电阻率法研究引气剂对水泥浆体化学收缩及氯离子渗透性的影响

研究了引气剂对硅酸盐水泥浆体的电阻率、化学收缩、物理力学性能及氯离子渗透性的影响。结果表明,掺入引气剂使水泥浆体的流动度增大,凝结时间延长,早期水化速率加快,化学收缩增大。水泥浆体的电阻率在凝结前随着引气剂掺量的增加而增大,在硬化后则随着掺量的增加而减小。在28d龄期时,0.04%掺量内的引气剂对硬化浆体的抗压强度影响较小,其强度损失率低于5%,氯离子迁移系数随掺量的增大而减小。随引气剂掺量的变化,水泥浆体的电阻率与化学收缩、抗压强度和氯离子迁移系数均存在很好的定量关系。通过水泥浆体的电阻率发展曲线可以预测其化学收缩、强度与氯离子渗透性的变化规律。     

水泥中MgO膨胀剂水化产生的膨胀应力表征

本文研制了一套膨胀应力测试装置,并以此为基础测试了约束条件下MgO膨胀剂(MEA)压实体和掺MgO膨胀剂水泥浆体中水化产生的膨胀应力;采用X射线衍射法定量分析了MgO的含量,并计算MgO的水化程度。结果表明:活性指数为23s和46s的MgO膨胀剂压实体水化22d产生的膨胀应力分别为38.9MPa和62.7MPa;掺水泥浆体的膨胀应力随MEA掺量增大、MEA活性指数提高和MgO水化程度增加而增大,不掺MgO膨胀剂的水泥浆体63d时的收缩应力为1.3MPa,掺12%活性指数为23s和46s的MgO膨胀剂水泥浆体在63d时的膨胀应力分别为1.8MPa和3.0MPa。     

含铬熟料的烧成、水化及其浸出毒性

为探索水泥窑协同处置含铬固体废弃物的可行性,通过测定熟料的f-CaO含量、强度、铬浸出浓度,以及分析熟料的矿物、水化产物和水化放热,研究了CrO3对熟料烧成、水化及浸出毒性的影响规律及机制。结果表明:当CrO3掺量低于2%时,熟料的f-CaO含量和3d、28d、90d强度随掺量的变化不明显;Cr(Ⅵ)/∑Cr浸出浓度随CrO3掺量增加而增大,随养护龄期延长而减小。当CrO3掺量小于0.25%时,熟料Cr(Ⅵ)浸出浓度均低于0.05mg/L,符合Ⅱ类地表水环境质量标准限值;当CrO3掺量较高时,抑制C3S形成,并显著延缓水化;熟料对铬的固化可归因于熟料矿物和水化产物对铬的固溶和包裹。掺加少量CrO3对熟料烧成、水化、性能均无不利影响,产品的环境安全性能够得到保证,水泥窑协同处置含铬废弃物是值得深入研究的技术途径。     

磷石膏基胶凝材料的制备及无机保水剂对其性能的影响

磷石膏基胶凝材料(PGC)是由原状磷石膏、矿渣、水泥和外掺3%硅灰等配制而成的绿色胶凝材料。通过标准稠度需水量、凝结时间和抗压强度等参数确定其基本配合比,并研究无机保水剂(P-1)对PGC析水率和线膨胀率的影响,借助XRD和SEM测试手段对水化产物进行分析表征。结果表明:磷石膏掺量为50%、矿渣与水泥的比值为4∶1、外掺3%硅灰时,制备出的PGC标准稠度需水量为30.8%,初、终凝时间分别为606min和872min,室温下7d抗压强度可达25.9MPa,28d抗压强度超过40MPa。P-1掺量为2%时,析水率为1.3%,较空白样(未掺P-1)降低了62.9%,28d线膨胀率为0.3137%,较空白样降低了3.3%。PGC水化产物主要为C-S-H凝胶和少量AFt。     

钢渣掺量对膏体早期强度及流变特性的影响

为探讨钢渣掺量对膏体早期强度和流变特性的影响效果,设计不同钢渣掺量的膏体早期强度与流变特性实验,使用XRD、TG/DTG和SEM等手段研究胶凝材料的水化产物,利用Zeta电位和pH计分析料浆屈服应力与黏度变化机理.结果表明,钢渣掺量由30％增至50％时,膏体早期(3 d、7 d、14 d和28 d)强度先增大后减小,钢渣掺量为35％时强度最优,养护28 d的净浆试样质量总损失为23.40％,水化产物更多,结构更致密.随钢渣掺量的增大,试样的屈服应力和黏度一直增大,固体颗粒间引力大和需要外力破坏絮凝结构是料浆屈服应力高的原因,而固体颗粒间的摩擦加剧是造成料浆黏度高的重要原因.     

