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水化硅酸镁胶凝材料研究进展

硅酸盐学报 2019年第11期47卷 1642-1651页

作者：宋强胡亚茹王倩张军陈延信西安建筑科技大学材料科学与工程学院

可溶性SiO2与MgO反应可形成水化硅酸镁凝胶[(MgO)x–SiO2–(H2O)y,M-S-H]。M-S-H凝胶的组成可变,结晶度差,硅氧四面体呈层状结构,对体系抗压强度起主要作用。M-S-H凝胶形成速率依赖于反应物的活性,活性MgO和硅灰是常见的反应物,该混合... 详细信息

可溶性SiO2与MgO反应可形成水化硅酸镁凝胶[(MgO)x–SiO2–(H2O)y,M-S-H]。M-S-H凝胶的组成可变,结晶度差,硅氧四面体呈层状结构,对体系抗压强度起主要作用。M-S-H凝胶形成速率依赖于反应物的活性,活性MgO和硅灰是常见的反应物,该混合物遇水放热,放热速率与MgO活性密切相关,浆体溶液呈弱碱性,被认为在建筑材料领域有潜在应用价值。系统总结了M-S-H反应机理、组成特点、孔溶液化学、水化热、工作性和强度演化规律及其影响因素,同时分析了Mg^2+对C-S-H和Ca^2+对M-S-H的作用机理,展望了水化硅酸镁胶凝材料发展前景。

关键词：水化硅酸镁反应机理氧化镁硅灰

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水化硅酸镁脱水相再水化特性

广东水利水电 2022年第7期 1-7页

作者：李兆恒周仁琦马玉玮广东省水利水电科学研究院广州510635 广东省水利新材料与结构工程技术研究中心广州510635 中国电建集团海南电力设计研究院有限公司海口571100 广州大学广州511400

采用XRD、热分析、扫描电镜和抗压强度等方式,研究了水化硅酸镁(M-S-H)在不同煅烧温度下(200℃、500℃、700℃和900℃)脱水相组成和再水化后的产物、微观结构变化及力学性能再生性。实验结果表明:煅烧温度较低时M-S-H脱水相反应产物主要... 详细信息

采用XRD、热分析、扫描电镜和抗压强度等方式,研究了水化硅酸镁(M-S-H)在不同煅烧温度下(200℃、500℃、700℃和900℃)脱水相组成和再水化后的产物、微观结构变化及力学性能再生性。实验结果表明:煅烧温度较低时M-S-H脱水相反应产物主要为MgO、Mg(OH)_(2)、M-S-H凝胶与少量硅酸镁结晶相,随着煅烧温度的升高,试样水分蒸发,产物发生转变,Mg(OH)_(2)和M-S-H凝胶含量减少,MgO、MgSiO_(3)和Mg_(2)SiO_(4)含量增加。900℃左右M-S-H凝胶已经消失,此时反应产物活性最低。对脱水相再水化产物进行研究,M-S-H脱水相发生了再水化,产物得到了恢复,养护至一定龄期的试样结构致密并具备一定的抗压强度。

关键词：水化硅酸镁脱水相再水化

植物纤维/水化硅酸镁复合材料的制备与力学性能研究

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植物纤维/水化硅酸镁复合材料的制备与力学性能研究

作者：高健西南科技大学

学位级别：硕士

使用纤维对水泥基材料进行增强增韧是现代高性能水泥基材料研究的主要方向之一。作为一种极易获取且绿色经济的可再生资源,植物纤维的掺入不仅能改善水泥基材料的力学性能,还可以改善保温、隔音等物理性能,因此将植物纤维代替人工纤维... 详细信息

