活性掺合料对混凝土抗碳化性能影响的研究

研究了强度等级(C30和C45)、龄期(28 d和120 d)、矿物掺和料(矿粉和粉煤灰)质量掺量对掺有脂肪族高效减水剂(SAF)的混凝土抗碳化性能的影响,并建立了C30/C45混凝土在28 d/120 d龄期的碳化深度与矿粉/粉煤灰掺量比例之间的回归模型。结果表明:水胶比的降低、养护龄期的延长都能提高水泥石的密实度,从而提高抗压强度和抗碳化性能;混凝土抗碳化性能随矿粉掺量的上升、粉煤灰掺量的下降而提高;当矿粉掺量占胶凝材料质量的37.5%时,C30混凝土的抗碳化性能最佳;当矿粉掺量占胶凝材料质量的31.9%时,C45混凝土的抗碳化性能最佳;当龄期增加时,粉煤灰掺量比例越大则碳化深度的下降幅度越大;矿粉和粉煤灰掺量的相对比例变化时,对低强度混凝土的影响程度要大于高强度混凝土。     

钢渣-赤泥-水泥基复合砂浆的水化硬化特性

为探明二元固废间的协同胶凝作用，本文研究了不同配合比条件下钢渣-赤泥-水泥基复合砂浆的力学性能，并采用水化热、XRD、TG-DTG、SEM等手段来表征复合砂浆的水化特征及微观形貌。研究结果表明：与纯水泥组相比，单掺30%(以下均为质量分数)钢渣会抑制浆体的水化反应，从而降低砂浆的力学性能，而在单掺30%钢渣的基础上复掺适量的赤泥可以有效降低钢渣对砂浆力学性能的负面影响。其中，当钢渣掺量为15%、赤泥掺量为15%时，复合砂浆的28 d抗折强度和28 d抗压强度均最高，分别为6.8和39.8 MPa,与单掺30%钢渣组相比，复合砂浆的28 d抗折强度和28 d抗压强度分别提高了11.5%和20.6%,这主要是因为掺入的赤泥不仅起到物理填充作用，而且为钢渣的水化反应提供了良好的碱性环境，促进钢渣参与水化反应，生成更多的钙矾石和水化硅酸钙凝胶，改善砂浆的微观结构。     

聚羧酸减水剂及不同掺合料对混凝土耐久性的试验研究

研究不同粉煤灰(20％、30％、40％)、矿粉微渣掺量及聚羧酸减水剂掺量(0、0.6％、0.8％、1.0％、1.2％)等多因素对寒区水工混凝土力学性能、抗碳化能力及抗冻融耐久性的影响规律.试验结果表明:聚羧酸减水剂的掺入可以显著提高不同外掺料混凝土的力学性能、抗碳化性能和抗冻性能;在本文所考虑的减水剂掺量范围内,减水剂掺量为1.0％时,各组混凝土试样的抗压强度最高,抗碳化能力最强,抗冻融效果最好;采用幂函数形式得到的碳化深度随龄期的变化规律有较高的拟合精度和相关性,建立的函数关系可以很好的反映实际碳化试验结果;在聚羧酸高效减水剂掺量相同的情况下,随着粉煤灰用量的降低,矿粉掺量的逐渐增多,混凝土的抗碳化性能和抗冻性能得到明显改善.研究成果可为寒冷地区外掺料混凝土在冻融环境下的耐久性应用提供一定的试验依据和参考.     

纤维混杂对超高性能混凝土性能影响试验研究

利用钢纤维、碳纤维及膨胀剂等制备超高性能混凝土,测试评估材料的工作性、力学性能、收缩和耐久性能及微观结构。研究表明,碳纤维替代钢纤维量1.0‰时工作性及力学性能最佳,28 d抗压与抗折强度可以达到182.9 MPa与60.9 MPa;膨胀剂4.0%掺量下效果较好,90 d膨胀率基本稳定在2?左右;水化产物微观结构致密,120 d碳化满足T-Ⅳ等级,抗硫酸盐等级大于KS60,动弹模量54.21 GPa,耐久性好。     

掺抗裂硅质防水剂的大体积混凝土耐久性试验研究

采用掺抗裂硅质防水剂(SC)的方法对大体积混凝土配合比进行调整优化,并通过混凝土绝热温升、力学性能、干燥收缩、限制膨胀率、早期抗裂、电通量、孔结构分析等试验测试,分析了掺SC对混凝土物理性能、体积稳定性和抗裂防渗性能的影响.结果表明:与CP0和CP2混凝土相比,掺10％ SC混凝土早期抗压强度偏低,后期强度增长较快,28 d限制膨胀率为0.052％;混凝土14 d补偿收缩量169 μm,占总收缩量的77％,膨胀能发挥高效、稳定;绝热温升峰值下降幅度达到10℃,且水化放热速率降低,放热过程延长;早期开裂面积和电通量数值最小,降低了混凝土开裂风险,提高了抗渗能力;无害孔、有害孔及多害孔数量明显减少,并改善了混凝土孔结构分布.     

