3℃下不同矿物掺合料的水泥水化程度试验研究

通过试验,研究3 ℃下水灰比为0.31的水泥净浆水化程度以及添加不同矿物掺合料的水泥水化程度,研究矿物掺合料对水泥水化的影响和添加了不同矿物掺合料的水泥水化规律,为定量化研究水泥水化提供参考依据.对试验原材料性能进行了测试,分别进行了不同矿物掺合料以及不同配合比的水泥浆体水化热测定和水化程度计算.试验结果表明:在3 ℃下用粉煤灰、矿粉等量取代部分水泥,胶凝材料的水化程度比普通硅酸盐水泥的水化程度低,但降低的幅度不完全与掺量成比例关系,粉煤灰降低水化程度的值比矿粉要高.同时拟合出了3 ℃下添加矿物掺合料的水泥水化规律曲线函数,通过对比试验数据,函数曲线与3 ℃下添加矿物掺合料的水泥水化规律有较高的相符程度.     

-3 ℃养护下考虑矿物掺合料影响的水泥水化程度计算模型

针对多年冻土地区工程施工时混凝土养护的问题,采用10%、20%、30%的矿粉和粉煤灰替代量等量替代水泥,测试了-3 ℃恒温养护条件下0.38水胶比水泥浆体在各个龄期的水泥水化热,计算了水泥水化程度;分析了龄期及矿物掺合料对水泥水化程度的影响规律,建立了综合考虑龄期和矿物掺合料替代量的水泥水化程度计算模型.结果表明:-3 ℃恒温养护下,矿物掺合料等量替代水泥,水泥浆体的水化程度会降低,粉煤灰降低水化程度的值要比矿粉高;在相同矿物掺合料替代量下,随着龄期的增长,矿物掺合料对水泥水化程度的影响逐渐减弱;同一龄期时,随着矿物掺合料的增加,矿物掺合料对水泥水化程度的影响逐渐增强;利用建立的模型计算了分别掺入15%矿粉和粉煤灰的水泥水化程度,与实测值相比,计算值偏离值较少,预测精度较高.     

-3℃下粉煤灰对水泥水化和水泥石微观孔结构影响的试验研究

通过水泥水化放热试验和水泥石孔结构分析试验,研究持续-3℃下28 d龄期时水胶比和粉煤灰掺量对水泥水化和水泥石孔结构的影响,分析微观孔结构和水泥水化之间的关系,探究粉煤灰对水泥石微观孔结构的作用机理.试验结果表明,在持续-3℃下,水泥水化程度随着水胶比的增加而增大,水泥石含气量和平均孔径也随着水胶比的增大而增大,在一定的水胶比下,随着粉煤灰掺量的增加,水泥浆28 d龄期水化程度逐渐降低,同时,相较于纯水泥浆体,掺入粉煤灰后,水泥石28 d龄期含气量、平均孔径都有一定程度的升高,且粉煤灰掺量越大,升高幅度越大.     

矿物掺合料对氯氧镁水泥早期水化行为的影响

研究了矿物改性氯氧镁水泥前期水化行为,绘制了各矿物掺合料氯氧镁水泥水化电阻率-时间曲线,测试终凝时间以及1 d抗弯与抗压强度。结果表明,矿物掺合料能够延缓氯氧镁水泥水化速度,并随着矿物掺合料掺量的提高,其水化速度逐渐变慢。同等掺量下硅灰延缓反应时间的作用最为明显,其次是石粉与粉煤灰。硅灰的掺入延缓氯氧镁水泥水化速度,大幅度提高其初终凝时间,降低早期强度,其掺量不宜超过20%。粉煤灰与石粉氯氧镁水泥初终凝时间均在规范要求以内,对早期抗弯拉强度与抗压强度影响幅度相对较小。添加粉煤灰与石粉试样晶体较掺硅灰试样结晶程度更高。     

偏高岭土/粉煤灰-磷酸钾镁水泥体系早期水化研究

试验研究分析了偏高岭土/粉煤灰-磷酸钾镁水泥体系的早期水化特性,及其力学性能和微结构的发展.结果表明,磷酸钾镁水泥体系早期水化放热特征同硅酸盐类水泥相似.偏高岭土和粉煤灰的掺入加速了磷酸钾镁水泥体系的早期水化,降低了凝结时间,提高了体系的早期强度,其中,偏高岭土在体系中比粉煤灰具有更高的活性.结合低场核磁共振对水化早期微孔结构的分析,偏高岭土在体系中的化学效应大于物理效应,粉煤灰在体系中的物理效应大于化学效应,粉煤灰主要起填充密实作用.     