使用纤维对水泥基材料进行增强增韧是现代高性能水泥基材料研究的主要方向之一。作为一种极易获取且绿色经济的可再生资源,植物纤维的掺入不仅能改善水泥基材料的力学性能,还可以改善保温、隔音等物理性能,因此将植物纤维代替人工纤维制作纤维增强水泥基复合材料的研究近年来广受关注。然而,硅酸盐水泥基体高碱性环境对植物纤维的矿化和降解劣化是其应用的最大障碍。本论文立足于植物纤维在不同碱性基体中的劣化问题,首先提出以碱性较低的水化硅酸镁胶凝材料(M-S-H)与水化产物单一的水化硅酸钙胶凝材料(C-S-H)基体作为复合材料增强基体,研究了两种胶凝材料的力学性能与物相组成;并研究了竹浆纤维增强两种基体所制备复合材料的物理、力学性能及纤维劣化情况;在此基础上,系统探讨了竹浆和剑麻两种纤维对M-S-H、C-S-H及普通硅酸盐水泥三种基体的增强效果,所制备复合材料的耐久性与纤维的劣化规律;最终选择以水化硅酸镁为增强基体,通过竹浆纤维与剑麻进行不同比例混掺,制备出力学性能优异且耐久性强的混杂植物纤维/水化硅酸镁复合材料。(1)以高活性硅灰、氧化镁和生石灰作为原材料制备出M-S-H与C-S-H净浆试样,并研究了Mg/Si摩尔比和Ca/Si摩尔比在0.7～1.6之间试样抗压强度及物相组成的变化规律。在此基础上固定Mg/Si摩尔比和Ca/Si摩尔比,探讨标养和70、80、90℃蒸养方式对两种胶凝材料体系性能的影响规律。研究结果表明,随着摩尔比的增加两种试样的抗压强度均呈先增加后下降的趋势,当Mg/Si摩尔比和Ca/Si摩尔比为1.3时,两种胶凝材料的抗压强度最好,且此时试样中生成的M-S-H与C-S-H凝胶含量最多。此外,在固定Mg/Si摩尔比和Ca/Si摩尔比为1.3时,标养条件下两种试样的力学强度发展均比较缓慢,在标养120d后试样的抗压强度略等同于80℃蒸养2d试样的强度。结合试样物相分析和SEM分析结果发现,标养条件下两种试样早期水化反应主要生成大量Mg(OH)和Ca(OH),M-S-H与C-S-H凝胶的生成则在标养龄期60d之后,而蒸养条件可大幅缩短凝胶的生成时间。(2)以4～20wt.%掺量的竹浆纤维为增强纤维,以Mg/Si和Ca/Si摩尔比为1.3的M-S-H与C-S-H试样为基材,通过抄取法制备了竹浆纤维/水化硅酸镁复合材料(BFMSC)和竹浆纤维/水化硅酸钙复合材料(BFCSC),研究了蒸养与标养相结合方式下不同纤维掺量复合材料在不同龄期下物理、力学性能的变化规律,不掺纤维的M-S-H与C-S-H试样以同样的方式制备作为对比。结果表明,随着竹浆纤维掺量的增加,两种复合材料的表观密度均逐渐降低,吸水率逐渐升高,抗弯强度和断裂韧性均随竹浆纤维掺量的增加而大幅提升,纤维掺量为20 wt.%时,蒸养2 d BFMSC与BFCSC的抗弯强度分别较未掺纤维的对照组提高了11.9和9.9倍,断裂韧性提高了492和515倍。同时,相同纤维掺量下复合材料的抗弯强度均随龄期延长而持续增加,而荷载-挠度曲线表明BFMSC仍然呈现延性断裂,其挠度总体上保持稳定,而BFCSC则有从延性断裂向脆性断裂发展的趋势。(3)以竹浆纤维和剑麻纤维为增强材料,以M-S-H、C-S-H和普通硅酸盐水泥为基体材料,制备复合材料,通过干湿老化循环试验对复合材料的耐久性以及植物纤维在不同碱性基体中的劣化行为开展研究。研究结果发现,竹浆纤维对三种基体均有着明显的增强和增韧作用,而剑麻则主要起到增韧作用。此外,M-S-H基体复合材料的耐久性明显优于C-S-H基体复合材料,而水泥基复合材料的耐久性能最差。以竹浆纤维为增强材料为例:循环50次后BFMSC的抗弯强度较未循环试样增长了230.8%,BFCSC则下降了20.6%,竹浆纤维/水泥基复合材料(BFCMT)下降了42.0%;循环50次后BFMSC的断裂韧性较未循环试样增加了133.6%,BFCSC则降低了35.4%,BFCMT降低了63.1%。结合不同老化循环次数后两种纤维的XRD、SEM分析及复合材料试样的断面形貌分析可知,两种纤维在M-S-H基体中均未出现劣化情况,在C-S-H基体中均出现轻微的劣化,而在水泥基体中则受到严重劣化。(4)将竹浆纤维和剑麻纤维混合掺入M-S-H基体制备混杂纤维/水化硅酸镁复合材料,并对复合材料进行了三点抗弯试验和抗冲击实验试验。研究结果表明,竹浆纤维与剑麻纤维混掺可以明显改善M-S-H基体的抗弯性能与抗冲击性能。标养180 d时,纤维混掺复合材料试样D(10wt.%竹浆纤维与2wt.%长度为20mm剑麻混惨)的抗弯强度和断裂韧性分别为10.6MPa和5.86 k J/m,相比于对照组的1.4 MPa和0.009k J/m分别提高了657.1%和650倍。就混杂纤维复合材料的抗冲击性而言,在不同冲击压强条件下,试样有着不同的破坏形态。此外,0.4MPa冲击压强条件下,不同试样的破坏形态及吸收能量的大小各不相

