水泥基材料的微观结构与离子传输性能

采用水泥基材料孔结构和界面过渡区逐渐优化的方法,设计了普通混凝土(Ordinary Concrete,简称OC)、高性能混凝土(High Performance Concrete,简称HPC)、低渗透混凝土(Low Permeability Concrete,简称LPC)、普通砂浆(Ordinary Mortar,简称OM)、无细观界面过渡区水泥基复合材料(Meso-interfacial transition zone-free cement-based materials,简称MIF)等5种水泥基材料,其抗离子渗透性能排列顺序为:LPC>HPC>OC,OM>OC,MIF>OM,MIF>LPC,其孔隙率、最可几孔径、孔径≥50nm的孔含量的排列顺序均为:LPC相似文献   

碳化导致水泥基材料微观结构演变的研究进展

水泥基材料的微观结构是表征其抗碳化性能的重要因素。首先总结了水泥基材料在加速碳化条件下碳化前后固相组成、孔相结构以及液相组成的演变,然后分析了温度、湿度、二氧化碳浓度等环境因素对水泥基材料碳化过程及微结构演变的影响,最后介绍了矿物掺合料在水泥基材料碳化方面的应用,并展望了碳化条件下微观结构演变的发展方向。     

碳基材料对水泥基材料性能的影响

水泥基复合材料凭借其原料丰富、价格低廉、生产工艺简单、强度高等优点,广泛应用于现代化工程建设.但是这种材料长久以来都有高脆性以及裂缝等一系列的问题.针对这些问题世界各国的研究人员都主要致力于改善水泥基材料的力学性能.但是在目前的情况下,现代建筑对水泥基材料提出了许多新的要求,不仅要有好的力学行为,还要具有尽可能多的附加功能.合适的功能填料的掺入不仅能够使得水泥基复合材料的力学性能和耐久性能得到提升,还能有效地调控水泥基材料的导电率、热导率等一系列其他功能.钢纤维、聚合物纤维和矿物纤维等是之前比较常见的功能掺料,这些材料依靠它们的强度和韧性可以用来改善材料的力学性能.但这些增强材料并不能在结构上改变水泥的水化产物,因此水泥基材料的高脆性及裂缝等问题依存在.而部分碳基材料在掺入到水泥基复合材料中以后可以对水泥基材料实现改性,不仅能从微观方面改变其结构,从而改善力学性能,还可以改善如导电性、导热性等性能.使水泥基复合材料能够尽可能地满足时代的要求.本文在近年来对多种不同的碳基材料掺杂水泥基复合材料研究的基础上,分别总结了不同碳基材料(碳纤维CF、碳黑CB、碳纳米管CNTs、石墨烯GR以及氧化石墨烯GO)对水泥基复合材料性能影响的基本原理,综述了近年来五种材料掺加在水泥基复合材料中的相关研究.此外,本文同时也对这些材料的复合掺入以及互相之间的改性掺入后的效果进行了简单总结,并且同时对水泥基复合材料的研究前景提出了一点看法.     

陶瓷粉水泥基复合材料的孔隙结构和力学性能

研究了陶瓷粉对水泥基复合材料孔隙结构和力学性能的影响.实验设计了5组砂浆试件和5组硬化水泥浆体试件,水胶比为0.4,陶瓷粉质量分数分别为0％、10％、20％、30％、40％.首先测量陶瓷粉砂浆试件的抗压、抗折强度.然后利用压汞法(MIP)测量陶瓷粉砂浆试件的孔隙结构,得到总孔隙率、比表面积、孔隙尺寸分布、特征孔径等孔隙结构信息.最后利用热重分析(T G)、X射线衍射分析(XRD)及扫描电镜(SEM)测量陶瓷粉-水泥复合浆体水化产物的种类、数量、微观形貌等.研究表明:(1)在高取代率(>30％)下,陶瓷粉作为掺合料对砂浆抗压、抗折强度的影响相对稳定,甚至在水化后期相比纯砂浆试件还有所增强;(2)陶瓷粉的掺入可以明显降低临界孔径,且当陶瓷粉掺量为30％或者40％ 时,凝胶孔和小毛细孔体积明显增多,约占孔隙体积的90％ 以上;(3)化学结合水量随陶瓷粉的掺入逐渐增加,Ca(O H)2含量逐渐降低,陶瓷粉中活性铝、硅成分与复合浆体中的Ca2+和O H—离子反应生成新的C-S-A-H产物.     