掺石膏的低钙水泥水化过程及浆体结构研究

利用高铝粉煤灰可烧制主要矿物组成为硫铝酸钙■和硅酸二钙的低钙水泥(LCC),石膏■对■系列胶凝材料的水化性能起重要作用。为推广LCC的应用,研究了不同■掺量的LCC水化性能。通过等温量热仪、扫描电子显微镜、压汞仪等分析了LCC水化过程及浆体结构,并对LCC抗压强度进行检测。结果表明,随着■掺量增加,LCC水化反应加速,产物钙矾石(AFt)增多且由针状向柱状演变,浆体孔隙率呈现下降趋势;少量■(1%(质量分数))有利于浆体中水化钙铝黄长石的形成,28 d强度增长22.6%;■掺量为5%时,各龄期强度均显著提升;■掺量较高时(10%),浆体早期性能发展迅速而后期性能未见改善;过量■促使AFt发育成管、柱状,尽管浆体孔隙率降至8.4%,但形成了较多微米级粗孔,不利于后期性能提升;不同■掺量(1%～20%)的LCC强度均稳定发展且后期强度不倒缩,展现了LCC的广阔应用前景。     

超细镁渣微粉-水泥复合胶凝材料的性能及水化机理

镁合金被誉为“21世纪绿色工程金属结构材料”,我国皮江法炼镁所得镁渣规模庞大、亟待解决，制备建筑材料是消纳镁渣的重要渠道，但国内外相关研究屈指可数，且普遍以镁渣耦合其他固废及水泥制备复合胶凝材料为主，鲜有针对镁渣-水泥简单体系的细致研究，故镁渣水化及其对水泥水化的影响机制尚未明确。本工作通过探究超细镁渣微粉-水泥复合胶凝材料(MS-C)新拌浆体和硬化浆体的性能、组成及结构演化规律，分析超细镁渣微粉对MS-C水化进程的影响机制，进一步揭示镁渣-水泥的协同水化机理。镁渣中的硅酸二钙以低活性γ-C₂S为主，超细粉磨是发挥其填充效应的关键途径，掺入30%的超细镁渣粉使水泥中1 000 nm以上孔含量由7.98%降低至6.83%。在减水剂作用下，MS-C浆体的流动性随超细镁渣微粉掺量的增大而增大，在无减水剂时其作用相反。低掺量超细镁渣微粉的水化及弱胶凝作用可增大其填充效应对强度的贡献，并促进Ca(OH)₂和C-S-H凝胶的生成，使得低超细镁渣微粉掺量的MS-C获得优于纯水泥的28 d力学性能。本研究获得了超细镁渣微粉-水泥水化特性的基础结论，为提高镁渣...     

锆硅渣水化活性研究

通过水泥胶砂试验和压力试验研究锆硅渣的水化活性,结果表明:锆硅渣通过250!650℃煅烧后均具有水化活性,能够掺加到水泥制品中;锆硅渣做水泥混合材的最佳掺量为20%;与其它条件下养护的试件相比,蒸汽养护的试件强度较高。锆硅渣添加量从24!48%时,试件的抗压强度呈现递减趋势。     