关键词：植物纤维水化硅酸镁力学性能干湿循环混杂纤维抗冲击性能

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长龄期下水化硅酸镁凝胶微观结构

硅酸盐学报 2022年第8期50卷 2221-2229页

作者：肖建敏胡亚茹西安建筑科技大学材料科学与工程学院西安710055

利用X射线衍射分析、Fourier变换红外光谱、固体核磁共振和热重分析技术对长龄期下不同Mg/Si摩尔比的水化硅酸镁试样进行微观结构研究,旨在为深入表征水化硅酸镁凝胶(M–S–H)提供一定技术支撑和理论基础。结果表明:M–S–H主体为层状... 详细信息

利用X射线衍射分析、Fourier变换红外光谱、固体核磁共振和热重分析技术对长龄期下不同Mg/Si摩尔比的水化硅酸镁试样进行微观结构研究,旨在为深入表征水化硅酸镁凝胶(M–S–H)提供一定技术支撑和理论基础。结果表明:M–S–H主体为层状硅氧四面体结构,包含部分端链和支链硅氧四面体,富镁条件下M–S–H层状结构以Q_(a)^(3)为主,贫镁条件下以Q_(b)^(3)为主。随着Mg/Si摩尔比增大,MgO–SiO_(2)–H_(2)O体系中M–S–H凝胶Q^(1)、Q^(2)、Q^(3)含量均增多,其中Q^(2)增幅最大,Mg(OH)_(2)(MH)含量增大,未反应的Q_(silica)^(4)含量迅速降低,水化反应程度提高,凝胶有序度下降,凝胶聚合度降低。长龄期条件MH解离速度增大,凝胶结构复杂度增大;延长龄期有利于层状硅氧四面体结构多样化的形成,有助于M–S–H聚合反应的发生。M–S–H凝胶中水分子以自由水、结合水和结构水形式存在,结构水中,羟基与Mg^(2+)键合或与吸附水结合,端链硅氧四面体和支链硅氧四面体与羟基直接相连,层状硅氧四面体未直接与羟基键合,凝胶中Mg与Si以及结构水与Si的摩尔比为固定值。

关键词：水化硅酸镁长龄期微观结构凝胶水分子

竹浆纤维增强水化硅酸镁与水化硅酸钙的性能研究

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西南科技大学学报 2023年第2期38卷 38-45页

作者：高健谢晓丽刘腾飞郑宇西南科技大学材料与化学学院四川绵阳621010

以竹浆纤维为增强材料,采取抄取法制备了竹浆纤维/水化硅酸镁复合材料(BFMSC)和竹浆纤维/水化硅酸钙复合材料(BFCSC),研究了竹浆纤维掺加质量分数对两种基体复合材料物理和力学性能的影响。研究结果表明:与未掺纤维对照组相比,掺加质量... 详细信息

以竹浆纤维为增强材料,采取抄取法制备了竹浆纤维/水化硅酸镁复合材料(BFMSC)和竹浆纤维/水化硅酸钙复合材料(BFCSC),研究了竹浆纤维掺加质量分数对两种基体复合材料物理和力学性能的影响。研究结果表明:与未掺纤维对照组相比,掺加质量分数为20%的纤维导致BFMSC和BFCSC的表观密度分别下降了26.8%和30.3%;竹浆纤维的掺加显著改善了两种复合材料的力学性能,纤维掺加质量分数为20%时,蒸养2 d之后BFMSC与BFCSC的抗弯强度分别较未掺纤维的对照组提高了11.9倍和9.9倍,断裂韧性提高了492倍和515倍;复合材料荷载-挠度曲线结合XRD和SEM分析结果表明,随着龄期的延长,BFMSC受力破坏时依然保持延性断裂,而BFCSC受力破坏时则存在由延性断裂向脆性断裂发展的趋势。

关键词：水化硅酸镁水化硅酸钙竹浆纤维力学性能

竹浆纤维/水化硅酸镁复合材料制备及性能研究

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非金属矿 2021年第2期44卷 5-9页

作者：王清梦谢晓丽李天鹏戴数一西南科技大学材料科学与工程学院四川绵阳621010

采用抄取法制备竹浆纤维素纤维/水化硅酸镁复合材料,研究纤维掺量对复合材料物理和力学性能的影响。通过干湿循环加速老化试验评估纤维素纤维在水化硅酸镁基体中的长期稳定性,并对复合材料孔隙溶液pH值进行了测定。结果表明,随着纤维掺... 详细信息

采用抄取法制备竹浆纤维素纤维/水化硅酸镁复合材料,研究纤维掺量对复合材料物理和力学性能的影响。通过干湿循环加速老化试验评估纤维素纤维在水化硅酸镁基体中的长期稳定性,并对复合材料孔隙溶液pH值进行了测定。结果表明,随着纤维掺量的增加,复合材料密度逐渐降低,吸水率和气孔率逐渐升高,抗弯强度和断裂韧性明显改善。纤维掺量为4%~16%时,28 d抗弯强度较未添加时提高5.4~10.9倍,断裂韧性提高31~228倍。基体孔隙溶液pH值在9.63~9.85范围,老化试验后,复合材料力学性能几乎不受影响,纤维在硅酸镁基体中长期稳定性好,无劣化和降解迹象。

