化学外加剂存在条件下水泥的溶解-沉淀水化理论研究
结题报告
批准号:
51778333
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
孔祥明
依托单位:
学科分类:
E0805.工程材料
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
杜雯、蒋凌飞、卢子臣、付孝谌、蔡熠、张朝阳
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中文摘要
现代混凝土工程对混凝土的凝结、强度发展等性能的精确控制提出了越来越高的要求。水泥水化是水泥混凝土凝结和强度发展的根源。水泥水化机理可简单总结为矿物溶解和产物沉淀两个过程。化学外加剂对水泥水化有重要影响,然而其内在机理远未揭示。本项目以水泥中最重要的矿物组分硅酸三钙C3S单矿的水化为研究对象,选取几种不同结构的聚羧酸减水剂、醇胺分子作为化学外加剂,将C3S的水化拆分为矿物溶解和产物沉淀两个独立过程,分别研究外加剂对这两个过程的影响机理。从溶液热力学、结晶溶解、沉淀物理化学的角度,来揭示外加剂与水泥的相互作用。通过研究外加剂与浆体液相离子的络合作用、矿物结晶表面蚀坑发展来揭示外加剂对矿物溶解的影响机理。通过研究化学外加剂对矿物表面的吸附包覆作用、对水化产物成核-生长过程的影响来揭示其对水化产物沉淀过程的影响规律,以期建立外加剂调控水泥水化的科学原理,为混土外加剂技术提升和工程应用提供科学指导
英文摘要
Modern concrete construction requires more and more precise control on setting and strength growth of concrete, which majorly originate from the continuous cement hydration. Cement hydration is composed of dissolution of clinker phases and precipitation of hydration products. It is well known that chemical admixtures have great impacts on cement hydration, whereas the fundamental mechanism behind is undisclosed. This project aims at understanding the interaction between selected chemicals admixtures (PCEs and alkanolamines) and C3S, which is the major component of Portland cement, from the aspects of solution thermodynamics, physicochemistry of dissolution and precipitation of crystalline phases. The impacts of chemical admixtures on dissolution of C3S phase are to be investigated by solution analysis of highly diluted C3S-water suspension and by observation of etch pit development on surface of C3S crystals. The effects of chemical admixtures on precipitation of CSH and CH during C3S hydration are studied by measurement of adsorption of chemicals on mineral surfaces and by following the nucleation and growth processes of hydration products using various techniques. The outcome of this project is to be used to establish working mechanisms of chemical admixtures for finely tuning cement hydration process and to guide the technology advancement and practical applications of chemical admixtures for concrete.
11现代混凝土工程对混凝土的凝结、强度发展等性能的精确控制提出了越来越高的要求。水泥水化是水泥混凝土凝结和强度发展的根源。水泥水化机理可简单总结为矿物溶解和产物沉淀两个过程。化学外加剂对水泥水化有重要影响,然而其内在机理远未揭示。本项目以水泥中最重要的矿物组分硅酸三钙C3S单矿的水化为研究对象,选取聚羧酸减水剂(PCE)、醇胺分子作为化学外加剂,分别研究外加剂对C3S单矿溶解过程以及C3S单矿水化产物氢氧化钙、C-S-H沉淀过程的影响机理。从溶液热力学、结晶溶解、沉淀物理化学的角度,来揭示外加剂与水泥的相互作用。.研究发现PCE对C3S水化的延缓作用与其对C3S溶解的影响无关。三乙醇胺通过与钙离子的络合,强烈抑制了氢氧化钙沉淀的成核和生长过程,显著破坏了氢氧化钙沉淀的晶格结构,使其六方棱柱状结构转变为垂直堆积或随机团聚的Ca(OH)2片状晶体,结晶尺寸大大减小。相反,三乙醇胺对C-S-H沉淀的抑制作用并不显著。PCE则通过在氢氧化钙的晶胚表面和晶体表面的吸附来抑制氢氧化钙的成核过程,并影响氢氧化钙的晶体生长习性。PCE通过插层、表面吸附以及空位嫁接的方式与C-S-H相互作用,导致C-S-H的比表面积增大。化学外加剂延缓水泥水化和水泥浆强度发展,主要源于其对水化产物成核生长的抑制作用。本项目建立了外加剂调控水泥水化的科学原理,为外加剂技术提升和混凝土低碳化、高性能化提供科学指导。.研究成果迄今发表SCI论文21篇,其中在顶级期刊Cement and Concrete Research发表论文8篇,Cement Concrete Composites发表论文3篇,Journal of American Ceramic Society发表论文1篇。21篇SCI论文迄今引用达238次,产生了重要的国际影响。项目负责人连续两年入选爱思唯尔“中国高被引学者”名单(2019、2020)。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.14062/j.issn.0454-5648.2019.05.01
发表时间:2019
期刊:硅酸盐学报
影响因子:--
作者:张朝阳;蔡熠;孔祥明;郝挺宇
通讯作者:郝挺宇
Fluidizing effects of polymers with various anchoring groups in cement pastes and their sensitivity to environmental temperatures
水泥浆体中具有不同锚定基团的聚合物的流化效应及其对环境温度的敏感性
DOI:10.1002/app.47494
发表时间:2019-05
期刊:Journal of Applied Polymer Science
影响因子:3
作者:Tian Hongwei;Kong Xiangming;Sun Jiangbo;Wang Dongmin;Huang Chunlong
通讯作者:Huang Chunlong
Directed self-assembly structure of a diblock copolymer with homopolymer-grafted particles
均聚物接枝颗粒二嵌段共聚物的定向自组装结构
DOI:10.1080/08927022.2018.1496247
发表时间:2018-07
期刊:Molecular Simulation
影响因子:2.1
作者:Sun Minna;Zhang Jinjun;Tang Dachun;Pan Junxing;Kong Xiangming
通讯作者:Kong Xiangming
Effects of comb-like PCE and linear copolymers on workability and early hydration of a calcium sulfoaluminate belite cement
梳状四氯乙烯和线性共聚物对硫铝酸钙贝利特水泥和易性及早期水化的影响
DOI:10.1016/j.cemconres.2019.105801
发表时间:2019-09-01
期刊:CEMENT AND CONCRETE RESEARCH
影响因子:11.4
作者:Su, Tong;Kong, Xiangming;Wang, Dongmin
通讯作者:Wang, Dongmin
Effect of highly carboxylated colloidal polymers on cement hydration and interactions with calcium ions
高度羧化胶体聚合物对水泥水化及与钙离子相互作用的影响
DOI:10.1016/j.cemconres.2018.08.010
发表时间:2018-11-01
期刊:CEMENT AND CONCRETE RESEARCH
影响因子:11.4
作者:Lu, Zichen;Kong, Xiangming;Cai, Yi
通讯作者:Cai, Yi
化学外加剂对水泥水化产物CSH的结构、性能的影响及调控
  • 批准号:
    51978380
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    孔祥明
  • 依托单位:
油气井固井水泥环的开裂机理、抗裂及自修复技术
  • 批准号:
    U1262107
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    45.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    孔祥明
  • 依托单位:
聚羧酸高分子减水剂的分子结构、水泥浆体微结构发展及其宏观性能
  • 批准号:
    51173094
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    孔祥明
  • 依托单位:
聚合物-沥青-水泥复合胶凝体系的凝结硬化机理及微观结构的研究
  • 批准号:
    50802050
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    孔祥明
  • 依托单位:
国内基金
海外基金