三种固废微粉对磷酸钾镁水泥浆体早期性能影响及作用机理

为改善磷酸钾镁水泥(MKPC)浆体的早期性能,并充分利用固废微粉,采用宏观性能测试和微观结构分析相结合的方法,研究了不同掺量的粉煤灰、钢渣和镍渣微粉对磷酸钾镁水泥浆体早期(常温养护24 h)的水化温度、抗压强度和体积变形的影响规律。结果表明:三种固废微粉的掺入,可使复合MKPC浆体的第一水化温度峰值降低3~10 ℃,其中钢渣的掺入效果显著,使其第一峰值出现的时间延迟30 min以上。考虑固废微粉的最大利用率并参照快速修补材料1 d强度不低于42.5 MPa的规定,粉煤灰、钢渣和镍渣微粉的适宜掺量分别为20%、30%和30%。复合MKPC硬化浆体在养护24 h时的体积膨胀率较对比组均有所增加。此外,微观分析表明含固废微粉的MKPC硬化浆体生成晶体的数量增多、尺寸变小且形貌发生改变,结构堆积也明显变得致密。     

速凝剂对低水胶比浆体早期水化与微观结构的影响

低水胶比、高胶凝材料掺量的超高性能混凝土(UHPC)在常温养护条件下易产生凝结硬化不及时的问题。为促进UHPC在隧道初支、工程结构快速修复中的推广应用,拟采用有碱速凝剂(NA)和无碱速凝剂(AS)提升低水胶比浆体的早期凝结硬化速率。本工作通过水化热、水化溶出离子浓度、凝结时间和抗压强度试验研究速凝剂作用下低水胶比浆体的早期水化行为及凝结硬化规律,采用X射线衍射、SEM形貌观察和EDS能谱等手段对水化产物物相组成及微观结构演变规律进行了分析。结果表明,速凝剂的掺入加快了低水胶比复合胶凝材料浆体的早期水化速率,同时也促进了浆体的凝结硬化;NA对UHPC的促凝效果优于AS,其中NA-2%的1 d抗压强度为53.3 MPa, 28 d强度比为94.9%,而AS-4%的1 d抗压强度为38.9 MPa, 28 d强度比为92.3%;速凝剂促使低水胶比浆体快速生成大量水化产物,进而提高了浆体早期微观结构的致密性,且水化产物物相组成受速凝剂类型的影响较为显著。     

常温下硝酸铵钙对硫铝酸盐水泥的早强作用

研究了常温下硝酸铵钙对硫铝酸盐水泥浆体的流动度、凝结时间、抗压强度、电阻率及浆体内部温度、水化热、水化产物和孔结构的影响,对硝酸铵钙的早强作用机理进行了分析。结果表明,当硝酸铵钙的掺量从0增大到5%时,水泥浆体的初始流动度明显增大,凝结时间显著缩短,6 h,1,3,7和28 d抗压强度均显著提高,电阻率变化速率曲线峰值出现的时间逐渐提前,水泥浆体内部温度逐渐升高,温峰出现时间提前;其掺量在2%以内时,水泥水化放热速率明显加快,1 d累积放热量略有增大,钙矾石的生成速率及生成量均增大,硬化水泥浆体的平均孔径、总孔体积和孔隙率减小。由于硝酸铵钙能够明显加快硫铝酸盐水泥的水化进程,使其早期强度显著提高,因此可用作早强剂。     

蒸养条件下锂渣复合水泥的水化产物与力学性能

利用电感耦合等离子体发射光谱(ICP)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜与能谱分析(SEM-EDS)及同步热分析(TG-DTG)等手段研究了掺20%锂渣复合水泥在80℃蒸养7 h、7 d和标养28 d条件下的水化产物与力学性能。结果表明:锂渣中SiO_2和Al_2O_3大部分存在于锂辉石中,而少量存在于玻璃体中,且锂渣中存在少量的碳酸盐。与纯水泥不同,锂渣复合水泥在以上三种养护条件下形成的C-S-H凝胶均主要为网状;此外,蒸养7 d时还有水化硫铝酸钙(AFt)和立方体CaCO_3生成,但无水化石榴石形成;蒸养28 d时,还有球形等大颗粒状C-S-H凝胶和立方体CaCO_3生成。蒸养可以促进锂渣和水泥的反应,尤其是锂辉石与水泥水化产物氢氧化钙的反应。在蒸养7 h和7 d条件下,锂渣复合水泥胶砂的抗折强度、抗压强度均明显高于纯水泥胶砂的抗折强度、抗压强度。     