持续负温下矿粉掺量对水泥水化和水泥石抗渗性影响的试验研究

通过试验,研究持续负温下矿粉掺量对水泥水化和水泥石抗渗性的影响,分析水泥石抗渗性和水泥水化之间的关系,探究不同矿粉掺量对水泥水化和水泥石抗渗性的作用机理.试验结果表明:温度越低,水泥水化程度越低;随着矿粉掺量的增加,水泥水化程度都有一定程度降低,且水化前期减小量较小,水化后期减小量较大;掺入一定比例矿粉,随着龄期的增长,水泥水化速率整体呈降低趋势,而当矿粉掺入比例不同时,随着掺量的增加,不同龄期内水泥水化速率的变化规律不同.通过试验得出,28 d龄期水泥石6h电通量随着矿粉掺入比例的增加而增增加.     

硫酸钠和三乙醇胺复合对粉煤灰水泥水化程度影响的研究

探讨硫酸钠和三乙醇胺复合对粉煤灰水泥不同水化阶段水化程度的影响。结果表明:将一定掺量的硫酸钠和三乙醇胺复合掺入可以不同程度地提高粉煤灰水泥不同龄期的水化程度,其水化3 d的水化程度的增幅最大;且随着粉磨时间的延长,粉煤灰水泥不同龄期的水化程度均有不同程度的提高但增幅下降。将一定掺量的硫酸钠和三乙醇胺复合掺入后粉煤灰水泥不同龄期的水化程度均高于单掺硫酸钠或三乙醇胺。其中硫酸钠对早期水化程度的提高效果优于三乙醇胺;当硫酸钠掺量为2%、三乙醇胺掺量为0.03%进行复掺且粉磨时间为15 min时,粉煤灰水泥不同龄期的水化程度均达到最大值。     

复合矿物掺合料在水泥中水化机理的试验研究

通过比较复合矿物掺合料净浆与基准水泥净浆的SEM形貌差别来研究复合掺合料的水化机理。并采用差示扫描量热法(DSC)通过对其吸热峰的峰高和峰面积的分析进而对体系中水泥水化产物的成分进行了验证,从而揭示胶凝体系的水化反应机理。     

粉煤灰-水泥水化的核磁共振定量分析

利用高分辨固体核磁共振仪结合去卷积技术,定量分析了粉煤灰水泥浆体中水泥和粉煤灰的水化程度以及C-S-H凝胶中硅氧-铝氧链平均长度,同时研究了粉煤灰火山灰反应对C-S-H结构的影响。结果表明:水化3 d时,系统中约47%的水泥和14%的粉煤灰参与了水化反应,C-S-H平均链长为3.2;水化120d时,水泥和粉煤灰的水化程度分别为89%和33%,C-S-H平均链长约为3.8,远大于纯水泥浆体中C-S-H的平均链长(为2.7)。水化3 d时粉煤灰玻璃相结构中的Si—O—Si,Si—O—和Al—Al共价键断裂,形成了单体硅酸根和单体铝酸根,这些单体结构桥连体系中的二聚体单元进而提高了C-S-H平均链长。粉煤灰掺入并不会因为C-S-H聚合度提高以及ACL增加就能促进粉煤灰水泥浆体强度。     

氯化钠与三乙醇胺复合对粉煤灰水泥水化程度影响的研究

探讨氯化钠与三乙醇胺复合对粉煤灰水泥不同水化阶段水化程度的影响。结果表明:将一定掺量的氯化钠与三乙醇胺复合掺入可以不同程度地提高粉煤灰水泥不同龄期的水化程度,其水化3d的水化程度的增幅最大,水化28d的水化程度的增幅最小;且随着粉磨时间的延长,粉煤灰水泥不同龄期的水化程度均有不同程度的提高但增幅下降。将一定掺量的氯化钠与三乙醇胺复合掺入后粉煤灰水泥不同龄期的水化程度均高于单掺氯化钠或三乙醇胺,其中氯化钠对早期水化程度的提高效果优于三乙醇胺;而三乙醇胺对后期水化程度的提高效果优于氯化钠;当氯化钠掺量为2%,三乙醇胺掺量为0.06%进行复掺且粉磨时间为15min时粉煤灰水泥不同龄期的水化程度均达到最大值。     

