C_4A_3$-CaSO_4-CaO体系在硅酸盐水泥浆体中的膨胀能力

对掺入硅酸盐水泥中的C_4A_3$-CaSO_4-CaO体系(CCC膨胀剂,C_4A_3$为4CaO·3Al_2O_3·SO_3)的膨胀能力进行了研究。CaO、CaSO_4和CCC膨胀剂掺入到硅酸盐水泥浆体中均会产生膨胀。相同掺量下,CaO使得浆体在水化初期表现出剧烈而短暂的膨胀;CaSO_4使得浆体表现出轻微的膨胀;CCC膨胀剂使得浆体表现出适中而持续的膨胀。因此,掺入CCC膨胀剂的混凝土若长时间缓凝或延迟浇注会导致补偿收缩能力的损失。CCC膨胀剂可补偿混凝土的自收缩和干燥收缩,补偿能力随着膨胀剂掺量的增加而增大。相同掺量下,膨胀剂补偿收缩的能力,在早龄期随着水胶比的降低而减小,在后期随着水胶比的降低而增大,前者与自干燥导致的自收缩有关,后者与失水速率、毛细孔隙率和孔径分布有关。低水胶比混凝土中,当CCC膨胀剂的掺量较高时,在非饱和环境(失水过程)中也可表现出膨胀现象,这一点在工程应用时需要重视。     

MgO膨胀剂对水泥浆体收缩的影响

研究了掺轻烧MgO膨胀剂的水泥浆体在不同养护条件下的变形性能,并采用X射线衍射仪、同步热分析以及背散射扫描电镜分析了掺MgO膨胀剂的水泥浆体中MgO的水化性能.结果表明:水泥浆体在不同的养护条件下养护,其相对湿度越大,收缩越小.在相同养护湿度条件下,水中预养护时间越长,其收缩越小.掺入MgO膨胀剂可以有效地降低低湿度条件下水泥浆体的收缩,其主要原因是轻烧MgO膨胀剂在缺水养护的低湿度条件下也能进行水化反应生成Mg(OH)2,从而降低了水泥浆体的收缩.     

温度和湿度对氧化镁膨胀剂膨胀性能的影响

为研究温度和湿度对氧化镁膨胀剂膨胀性能的影响,探讨氧化镁膨胀剂敏感性影响因素的作用机理,开展了养护温度(20℃、40℃、60℃、80℃)和养护湿度(RH100％、RH95％、RH60％、绝湿)对掺氧化镁膨胀剂的净浆、砂浆膨胀特性以及微观结构的影响研究.结果 表明:养护温度越高、养护湿度越大,氧化镁膨胀剂的膨胀效能发挥越大;氧化镁膨胀剂对20 ～ 40℃温度范围不敏感,对40 ～ 80℃的温度范围十分敏感;氧化镁膨胀剂对高湿度环境(RH≥95％)不敏感,对低湿度环境(RH≤60％)较为敏感;氧化镁膨胀剂自身膨胀效能及水化反应动力学参数的差异是造成温度和湿度敏感性差异的主要原因.     

掺膨胀剂水泥砂浆的早期约束应力及徐变性能

采用改进的双圆环约束方法,测试了掺入氧化钙-硫酸钙复合膨胀剂水泥砂浆在膨胀及收缩全过程中的约束应力,结合极限拉伸试验评估了砂浆的开裂风险,并初步建立了砂浆早期徐变的计算模型。结果表明:在密封及干燥养护条件下,掺入膨胀剂可以有效延迟拉应力的产生时间,并降低拉应力数值,从而降低水泥基材料的开裂风险;根据砂浆环与约束钢环的变形协调关系可以计算砂浆的早期徐变变形,砂浆在早期发生的徐变大,使得膨胀剂在这一阶段产生的膨胀由于徐变而消耗,从而降低产生的约束压应力,减弱补偿收缩的效果。     

不同养护条件下内养护补偿收缩砂浆性能研究

研究了28 d干燥、保湿7d后干燥、密封三种干燥条件下复掺高倍吸水树脂(SAP)与MgO膨胀剂对砂浆性能的影响.研究结果表明:在以上三种条件下,复掺均能降低砂浆的收缩变形、提高砂浆7d和28 d的抗折强度、抗压强度和抗冻性.复掺在每种干燥条件下对砂浆性能影响不同,密封条件的收缩变形最小,保湿7d后干燥的抗折强度与抗压强度最大、抗冻性最好.复掺氧化镁膨胀剂掺量为8％时减缩效果最好,强度与抗冻性较单掺SAP砂浆有所提高.     

