质，其中主要成分为三氧化二铝和二氧化硅。

石膏则是用于调节水泥硬化过程中的凝结时间和硬化性能的一种添加剂。

水泥的主要特性包括初凝时间、终凝时间、强度和耐久性等。

二、水泥水化反应的基本过程水泥在混凝土中的主要作用是通过水化反应形成胶凝体，填充空隙并形成强度。

水泥水化反应的基本过程可分为以下几个阶段：1. 水化初期水泥与水发生反应，形成硬化物质和水化热。

水化初期的主要反应是三氧化二铝和水的化学反应，产生氢氧化铝胶体和放热。

这个阶段的特点是反应速度快、放热量大、强度增长较慢。

2. 胶凝期随着水化反应的进行，氢氧化铝胶体逐渐成熟，形成更加稳定的硅酸盐胶凝体。

胶凝期的主要反应是氢氧化铝胶体和硅酸盐之间的反应，产生硅酸钙胶凝体。

这个阶段的特点是反应速度减慢、放热量减少、强度增长较快。

3. 强化期随着胶凝体的形成，水泥石的强度逐渐增加。

强化期的主要反应是硅酸盐胶凝体的晶化和形成更加稳定的结构。

这个阶段的特点是反应速度缓慢、放热量减少、强度增长较快。

4. 稳定期水泥水化反应的最后阶段是稳定期。

此时，水泥石的强度基本上已经达到了稳定状态。

稳定期的主要反应是水泥石结构的继续稳定和硬化过程的结束。

三、水泥水化反应的影响因素水泥水化反应的速度和强度受到多种因素的影响，包括水泥熟料的成分、水泥的质量、混凝土配合比、水泥与水的接触方式等。

1. 水泥熟料的成分水泥熟料的成分对水泥水化反应的速度和强度有很大的影响。

一般来说，熟料中的三氧化二铝含量越高，水泥的早期强度越高，但晚期强度可能降低。

二氧化硅含量较高的熟料可提高水泥的晚期强度。

石膏的添加量也会影响水泥水化反应的速度和强度。

2. 水泥的质量水泥的质量对水泥水化反应的速度和强度也有很大的影响。

水泥的烧制温度、磨细度、比表面积等因素都会影响水泥的水化反应速度和强度。

混凝土中的微观结构分析方法一、引言混凝土是一种最常见的建筑材料，它的性能直接影响着建筑物的结构安全和耐久性。

混凝土的性能与其微观结构密切相关，因此了解混凝土中的微观结构对于混凝土的性能分析和优化至关重要。

二、混凝土中的微观结构混凝土是由水泥、砂、骨料和水按一定比例混合而成的复合材料。

混凝土中的微观结构包括水泥石、砂浆骨料界面带和孔隙结构。

1. 水泥石水泥石是由水泥和水在一定时间内反应形成的胶结材料。

水泥石的主要成分是硅酸钙凝胶和水化硬化产物。

硅酸钙凝胶是水泥中最重要的反应产物之一，其具有很强的胶凝性和粘附性。

水化硬化产物包括钙硅石、钙铝石等，它们填补了水泥石中的孔隙，提高了水泥石的密实度和强度。

2. 砂浆骨料界面带砂浆骨料界面带是砂浆和骨料之间的过渡区域。

它包括砂浆中的水泥石和骨料表面的胶凝材料。

砂浆骨料界面带的质量和强度影响着混凝土的强度和耐久性。

3. 孔隙结构混凝土中的孔隙主要包括毛细孔、小孔和大孔。

毛细孔是直径小于50nm的微小孔隙，它们主要由水化产物中的毛细孔和水泥石中的孔隙组成。

小孔的直径在50nm到500μm之间，大孔的直径大于500μm。

混凝土中的孔隙结构直接影响着混凝土的强度和耐久性。

三、混凝土中微观结构分析方法混凝土中的微观结构分析包括物理试验、化学试验和显微镜观察等方法。

1. 物理试验物理试验是通过测量混凝土的物理性质来分析混凝土中的微观结构。

常用的物理试验包括密度测定、孔隙率测定、毛细孔压汞试验、吸水性测定和渗透试验等。

（1）密度测定密度是衡量混凝土密实程度的重要指标。

通过测定混凝土的密度，可以了解混凝土中的孔隙率和孔隙结构。

常用的密度测定方法包括水中置换法、直接法和包容法等。

（2）孔隙率测定孔隙率是混凝土中孔隙的体积占总体积的比例。

通过测定混凝土的孔隙率，可以了解混凝土中孔隙的分布和孔隙结构。

常用的孔隙率测定方法包括质量法、水中置换法和包容法等。

（3）毛细孔压汞试验毛细孔压汞试验是一种通过测定混凝土中毛细孔的孔径和孔隙率来分析混凝土中的微观结构的方法。