聚合物改性水泥基材料研究进展

讨论了聚合物改性水泥基材料的历史、性能及改性机理。从力学性能及韧性、耐久性两方面说明了聚合物改性水泥基材料性能,从微观形貌、孔结构和聚合物与水泥基体的作用三方面详细讨论改性机理。最后,对聚合物改性水泥基材料的发展趋势进行了讨论。     

水泥基材料表面渗透防护材料技术研究进展

通过表面渗透防护增强是一种新的增强水泥基材料耐久性防护方式,提高表面抗水能力可提高水泥基材料表面抗水载有害离子侵蚀的能力,主要介绍了防护材料达到防护效果的基本性能要求,并分析了水性、膏状、乳液型、溶剂型4种防护材料的研究进展。     

硅基材料和矿渣应用于水泥基材料的研究进展

水泥基材料是目前使用量最大的建筑材料,在实际应用过程中,水泥基材料会出现损坏,达不到预期的性能要求.水泥水化产物中存在大量结晶的Ca(OH)2,影响各种水泥水化产物之间的粘结性,造成水泥基材料性能的降低.如何增强水泥基材料的性能成了国内外研究的热点,需要找到能够有效改善水泥基材料性能的方法.查阅国内外相关文献发现,将粉煤灰、硅灰、纳米SiO2(因三种材料的主要组分为SiO2,以下统称为硅基材料)或矿渣掺入到水泥基材料中,因其具有火山灰反应,并能起到填充作用,可明显提高水泥基材料的性能.掺合料的加入可降低水泥基材料中Ca(OH)2含量,减小其晶粒尺寸,使C-S-H凝胶的数量增多,改善水泥基材料的孔隙率,提高其性能.粉煤灰和矿渣成分中有部分玻璃态物质,能减少水泥浆体用水量,增加和易性;具有较低的火山灰性,适量掺入能降低水泥浆体的水化速度;含有粉煤灰或矿渣的水泥基材料早期强度较低,后期强度较高.硅灰与纳米SiO2的火山灰活性较高,能促进水化,适量掺入能够使水泥基材料早期强度大幅提高,但后期强度发展较慢;同时也会增大水泥基材料早期收缩,增加其结构开裂的风险.不同掺合料复掺后能产生协同增强效应,可获得性能优异的复掺改性水泥基材料.本文主要介绍了硅基材料和矿渣在水泥基材料中的应用,从反应机理、水化热、强度、孔隙率等方面来阐述其在水泥基材料中的研究现状和相关成果.对目前研究中存在的相关问题进行了分析总结,以期为制备性能优异的水泥基材料提供一定的参考.     

纤维增强碱激发水泥基材料的研究进展

碱激发水泥力学性能优异,化学耐久性强,是新型胶凝材料。本文综合评述了国内外关于纤维增强碱激发水泥基材料的研究进展,总结了各种纤维对碱激发水泥基材料性能的影响,重点介绍了钢纤维、聚丙烯纤维和玄武岩纤维对碱激发水泥基材料的力学性能、收缩开裂及耐久性的影响,并提出了当前纤维增强碱激发水泥基材料研究中存在的问题和今后的研究方向。     

纳米改性水泥基材料功能化研究进展

传统水泥基材料功能单一,无法满足现代社会快速发展的物质文明与复杂工程需求。现代建筑的智能化进程对水泥基材料的发展提出了新挑战,除了满足高强度、高耐久性等基本要求,还需要其具有多样化的附加性能(如保温、耐火、自清洁、电磁屏蔽以及离子固化等),以推动现代建筑的多功能化发展,实现建筑的智慧化转型,布局智慧城市建设。此外,为响应国家新材料新能源发展战略的要求,建筑的节能环保效应成为了水泥基材料发展与应用的又一重大难题。因此,越来越多的研究致力于纳米改性水泥基材料的多功能化发展,旨在为现代水泥基材料的绿色转型及建筑的智慧化转型提供应用基础。本文从纳米SiO₂、纳米TiO₂、碳纳米管(CNT)及氧化石墨烯(GO)等纳米材料对水泥基材料的功能化改性入手,比较与分析了不同纳米材料的特性、掺入方式及掺量等因素对水泥基材料功能化改性性能的影响;从材料层面分析了不同改性方式对水泥基材料功能化的主要影响机理。最后,本文以“纳米改性-功能化”对应关系的建立为前提,提出了纳米改性水泥基材料多功能协同发展的概念,为现代建筑绿色可持续发展提供依据并提出了展望。     

国内外水泥及水泥基材料发展研究

当今世界水泥工业的发展是以节能、降耗、环保为中心,走可持续发展的道路.与此相适应,水泥及水泥基材料的研究也非常活跃,研究重点集中在生态水泥、先进水泥基材料、低能耗水泥和水泥的高性能化、工业及城市废弃物的资源化利用以及水泥制备及应用等方面,这些研究所取得的成就有力地推动了水泥材料科学与技术的发展.     

水泥基材料的环境协调性研究

作为最广泛使用的建筑材料，水泥基材料在其生产，使用以及废弃等整个生命周期内对生存环境具有重要的影响，从资源和能源消耗以及排放物等方面着重分析了水泥基材料对环境的影响；并分别采用单位水泥基材料的资源消耗，能源消耗以及C煤排放量与抗压强度比三个指标评价了水泥基材料的环境协调性。     

