大坝混凝土的水泥石-石英集料界面结构研究

本文用扫描电镜、X射线能谱分析仪和透射电镜对丰满大坝混凝土的水泥石-石英集料界面区进行分析观察,提出了将该界面区分为与界面平行的三层界面结构模型。对所提出的界面结构模型进行了讨论,并指出Ca(OH)_2晶体簇与钙矾石晶体在其层间未相互穿插生长,有可能是界面区的薄弱环节。     

碱-集料反应的一些理论问题

评述了碱-集料反应的一些理论问题以及活性集料分布规律。碱-硅反应膨胀主要是由渗透压力和钙矾石膨胀所致。碱-硅反应产物组成SiO_2/Na_2O=0—25(分子比)。Ca(OH)_2提供了生成钙矾石膨胀相和R(Na,K)CSH的物质。碱-Kingstone白云岩反应膨胀是碱-硅反应、黄铁矿分解形成钙矾石和蒙脱石吸水膨胀等综合因素引起的。     

我国首例海工混凝土碱集料反应

对浙江省宁波北仑港海工混凝土构件，用岩相法、扫描电镜／能谱分析、快速压蒸测长法，Ｘ－射线衍射分析等方法进行研究，发现在浪溅区凡表面开裂剥落的混凝土构件中都含有大量的活性集料，并发生了碱集料反应，而表面完整没有裂纹的混凝土构件中活性集料较少；结果表明，海工混凝土如使用碱活性集料，它与来自海水中的碱将会发生反应造成混凝土开裂；碱集料反应和钢筋锈蚀等破坏作用的相互促进，使海工混凝土构件的耐久性大大下降。     

矿物掺合料改善水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性能的微观分析

采用CT、X射线衍射、扫描电子显微镜等测试方法,通过对不掺矿物掺合料以及掺30%粉煤灰或50%矿渣的水泥净浆、水泥砂浆在室温下5%Na2SO4溶液中浸泡2a后的宏观破坏形态和浆体组分及浆体形貌的分析,从微观层次上研究了矿物掺合料对水泥基材料抗硫酸盐侵蚀破坏的影响。结果表明：侵蚀后不掺矿物掺合料的试件由表及里呈现三层不同侵蚀状态,即表层石膏区、中层钙矾石区以及内层未侵蚀区。矿物掺合料的C3A含量稀释效应、火山灰反应以及微集料填充效应协同作用的结果使得试件的抗硫酸钠溶液侵蚀破坏性能显著提高。但矿渣中活性Al3＋含量较高,能与SO42–反应生成大量钙矾石晶体,掺量不当会对试件的抗硫酸钠侵蚀性能不利。砂集料有阻碍微裂纹发展及增大试样内部不均匀性的相反作用,集料的含量、颗粒尺寸及分布对水泥基材料的抗硫酸钠侵蚀破坏性能的影响是以后研究中需关注的问题。     

不同硫酸盐环境下铝酸三钙的劣化过程及机制

主要研究了硫酸钠和硫酸镁溶液对铝酸三钙（C₃A）单矿浆体损伤的影响,使用外观、膨胀率、质量变化研究了浆体宏观性能的劣化,并进一步采用半定量X射线衍射分析（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析了浆体的侵蚀产物含量和微结构,最后采用光学显微镜原位研究了C₃A-CaSO₄体系下钙矾石的形成特征。研究结果表明：外部的硫酸根能够扩散进入水泥基材料与含铝相的水化产物发生反应形成钙矾石,针棒状钙矾石在有限的空间中不断形成,会导致试件膨胀并引起质量的增加。在硫酸钠溶液中浸泡120 h后浆体中钙矾石质量分数上升到20.12%,而硫酸镁溶液中浆体的钙矾石质量分数仅为6.87%。与硫酸钠溶液不同,镁离子的存在会与孔溶液中的氢氧根发生反应形成氢氧化镁附着在表层,抑制了外部硫酸根的侵入,同时该环境下氢氧根的消耗引起的较低pH有利于石膏的生长。     

