当前位置：宁波海螺水泥有限公司 > 产品服务 >

宁波耐火水泥|绍兴膨胀水泥|金华油井水泥|抗硫酸盐水泥

收藏 2019-11-15

所在地: 浙江省宁波市北仑区

产品分类: 宁波耐火水泥;绍兴膨胀水泥;金华油井水泥;湖州抗硫酸盐水泥;湖州低热和中热水泥;宁波水泥;

意向采购量:

留言询价联系方式

详细信息

宁波耐火水泥|绍兴膨胀水泥|金华油井水泥|湖州抗硫酸盐水泥|湖州低热和中热水泥

宁波耐火水泥|绍兴膨胀水泥|金华油井水泥|湖州抗硫酸盐水泥|湖州低热和中热水泥

化阶段的*体积变化产生明显的影响。

STUDYONHYDRATIONPROCESSOFPORTLANDCEMENTBYHELIUM

PYCNOMETRY

ZHANGChengguang，SUNZhenping，YANGXu，CHENChao，GEHaosheng

（KeyLaboratoryofAdvancedCivilEngineeringMaterialsofMinistryofEducation，TongjiUniversity）

Abstract:Thisstudymeasuredtheabsolutevolumechangeofcementpasteincementhydration

bypycnometry.Basedontheabsolutevolumechangecurveofcementpaste,hydrationprocessof

Portlandcementcanbedividedinto4stages,whichareflashshrinkagestage,shrinkage

suspensionstage,fastshrinkagestageandshrinkageslowdownstage.Obviousabsolutevolume

changeofcementpasteoccurredinflashshrinkagestageandfastshrinkagestage,andthechange

rangeswerehuge,whicharebasicallyrelatedtothehydrationofC3AandC3S.Theabsolutevolumechangeofcementpastekeptdecreasinglinearlywithaveryslowrateinshrinkage

suspensionstage,andthemechanismofthisstageseemstofitthesaturationtheory.Differently,

therecameup“inflation”illusionontheabsolutevolumechangecurveofcementpastein

shrinkageslowdownstage,andthecurvecannotreflecttherealabsolutevolumechangeof

cementpasteanymore.However,thisphenomenoniscloselyrelatedtothedevelopmentofthe

porestructureofcementpaste,whichhasanimportantguidingsignificanceforthe

-----------------------------------------------------Page1-----------------------------------------------------

characterizationofcementhydrationbehavior.Watertocementratiocanaffectnotonlythe

hydrationprocessofPortlandcement,butalsotheabsolutevolumechangeofcementpastein

eachhydrationstage.

Keywords:Heliumpycnometry;absolutevolumechange;cement;hydrationprocess

前言

中的水化过程，在实际工程应用中，混凝土的各项性能是在半绝热而非准等温的条件下发展

自动性等测试要求，无法对其进行合理表征。但是，同样以测试样品*体积(变化)为基

础的氦流法却可能是一个较为理想的选择。氦流法是根据阿基米德定律置换流体法和波义耳

定律来测定固体或浆料物质*体积的方法，其在常温常压下即可对样品进行原位、无损测

试，通常采用原子序数*小的惰性气体氦气作为环境气氛。目前，该系列仪器已经被广泛用

于食品[9]、材料[10,11]、石油[12]、植物学[13]等多个研究领域，其准确性已经得到了各行各业

面积的测定、孔隙特征的表征等方面，通常是非连续性测试[13,14]。考虑到氦流法具有连续

1.实验

1.1原材料

物理性能见表2。本文所用水为去离子水。

-----------------------------------------------------Page2-----------------------------------------------------

Table1Chemicalandmineralcompositionsofreferencecement/%宁波耐火水泥|绍兴膨胀水泥|金华油井水泥|湖州抗硫酸盐水泥|湖州低热和中热水泥

SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3Na2OK2OC3SC2SC3AC4AF

19.905.344.1561.603.912.390.080.4957.7713.487.1112.62

Table2Physicalpropertiesofreferencecement

Density/

(kg·m-3)

