脱硫石膏对大掺量粉煤灰-矿渣粉干混砂浆性能的影响

针对大掺量粉煤灰、矿渣粉导致干混砂浆早期强度和后期强度较低的问题,研究脱硫石膏对该干混砂浆性能的影响;采用X射线衍射、扫描电镜及孔结构分析等手段进行微观机理讨论。结果表明,在大掺量粉煤灰矿粉干混砂浆中掺加占胶凝材料总质量6%～8%的脱硫石膏,对和易性无不良影响,并可显著提高浆体的抗压强度及拉伸粘结强度,收缩率降低10%以上,并改善抗碳化能力,使砂浆体积更稳定;脱硫石膏对粉煤灰及矿渣粉起到激发硫酸盐和碱性的双重作用,并在一定程度上促进水泥水化;胶凝材料的水化产物改善砂浆浆体内部结构,使砂浆浆体中的孔隙大大减少。     

矿物掺合料对聚羧酸减水剂与水泥相容性的影响

高性能减水剂与水泥适应性差会导致混凝土流动性和坍落度损失过快,矿物掺合料将影响高性能减水剂与水泥的相容性。对比研究矿物掺合料种类和掺量对水泥净浆、砂浆和混凝土流动性的影响;采用TOC法测试了矿物掺合料对聚羧酸减水剂吸附量的影响;分析了矿物掺合料影响聚羧酸减水剂与水泥相容性的机理。结果表明,粉煤灰和矿渣对提高水泥净浆流动性具有一定的叠加效应,可用胶砂减水率的加权平均值进行量化;硅灰对水泥浆体流动性的不利影响远大于粉煤灰和矿渣的辅助减水分散作用,不利于改善聚羧酸减水剂与水泥的相容性;粉煤灰和矿渣增加聚羧酸减水剂在水泥体系中的吸附量;粉煤灰和矿渣对聚羧酸减水剂在混凝土中的减水分散效果有改善作用但不显著。     

超低水胶比水泥浆体材料的水化进程测试

随着水泥基材料的技术进步和工程需求,混凝土强度的越来越高,水胶比越来越低。活性粉末混凝土的水胶比已降至0．16以下,水胶比0．10的浆体材料也已经可以制得。本论文用结合水量法测试了不同水胶比、不同矿物掺料与不同龄期下超低水胶比水泥石的水化进程及Ca（OH）2含量。研究表明：超低水胶比水泥浆体材料的水化程度极低。当水胶比为0．16时,180天标准养护的水泥石,其结合水量仅为13．52％,水胶比0．10时,只有12．04％;研究证实,超低水胶比下,超细矿渣和磨细石灰石粉加快了水泥石的水化进程。水胶比相对较高时,水化产物中Ca（OH）2含量相对较小,表明此时掺合料的火山灰反应更充分;矿渣和石灰石粉等量取代水泥后,更降低了Ca（OH）2的含量。     

内掺Ca(OH)_2对碱矿渣混凝土强度发展的影响

通过水化热、孔隙率及吸水率测试、XRD等分析手段,研究了内掺Ca(OH)_2对碱矿渣混凝土性能发展规律的影响。测试结果表明,加入Ca(OH)_2后,碱矿渣水泥水化速率提高,可进一步加快其早期强度发展;碱矿渣混凝土试件28d的毛细孔率及吸水率均有所下降,说明混凝土孔结构得到了优化;XRD分析表明,碱矿渣混凝土中富钙水化产物增多并生成了水化铝酸四钙。     

硅基材料和矿渣应用于水泥基材料的研究进展

水泥基材料是目前使用量最大的建筑材料,在实际应用过程中,水泥基材料会出现损坏,达不到预期的性能要求.水泥水化产物中存在大量结晶的Ca(OH)2,影响各种水泥水化产物之间的粘结性,造成水泥基材料性能的降低.如何增强水泥基材料的性能成了国内外研究的热点,需要找到能够有效改善水泥基材料性能的方法.查阅国内外相关文献发现,将粉煤灰、硅灰、纳米SiO2(因三种材料的主要组分为SiO2,以下统称为硅基材料)或矿渣掺入到水泥基材料中,因其具有火山灰反应,并能起到填充作用,可明显提高水泥基材料的性能.掺合料的加入可降低水泥基材料中Ca(OH)2含量,减小其晶粒尺寸,使C-S-H凝胶的数量增多,改善水泥基材料的孔隙率,提高其性能.粉煤灰和矿渣成分中有部分玻璃态物质,能减少水泥浆体用水量,增加和易性;具有较低的火山灰性,适量掺入能降低水泥浆体的水化速度;含有粉煤灰或矿渣的水泥基材料早期强度较低,后期强度较高.硅灰与纳米SiO2的火山灰活性较高,能促进水化,适量掺入能够使水泥基材料早期强度大幅提高,但后期强度发展较慢;同时也会增大水泥基材料早期收缩,增加其结构开裂的风险.不同掺合料复掺后能产生协同增强效应,可获得性能优异的复掺改性水泥基材料.本文主要介绍了硅基材料和矿渣在水泥基材料中的应用,从反应机理、水化热、强度、孔隙率等方面来阐述其在水泥基材料中的研究现状和相关成果.对目前研究中存在的相关问题进行了分析总结,以期为制备性能优异的水泥基材料提供一定的参考.     