氧化镁膨胀剂对混凝土长期体积变化的影响

观察了外掺不同活性、不同剂量氧化镁膨胀剂混凝土的限制膨胀率曲线,并结合混凝土强度发展和绝热温升特性,补偿收缩胶砂试件的限制及自由膨胀率,分析了不同活性氧化镁膨胀剂的补偿收缩特性。结果表明:适量掺加氧化镁膨胀剂对于补偿收缩混凝土的强度发展基本没有影响,但导致混凝土的温升值较大,温升开始时间延迟。在氧化镁膨胀剂的常用掺量为6%~8%时,导致混凝土的绝热温升增加值约为3~4℃。氧化镁膨胀剂的活性越低,用其制备的补偿收缩混凝土的早期膨胀率越小,但最终膨胀量越大,膨胀稳定期出现越晚,采用"S"型膨胀剂时直到140 d膨胀仍未停止,因而容易造成混凝土结构的后期安定性不良。实际应用时应尽量选用高活性、大掺量的氧化镁膨胀剂,掺量宜控制在6%~8%。     

水胶比和粉煤灰掺量对补偿收缩混凝土自收缩特性的影响

通过测定基准混凝土和补偿收缩混凝土的自收缩,研究添加硫铝酸钙–氧化钙类膨胀剂的补偿收缩混凝土的自收缩特性,以及水胶比和粉煤灰掺量对于膨胀剂补偿效果的影响。结果显示:在前20h内硫铝酸钙–氧化钙类膨胀剂因为没有足够的强度约束而无法对混凝土自收缩产生补偿作用,在20～168h龄期内膨胀剂开始发挥补偿作用,自收缩减小。膨胀剂对自收缩的补偿效率受水胶比和粉煤灰掺量的影响很大,水胶比越大,膨胀剂对混凝土自收缩的补偿效率越高;粉煤灰掺量越大,膨胀剂的补偿效率越高。水胶比为0.34,粉煤灰掺量为45%时,适当掺量(6%)的膨胀剂产生的膨胀可以补偿全部的自收缩,使混凝土在30h后持续保持膨胀变形。     

掺多膨胀源膨胀剂复合胶凝体系的膨胀性能及力学性能研究

为研究不同膨胀源膨胀剂对复合胶凝体系膨胀性能及力学性能的影响,对单掺及复配多膨胀源膨胀剂补偿收缩复合胶凝体系的限制膨胀率及抗折、抗压强度等开展了试验研究.结果表明:氧化镁和氧化钙-硫铝酸钙(简称CA膨胀剂)两种膨胀剂在单掺情况下,CA膨胀剂膨胀量远大于氧化镁;CA膨胀剂的膨胀速率随掺量的减小而变缓,膨胀稳定期变长,而MgO膨胀剂的膨胀速率不受掺量的影响.复掺情况下,高活性MgO的限制膨胀率始终大于低活性MgO,且后期膨胀差距会随着MgO膨胀剂掺量的增加逐渐增大.当CA、MgO两种膨胀剂在质量比为1:1复配情况下,可采用叠加原理来较为准确地预测多膨胀源膨胀剂的膨胀经时发展规律以及膨胀量.对于强度而言,相同掺量下MgO膨胀剂对强度的影响小于CA膨胀剂.此外,复掺试验组限制膨胀与限制强度随龄期发展的协调性取决于该配合比中对膨胀能贡献更大的单类型膨胀剂的协调性.     

补偿收缩混凝土变形性能研究进展

向混凝土中掺加膨胀剂制成补偿收缩混凝土是解决混凝土收缩开裂的一种重要措施.本文针对近年来补偿收缩混凝土变形性能的研究进展进行了综述.膨胀剂种类繁多,不同膨胀剂膨胀机理各不一样,致使出现同种掺量同种补偿对象但膨胀剂不同则补偿收缩效果不同,甚至截然相反现象.另一方面,影响补偿收缩混凝土变形性能因素众多,主要有水胶比、矿物掺合料种类及掺量、膨胀剂掺量、外加剂、养护条件等,但更多时候是若干个影响因素同时出现,整体变形结果更加不确定,也会导致工程上膨胀剂应用失效现象出现.     

掺MgO膨胀剂水泥净浆变形性能研究

通过对含镁尾矿的处理,采用一定工艺制备了MgO膨胀剂,研究了不同煅烧温度下的MgO膨胀剂的膨胀性能,并进一步研究MgO膨胀剂的掺量和细度以及粉煤灰对不同养护条件下水泥净浆自由变形性能的影响.结果表明:煅烧温度1050℃时膨胀剂膨胀性能较好;水泥净浆的自由变形随掺量的增加和龄期的延长以及养护温度的升高而增大;在早期细度较小的膨胀剂具有较好的膨胀效果,而后期细度大的膨胀剂的膨胀效果高于细度小的膨胀剂;粉煤灰对膨胀剂早期膨胀和后期膨胀都有显著的抑制作用.     