Specificsurfacearea/

(m2·kg-1)

Waterrequirementof

normalconsistency

Settingtime/min

InitialsettingFinalsetting

32103600.267130165

1.2试验方法

(1)进行计算和修正。

(1)

式中：

Nt——采用氦流法测试过程中在t时刻已完成的循环次数，次；N——采用氦流法测试前设定的循环总数，次；

ρw——水的真密度，g·cm-3。

时刻的*体积变化可以通过式(4)计算得到。

(2)

(3)

-----------------------------------------------------Page3-----------------------------------------------------

(4)

式中：

μ——水灰比；

(代用法)进行。

凝结时间、安定性检验方法》(GB/T1346-2011)中规定的拌制方法进行，试件成型所用模具

的尺寸为20mm×20mm×20mm，测试时压力机的加载速率为(2400±200)N·s-1。

用日本D/MAX2550VB3+/PC型X射线衍射分析仪、德国NETZSCHSTA449C型综合热分

析仪以及贝士德仪器科技(北京)有限公司3H-2000PS2型静态容量法比表面及孔径分析仪

进行。

2.结果与讨论

优点。

下降趋势，水化放热速率曲线出现一个放热峰，该阶段与水化热法的溶解期相对应；2)收

积以极小的速率呈线性规律缓慢减小，水化放热速率保持在一个极低的水平，该阶段与水化

-----------------------------------------------------Page4-----------------------------------------------------

象，且体积变化的幅度较大，其变化曲线的微膨胀段可与水化放热速率曲线的加速段相对应，

对体积出现反常的“膨胀”现象，而水化放热速率则降到基本为零，该阶段与水化热法的稳定

期相对应。

Figure1HydrationprocessofPortlandcementdividedbypycnometryandheatflow

2.2不同水化阶段的水化行为分析

2.2.1极速收缩期

-----------------------------------------------------Page5-----------------------------------------------------

AFt，石膏含量有所减少，而其他成分的含量则变化不大，且XRD图谱中并没有发现Ca(OH)2的特征峰。这可能是由于C3S快速水化产生的Ca(OH)2含量极少而无法被检测到所致。

1-AFt2-C3S3-C3A4-C2S

5-C4AF6-C?H2

1652

6252

42225523

5222

Anhydrous

cement

10203040506070

2θ/°

Figure2XRDpatternsofanhydrouscementandhydratedcementpasteattheageof1h

2.2.2收缩暂停期

-----------------------------------------------------Page6-----------------------------------------------------

Figure3Absolutevolumechangeofcementpasteinshrinkagesuspensionstage

成所需*大饱和浓度的时间，从而导致收缩暂停期的出现。长期以来，国内外学者围绕这两

宁波耐火水泥|绍兴膨胀水泥|金华油井水泥|湖州抗硫酸盐水泥|湖州低热和中热水泥

-----------------------------------------------------Page7-----------------------------------------------------

化产物中，但其特征峰强度极低。这与上文所述欠饱和度理论的描述基本一致。缓慢的溶解

测出来。

1-AFt2-C3S

422

3-C3A4-C2S

5-C4AF6-C?H2

7-CH

16527622

553

222

10203040506070

2θ/°

Figure4XRDpatternsofhydratedcementpasteinshrinkagesuspensionstage

100

1h3h

0.006

0.004

0.002

0.000

AFt

Gypsum

-0.002

-0.004

02004006008001000

Temperature/℃

-----------------------------------------------------Page8-----------------------------------------------------

Figure5TG-DTApatternsofhydratedcementpasteinshrinkagesuspensionstage

2.2.3快速收缩期

本文所述快速收缩期(3h~13h)与水化热法中的加速期和减速期相对应，如图1所示。

变化曲线的微膨胀段可与水化放热速率曲线的加速段相对应，而其急剧收缩段则可与水化放

热速率曲线的减速段相对应。

可以采用多次方程对其特征曲线进行拟合，如图6所示。从图中可以看出，拟合曲线的Adj.