高吸水树脂对混凝土水化及强度的影响

高吸水树脂(Super-absorbent polymer,SAP)作为混凝土内养护材料可有效抑制混凝土自收缩,提高混凝土抗裂性,但其对混凝土是否具有负面影响有待研究。利用XRD和DTA-TG研究了不同SAP掺量净浆在不同养护龄期的水化产物量,并测试其抗压强度,定量分析高吸水树脂对混凝土水化和强度的影响。实验结果表明:掺加SAP会延缓混凝土早期(0~7d)的水化反应,降低混凝土的抗压强度,但对混凝土中后期(7~28d)水化的进行及强度发展的影响不大。当高吸水树脂的掺量为1kg/m~3(占胶凝材料的质量分数为0.2%)和1.5kg/m~3(占胶凝材料的质量分数为0.3%)时,混凝土28d抗压强度可达基准组的100%和96%,56d抗压强度可达基准组的107%和96%。针对C50混凝土,推荐掺量为1kg/m~3。     

微波养护对掺矿渣超高性能混凝土力学性能的影响及机理

超高性能混凝土(UHPC)是继高强度、高性能混凝土之后新近发展起来的一类新型混凝土材料。UHPC自身具备超高强度及高耐久性等优点,使其在高层、超高层建筑、大跨度空间结构与恶劣腐蚀环境下的重大土木工程中有广阔应用前景。本工作从材料制备角度,通过矿物掺合料改变UHPC基本配合比并且采用效率更高的微波养护方式对试件进行养护。通过一系列实验,观察矿渣的使用和微波养护对UHPC力学性能的影响,并通过微观表征分析研究其影响机理。制备了10%、25%、50%、70%和90%矿渣取代基本配合比中水泥部分用量试件,采用3 d延迟微波养护制度养护,测试3 d及28 d强度,随后选取性能典型试件进行29Si NMR、27Al NMR和XRD分析。实验发现标准养护下UHPC强度随着矿渣掺入而降低,但微波养护通过加速矿渣水化反应加强了混凝土力学强度发展进程。该加强效应对早期性能发展的影响更显著,且随着矿渣掺量增加而增强。微观表征分析首先确定了微波养护对试样水化的加速作用,并促进了晶体产物和短链C-S-H的形成,达到进一步克服矿渣对UHPC强度发展的延迟作用。     

养护条件对次轻混凝土强度及抗盐冻性能的影响

研究了养护条件对不同水胶比次轻混凝土强度及盐冻性能的影响，并通过对其内部相对湿度、孔结构及水化产物的测试分析探究其作用机理。结果表明，自然养护条件下，掺50%体积轻骨料次轻混凝土早期强度较低，而其在7～28 d龄期内增长率高；特别是低水胶比混凝土，其14 d龄期强度超过标准养护与水中养护条件下试件强度。对于低水胶比混凝土，水中养护和标准养护可中止或减缓混凝土内水分向外界迁移，水泥的充分水化导致水泥石结构更致密，混凝土抗盐冻性能较好。对于高水胶比混凝土，自然养护条件下混凝土28 d龄期的内部相对湿度仍有90%,其内部存在充足水分供给水泥水化，水泥石孔结构良好；当处于盐溶液中时，相比于含水率较高的水中养护与标准养护下混凝土，自然养护条件下混凝土的水饱和程度低，故其抗盐冻性能最好。     

沸石及膨润土对水泥-铬渣体系中Cr(Ⅵ)浸出的影响

本文研究了沸石及膨润土对水泥-铬渣体系中Cr(Ⅵ)浸出的影响。结果表明:沸石和膨润土对Cr(Ⅵ)的浸出有较好的效果,在pH=3,掺量为30%的条件下,28d龄期掺入沸石和膨润土的硬化体中Cr(Ⅵ)浸出浓度分别下降了82%及63%,沸石的效果优于膨润土。雨淋的自然养护条件会导致体系中Cr(Ⅵ)的浸出浓度减少近一倍。同时,硬化体抗压强度随着掺量的增加而下降,膨润土对强度的不利影响大于沸石。     