活化煤矸石水泥水化机理与性能研究

近些年来,水泥的低碳化成为国内外的研究热点,利用活性矿物掺和料取代水泥是一种有效降低CO₂排放量的方法。为验证活化煤矸石作为水泥矿物掺和料的可行性,研究了活化煤矸石对水泥流变性能、力学性能、水化产物及水化程度的影响,揭示了水胶比、龄期及活化煤矸石掺量等对水泥胶砂试件抗压和抗折强度的影响,并利用XRD、SEM和TG/DTG等表征活化煤矸石对水泥水化产物和微观结构的影响。结果表明,活化煤矸石水泥的流变性能对水胶比的变化更加敏感。将活化煤矸石掺入水泥中,能够有效降低水泥早期的水化速率。活化煤矸石含有大量的活性SiO₂和Al₂O₃,具有很强的二次水化反应活性。二次水化产物水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶能够填充水泥机体的孔隙,提升水泥基体的强度。与掺30%(质量分数)石英粉的试件相比,掺30%(质量分数)活化煤矸石试件的28 d抗折和抗压强度分别提升了11.69%和11.82%。     

矿粉掺量对水泥石微结构与力学性能的影响

利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、压汞(MIP)等测试手段研究了不同掺量矿粉对其与水泥的复合胶凝材料体系的力学性能、水化产物及孔结构的影响规律。研究发现矿粉掺量的提高,延缓了体系的水化进程,降低了早期的水化产物生成量,使得矿粉水泥石的抗压强度随矿粉掺量的提升而降低。扫描电镜和压汞的测试结果表明,随着矿粉含量的提高(0%、30%、50%、70%),体系中水化产物的尺寸及水泥石内平均孔径均有所降低,但总孔隙率呈现先降低后升高的趋势,其中矿粉掺量为50%时,水泥石的孔隙率最低。     

粉煤灰及沙漠砂对混凝土抗碳化性能的影响

通过进行单掺粉煤灰、单掺沙漠砂、双掺粉煤灰和沙漠砂混凝土3d、7d、14d、28d和56d抗碳化性能试验,分析了粉煤灰掺量和沙漠砂替代率对混凝土抗碳化性能的影响,建立了混凝土28 d碳化深度与粉煤灰掺量及沙漠砂替代率之间回归关系模型.试验结果表明:对于单掺粉煤灰混凝土,随着粉煤灰掺量增加,混凝土碳化深度逐渐增大,且碳化早期比后期增长较快;对于单掺沙漠砂混凝土,随着沙漠砂替代率增加,混凝土碳化深度呈先减小后增大趋势,沙漠砂替代率20%时混凝土碳化深度最小;对于双掺粉煤灰和沙漠砂混凝土,粉煤灰掺量10%,沙漠砂替代率20%时混凝土碳化深度最小.     

基于响应面法的半水磷石膏复合胶凝材料优化设计及性能研究

为实现工业副产品磷石膏的资源化利用，本文基于响应面法中的中心复合试验法，选择硫铝酸盐水泥(SAC)和蛋白类缓凝剂(SC)掺量作为配比变量，对半水磷石膏复合胶凝材料(HPCM)进行性能优化，制备高性能HPCM。通过数据处理，得到变量与1 d抗压强度、绝干抗压强度、初凝时间和终凝时间的响应面曲线，建立相应的响应面模型。结果表明，SAC和SC掺量最优值分别为20.48%(质量分数)和0.12%(质量分数),测得HPCM的绝干抗压强度为23.1 MPa,初凝时间为38 min, HPCM力学性能、工作性能等皆良好。基于水化进程及水化产物组成进行分析，主要是矿物相改变造成的新水化产物的生成改善了体系微观结构组成，从而优化了性能。     

