超细硅灰改性低强度等级水泥基材料的性能研究

为了提高低标号水泥基材料的力学性能和耐久性,基于纳米粉体的特殊性能与效应,采用超细硅灰对水泥基材料进行改性。除进行宏观力学性能和耐久性测试之外,运用XRD、TGA-DTA、SEM等方法,研究了超细硅灰改性水泥基材料的相组成、显微结构及微观形貌。结果表明:水泥基复合材料最佳配比为水泥:粉煤灰:超细硅灰:早强减水剂为1:1:0.025:0.015,此时超细硅灰能够很好地促进水泥水化,使水化产物增多,水泥石基体相的显微结构致密,C-S-H凝胶交织成致密的网状结构,结构缺陷显著降低,导致强度明显增大、耐久性显著提高。     

纳米级SiO2改性水泥胶砂作用机理研究

用XRD、TGA-DTA分析了纳米级SiO2改性水泥砂浆后的水泥基材料的性能变化,探索了纳米级SiO2的改性机理。XRD、TGA-DTA分析表明水泥砂浆被改性后,Ca(OH)2晶体取向程度降低,晶粒细化且呈无定型。改性后水化产物增多,导致强度增大。除了进行微观力学性能测试之外,用SEM测试评价了纳米级SiO2改性水泥砂浆后的微观形貌,发现在水泥基中添加纳米级SiO2能使水化速率增快,水化产物增多,龄期结构变得致密,导致强度增大,耐久性提高。     

新型混凝土表面防护材料的研究

以纳米SiO2、硅灰、粉煤灰作为矿物掺和料对水泥基材料进行改性,形成混凝土表面防护层.利用RCM法测定氯离子扩散系数,并通过SEM、XRD、DSC等手段研究改性水泥基材料的水化产物组成及微观结构,分析改善机理.结果表明:混凝土表面砂浆防护层能将混凝土抗氯离子侵蚀能力提升56.75％,并且这种提升效果随着粉煤灰、硅灰、纳米SiO2的掺入更加明显,且其提升能力依次增加;粉煤灰依靠其微集料效应及填充效应,增强了水泥石的密实程度;纳米SiO2、硅灰依靠其火山灰活性促进水泥的水化并产生二次水化,进而提升抗氯离子侵蚀能力.研究结果说明了利用无机矿物掺合料对水泥基材料进行改性形成防护层可明显提升混凝土的抗氯离子侵蚀能力,为进一步研究无机混凝土表面防护体系提供了研究基础.     

硅灰和PB-g-PSG胶乳复合改性水泥砂浆的性能

通过半连续乳液接枝聚合反应合成了m(聚丁二烯)/m(苯乙烯)/m(甲基丙烯酸环氧丙酯)比例为50/46/4的聚丁二烯接枝苯乙烯(St)和甲基丙烯酸环氧丙酯(GMA)共聚胶乳(PB-g-PSG).水灰比为0.4(质量比)时,将硅灰和胶乳用于改性水泥砂浆,研究了硅灰掺量和胶乳掺量对改性水泥砂浆的流动度、抗压和抗折强度以及水吸收速率的影响.研究表明:在一定掺量范围内,当胶乳掺量增加时,改性砂浆的流动度增加,吸水率降低;当硅灰掺量增加时,流动度降低,合适的硅灰掺量能降低改性砂浆的吸水率;胶乳和硅灰的复合掺入有益于砂浆力学性能的改善,改性砂浆的抗压强度、抗折强度最高值分别为67.02 MPa和7.40 MPa;利用DSC和XRD研究了硅灰和胶乳对水泥水化的影响,结果表明:当胶乳掺量增加时,水泥水化程度呈先增后降趋势,胶乳掺入10％时,水泥水化程度最高.当硅灰掺量增加时,水泥水化程度呈下降趋势,硅灰掺量为5％时,水泥水化程度最高.综上,胶乳和硅灰可以复合改性水泥砂浆.     

粉煤灰、硅灰及纳米硅与C3S水化反应产物的显微结构研究

介绍了粉煤灰，硅灰，纳米硅以及复合微粉剂对C2S水化的作用，对其产物的显微结构进行了分析。结果表明：不同粒径的微粉与C3S二次水化反应时，在Ca(OH)2的侵蚀作用下，早期生成絮状C－S－H凝胶，后期生成向外呈辐射状的纤维C－S－H。这种二次水化产物可填充不同粒径颗粒之间的孔隙，最终形成致密网络状的二级界面显微结构。     

晶体源对碱矿渣水泥力学性能的影响

为改善碱矿渣水泥基材料的脆性,以水玻璃为碱组分的碱矿渣砂浆为对象,研究掺入晶体源Al2 O3、A1(OH)3、Ca(OH)2以及引气剂后碱矿渣砂浆的力学性能.结果表明:掺入Al2O3与Al(OH)3,没有改善碱矿渣砂浆的脆性;掺入Ca(OH)2的碱矿渣砂浆3d折压比有较大提高,随龄期延长,折压比有所降低,但仍高于基准碱矿渣砂浆;引气剂与Ca(OH)2复掺时,对碱矿渣砂浆脆性改善明显,随龄期延长,韧性增加更多;单掺Al(OH)3与Ca(OH)2,以及复掺引气剂可以提高碱矿渣水泥水化产物的结晶程度.     