利用X射线衍射技术研究水泥混凝土中水化产物的形成机制一、引言水泥混凝土是建筑工程中最常见的材料之一，其力学性能和耐久性能直接影响到工程的质量和寿命。

水泥混凝土的强度和耐久性主要与水化产物的形成和分布有关。

因此，研究水泥混凝土中水化产物的形成机制对于提高水泥混凝土的力学性能和耐久性能具有重要意义。

X射线衍射技术是一种非常有效的手段，可用于研究水泥混凝土中水化产物的形成机制。

本文主要讨论利用X射线衍射技术研究水泥混凝土中水化产物的形成机制。

二、水泥混凝土中的水化产物水泥混凝土中的水化产物主要包括硅酸盐凝胶、水化钙硅酸盐、水化铝酸盐、氢氧化钙等。

这些水化产物的形成过程非常复杂，受到多种因素的影响，如水泥的成分、水泥与水反应的时间和温度等。

因此，研究水泥混凝土中水化产物的形成机制需要进行深入的研究。

三、X射线衍射技术X射线衍射技术是一种非常有效的手段，可用于研究水泥混凝土中水化产物的形成机制。

该技术利用X射线的波长和晶格距离之间的关系，对物质的晶体结构进行分析。

具体来说，当X射线射向晶体时，它们会被晶体的原子排列所散射，形成衍射图案。

通过分析衍射图案，可以确定晶体的晶格参数、晶体的结构、组成和有序程度等信息。

因此，X射线衍射技术可以用于研究水泥混凝土中水化产物的晶体结构和组成。

四、利用X射线衍射技术研究水泥混凝土中水化产物的形成机制1. 实验方法在实验中，首先需要制备水泥混凝土试件，并在不同时间内进行采样。

然后，利用X射线衍射技术对采样的样品进行分析，得到相应的衍射图谱。

最后，通过分析衍射图谱，确定水泥混凝土中水化产物的晶体结构和组成，并研究水化产物的形成机制。

2. 实验结果实验结果表明，水泥混凝土中的水化产物主要包括硅酸盐凝胶、水化钙硅酸盐、水化铝酸盐、氢氧化钙等。

其中，硅酸盐凝胶是水泥混凝土中最主要的水化产物，其占总水化产物的比重超过50%。

此外，实验结果还表明，水泥混凝土中水化产物的形成过程是一个动态的过程，随着时间的推移，水化产物的类型和数量会发生变化。

水泥水化动力学及其应用研究水泥是建筑工程中一种必不可少的材料。

它具有硬化性和可塑性，可以粘合各种建筑材料。

水泥的制备需要经过水泥水化反应过程，水化动力学是研究水泥在不同条件下水化反应速率和机理的学科。

水泥水化动力学研究对于改善水泥低碳化、提高水泥性能、研制新型水泥等方面有着重要的意义。

水泥的水化过程分为凝胶化阶段和结晶化阶段。

在凝胶化阶段，水泥与水反应生成糊状物质，这个阶段水化产物的表观反应速率受到温度、水泥成分、水-水泥比等多种因素的影响。

当水化产物的体积达到稳定后，进入结晶化阶段，水化产物会继续以晶态形式拼接成一定大小和形状的晶体。

水泥水化动力学研究可以为探究水泥的水化反应机理提供理论基础。

研究发现，增加水泥用量或减小水-水泥比可以降低水化反应速率，使得水泥的水化反应时间延长。

此外，温度也是影响水化反应速率的因素之一。

当温度增加时，水泥水化反应速率加快。

水泥水化动力学的研究对水泥性能和性质的改善具有很重要的作用。

高温水化处理可以促进水泥结晶化，得出具有高维气孔和高强度的水泥制品，提高水泥的力学性能。

而固定化温度处理可以利用水泥材料本身存在的反应缝隙填充物质来进行较长时间的水化反应，从而减缓水泥材料的龄期和降低水泥材料的环境敏感性。

此外，研究表明，利用超细水泥掺配水泥可以有效降低水泥生产过程中消耗的能量和减少CO2的排放。

水泥凝结过程的控制和优化也是水泥水化动力学研究的目标之一。

水泥水化反应过程在一定条件下可实现自控。

一些研究提出了基于反馈控制的水泥水化动力学模型，可以实现自控制水泥凝聚过程。

水泥水化动力学研究的应用已经被广泛地应用于现代建筑领域。

在水泥的制备方面，研究人员可以通过控制水泥材料和生产过程来生产具有更好细观结构和性能的水泥。

此外，在建筑领域还可以利用水泥水化动力学来研究钢筋混凝土的性能和优化混凝土的配制方案。

针对混凝土存在龄期过长和早期强度低等问题，一些研究利用添加物质将水泥水化反应速率促进，以起到加快混凝土龄期和提高混凝土的早期强度等作用。