海水环境下矿物掺合料对硫铝酸盐水泥的水化影响

研究了海水环境下掺入硅灰、粉煤灰、矿渣对硫铝酸盐水泥抗压强度、化学收缩和水化产物的影响规律.结果表明:当硅灰的掺量为2.5%时,水泥浆体的抗压强度比空白组高.矿渣掺量为10%的水泥浆体28 d抗压强度明显超过掺入硅灰和粉煤灰时的强度,60 d强度高于空白组.掺入2.5%硅灰后,水泥浆体的化学收缩增大;在水化早期,粉煤灰和矿渣的火山灰活性很低,导致水泥浆体的化学收缩降低.掺入10%硅灰加快了硫铝酸盐水泥3 d水化反应,钙矾石生成量增多,水泥浆体早期强度比掺其它掺合料有所提高,但体积过快膨胀会破坏其内部结构,对水泥浆体的强度发展不利.     

海水与矿物掺合料对水泥基材料微结构和力学性能的影响

海水中多元离子会通过参与水化反应改变水泥水化产物组分和微结构,从而影响其力学性能和耐久性。本工作通过对孔溶液离子成分测试和水化产物矿相表征以揭示海水中多元离子与矿物掺合料耦合作用下,水泥基材料微结构和力学性能演化机制。采用离子色谱仪及电感耦合等离子发射光谱仪测得压滤法获得的净浆孔溶液的离子成分,同时结合X射线衍射、热重分析等微观表征研究水化产物矿相的演变规律。结果表明：海水中多元离子会促进水泥中硅酸三钙和硅酸二钙的水化,提高海水净浆孔溶液碱度,加快矿物掺合料与氢氧化钙的二次水化反应。硅灰对于孔溶液碱度的降低效果显著优于粉煤灰,也能通过生成更多水化硅酸钙凝胶实现钠离子和钾离子的有效固化。粉煤灰可以通过促进钙矾石、Friedel’s盐等铝相产物生成,实现对氯离子的有效固化,同时固化效果优于硅灰。本工作可以为海水海砂混凝土微结构和力学性能调控提供参考。     

不同温度下矿物掺合料对喷射混凝土水化行为及力学性能的影响

不同温度下粉煤灰、矿粉和硅灰对喷射混凝土水化行为及力学性能的影响规律尚不明确。本文通过XRD定量分析、热重分析和SEM测试等手段表征了不同温度和龄期下三种矿物掺合料对喷射混凝土水化行为的影响,并测试了砂浆抗压强度。结果表明,不同温度下,硅灰和矿粉能提高喷射混凝土早期和后期强度,粉煤灰不利于早期强度的发展,20℃时粉煤灰体系砂浆6 h抗压强度低于基准值。6 h和1 d龄期时,温度对试块抗压强度的影响非常显著,60℃时硅灰体系砂浆6 h抗压强度高达13.39 MPa;随着龄期增长,温度对试块强度的增强作用减弱。温度升高会激发矿物掺合料的火山灰效应,生成C-S-H凝胶填充内部孔隙,提高体系砂浆试块抗压强度。同一温度、龄期下,硅灰体系水化产物中C-S-H凝胶含量多,抗压强度最高。矿粉体系水化程度最高,抗压强度较高。粉煤灰体系中AFt含量最高,但C-S-H凝胶含量少,抗压强度最低。本文对特殊环境下矿物掺合料在喷射混凝土中的应用有指导作用。     

低温(3℃)下高强混凝土强度增长及其水化程度研究

试验研究了低温(3℃)养护条件、水胶比、龄期对水泥水化程度和混凝土抗压强度的影响规律,以及水化程度与混凝土抗压强度之间的内在联系.通过分析水泥水化反应机理、水化程度和混凝土抗压强度影响因素,得出低温(3℃)对水化程度和混凝土抗压强度有明显的抑制作用,前7d内影响最明显,随着龄期的增加影响逐渐减弱;对水泥水化程度的影响是一个连锁影响,影响程度大;对低水胶比混凝土抗压强度影响时期较长,高水胶比混凝土抗压强度影响时期较短;三种水胶比混凝土28 d抗压强度损失为3.2％～6.2％,低温(3℃)延迟了三种水胶比混凝土达到其设计抗压强度的时间,且随水胶比减小而增长;水化程度和混凝土抗压强度有着共同的影响因素且两者随龄期的变化规律有很好的一致性,因此可以用水化程度来反映混凝土抗压强度的变化.     

