高温后水泥基材料抗压强度与微观结构研究

为了探讨高温引起水泥基材料力学性能劣化的机理,通过强度、X射线衍射和扫描电镜观测试验,研究了高温对水泥基材料抗压强度和微观结构的影响.结果 表明:200℃时水泥砂浆抗压强度下降14.8％,400℃时强度有所恢复,600℃和800℃时,水泥砂浆抗压强度分别下降39.9％和72.3％.200 ℃时水泥浆体中钙矾石的衍射峰消失,高于400℃时Ca(OH)2开始脱水分解,高于600 ℃时CaCO3开始脱水分解;随着温度升高,水泥水化产物分解得到的CaO、C2S和C3S等逐渐增多.低于400℃时,水泥浆体微观形貌没有明显变化,超过400 ℃时,随着温度的升高,水泥浆体微观形态由致密的层状和絮凝状变为疏松多孔的片状和碎屑状.高温引起水泥水化产物脱水分解、孔隙增多是水泥基材料力学性能劣化的主要因素.     

铜渣胶凝材料高温力学性能的实验研究

利用工业固体废弃物铜渣制备无机胶凝材料,并对其胶砂试件的高温力学性能进行了实验研究.分别制备了普通硅酸盐水泥-铜渣复合胶凝体系(CSC-x)和碱激发铜渣胶凝体系(CSA-x),测试了常温及100℃、200℃、400℃、600℃、800℃、1000℃、1200℃高温作用后的质量损失、残余抗折强度和残余抗压强度.结果表明:200℃后,CSA-x体系的质量损失率低于CSC-x体系;CSA-x体系表现出较好的耐高温性能,1200℃高温作用后CSA-x体系的残余抗压强度为常温时的3～4倍.     

高温后纳米CaCO3混凝土抗压强度试验研究

对常温、200℃、400℃、600℃和800℃后不同纳米碳酸钙(NC)掺量的混凝土进行了抗压试验,观察了混凝土试块不同温度后表面颜色的变化及裂缝开展情况,分析了混凝土的质量损失、抗压强度随温度的变化规律,并采用SEM电镜对高温后纳米混凝土的微观结构进行了观测.结果表明:温度越高,混凝土的外观特征变化越明显,质量损失率及抗压强度损失均随温度升高而增加.适量NC的添加可以改善混凝土的内部结构,提高混凝土的抗压强度,混凝土中NC的最佳掺量为0.5％.通过数据分析,建立了NC05(NC掺量0.5％)混凝土残余抗压强度比与温度关系的表达式,可为进一步研究NC混凝土高温后的性能提供参考.     

硫铝酸盐基复合胶凝体系水化性能的温度敏感性

研究了5、20℃和40℃硫铝酸盐水泥熟料-硅酸盐水泥-无水石膏三元体系(简称三元体系)的初凝时间、抗压强度及水化产物组成。结果表明:源自水化产物的显著差异,所涉硫铝酸盐水泥熟料为主的复合胶凝体系的性能对养护温度的敏感程度直接取决于初始配合比。与纯硫铝酸盐水泥熟料相比,单掺硅酸盐水泥时水化产物由钙矾石变为水化钙铝黄长石,导致硬化浆体力学强度显著降低。而单掺无水石膏或复掺无水石膏和硅酸盐水泥时,石膏的掺入促进了钙矾石的生成,有效抑制了向单硫型水化硫铝酸钙的转变(尤其在高温下),使得高温下的抗压强度略有提升。此外,欲使三元体系在不同养护温度下的初凝时间变化不大,硅酸盐水泥的掺量需控制在30%以上;要使抗压强度变化不大,石膏掺量宜在25%以上。     

混杂纤维混凝土高温后力学性能研究

为研究玄武岩-纤维素混杂纤维混凝土高温后的力学性能,对不同玄武岩纤维长度(6 mm、12 mm、30 mm)及不同温度(20℃、200℃、400℃、600℃)下的混杂纤维混凝土进行了立方体抗压及劈裂抗拉试验。结果表明:普通混凝土在200℃下抗压强度达到峰值,而混杂纤维混凝土的抗压强度则在400℃时达到最高,随后抗压强度逐渐减小;普通混凝土与纤维混凝土的劈裂抗拉强度均随温度升高而下降,600℃后,混凝土的劈裂抗拉强度残余率仅剩64.9%;当玄武岩纤维长度为12 mm时,混杂纤维混凝土的耐高温能力最强,在600℃时,其抗压强度、劈裂抗拉强度残余率分别为84.8%、68.6%。     