改性硅溶胶对水泥基复合材料力学性能的影响及机制

使用硅烷偶联剂KH560对纳米硅溶胶进行改性从而提升其分散性,并以硅溶胶、改性硅溶胶为掺和料,制备了不同含量的水泥基复合材料试件。采用Zeta电位仪、万能试验机分别测试改性前后硅溶胶的粒径分布及复合材料的力学性能,并采用X射线衍射(XRD)以及扫描电镜(SEM)对其增强机制进行分析。结果表明:硅溶胶消耗了水泥水化生成的Ca(OH)_2,生成了对混凝土强度有利的水化硅酸钙凝胶。当硅溶胶、改性硅溶胶质量分数分别为1.5%、1%时,水泥基复合材料的力学性能最好,微观结构均质而密实。其中,改性后的硅溶胶对水泥基复合材料的力学性能增强最为显著。     

纳米SiOx对微发泡天然乳胶材料力学性能影响的研究

通过用复合分散剂对纳米SiOx进行表面改性处理后，将不同份数的纳米SiOx均匀分散于微发泡天然乳胶配方材料中，经硫化后，对其力学性能所受到的影响做了相应的研究。得出如下的结论：当纳米SiOx用量为1．5－2．0份时，能有效地提高微发泡天然乳胶材料的力学性能。     

碳纳米管对硅灰/水泥砂浆力学和2D-3D微结构性能的影响(英文)

为了研究碳纳米管对硅灰/水泥砂浆力学性能及2D和3D微结构的影响。采用扫描电子显微镜测试了砂浆的2D空间形貌,并首次运用X射线计算机断层扫描技术对碳纳米管增强硅灰/水泥砂浆体系的3D缺陷进行了表征,同时探讨了砂浆28d龄期的断裂韧性和耐磨性等力学性能的变化规律。结果表明,碳纳米管显著提高了砂浆的断裂韧性和耐磨性,改善了基体的微观结构,硅灰的加入有利于碳纳米管在基体中的分散和增强效应的发挥。     

纳米CaCO3对硅酸盐水泥水化特性的影响

为研究纳米CaCO3对硅酸盐水泥水化特性的影响,利用微量热仪法测试了不同掺量纳米CaCO3对硅酸盐水泥水化放热影响,利用差示扫描热分析-热重(DSC-TG)法分析了其水化产物中Ca(OH)2含量与结合水量,并研究不同掺量纳米CaCO3对水泥基材料力学性能的影响.结果表明,在本试验条件下,纳米CaCO3的掺入促进了水泥的水化放热速率,水化放热亦随之增加;随着纳米CaCO3掺量增大,硅酸盐水泥水化生成的Ca(OH)2含量与化学结合水量皆增加;掺入纳米CaCO3水泥基材料的抗折和抗压强度提高,掺量为1.5％(质量分数)时对水泥基材料的力学性能提高最为显著.研究结果显示纳米CaCO3加速了硅酸盐水泥的水化.     

The effect of pozzolans and slag on the expansion of mortars cured at elevated temperature: Part II: Microstructural and microchemical investigations

The microstructural and microchemical development of heat-cured Portland cement mortars containing silica fume, metakaolin, blast-furnace slag, and fly ash were analysed using pore solution analysis, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) with energy-dispersive X-ray analysis (EDX). Incorporation of these materials into the mixture modifies the composition of the C-S-H gel, the quantities of the hydration products, and the microstructure. Ettringite was formed during moist storage in all specimens, but was not accompanied by expansion where a sufficient amount of metakaolin, blast-furnace slag, or a suitable fly ash replaced a proportion of the Portland cement; replacement with silica fume was not as effective at eliminating expansion. The different behaviour of silica fume from the other supplementary cementing materials is believed to reflect a difference in the way ettringite is formed in the presence of Al₂O₃-bearing mineral admixtures.     

硅灰改性压实水泥材料的组成和微观结构

用ＤＴＡ、ＸＲＤ及ＳＥＭ分析了不同养护条件下硅灰改性前后压实水泥的组成和微观结构，并探讨了结构与耐久性的关系。结果表明：在常温水养护条件下，除Ｃａ（ＯＨ）２外，硅灰改性前后压实水泥的组成无明显差异；压蒸条件下，随压蒸时间延长伴有产物的转化和晶化，掺入硅灰后，产物向低ＣａＯ／ＳｉＯ２方向转化和晶化；材料结构中未水化水泥颗粒进一步水化以及产物的转化和晶化对材料的结构和性能产生不利影响，甚至会导致结构破坏     