细度对碱矿渣水泥强度和水化程度的影响

本文主要研究了不同细度的碱矿渣水泥对抗压强度和水化程度的影响,并通过对水化产物的DTA分析和硬化浆体孔结构的测定,浅析了其作用机理。     

矿物掺合料和减水剂对桥梁混凝土水泥石水化热的影响

采用等温量热法研究高效减水剂对普通、中热水泥掺入不同品种及不同掺量的掺合料后水化热的耦合作用规律,分析了减水剂、矿物掺合料及两者双掺对水泥水化热及放热速率的影响.结果表明:矿物掺合料可减缓水泥水化放热的速率,推迟放热峰值的出现,粉煤灰的缓凝效果和削峰效果较矿渣要显著.外加剂对掺粉煤灰水泥的早期水化热有显著的降低作用.     

矿物掺合料对蒸养水泥净浆性能的影响

研究了蒸养条件下粉煤灰、矿渣的掺量对水泥净浆化学结合水量和抗压强度的影响,揭示了矿物掺合料对蒸养水泥净浆水化性能和力学性能的影响。试验结果表明,与标准养护相比,蒸汽养护更有利于激发粉煤灰和矿渣的火山灰活性,促进水泥的早期水化,提高水泥浆体的早期强度;但无论是蒸汽养护还是标准养护,随着矿物掺合料掺量的增加,复合胶凝材料的水化性能和力学性能明显减弱,因此矿物掺合料掺量不宜太大。     

铁尾矿粉-粉煤灰-矿渣粉复合掺合料对混凝土性能的影响

研究了铁尾矿粉单掺作掺合料对混凝土性能的影响,在此基础上系统研究了铁尾矿粉-粉煤灰-矿渣粉复掺作掺合料对混凝土坍落度、抗压强度的影响.研究结果表明,随着铁尾矿粉掺量的增加,混凝土坍落度呈先增大后减小趋势,抗压强度下降明显,铁尾矿粉的适宜掺量为15％;在掺量相同的条件下,掺加铁尾矿粉-粉煤灰-矿渣粉复合掺合料的混凝土强度明显高于单掺铁尾矿粉的混凝土强度,且混凝土工作性得到显著提高.用扫描电镜(SEM)、压汞仪对铁尾矿粉和复合掺合料的作用机理进行了研究.     

矿物掺合料对煤矸石水泥复合体系需水性的影响

自燃煤矸石具有火山灰活性,可以作为水泥混合材使用.但由于自燃煤矸石表面形态粗糙、颗粒孔隙率较大,当其掺量较大时会引起体系标准稠度需水量增大等问题.本课题通过掺加不同细度、不同掺量的粉煤灰、矿渣、石灰石粉和硅灰四种矿物掺合料,研究矿物掺合料对自燃煤矸石水泥复合体系需水性的影响.结果表明,分别复掺5wt％的矿渣、石灰石和工业硅灰三种矿物掺合料,可明显降低自燃煤矸石-水泥复合体系标准稠度需水量.其中复掺粉磨40 min石灰石减水率为4.4％;复掺粉磨30 min矿渣减水率为6.2％;复掺工业硅灰减水率达到10.2％.复掺矿物掺合料后,自然煤矸石-水泥复合体系早期强度稍有降低,但后期强度有所增强,其中复掺5％工业硅灰,28 d抗压强度提高2.5 MPa.     

矿物掺合料对水泥基材料干燥收缩影响的研究进展

较大的干燥收缩是引起混凝土开裂的主要原因之一,防治混凝土开裂是保证混凝土质量的重要举措,当前常用的主要技术措施为在优化配合比时掺入有益的矿物掺合料.本文对四种主要的水泥基材料干燥收缩理论及其适用范围进行总结,在此基础上,综述了矿物掺合料的种类、掺量、细度和掺入形式对水泥基材料干燥收缩的影响及其作用机理,指出了当前研究中存在的不足,并对未来研究方向进行了展望.