R-Square非常接近1，说明拟合效果良好。值得注意的是，在约(3~6)h的水化时间内，水

泥浆体*体积变化曲线上反映出有微膨胀现象。从水化反应角度考虑，这一现象显然是反

常的，因为快速收缩期所发生的主要水化反应，如C3S的水化和C3A的水化，均会导致水

情况，对工程实践具有重要的指导意义。

收缩暂停期的拟合直线与快速收缩期的拟合曲线的交点即为快速收缩期开始的时间节点，其

通常与微膨胀峰开始出现的时间节点重合。

------------------------------宁波耐火水泥|绍兴膨胀水泥|金华油井水泥|湖州抗硫酸盐水泥|湖州低热和中热水泥-----------------------Page9-----------------------------------------------------

Figure6Absolutevolumechangeofcementpasteinfastshrinkagestage

有重要意义。关于快速收缩期的触发，研究表明[29,32,33]，Ca(OH)2发生沉淀，使钙离子浓度

稳并发生相变，转化为更稳定的C-S-H(II型)，致使收缩暂停期结束，快速收缩期开始。但是，Ca(OH)2的生成并不是快速收缩期触发的必要条件[34]，只是快速收缩期开始所伴随的重要特征，硅酸根离子的大量出现才是其根本原因[35]。快速收缩期的加速段通常被认为是化

学反应控制，而其减速段则是扩散作用控制。其实，这两个作用贯穿着快速收缩期的始终，

长空间减少，成核位点数量增速减缓，甚至成核位点数量开始减少，化学反应对水化速率的

影响逐渐减弱，扩散作用的影响开始逐渐增强，化学反应控制逐渐转变为扩散作用控制。在

程，正是化学反应和扩散作用共同作用的结果。

-----------------------------------------------------Page10-----------------------------------------------------

体快速收缩期的水化机理的描述基本一致。此外，从图中还可以发现，石膏在这一阶段已全

部溶解，这可能是由于C3A的进一步水化所致。

1-AFt2-C3S3-C3A4-C2S

152

5-C4AF6-C?H2

7-CH

22212h

10203040506070

2θ/°

Figure7XRDpatternsofhydratedcementpasteinfastshrinkagestage

100

3h8h12h

0.006

0.004

0.002

0.000

AFt

Gypsum

-0.002

-0.004

02004006008001000

Temperature/℃

Figure8TG-DTApatternsofhydratedcementpasteinfastshrinkagestage

2.2.4收缩趋缓期

-----------------------------------------------------Page11-----------------------------------------------------

体快速收缩期的结束，即收缩趋缓期的开始。

Figure9Absolutevolumechangeofcementpasteinshrinkageslowdownstage

宁波耐火水泥|绍兴膨胀水泥|金华油井水泥|抗硫酸盐水泥

越来越明显，C-S-H成核变得非常困难，早已形成的C-S-H趋向于变得更加密实。图10为

宁波耐火水泥|绍兴膨胀水泥|金华油井水泥|湖州抗硫酸盐水泥|湖州低热和中热水泥

孔径逐渐减小。其中，其在快速收缩期(6h~12h)的减小速率和幅度较大，而在收缩趋缓

期(>12h)则较为缓慢。同时，从BJH法*可几孔径的变化情况可以看出，在快速收缩期

泥浆体的*可几孔径即已变得极小，约为4nm，并以一个极低的速率继续缓慢减小。这说

宁波耐火水泥|绍兴膨胀水泥|金华油井水泥|抗硫酸盐水泥

也进一步证明了上述分析结果。

-----------------------------------------------------Page12-----------------------------------------------------

宁波耐火水泥|绍兴膨胀水泥|金华油井水泥|抗硫酸盐水泥

Figure10Poresizedistributionandspecificsurfaceareaofcementpasteatdifferenthydration

agestestedbyBET

速率较慢。

公司名片

联系人：都勇

所在地：浙江省宁波市北仑区

地址：浙江省宁波市北仑区新碶\下三山

身份认证：

电话咨询 189****2257

产品服务分类

水泥

自应力硫铝酸盐水泥