硅灰对超轻水泥基复合保温材料性能的影响

超轻水泥基复合保温材料(UCIM)是以水泥为胶凝材料,膨胀聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)颗粒、掺合料、泡沫剂、改性剂和水等为主要原料,采用物理发泡工艺制备而成。UCIM由EPS颗粒与泡沫混凝土基体互穿构成,不同品种的掺合料等效替代水泥后,能不同程度影响水泥浆体对EPS颗粒的包裹性,从而影响UCIM结构的均匀性与制品性能。通过设计不同掺量的掺合料,对比硅灰、偏高岭土及矿粉所制备的UCIM的均匀性及强度,结果表明,当采用硅灰时,UCIM未产生分层离析现象且制品强度试验结果较好;通过微孔拍摄及强度、热工性能测试,系统研究了硅灰掺量对UCIM的泡沫混凝土基体的孔结构、强度和导热系数的影响,结果表明,适宜掺量的硅灰能提高UCIM的力学性能,使UCIM的泡沫混凝土基体的平均孔径减小,进而有利于降低UCIM导热系数。     

纳米SiO_2对硅酸三钙基骨水泥性能的影响

研究纳米SiO2对硅酸三钙(Ca3SiO5,简称C3S)基骨水泥性能的影响。结果表明:纳米SiO2的掺入,可以加快C3S的水化进程,但延缓了浆体的凝结。纳米SiO2与Ca(OH)2反应生成较低n(Ca)/n(Si)的CSH凝胶,降低了固化体中Ca(OH)2的含量。纳米SiO2与Ca(OH)2反应生成的CSH凝胶呈网络交织状结构,既可对固化体起到密实填充作用,又可增强固化体的胶凝性能,从而提高固化体的力学性能。固化体中Ca(OH)2的含量随纳米SiO2掺入量增加而降低;当SiO2掺入量达到6%时,固化体中CSH凝胶的平均n(Ca)/n(Si)开始降低。     

Occurrence of large silica fume-derived paticles in hydrated cement paste

In an examination of a 1-year old hydrated silica fume bearing cement paste a number of large (35–80 μm) rounded siliceous particles were found that had apparently been derived from the coarse fraction of the silica fume. Calcium had diffused inward from the periphery of the grains, and in most cases had reached the centet. The Ca:Si mole ratio near the outer zone was almost the same as that in the surrounding matrix CSH gel, but decreased continuously with distance toward the center. Potassium and sodium were also found within the particles, but were distributed inversely to the calcium, i.e. increasing toward the center. The reaction product generated here appears to be CSH and not potentially expansive alkali silica reaction product gel, although such gel might be produced with high alkali cements.     

Supplementary cementitious materials for mitigating degradation of kraft pulp fiber-cement composites

Kraft pulp fiber reinforced cement-based materials are being increasingly used where performance after exposure to environmental conditions must be ensured. However, significant losses in mechanical performance due to wet/dry cycling have been observed in these composites, when portland cement is the only cementitious material used in the matrix. In this research program, the effects of partial portland cement replacement with various supplementary cementitious materials were investigated. Binary, ternary, and quaternary blends of silica fume, slag, Class C fly ash, Class F fly ash, metakaolin, and diatomaceous earth/volcanic ash blends were examined for their effect on the degradation of kraft pulp fiber-cement composite mechanical properties (i.e., strength and toughness) during wet/dry cycling. After 25 wet/dry cycles, it was shown that binary composites containing 90% slag, 30% metakaolin, or greater than 30% silica fume did not exhibit any signs of degradation, as measured through mechanical testing and microscopy. Ternary blends containing 70% slag/10% metakaolin or 70% slag/10% silica fume were also effective in preventing degradation. A reduction in calcium hydroxide content and the stability of the alkali content due to supplementary cementitious material addition were shown to be primary mechanisms for improved durability.     

海工高性能混凝土用复合胶凝材料的试验研究

在调查分析海工混凝土工程实例的基础上，试验研究了硅酸盐水泥中掺入矿粉、粉煤灰、硅灰等混合材料对海工混凝土性能的影响。研究结果表明，在硅酸盐水泥中掺加矿粉、粉煤灰、硅灰等混合材料可以改善海工混凝土的综合性能。矿物混合材料的复合掺入比单独掺入能更好地改善混凝土抗Cl^-侵蚀性能。海工专用复合胶凝材料生产时宜尽可能地采用多种混合材料。     

海工水泥原料组成的优化试验研究*

根据国家标准对海工水泥原材料组成的要求,本文以粉煤灰、矿粉、硅灰为混合材与硅酸盐水泥熟料、石膏复合,通过水泥砂浆物理性能试验、抗渗性能试验、抗硫酸盐侵蚀试验和混凝土氯离子扩散系数试验,优化、确定了海工水泥合理的原材料组成范围。试验结果表明,当熟料掺量≥33%,硅灰掺量≤3%时,所制备的海工水泥的力学性能满足国家标准42.5级海工水泥的要求;以33%的熟料、7%的石膏、17%的粉煤灰、40%的矿粉和3%的硅灰制备的海工水泥具有较好的早期、后期强度和良好的耐久性能。XRD和SEM分析结果表明,与普通硅酸盐水泥相比,海工水泥水化体系中AFt含量多,可提高水泥石的致密度,减小孔隙率,使水泥硬化体具有优异的力学性能和耐久性能。