富硅镁镍渣粉磨细度和掺量对硅酸盐水泥水化特性的影响

通过机械粉磨,将富硅镁镍渣(简称"镍渣")粉磨至微米级,制得的镍渣用作水泥混合材部分替代硅酸盐水泥熟料。测试并分析了镍渣的化学组成、细度、筛余量、体积安定性及孔结构。结果表明:4种镍渣的细度均大于硅酸盐水泥熟料,使得水泥颗粒密度随着镍渣掺量增加而减小;镍渣的胶凝活性低于硅酸盐水泥熟料,使得掺有镍渣的水泥粉末水化反应放热量降低,并伴随有缓凝现象,但随镍渣细度提高,有助于改善其反应活性;掺入镍渣不利于硬化水泥砂浆的抗压强度、抗折强度发挥,提高镍渣细度,则由于紧密堆积效应可改善力学性能;镍渣中的MgO不以f-MgO形式存在,使得硬化水泥浆体的体积安定性合格。     

超细矿渣粉对硅酸盐水泥性能和微观结构的影响

通过掺入不同量的超细矿渣粉,研究其对普通硅酸盐水泥凝结时间、标准稠度用水量以及水泥胶砂流动性和强度的影响。结果表明,水泥浆体的初凝、终凝时间在矿渣粉掺量为5%(质量分数,下同)时有所缩短,而随着超细矿渣粉掺量的增加,初凝时间都有所延长,在掺量为20%时初凝时间最长。然而终凝时间的变化不大,只有掺量为30%时稍有延长;水泥的标准稠度用水量先减少后增加,在掺量为20%时最小;随着超细矿渣粉掺量的增大,水泥胶砂的各龄期抗折强度、3d抗压强度不断提高,7d、28d抗压强度在掺量为20%时达到最大值,之后有所降低。掺入超细矿渣粉后,能通过填充以及与水泥水化产物氢氧化钙发生反应,使水泥中氢氧化钙含量明显降低,水泥微观结构更加密实。     

纤维素醚-膨胀珍珠岩耦合作用下水泥浆体早期水化规律

利用水化放热速率、XRD、FT-IR、DTG和Ca(OH)2含量测试手段,研究了羟丙基甲基纤维素醚和膨胀珍珠岩两种保水因子单掺和耦合作用条件下水泥浆体的早期水化规律及二者的作用机理。结果表明羟丙基甲基纤维素醚能够显著降低水泥浆体早期水化放热速率峰值,且能延缓诱导期和加速期出现的时间,对水泥浆体中后期水化没有明显的延缓效应。膨胀珍珠岩可以降低早期水化放热速率峰值,效果较羟丙基甲基纤维素醚差,但对水泥水化无延缓效应。当二者耦合作用时,具有显著的叠加效应。水化12h时,羟丙基甲基纤维素醚和膨胀珍珠岩能够显著降低水泥浆体中Ca(OH)2含量,较空白样分别降低了43.6%和9.1%。水化1和3d时,水泥浆体中Ca(OH)2含量随二者掺加而降低的趋势变缓。     

水化龄期及光源类型对TiO2水泥砂浆降解罗丹明B性能的影响研究

采用干混法制备了掺TiO₂水泥砂浆,测试了砂浆力学性能,研究了TiO₂掺量、水化龄期、光源类型及光强等因素对罗丹明B降解性能的影响。结果表明,随TiO₂掺量增加,砂浆对罗丹明B的降解率增加,而砂浆强度则呈先增加后降低规律。在相同TiO₂掺量条件下,砂浆对罗丹明B的降解率随水化龄期延长而降低。与水化3 d试件相比,水化28、180 d掺5%TiO₂水泥砂浆对罗丹明B的降解率分别降低7.84%、11.21%。砂浆对罗丹明B的总降解率随光源类型、光强的变化不明显,但其降解速率随紫外线光强的增大而显著提高。在波长(λ=365 nm)、光射时间(60 min)均相同的条件下,与20 W紫外灯相比,200 W紫外灯照射下的掺5%TiO₂水泥砂浆对罗丹明B的降解率提高约80%。与太阳光相比,200 W紫外灯照射60 min砂浆对罗丹明B的降解率为85.54%,仅降低约1.46%。