掺珊瑚砂粉砂浆抗硫酸镁侵蚀性能研究

本文研究了硫酸镁作用下掺珊瑚砂粉(CSP)和辅助胶凝材料(SCMs)砂浆的抗硫酸镁侵蚀性能。在5和20℃硫酸镁溶液中侵蚀至365 d,通过外观、长度变化、抗压强度,结合X射线衍射谱和傅里叶变换红外光谱分析砂浆的抗硫酸镁侵蚀性能。发现在5℃的硫酸镁溶液中侵蚀至365 d时,掺CSP砂浆发生严重劣化。掺20%(质量分数)CSP的抗硫酸盐硅酸盐水泥比掺20%(质量分数)CSP的普通硅酸盐水泥表现出更好的抗硫酸镁侵蚀性能。在5℃下粉煤灰和矿渣有助于改善掺CSP砂浆的抗硫酸镁侵蚀性能,然而在20℃下硅灰降低其抗硫酸镁侵蚀性能。在5℃下掺CSP砂浆主要发生镁盐和碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀并伴随少量石膏生成,在20℃下主要发生镁盐和石膏型硫酸盐侵蚀。     

A型砂质硅酸盐油井水泥在高温水热下的水化硬化

对不同石英砂含量的A型砂质硅酸盐油井水泥在75～300℃和39.2MPa水热条件下硬化2d的抗压强度、水化产物、孔径分布及其显微结构进行了试验研究。从理论上对A型砂质硅酸盐油井水泥的良好耐高温抗压强度予以说明与论证。     

水泥窑协同处置腐殖土对水泥性能影响的模拟研究

以填埋场陈腐垃圾中的腐殖土作为研究对象,探究其作为水泥窑替代原料的潜力及腐殖土掺入对水泥性能的影响.在400℃、600℃、800℃3个温度梯度和20 min、30 min、40 min 3个时间梯度下分别对腐殖土进行热脱附预处理,结果表明600℃和800℃热脱附条件下腐殖土中多数重金属和氯离子(Cl-)有较好的脱除效果,但随脱附时间延长部分重金属富集,而Cl-的去除率明显升高.将腐殖土参与水泥配料,结合《水泥窑协同处置固废环保技术规范》(HJ662-2013),在600℃30 min条件下,腐殖土可以达到13％的最大替代潜力.在此基础上对掺入(0％、3％、6％、9％、13％)腐殖土的水泥性能进行分析,结果表明各掺入比的熟料及水泥的各项性能均符合相关标准要求,且掺入腐殖土后水泥强度明显提高,最高可满足52.5标号硅酸盐水泥的强度要求.     

养护温度对贝利特-硫铝酸钡钙水泥水化的影响

通过水化程度测试、抗压强度测试、XRD及SEM分析,研究了养护温度对贝利特-硫铝酸钡钙水泥水化程度、力学性能和水化产物的组成及其结构的影响,并将实验结果与普通硅酸盐水泥的相关性能进行比较.结果表明:养护温度对贝利特-硫铝酸钡钙水泥的早期水化影响较大,适当提高养护温度对贝利特-硫铝酸钡钙水泥的早期水化具有显著的促进作用,而对后期水化影响较小.养护温度从5 ℃提高到35 ℃时,该水泥3 d水化程度由31.57%提高到62.56%,水化3 d抗压强度由28.1 MPa增强到52.7 MPa.与普通硅酸盐水泥相比,贝利特-硫铝酸钡钙水泥早期抗压强度受养护温度的影响更大.     

利用铜尾矿作硅质原料制备硅酸盐水泥熟料的研究

利用铜尾矿作硅质原料,配制了不同率值的硅酸盐水泥生料,在不同温度(1 350 ℃、1 400 ℃和1 450 ℃)下进行煅烧,得到了相应的硅酸盐水泥熟料样品。利用乙二醇-乙醇法测定样品中的游离氧化钙f-CaO研究了水泥生料的易烧性,利用差示扫描量热仪(DSC)测试生料的吸放热峰研究了铜尾矿对水泥矿物形成温度的影响,并通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析了熟料的矿物组成和微观结构。结果表明,与砂岩配料相比,采用铜尾矿作硅质原料配料烧制硅酸盐水泥熟料时,液相出现和C₃S开始形成的温度均更低,生料的易烧性更好。熟料石灰饱和系数(KH)低于0.92,1 400 ℃的煅烧温度下即可制备出f-CaO符合标准要求的硅酸盐水泥熟料,C₃S的尺寸约为20 μm,熟料的结构更加致密。     