LiOH抑制碱-硅酸反应膨胀及其应用研究

研究了沸石化珍珠岩混凝土在KOH,LiOH溶液中压蒸膨胀行为,通过扫描电镜和能量散射谱对产物的形貌和组成进行了分析,说明LiOH抑制碱-硅酸反应膨胀的机理主要是在集料周围形成了含锂盐的非膨胀性产物,含锂产物层的形成对活性集料起保护作用而阻止了碱的进一步侵蚀。研究了由碱-硅酸活性集料和碱-碳酸盐活性集料制成的混凝土在各种碱中的膨胀行为。结果表明：混凝土在相同摩尔浓度的碱中压蒸,在NaOH溶液中膨胀最大,在LiOH溶液中膨胀最小。在应用LiOH抑制碱-硅酸反应膨胀促进碱-碳酸盐反应膨胀的双重作用下,在Spratt细粒硅质灰岩中,少量的白云石在碱环境中可发生去白云石化作用而对膨胀有贡献,也即尽管Spratt灰岩中碱-硅酸反应是主要的,但也存在碱-碳酸盐反应。     

集料的石膏含量对混凝土性能的影响

研究了集料中石膏碎石和石膏砂的含量对混凝土膨胀率、抗压强度和超声脉冲速率的影响,分析了掺石膏集料混凝土的微观结构.研究结果表明,石膏碎石替代部分粗集料时,石膏碎石引入的SO3含量小于等于集料总量的1.5％时混凝土的变形、抗压强度和超声脉冲速率未受到显著影响,当石膏碎石引入的SO3含量大于等于集料总量的3％时混凝土150 d时的抗压强度明显降低.石膏砂代替细集料时石膏砂引入的SO3含量大于等于1.5％时混凝土会发生较大的膨胀,抗压强度显著降低.靠近石膏的浆体内产生大量钙矾石使得浆体发生开裂,并使得石膏集料与浆体脱开.     

砂岩、大理岩-浆体界面区结构特征

混凝土中骨料-浆体界面区的性能受着各方面的影响,并最终影响到混凝土的整体性能.利用扫描电镜、能谱分析、X射线衍射、显微硬度、背散射电子像以及体视显微镜研究了大理岩、砂岩骨料与水泥浆体界面过渡区的微观结构特征.结果表明:大理岩骨料-浆体界面有着大量的Ca(OH)2,并形成明显的定向排列.砂岩的酸性和高吸水率的特点使得界面区显微硬度增大、Ca(OH)2富集程度减小,但骨科--浆体界面过渡区存在较大孔隙,砂岩的吸水率和酸性特征应该辨证看待.     

Micro-Analysis of ＂Sulfate Salt Weathering Distress on Concrete＂： I. Cement Paste

在多孔材料内部检测发现硫酸盐晶体是证明盐结晶破坏最直接的证据。运用环境扫描电子显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射等微观分析手段,研究了稳定环境和变化环境中,硫酸钠溶液对半浸泡纯水泥净浆和水泥粉煤灰净浆的破坏作用,结果表明：在破坏的净浆试件中并没有发现硫酸钠晶体,反而发现大量的混凝土硫酸盐化学侵蚀产物（钙矾石和石膏等）晶体,硫酸盐化学侵蚀依然是引起净浆试件破坏的主要原因。     

关于碱-集料反应破坏现象诊断中的几个误区

碱-集料反应是常见的混凝土破坏的一个原因.由于碱-集料反应破坏常常被其他形式的破坏所掩盖,容易引起误诊.针对工程中误诊难题,分析了造成误诊的因素,并针对这些因素,提出了正确诊断碱-集料反应破坏的方法.     