微胶囊在修补砂浆中延迟释放早强剂的应用及性能分析

为使修补砂浆具备合适的凝结时间和较高的早期强度,将无水硫酸钠经微胶囊包覆后掺入到修补砂浆中,进而研究微胶囊对修补砂浆凝结时间、抗压强度、水化进程、水化产物以及水化早期钙矾石生长速率的影响。结果表明,微胶囊的掺入显著延长了浆体的凝结时间,缩短了其初凝、终凝的时间间隔,且对砂浆的早期强度无明显影响;使浆体的水化速度在开始的3 h内处于一个较低的水平,随后其水化速度增大,并最终与掺等量无水硫酸钠浆体的水化程度达到相当水平。另外,掺微胶囊的浆体早期钙矾石的生长速率处在一个较高的水平,且水化4 h后能达到与掺等量无水硫酸钠体水化产物相当的致密度。     

高岩温隧道下矿物掺合料对混凝土力学性能的影响

通过模拟高岩温隧道条件,研究了高岩温隧道条件下矿物掺合料对混凝土强度的影响。结果表明:高岩温条件下可以提高混凝土的早期强度,但后期强度却有较大幅度的下降,当温度低于50℃时,矿渣粉煤灰复合混凝土的强度更高;当温度超过60℃时,粉煤灰混凝土的强度更高。XRD及SEM分析表明:高岩温条件下胶凝材料水化速度加快,生成的水化产物来不及均匀扩散,相互搭接变差,当温度低于50℃时,水分蒸发较慢,水分充足,矿渣的活性容易被激发,水化产物结构致密;当温度超过60℃时,由于水分蒸发较快,矿渣的活性难以被激发,水化产物结构变疏松。     

矿物掺合料对水泥基材料耐海水侵蚀性能的影响研究

加入适当矿物掺合料是使水泥基材料达到高性能的重要手段之一。本课题从工程应用的角度出发,以磨细矿渣和磨细矿渣-粉煤灰复合掺合料为研究对象,着重研究了矿物掺合料对水泥基材料耐海水侵蚀性能的影响。     

超细镁渣微粉-水泥复合胶凝材料的性能及水化机理

镁合金被誉为“21世纪绿色工程金属结构材料”,我国皮江法炼镁所得镁渣规模庞大、亟待解决，制备建筑材料是消纳镁渣的重要渠道，但国内外相关研究屈指可数，且普遍以镁渣耦合其他固废及水泥制备复合胶凝材料为主，鲜有针对镁渣-水泥简单体系的细致研究，故镁渣水化及其对水泥水化的影响机制尚未明确。本工作通过探究超细镁渣微粉-水泥复合胶凝材料(MS-C)新拌浆体和硬化浆体的性能、组成及结构演化规律，分析超细镁渣微粉对MS-C水化进程的影响机制，进一步揭示镁渣-水泥的协同水化机理。镁渣中的硅酸二钙以低活性γ-C₂S为主，超细粉磨是发挥其填充效应的关键途径，掺入30%的超细镁渣粉使水泥中1 000 nm以上孔含量由7.98%降低至6.83%。在减水剂作用下，MS-C浆体的流动性随超细镁渣微粉掺量的增大而增大，在无减水剂时其作用相反。低掺量超细镁渣微粉的水化及弱胶凝作用可增大其填充效应对强度的贡献，并促进Ca(OH)₂和C-S-H凝胶的生成，使得低超细镁渣微粉掺量的MS-C获得优于纯水泥的28 d力学性能。本研究获得了超细镁渣微粉-水泥水化特性的基础结论，为提高镁渣...     