海上稠油热采井水泥浆体系研究

海上稠油热采井与陆地热采井对水泥浆性能要求基本相同,都要求水泥环在生产中要长期满足经受反复高温考验后仍具有稳定性的特点。针对海上平台作业条件,参照硅酸盐水泥浆体系耐高温特点和纤维材料的增韧效果,优化添加剂组合,配制出一套密度在1.50~1.90 g/cm~3、温度区间为40~90℃的新型水泥浆体系。室内试验结果表明:该水泥浆体系失水量小于50 mL,稠化时间在120~400 min范围内可控,水泥石高温养护24 h的抗压强度最高可达24.8 MPa,在经350℃高温条件下养护28 d,水泥石仍有32.9 MPa的抗压强度。表明该体系可以满足海上热采井固井的施工要求。     

钢渣加速碳化制品的耐高温性能研究

为开发钢渣用于高温环境的潜力,最大限度地提高钢渣的综合利用率,通过强度试验、热重分析(TGA)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜分析(SEM)等测试手段探讨了钢渣加速碳化制品承受不同高温后的抗压强度、矿物相演变和微观结构。结果表明:钢渣加速碳化制品在200~600 ℃范围内的高温处理下,抗压强度得到提高,在400 ℃时达到最大值,为72.4 MPa,较初始强度提高20.5%,钢渣中硅酸钙在高温下进一步发生水化,其水化产物增强了基质连接。当温度达到800 ℃时,钢渣性能发生劣化,强度降低了90.7%,碳酸钙质量分数由24.1%降低至1.6%,而总质量损失可达19.67%,吸水率大幅度提高,且出现贯通试块的裂缝。钢渣加速碳化制品与普通水泥基材料相比,耐高温性能有所提升,但在800 ℃时并无明显优势。     

不同加入方式对高温后玄武岩纤维再生混凝土力学性能的影响

试验研究了在不同玄武岩纤维体积掺量(0%、0.1%、0.15%和0.2%)、不同高温(20℃、200℃、400℃、600℃)情况下,两种不同的纤维加入方式(水泥浆包裹纤维、直接加入)对再生粗骨料混凝土(取代率为50%)的立方体抗压、劈裂抗拉强度的影响,结果表明间接加入方式下的强度比高于直接加入方式,但是变量不同,提高的幅度不同。当温度一定时,抗压强度提高幅度随纤维掺量的增加而增加,0.2%时最大,劈裂抗拉强度提高幅度则随纤维掺量的增加而减小,0.1%时最大;当掺量一定时,抗压强度提高幅度随温度的变化呈折线趋势,20~200℃时上升,200~400℃时趋于平缓,400~600℃时再上升,对于劈裂而言,20~200℃时基本不变,200℃之后提高幅度急剧下降。     

石膏、硅灰对硅酸盐胶凝材料早期抗压强度的影响

为了研究石膏、硅灰对硅酸盐胶凝材料早期强度的影响,分别测试了石膏、硅灰不同掺量下的胶凝材料的4 h、1 d、28 d的抗压强度。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了水化产物的微观结构特征。研究表明,在一定的试验范围内,胶凝材料的抗压强度随石膏的增加而变大,掺量为0.75%时最佳,4 h和1 d的抗压强度分别达到5.8 MPa和63.4 MPa;硅灰掺量从0%增长到15%,胶凝材料的各龄期抗压强度均随掺量的增加而呈增长趋势;硬化浆体的微观结构特征表明,一定的试验范围内,石膏使体系中的AFt数量增加,硅灰使体系中的C-S-H凝胶增多,且硅灰未水化的细小颗粒体有效填充硬化浆体的孔隙。     

镍渣替代铁粉制备道路硅酸盐水泥

以镍渣替代铁粉制备道路硅酸盐水泥熟料,研究了生料的易烧性,测定了熟料的f-CaO含量,采用X射线衍射,扫描电子显微镜等手段,对水泥熟料的矿物组成、强度、水化产物等进行了分析研究.结果表明:掺入适量镍渣煅烧的熟料f-CaO含量较低,生料的易烧性良好;熟料水化后水化程度好,有较高的抗折强度.当镍渣掺入量为10%,煅烧温度为1370 ℃时,28 d抗压强度可达75.2 MPa,抗折强度可达11.2 MPa.     