"混凝土硫酸盐结晶破坏"微观分析(Ⅰ)——水泥净浆

在多孔材料内部检测发现硫酸盐晶体是证明盐结晶破坏最直接的证据。运用环境扫描电子显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射等微观分析手段,研究了稳定环境和变化环境中,硫酸钠溶液对半浸泡纯水泥净浆和水泥粉煤灰净浆的破坏作用,结果表明:在破坏的净浆试件中并没有发现硫酸钠晶体,反而发现大量的混凝土硫酸盐化学侵蚀产物(钙矾石和石膏等)晶体,硫酸盐化学侵蚀依然是引起净浆试件破坏的主要原因。     

硅酸盐水泥熟料-煤矸石混合水泥的界面结构

用环境扫描电镜和能谱仪研究了硅酸盐水泥和硅酸盐水泥熟料-煤矸石混合水泥的界面结构.结果表明:混合水泥中多孔的活化煤矸石和水泥水化产物发生二次反应消耗界面区大量氢氧化钙,生成水化硅酸钙(CSH)凝胶和钙矾石晶体,反应产物层从煤矸石表面向内部逐渐推进,逐渐将煤矸石的开口孔填满,未反应的煤矸石残核仍为多孔状.煤矸石中不同活性的SiO2反应生成的CSH凝胶形态不同,惰性SiO2作为微集料填充在硬化浆体中.煤矸石-反应产物的界面区结构非常致密,减弱了硅酸盐水泥中硬化浆体界面区间隙和氢氧化钙富集造成的不利影响.水化28d内混合水泥中煤矸石本身的强度和煤矸石-水化产物界面的强度均大于水化产物的强度.水化近1 a的混合水泥中以长石类为主的多孔煤矸石残核的强度低于水化产物和煤矸石-水化产物界面强度,以石英为主的密实煤矸石的强度则高于水化产物和煤矸石-水化产物界面强度.     

碱活性集料在不同碱液中压蒸后产物的研究

通过X射线衍射及扫描电镜／能谱分析法对2种典型的碱硅酸活性集料(Spratt limestone,SL)和碱碳酸盐活性集料(Pittsburg limestone,PL)在KOH,NaOH及LiOH溶液中于150℃压蒸150h后的产物进行了研究,结果表明：NaOH对2种集料有最强的腐蚀作用,腐蚀作用最弱的是LiOH。2种集料在不同的碱介质中压蒸后,产物的结晶度、形貌及分布是不同的。PL在碱液中除了去白云化反应外,PL中的隐晶石英也与KOH和NaOH反应生成典型的碱一硅酸产物,与LiOH反应形成硅酸锂。SL在不同碱液中除生成大量碱一硅酸产物外,SL中的少量的白云石在碱溶液中也发生了去白云石化反应,对膨胀作出贡献。     

外加剂对钙矾石形貌的影响

采用增大硼酸等外加剂组分掺量的方法,用溶液法合成了钙矾石。采用X射线衍射、扫描电子显微等方法研究了碳酸锂等3种混凝土外加剂对钙矾石形成和形貌的影响。结果表明:缓凝剂硼酸显著抑制了钙矾石的生长。硼酸掺量的增加降低了钙矾石的长宽比,从100左右降低至10左右;掺量为5%时,反应形成了扁柱状的钙矾石;碳酸锂抑制了钙矾石晶体宽度的生长,但可加快钙矾石的形成速度;聚羧酸减水剂抑制了钙矾石晶体宽度上的生长,形成的钙矾石晶体变长变细,提高了钙矾石晶体的长宽比,但促进了钙矾石成核。     

用碱金属化合物作激发剂的矿渣水泥的碱—集料反应

本文根据已有的研究成果,阐述了碱-集料反应发生的必要条件和影响碱-集材反应的主要因素,特别对掺有碱金属化合物激发剂的矿渣水泥是否会使混凝土发生碱-集料反应破坏的问题进行了分析和讨论。     