氧化石墨烯改性水泥砂浆抗氯离子渗透性能

采用快速电通量法及长期氯盐浸泡试验,研究了氧化石墨烯(GO)改性水泥砂浆的抗氯离子渗透性能,分析了电通量与表观氯离子扩散系数之间的关系,并通过扫描电镜(SEM)分析了其微观结构。结果表明:掺入适量的GO能够提升水泥砂浆的抗氯离子渗透性能,当掺量为0.06%(质量分数)时最显著,与无GO的对照组相比,水泥砂浆的电通量和氯离子侵蚀深度分别降低了34.5%和27.2%;长期氯盐浸泡60 d、120 d后,0~5 mm处的自由氯离子浓度最高分别降低了28.4%和15.3%;电通量与表观氯离子扩散系数之间存在良好的线性关系;GO有效调节了水化产物形状,减少了内部孔隙,使其微观结构更加密实,从而提升了水泥砂浆抗氯离子渗透性能。     

水泥的碳酸化工艺研究

通过设计正交实验,测定碳酸化水泥复合胶凝材料与纯水泥的水化产物及观察硬化浆体的微观形貌,研究了水泥的碳酸化工艺条件。结果表明：碳酸化水泥复合胶凝材料3d、28d的抗压强度普遍高于纯水泥,且强度等级由42．5提高至52．5;水量、碳酸化温度对碳酸化复合胶凝材料3d抗压强度有显著影响,且水量的影响作用较大;水泥的碳酸化最佳工艺条件为水量：0．2％、CO2压力：0．2MPa、碳酸化温度：25℃、碳酸化时间：30min;复合胶凝材料3d水化产物中有CaCO3微晶析出,28d水化产物中有较多的碳铝酸钙生成。     

纳米SiO2对超硫酸盐水泥性能影响研究

为了克服超硫酸盐水泥(SSC)早期强度低的难题,探究了纳米SiO₂(NS)对SSC水化硬化性能的调控效果与机理。研究了NS对SSC力学性能、产物组成、微观结构和形貌,以及孔隙结构的影响规律。结果表明:掺入NS可显著提升SCC力学性能,其中3 d抗压强度提升了32%,3 d抗折强度提升了28%,90 d抗压强度提升了近一倍;同时,NS能够显著密实SSC孔隙结构,使其临界孔径从72.8 nm降低至6.5 nm。NS的增强机理主要为促进矿粉水化,增加产物中C-(A)-S-H凝胶的生成量和聚合度。本文证明了NS提升SSC水化硬化性能的可行性,为低碳SSC的性能提升提供了新思路。     

矿粉对C40混凝土性能的影响研究

开展了不同矿粉掺量的混凝土试验研究，寻找不同掺量矿粉对混凝土性能（包括坍落度，强度，抗碳化性能，抗冻融性能，水化热）影响规律。经实验研究发现，以C40混凝土为基础，用一定量的矿粉代替水泥，显著优化混凝土水化放热情况，提高混凝土后期强度，增强混凝土的使用性能。     

氢氧化镁对磷石膏基水泥性能的影响

在磷石膏基水泥中加入氢氧化镁,以提高其抗碳化性能,运用XRD、SEM等测试方法对其水化过程和机理进行了探讨。结果表明,当氢氧化镁掺量达到8％后,水泥碳化7d后的强度高于碳化前的强度,且随氢氧化镁掺量的增加碳化深度逐渐减小。氢氧化镁与二氧化碳反应生成碳酸镁,堵塞水泥石中的孔隙,阻止了二氧化碳的渗入,保护了体系中的钙矾石不被二氧化碳大量分解,使水泥石更加致密,是氢氧化镁能够改善磷石膏基水泥抗碳化性能的主要原因。     

Microstructural densification and CO2 uptake promoted by the carbonation curing of belite-rich Portland cement

The present study investigates the effects of the belite content and carbonation curing on the physicochemical properties of cement mortar. The results provide new insight, demonstrating that a higher belite content in cement increases CO₂ uptake during the carbonation curing process and thus promotes microstructural densification. Carbonation-cured cement with a high alite content showed increased pore connectivity, while the cement with a high belite content experienced reduced pore connectivity and more instances of pore closure, resulting in a complex microstructure. The belite phase was mostly consumed by the carbonation reaction during the curing process, resulting in the production of calcite. As a result, the mechanical strength of the carbonation-cured belite-rich Portland cement mortar was significantly improved in comparison with that after normal curing for an identical period. In particular, the reaction of the belite phase influenced by hydration/carbonation interaction at an early age is discussed along with the experimental results.     