活性掺合料对再生混凝土与钢筋粘结性能的影响

通过单掺粉煤灰、单掺矿渣、复掺粉煤灰和矿渣三种不同改性方案,研究矿物掺合料对再生混凝土与钢筋粘结强度的影响,为再生混凝土合理使用矿物掺合料提供试验依据。     

Simulation of a temperature rise in concrete incorporating fly ash or slag

Granulated slag from metal industries and fly ash from the combustion of coal are among the industrial by-products and have been widely used as mineral admixtures in normal and high strength concrete. Due to the reaction between calcium hydroxide and fly ash or slag, compared with Portland cement, the hydration of concrete containing fly ash or slag is much more complex. In this paper, by considering the producing of calcium hydroxide in cement hydration and the consumption of it in the reaction of mineral admixtures, a numerical model is proposed to simulate the hydration of concrete containing fly ash or slag. The heat evolution rate of fly ash or slag blended concrete is determined from the contribution of both cement hydration and the reaction of mineral admixtures. Furthermore, a temperature rise in blended concrete is evaluated based on the degree of hydration of cement and mineral admixtures. The proposed model is verified with experimental data on the concrete with different water-to-cement ratios and mineral admixtures substitution ratios.     

高强度三掺复合水泥的强度及孔结构性能研究

分别将30%、40%、50%混合材与水泥熟料复合,制备高强度复合水泥.混合材主要为矿渣、活化粉煤灰和活化煤矸石.通过砂浆强度测试及孔结构测试等技术,对复合水泥的力学性能、水化过程和水化机理进行了分析研究.试验结果表明,当3种混合材复掺时,制备的复合水泥的强度较高.复合水泥28d抗压强度最高达到65MPa,各试样的抗压强度均超过50MPa,且后期强度继续增大.从孔结构结果可看出,制备的复合水泥的水泥石有较多的凝胶孔和较低的总孔隙率.     

矿物掺合料对地聚合物抗冻性能的影响

以碱激发偏高岭土制备地聚合物混凝土,分别研究了掺入15%的钢渣、矿渣或粉煤灰的地聚合物混凝土的力学抗压强度和抗冻性能,测试了地聚合物混凝土的真空饱水体积吸液率,运用XRD、SEM和DSC-TG等测试方法分析了矿物掺合料对地聚合物微观结构和水化产物的影响。结果表明:钢渣或矿渣能有效提高地聚合物混凝土的抗压强度,而粉煤灰的掺入使其强度稍有降低;地聚合物表观形貌中存在较多的孔洞和微裂缝导致其抗冻性能较差,掺入钢渣或者矿渣后地聚合物形成了新的产物C-S-H凝胶、C-A-S-H凝胶等并填充在结构中形成更加密实的板状结构,降低了地聚合物混凝土冻融破坏速率,五次冻融循环后地聚合物的相对强度均在90%以上,抗冻性能得到提高;粉煤灰降低了制备地聚合物混凝土的用水量且未水化的粉煤灰颗粒镶嵌在结构中增加了其密实性和抗冻性能,五次冻融循环后相对强度为86.9%,基准组的相对强度仅为79.7%。     

铜渣粉作为混凝土掺合料的研究进展

铜渣是铜冶炼和精炼过程的副产物,以每产1 t铜副产2.2 t铜渣计算,2017年全球铜渣排放量达到了5 170万t。但目前的铜渣处理仍以堆放为主,不仅占用了大量土地,重金属成分对堆放地也造成了严重的环境污染。铜渣,特别是水淬铜渣中含有较多的玻璃体,用作混凝土掺合料可以替代粉煤灰和矿渣,解决某些地区掺合料紧缺的状况。本文归纳总结了铜渣粉对混凝土工作性、力学性能和耐久性的影响,分析了铜渣作为掺合料使用时的环境安全性,提出了铜渣作为掺合料使用应注意的问题,为铜渣粉在混凝土行业中规模化应用提供了参考。 近年的研究成果表明,水淬铜渣中的玻璃体含量高、活性更好,而缓冷铜渣的玻璃体含量虽低,但仍有一定的活性。由于存在活性低和重金属成分高的问题,铜渣粉对混凝土工作性、力学性能和耐久性的影响比矿渣、粉煤灰等常见掺合料复杂得多,阻碍了铜渣粉作为掺合料在混凝土中的应用。 虽然存在不同观点,但多数研究成果表明铜渣粉可起到降低放热量、改善工作性及减少用水量的作用,同时也会产生泌水率增加的问题。由于活性偏低、重金属成分较高,铜渣粉的缓凝作用明显,不过大掺量使用所引起的凝结时间延长问题在多数研究中是可控的。铜渣粉导致混凝土早期强度不足,可通过添加激发剂、提高细度、降低水灰比等方式予以缓解和控制。铜渣粉对混凝土强度的负面影响会随龄期延长逐渐减轻,甚至在一段时间后对强度有利。此外,铜渣粉还能提高混凝土弹性模量并减少收缩,对抗断裂性能也无明显不利影响。但以不同指标评价混凝土脆性时,铜渣粉的作用还存在较大的争议。由于可促使毛细孔隙等有害孔隙数量减少,铜渣粉可使混凝土的吸水速率和吸水量降低,从而使耐久性等级有所改善。除优化孔隙结构外,铜渣粉与Ca(OH)₂反应生成C-S-H凝胶,可改善过渡区,提高混凝土抗碳化、抗氯离子渗透性和抗硫酸盐侵蚀的能力。     