菱镁矿尾渣煅烧MgO膨胀剂在一维限制砂浆中的膨胀性能

为探讨菱镁矿尾渣在制备MgO膨胀剂(MEA)应用上的可能性,研究了辽宁海城菱镁矿尾渣煅烧MEA的活性及其在不同温度水养护砂浆试件中的一维限制膨胀率.结果表明,利用废弃菱镁矿尾渣经高温煅烧可制备出不同活性的混凝土用MEA,且煅烧温度越高,活性越低;不同养护温度下MEA表现出不同的膨胀性能,掺低活性MEA的砂浆试件的膨胀受养护温度的影响更为显著;相较于菱镁矿煅烧得到的MEA,由菱镁矿尾渣煅烧的MEA中有效方镁石成分较低,同掺量情况下膨胀性能较差,实际应用中可通过适当提高MEA掺量以保证对混凝土收缩的有效补偿.     

温度对补偿收缩复合胶凝材料水化放热特性的影响

采用等温量热法,测定了在低水胶比条件下,不同组成的补偿收缩复合胶凝材料在不同水化温度时的水化放热曲线,探讨了在接近实际结构内部环境时补偿收缩复合胶凝材料的水化特性.在25℃,水胶质量比为0.3的条件下,硫铝酸盐型膨胀剂会抑制复合胶凝材料的正常水化,使其水化放热速率迅速降低,总放热量大幅度减小.提高水化温度消除了膨胀剂对于复合胶凝材料水化反应的抑制作用.在45℃时,掺加膨胀剂的复合胶凝材料的最大水化放热速率和96 h总放热量与纯硅酸盐水泥相当或更高.适当提高水化温度促进了矿物掺和料的水化反应,使得补偿收缩复合胶凝材料的水化硬化过程与膨胀剂效能发挥时间更好地匹配.     

低水胶比水泥浆体的力学性能与水泥石微结构

随着工程对混凝土强度和耐久性要求的提高,混凝土材料的水胶比不断降低。低水胶比条件下,水泥基材料的力学性能、胶凝材料水化程度及孔结构特征变化规律可能出现新的特点。设计水胶比为0.13～0.21的低水胶比水泥浆体,采用标准养护和高温蒸养两种养护制度,研究了硬化浆体力学性能、水化程度和水化产物微结构变化规律。结果表明:低水胶比条件下,水泥硬化浆体的抗折强度随水胶比降低持续提升,抗压强度先提升后下降;存在极限水胶比使胶凝材料体系强度达到最高,极限水胶比取决于硬化浆体的孔隙变化规律,也受到养护温度的影响;水胶比高于0.15时,水泥水化程度与水胶比呈现严格线性;降低水胶比可有效细化毛细孔,降低硬化浆体的孔隙率;但极低的水胶比和高温蒸养会使大孔出现粗化。低水胶比条件下,硬化浆体的孔结构决定其力学性能,水泥的水化程度只起到辅助作用。     

高温高压环境中MgO膨胀剂的性能与作用机理

观察了不同MgO掺量的补偿收缩水泥浆在高温高压环境中的自由膨胀率,并结合显微形貌、浆体孔隙率等微观测试手段,分析了高温高压环境中MgO膨胀剂的作用机理。结果表明:掺加适量适当活性MgO膨胀剂,可以在对浆体强度影响不大的前提下有效补偿油井水泥浆在高温高压环境中的收缩;在150℃、20 MPa下,宜使用低活性的S型MgO膨胀剂,掺量应控制在3%左右;在高温、高压环境中,Mg~(2+)的迁移速度更快,Mg(OH)_2晶体的生长范围更广,体积更大;除扩张微裂缝外,Mg(OH)_2晶体还与水泥水化产物雪硅钙石晶簇相互穿插,扩大水化产物间的距离,所产生的膨胀率远高于常温常压条件时的。     

高温高压环境中MgO膨胀剂的性能与作用机理EI北大核心CSCD

观察了不同MgO掺量的补偿收缩水泥浆在高温高压环境中的自由膨胀率,并结合显微形貌、浆体孔隙率等微观测试手段,分析了高温高压环境中MgO膨胀剂的作用机理。结果表明:掺加适量适当活性MgO膨胀剂,可以在对浆体强度影响不大的前提下有效补偿油井水泥浆在高温高压环境中的收缩;在150℃、20 MPa下,宜使用低活性的S型MgO膨胀剂,掺量应控制在3%左右;在高温、高压环境中,Mg^(2+)的迁移速度更快,Mg(OH)2晶体的生长范围更广,体积更大;除扩张微裂缝外,Mg(OH)_(2)晶体还与水泥水化产物雪硅钙石晶簇相互穿插,扩大水化产物间的距离,所产生的膨胀率远高于常温常压条件时的。     