双掺粉煤灰及偏高岭土对混凝土性能的影响研究

通过测试混凝土抗压强度、劈拉强度、抗渗、抗碳化、抗冻性能,研究了粉煤灰和偏高岭土单掺、复掺时对混凝土性能的影响。同时分析了粉煤灰和偏高岭土对混凝土性能的作用机理。研究结果表明:当粉煤灰掺量为胶凝材料的15%、偏高岭土掺量为胶凝材料的12%,相比普通混凝土,复掺粉煤灰及偏高岭土混凝土28d抗压强度提高了15.8%、劈拉强度提高了20.4%、渗透系数降低了69.1%、碳化深度降低了29.3%,200次冻融循环后,相对动弹性模量提高了33.1%、混凝土质量损失降低了43.8%。复掺粉煤灰及偏高岭土适用于制备高性能混凝土。     

Effect of ternary binder on the mechanical and microstructural properties of sand concrete

The present work focuses on the study of effect of the cement content (C), lime (L) and pozzolan (P) as well as the effect of their combinations C*L, C*P and L*P on the mechanical and microstructural properties of sand concrete based on a ternary binder using the ‘mixture design’ method. C, L and P were taken as independent variables, while the flexural strengths (Rf) and the compressive strengths (Rc) at 7 and 28 days were taken as responses. Mathematical models were determined. The obtained results showed that the most significant variable that affects all the studied responses is the cement content. The SC09 (100% C) presented the highest values. However, the SC08 (80% C + 20% L) ranks second and the SC13 (80% C + 20% P) ranks third in terms of mechanical strength. But SC08 and SC13 provided 20% of cement economy, while the minimum values of mechanical strength were recorded in the case of SC17 (100% L), which means that a high rate of lime has relatively a negative influence on the mechanical strength. On the other hand, the X-ray diffraction study showed that the type of the resulting hydration products and their quantities depend on the proportions of C, L and P, which justifies the changes recorded in the properties studied. Finally, the microscope visualization showed also that the material appears relatively homogeneous and dense with a good adhesion paste-aggregate, either in the case of cement or pozzolan or lime.     

水滑石在水泥基中的结构重建及其碳化分析

水滑石( LDHs)具有层间阴离子可交换性和结构记忆性的特点,可利用外掺水滑石( LDHs)吸附侵入水泥石中的二氧化碳,从而提高水泥基的抗碳化性能。通过X射线衍射可以观察煅烧水滑石( LDOs)在碳化环境下的结构重建情况,以及掺煅烧水滑石( LDOs)水泥砂浆的抗碳化行为。试验表明：500℃煅烧后的水滑石具备较强的结构重建能力,可在水泥水化环境下吸附二氧化碳并有效提高水泥基抗碳化性能。     

联合活化多元辅助胶凝材料对蒸养混凝土性能的影响

采用联合活化方法将粉煤灰微珠、粒化高炉矿渣、硅灰制备成高活性多元辅助胶凝材料,研究不同活化方式下,多元辅助胶凝材料对胶砂活性指数及水化产物的影响,探讨掺入多元辅助胶凝材料对混凝土抗压强度及抗硫酸盐侵蚀性能的影响,通过X射线衍射(XRD)、热重差热分析法(TG-DSC)和压汞法(MIP)对辅助胶凝材料水化产物及孔结构进行表征。结果表明:在静停6.0 h、90 ℃恒温4.5 h蒸汽养护(蒸养)后,联合活化后的多元辅助胶凝材料掺量为水泥质量的30%时,3 d、7 d和28 d胶砂活性指数分别为137.54%、140.06%和143.97%,浆体孔隙率为6.78%,胶砂流动度下降3.94%;当静停7.5 h、90 ℃恒温4.5 h蒸养后,与水泥组相比,混凝土1 d抗压强度提高了17.7%,且混凝土抗硫酸侵蚀系数提高5.8%;当静停6.0 h及90 ℃分别恒温4.5 h、7.0 h、12.5 h蒸养后,混凝土1 d抗压强度分别提高13.4%、16.2%和15.3%,7 d抗压强度分别提高16.3%、16.0%和15.2%。在联合活化作用下,辅助胶凝材料中高活性组分与水泥中Ca(OH)₂发生二次反应,促进水化硅酸钙(C-S-H)凝胶生成,优化了蒸养混凝土性能。