改性磷石膏的强度与孔结构的研究

本工作研究了矿物掺合料(矿渣、粉煤灰)和激发剂(熟石灰和水泥)对磷石膏强度的影响,并且探索了水泥对磷石膏耐水系数的影响。此外对磷石膏改性处理后的微观形貌和孔结构进行了分析。研究结果表明:矿渣和粉煤灰均能提高磷石膏的强度,且矿渣对磷石膏强度的增强作用更明显;但两者对磷石膏耐水性的增强作用并不明显,矿渣掺量过多时会由于延迟钙矾石的形成而导致石膏开裂。水泥和熟石灰作为激发剂时可以增强磷石膏的强度,熟石灰的增强作用更明显。水泥对磷石膏的耐水性能有一定的增强作用。磷石膏的水胶比、养护龄期和矿物掺合料可以改变其孔隙率,但不会改变其孔径分布;粉煤灰可以提高石膏的孔隙率,并且改变其孔径分布;水泥会降低石膏的孔隙率并改变其孔结构。     

垃圾焚烧炉渣-粉煤灰复合水泥的性能研究

研究了垃圾焚烧炉渣及粉煤灰单掺和复掺时硬化水泥浆体的力学性能和水化机理,比较了两者的活性,探讨了两者作为辅助性胶凝材料利用的可行性.研究表明:掺有垃圾焚烧炉渣及粉煤友的复合水泥,其强度均有不同程度的下降,它们的掺入在一定程度上延缓了水泥的水化过程,且垃圾焚烧炉渣的水化反应活性稍高于粉煤灰;掺垃圾焚烧炉渣及粉煤灰的复合水泥中重金属离子浸出量小,在等掺20%的条件下,浸出量远低于国家标准,说明在一定的情况下,焚烧炉渣及粉煤灰作为辅助性胶凝材料使用是安全的.     

Characterization of geopolymers from compositionally and physically different Class F fly ashes

The alkali-activation technology of coal fly ash is one of several potential solutions to minimize the harmful disposal of fly ash. This study reports high-resolution characterization of the alkali-activated reaction products for two representative Korean Class F fly ashes, which are significantly different in compositional and physical characteristics. The analysis confirms that differences in the network modifying element content, the amorphous phase content, and the particle size lead to large differences in compressive strength. Chabazite-Na and Al-rich chabazite-Na are identified as major crystalline phases in the high strength samples, supporting the favoring formation of ABC-6 family of zeolitic precursors for the higher mechanical strength while the C–S–H formation from the high CaO content (or crystalline CaO) is not a major source of the strength. The XRD analysis shows that the presence of amorphous humps located at 27–29° 2θ is not a sufficient indicator of geopolymeric gel formation. In the ²⁹Si MAS NMR, some portion of −108 ppm Q₄(0Al) peak is not related to quartz, implying that this portion of Si atoms actively participate in geopolymerization. The ²⁷Al MAS NMR spectra exhibit more conversion of Al(V) and Al(VI) aluminum atoms into Al(IV) units in the higher strength sample, which can be an indication of more geopolymeric reaction.     

The importance of the network-modifying element content in fly ash as a simple measure to predict its strength potential for alkali-activation

Six different Class F fly ashes were examined to identify the material properties that determine the strength development in geopolymerization. All of the fly ashes displayed typical features of Class F fly ash in chemical and mineral composition, amorphous phase (glass) content, and X-ray diffraction pattern profile; however, the strength developments of the ashes were quite different from each other. The results suggest that the strength is higher under the following configuration: greater content of network modifying elements, greater glass content, lower silicon content, lower intensity of quartz-related ²⁹Si NMR peak, and higher fraction of Al(IV) in the ²⁷Al NMR spectrum. Among the possibilities, the network-modifying elemental content may be the simplest and most accurate measure for strength development of alkali activation of fly ash.