Effect of high temperatures on high performance steel fibre reinforced concrete

After being subjected to different elevated heating temperatures, ranging between 105 °C and 1200 °C, the compressive strength, flexural strength, elastic modulus and porosity of concrete reinforced with 1% steel fibre (SFRC) and changes of colour to the heated concrete have been investigated.The results show a loss of concrete strength with increased maximum heating temperature and with increased initial saturation percentage before firing. For maximum exposure temperatures below 400 °C, the loss in compressive strength was relatively small. Significant further reductions in compressive strength are observed, as maximum temperature increases, for all concretes heated to temperatures exceeding 400 °C. High performance concretes (HPC) start to suffer a greater compressive strength loss than normal strength concrete (NSC) at maximum exposure temperatures of 600 °C. It is suggested that HPC suffers both chemical decomposition and pore-structure coarsening of the hardened cement paste when C-S-H starts to decompose at this high temperature. Strengths for all mixes reached minimum values at 1000 or 1100 °C. No evidence of spalling was encountered. When steel fibres are incorporated, at 1%, an improvement of fire resistance and crack [F.M. Lea, Cement research: retrospect and prospect. Proc. 4th Int. Symp. On the Chemistry of Cement, pp. 5-8 (Washington, DC, 1960).] resistance as characterized by the residual strengths were observed. Mechanical strength results indicated that SFRC performs better than non-SFRC for maximum exposure temperatures below 1000 °C, even though the residual strength was very low for all mixes at this high temperature. The variations with colour, which occured, are associated with maximum temperatures of exposure.     

再生骨料混凝土高温损伤研究

研究了再生骨料取代率对再生混凝土在模拟火灾温度下的外观形貌、抗压强度、质量及孔结构的影响.结果表明:由于再生骨料取自建筑废料,其骨料品质较天然骨料有所降低,导致其暴露在高温时出现密集裂缝,甚至骨料剥落.骨料取代率不大于40%和温度低于400 ℃时,再生混凝土仍能保持其力学强度且无质量损失.当温度大于600 ℃时,孔隙率显著增加,细孔比例相对降低.     

Variation in the Composition of C-S-H Gel in Portland Cement Pastes Cured at Various Temperatures

Variation in the composition of C-S-H gel, the main hydration product of portland cement, cured at various temperatures, was studied using scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy. Samples of two cement pastes were cured isothermally under water at 10°, 30°, and 60°C for one year. For the inner-product C-S-H gel of both cement pastes, increased curing temperature decreased the Ca/Si and Al/Ca ratios, but increased the S/Ca ratio. The Al/S and (Al + Fe)/S ratios decreased with increased curing temperature. Sulfur, probably in the form of sulfate ions, could be sorbed by the C-S-H gel at higher temperatures.     

油页岩半焦作为水泥混合材的可行性研究

选取4种热解温度(300 ℃、400 ℃、500 ℃、600 ℃)半焦,通过扫描电镜(SEM)对油页岩半焦的微观结构进行分析,然后采用油页岩半焦等质量(0%、5%、10%、15%、20%、25%)替代水泥,测试标准稠度需水量、胶砂流动度和不同龄期的水泥胶砂的抗折、抗压强度。结果表明:油页岩半焦呈层片状、且表面多孔,随着热解温度的升高,微孔和小孔数量逐渐减少,中、大孔数量增加;掺入油页岩半焦会增加水泥标准稠度需水量,降低胶砂流动度,半焦替换量和水泥标准稠度需水量之间存在较强的线性关系;随着油页岩半焦热解温度的升高,水泥胶砂抗折和抗压强度先增大后减小,在500 ℃时力学性能达到最佳;随着油页岩半焦替换量的增加,水泥胶砂抗折和抗压强度都逐渐降低,当油页岩半焦替换量为15%时,500 ℃热解半焦水泥胶砂56 d力学性能与P·Ⅰ 42.5基准水泥胶砂接近。     

Polymer-Impregnated portland cement mortars

Cured precast portland cement mortars were impregnated with the monomer-initiator mixture (mmA or styrene or both and AIBN or benzoyl peroxide), polymerized, and cured and the change in compressive strength, and, in some cases, the change in tensile strength were studied. The effect of impregnation on the compressive strength and environmental stress (freezing and thawing, acid resistance, weathering effect, and sea water resistance) were studied. It was found that the incorporation of polymer into the pores of the already-set cement increased the compressive strength even after freezing and thawing, acid resistance, and sea water resistance and weathering. Among the monomers used. mmA was found to give the best properties to the mortar. Fly ash, when added in small amounts, increased the compressive strength. © 1996 John Wiley & Sons, Inc.