关键词：水化硅酸镁竹浆纤维素纤维力学性能加速老化试验稳定性

基于水化硅酸镁系胶凝材料的低碳混凝土发展研究

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基于水化硅酸镁系胶凝材料的低碳混凝土发展研究

作者：曹兴伟大连理工大学

学位级别：硕士

混凝土是目前用量最大的建筑材料之一,在全球节能、降耗、减排的大趋势下,“低碳与环境友好、资源合理利用、节能减排利废”是混凝土行业的发展方向。我国水泥的年生产量占全球的50%以上,水泥工业因其庞大的产量规模在生产过程中燃料和... 详细信息

混凝土是目前用量最大的建筑材料之一,在全球节能、降耗、减排的大趋势下,“低碳与环境友好、资源合理利用、节能减排利废”是混凝土行业的发展方向。我国水泥的年生产量占全球的50%以上,水泥工业因其庞大的产量规模在生产过程中燃料和碳酸盐的分解而排放大量的CO2。因此,水泥混凝土行业的低碳化发展,促进C02减排有着举足轻重的作用。作为水泥生产大国,每个细微环节的调整都会带来很大的低碳效益。本文结合当今国内外水泥混凝土行业的现状和发展水平,论述了该行业的低碳减排途径,并以水化硅酸镁体系为胶凝材料的砂浆性能做了系统研究。水化硅酸镁(MgO-SiO2-H2O)胶凝体系是利用轻烧MgO和活性硅质原料进行反应,并最终生成水化硅酸镁(M-S-H)凝胶的胶凝体系。本研究在水化硅酸镁胶凝材料的系统研究基础上,开发一种新型的低碳砂浆,并研究其养护温度、水灰比、养护时间和养护方法对M-S-H凝胶形成的影响。研究表明,该低碱度的砂浆体系性能与砂含量和水灰比有着密切的关系,同时该体系砂浆具有成为新型低碳混凝土的基础材料的潜力。

关键词：低碳混凝土水化硅酸镁砂浆低碳

基于准弹性中子散射谱分析水化硅酸镁中受限水动态

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基于准弹性中子散射谱分析水化硅酸镁中受限水动态

作者：刘小慧暨南大学

学位级别：硕士

由于中子不带电、具有磁距、穿透性强、能分辨同位素以及非破坏等特性,所以中子散射成为人们了解物质微观结构和运动状态的重要工具之一。即将建成的中国重大科学设备中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)能为凝聚态... 详细信息

由于中子不带电、具有磁距、穿透性强、能分辨同位素以及非破坏等特性,所以中子散射成为人们了解物质微观结构和运动状态的重要工具之一。即将建成的中国重大科学设备中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)能为凝聚态物理、化学、材料科学、生命科学、纳米科学等众多学科领域提供高科技应用的大型实验平台。本文对通过背散射谱仪获得的水泥样品准弹性中子散射(quasi-elastic neutron scattering,QENS)谱进行分析,从而获得水动态的相关信息。本文的研究对象是新型环保水泥——氧化镁基水泥(M-S-H)。水泥样品中存在着两种水:一种是结合水,不能自由移动;另一种是受限水,这些水分子处于受限或强受限状态,能自由移动。结合水和受限水的比例会随着时间、温度、添加剂等因素改变而改变,从而影响水泥样品的宏观特性,如耐久性和力学特性。本文通过采用跳跃扩散和转动扩散模型(jump diffusion and rotation diffusion model,JRM)对水泥样品的QENS谱进行非线性最小二乘拟合,分析获得描述水泥样品微纳孔内水分子动态信息的相关物理参数:德拜沃伦因子A、不动水指数C、自扩散系数D、平均停留时间τ和转动扩散系数D。这些物理量及其组合参量随温度的变化,可揭示水泥样品大尺度微纳孔内三维受限水的动力学特性在220-230 K间发生了改变;与水化硅酸钙水泥样品的QENS谱拟合结果进行分析比较,可获得受限水在不同孔隙结构水泥样品中的动态特性,为探寻优质的环保水泥提供参考。本文同时进行了单壁碳纳米管吸附小分子(H和HO)的巨正则系综蒙卡模拟,目的是为进一步了解水分子在微纳孔中的动态。

关键词：水化硅酸镁准弹性中子散射跳跃扩散和转动扩散模型受限水动态碳纳米管

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水化硅酸镁分子结构及对铬离子吸附性能研究

水化硅酸镁分子结构及对铬离子吸附性能研究