轻烧氧化镁对地质聚合物变形行为的影响及机理

为探索地质聚合物收缩补偿途径,研究了不同MgO掺量地质聚合物试体在不同养护条件(室温和38℃,相对温度RH>95%)下的变形行为,并采用X射线衍射、热重分析等测试方法研究掺入MgO地质聚合物的组成,分析了MgO影响地质聚合物变形行为的机理。结果表明:MgO对地质聚合物的变形行为有明显影响,且随养护条件不同而差异显著;掺入MgO可减小地质聚合物同龄期试体收缩,且掺量越大,减缩越大,但在通常养护条件下均没有表现出在波特兰水泥体系中显著的收缩补偿效应。MgO在地质聚合物中参与反应,且在不同养护条件下的反应机制有显著差异:常温条件下MgO优先与游离的[SiO4]4–反应生成高吸水性的硅酸镁凝胶;提高养护温度更利于促进地质聚合反应,加速对[SiO4]4–的消耗,从而抑制硅酸镁凝胶的形成。     

多尺度MgO膨胀剂与SAP协同作用对UHPC力学及收缩性能的影响

超高性能混凝土(UHPC)水胶比较低，胶凝材料掺量较高，导致其在早龄期产生较大的自收缩，易发生收缩开裂。本文通过复掺多尺度MgO膨胀剂与高吸水树脂(SAP)内养护材料来解决此问题，探明多尺度MgO膨胀剂与内养护材料对免蒸养UHPC力学、收缩及水化特性的影响规律，并借助SEM、XRD、MIP、TG-DTG微观手段揭示复掺多尺度膨胀剂与内养护材料的协同作用机理。结果表明：与单掺MgO和纳米MgO相比，复掺多尺度MgO膨胀剂更有利于UHPC力学性能的发展，同时为UHPC体系水化过程提供稳定的膨胀源；在掺加多尺度膨胀剂的基础上继续引入SAP可以提高UHPC的工作性能，同时进一步降低UHPC早龄期的自收缩，研究结果可为解决UHPC早龄期自收缩大的难题提供数据支撑与理论指导。     

碱激发矿渣混凝土的补偿收缩性能试验研究

以硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂(EA)作为掺合料,通过改变EA的掺量(0%,2%,4%,6%和8%),采用自制收缩架对自由条件下和半密封约束条件下的碱激发矿渣混凝土的收缩性能进行测试.在此基础上,对EA分别与水,NaOH溶液及水玻璃溶液反应净浆及不同EA掺量碱激发矿渣净浆进行微观分析.收缩性能测试结果显示:两种不同养护制度条件下的试件掺入EA后干缩量均有所降低,且降低程度随EA掺量的增加而增大.当EA掺量达8%时,自由条件养护下的试件补偿收缩量约为3.0×10-4με,而半密封约束条件下的试件补偿收缩量可达4.0×10-4με.表明:该类EA对碱激发矿渣混凝土具有较好的补偿收缩性能,且在半密封约束条件下补偿收缩效果更为显著.微观分析显示:EA分别与水,NaOH溶液及水玻璃溶液反应净浆中均检出钙矾石与氢氧化钙两种水化产物,但在掺EA碱激发矿渣净浆中仅检出氢氧化钙一种水化产物.表明:EA在碱激发矿渣混凝土中起到补偿收缩作用的主要是水化产物氢氧化钙.     

水胶比和组成对补偿收缩胶凝材料的水化反应的影响

在不同水胶比条件下，利用等温量热法测量了不同组成的补偿收缩胶凝材料的水化放热速率和放热量曲线，以评价其水化特性及其对强度和膨胀性能的影响。随着水胶比逐渐降低，水化受到抑制。在水胶比为0．3时，补偿收缩胶凝材料的总放热量和水化放热速率有明显降低。由矿物掺和料、膨胀剂和硅酸盐水泥组成的复合胶凝材料的总放热量和水化放热速率较低，但后期水化放热增加量较大。水胶比大于0．4后，水胶比的变化对复合胶凝材料的水化过程影响很小。     

活性与养护温度对氧化镁膨胀剂膨胀性能的影响

采用X射线衍射和扫描电镜,观测不同活性的氧化镁膨胀剂在不同水化龄期的产物,结合胶砂试件的限制膨胀率和强度测定结果,探究了不同活性的氧化镁膨胀剂的水化过程、膨胀特性和机理。结果表明:氧化镁的活性高,会减小生成的氢氧化镁晶体的体积,降低膨胀能力;水泥浆体中的碱性环境会抑制氧化镁膨胀剂的水化;高温养护有助于氢氧化镁的原位生成并使晶体致密,有助于膨胀发展。