碳纳米管-碳纤维/水泥基材料微观结构和热电性能

研究了碳纳米管-碳纤维/水泥基材料的微观结构以及碳纳米管-碳纤维/水泥基材料升温与降温过程中的热电性能。实验结果表明,当水泥基材料中碳纳米管掺量较低时(碳纳米管掺量占水泥质量百分比不高于0.5%),碳纳米管能有效改善水泥基体性能,密实基体结构。在碳纤维水泥基材料中掺入碳纳米管能有效提高和改善复合材料热电性能;当碳纳米管掺量为水泥质量0.5%,水泥基材料热电势率最多能提高260%,达到22.6μV/℃。与此同时,碳纳米管掺入能增强热电效应中温差电动势与温差关系的线性规律和可逆性规律。     

水泥基材料微结构演变及其传输性能的数值模拟

水泥基材料劣化的本质是由于侵蚀性介质通过传输通道进入材料内部生成腐蚀物质,从而对结构造成破坏.因此,结构耐久性与侵蚀介质在水泥基材料中的传输行为密切相关.已有的混凝土寿命预测模型和耐久性评估研究主要基于Fick和Darcy定律,本文从水泥基材料微结构出发,结合最新的国内外研究成果,对孔结构演变及其传输性能的数值模拟研究进展进行阐述,对促进结构耐久性的研究具有一定的指导意义.     

纳米二氧化硅影响水泥基材料流动性的研究综述

纳米二氧化硅比表面积大、粒径小等特点有助于其发挥火山灰活性、晶核效应和填充效应,能够促进水泥水化,有效改善水泥基材料内部结构。在所有改性水泥基材料的纳米材料中纳米二氧化硅应用最为广泛,已经成为许多研究者探究的热点,但还未见关于纳米二氧化硅影响水泥基材料流动性综述的报道。本文主要综述了粉体和溶胶两种纳米二氧化硅对水泥基材料流动性的影响、存在的问题及改性纳米二氧化硅对水泥基材料性能的影响,为今后进一步研究纳米二氧化硅改性水泥基材料提供依据。     

水泥基材料裂缝自愈合的研究进展

总结了近些年来在水泥基材料裂缝自愈合领域的研究进展，重点论述了两种普通类型的水泥基材料裂缝自愈合的机理、愈合过程、影响因素及评价。普通水泥基材料裂缝愈合机理包括结晶沉淀、结晶渗透，对聚合物水泥基材料，主要包括空气固化愈合、热聚合愈合和温致愈合机理。并提出了进一步的研究方向。     

氧化石墨烯及其分散方法对水泥基材料微观结构和力学性能的影响研究进展

氧化石墨烯(GO)因其出色的性能在改善水泥基材料微观结构、力学性能上均有很好的应用前景。然而,GO的增强效果很大程度上取决于其在水泥基体中的分散性。总结了近年来GO在水泥基材料中的研究成果,重点综述了GO的分散方式、分散机理以及相应的力学性能改善机理;对比了不同GO分散方式的优缺点,分析了GO分散前后对水泥基材料微观结构和力学性能的影响;提出了目前研究存在的问题,并对未来研究趋势进行展望;旨在为后续GO在水泥基材料中的稳定应用提供参考,以促进制备高效功能化的GO水泥基复合增强材料。     

(超)疏水水泥基材料的研究进展

以混凝土和砂浆为代表的水泥基材料凭借其硬化后优异的力学性能和耐久性能被广泛应用于工程领域.然而,水泥基材料的多孔性和亲水性致使其在使用过程中很容易受到外界水和侵蚀离子的加速破坏,尤其是在潮湿、临海、寒冷地区,严重影响了其结构的耐久性和使用寿命.(超)疏水水泥基材料是通过对常规水泥基材料进行表面或整体(超)疏水改性制成的新型建筑材料,与常规水泥基材料相比,其具有更好的疏水性、抗渗性、抗冻性和抗氯离子侵蚀性,在一些特殊工程领域具有非常好的应用前景.因此,针对(超)疏水水泥基材料的研究引起了国内外学者越来越多的关注.近年来,国内外学者针对(超)疏水水泥基材料进行了大量科学研究并取得了非常丰硕的研究成果,这为(超)疏水水泥基材料的工程应用提供了重要参考.本文将对近年来国内外针对(超)疏水水泥基材料的最新研究成果进行综合介绍,其中重点包括以下几个方面:(1)现有的表面润湿模型,包括Young氏模型、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型;(2)水泥基材料(超)疏水改性方式,包括表面改性和整体改性,并对比了改性方式对水泥基材料润湿特性的影响;(3)(超)疏水表面改性和整体改性对水泥基材料力学性能的影响规律;(4)(超)疏水表面改性和整体改性对水泥基材料耐久性的影响效果.最后对(超)疏水水泥基材料的研究结论进行了归纳总结并对研究前景进行了展望,以期能够为开发性能优异、经济环保的(超)疏水水泥基材料提供借鉴与参考.     

聚合物改性水泥基材料性能和机理研究进展

论述了聚合物改性水泥基材料的性能和机理研究进展.性能研究进展方面主要从聚合物改性、聚合物和外加剂复合改性以及聚合物和其他填料复合改性水泥基材料3个方面进行了讨论.而聚合物改性机理则从聚合物改性水泥基材料的微观结构、聚合物对水泥水化的影响以及聚合物与无机胶凝相间的相互作用等方面进行了讨论.