RILEM AAR-5与其它快速法对集料ASR活性检测的对比与评价

试验采用RILEM AAR-5小混凝土柱法、ASTM C1260砂浆棒快速法、CECS48压蒸法和RILEM AAR-4加速混凝土棱柱体法检测了石门坎砂岩、两河口砂岩、锦屏砂岩、舟山安山岩和硅质白云岩的碱-硅酸反应活性,并将几种试验方法的结果进行比较,以评价RILEM AAR-5对硅质集料碱-硅酸反应活性检测的适应性.结果表明,对于慢性膨胀集料锦屏砂岩,RILEM AAR-5比ASTM C1260和CECS48检测更准确;硅质集料的小混凝土柱法(RELEMAAR-5)28 d膨胀率可以很好的预测混凝土棱柱体法试验结果;硅质集料尺寸与膨胀率的大致关系为RILEM AAR-5(5～10 mm,28 d)＞ASTM C1260(0.16 ～5 mm,14 d)＞CECS48(0.16 ～0.63 mm,6 h);碱-硅酸反应除受活性组分(化学因素)影响外,活性组分在集料中的分布(构造特征)也有重要作用.     

低碱度水泥浆体中钙矾石通过液相形成的证据

前言钙矾石是硬化水泥浆体的重要组分之一,它对水泥石的结构和性能有重要影响。从钙矾石为基础的膨胀和自应力水泥、超硫酸盐水泥、硫铝酸盐早强水泥和低碱度水泥等都有相当数量的钙矾石,并且以它作为早强组分的新品种水泥正在不断增多。钙矾石的形成不仅是上述几种水泥水化中的一个重要反应,而且也是硅酸盐水泥早期水化和含硫酸盐的环境水与硬化浆体之间的一个重要反应。如水泥浆体的缓凝,膨胀水泥混凝土中自应力的发展以及混凝土的硫酸盐侵蚀等,都与钙矾石的形成有关。     

丁苯乳液和乳胶粉对水泥水化产物形成的影响

用X射线衍射对晶态水化产物钙矾石(AFt)和Ca(OH)2进行表征,用环境扫描电镜观察水化硅酸钙(C-S-H)凝胶的变化,结合铝酸三钙(C3A)和硅酸三钙(C3S)的变化,分析丁苯乳液和乳胶粉对72 h内水化产物的影响.结果表明:丁苯乳液和乳胶粉促进了水泥浆体中AFt的生成,乳胶粉的效果更明显.丁苯乳液增加了AFt在浆体中的稳定性.丁苯乳液和乳胶粉使Ca(OH)2的生成量减少,乳液的效果更明显;延缓了水泥浆体中C-S-H凝胶的形成.水化72h时,改性浆体结构与未改性浆体差别不大,只是水化产物表面覆盖了一层聚合物薄膜.     

固硫灰渣水化浆体中钙矾石稳定性

流化床燃煤固硫灰渣(简称固硫灰渣)含有大量烧粘土质矿物,还含有较多f-CaO和无水石膏,因此固硫灰渣水化浆体中含有一定量的钙矾石.用X射线衍射和化学分析方法研究钙矾石含量随水化龄期的变化规律,并以此反映其稳定性.结果显示:在标准养护条件下,钙矾石含量从1 d至28 d水化龄期呈逐渐增长趋势,但在28 d龄期后则显著减少.研究表明固硫灰渣水化浆体中的钙矾石是不稳定的,在一定龄期后会出现明显分解现象.     

利用泥岩代替粘土生产低碱水泥

众所周知,国内外由于混凝土耐久性不良所造成的工程损失是巨大的,其维护维修费用更是惊人。其中,碱-集料反应对混凝土结构工程造成的破坏就是最严重的破坏之一,已经引起各国混凝土工作者和水泥专家们的高度重视。限制和控制碱-集料反应的重要措施是采用低碱水泥配制混凝土。尤其是大体积混凝土工程(如大坝)和重要建筑结构工程(如桥梁、高速公路、机场、高层或超高层建筑等),为