粉煤灰和矿渣微粉在水泥基材料中的复合效应研究

通过测定不同龄期的水泥净浆、砂浆和混凝土的力学强度以及水泥净浆的抗模拟酸雨侵蚀性能，探讨了在矿物掺合料总量为胶凝材料总量的40％时，单掺粉煤灰、单掺矿渣微粉以及粉煤灰与矿渣微粉双掺对水泥基材料性能的影响。试验结果表明：在本试验条件下，与基准试件相比，矿物掺合料的掺入可以显著改善水泥基材料的工作性能，但是在一定程度上会导致其力学性能的降低；同时双掺可以发挥出明显的“叠加效应”，但是“超叠加效应”不显著.     

硫酸铝盐水泥与硅酸盐水泥净浆水分蒸发区硫酸盐破坏对比

将硫铝酸盐水泥净浆试件半浸泡在10%硫酸溶液中,运用环境扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究了试件水分蒸发区的破坏特点,并对比了已有相同试验条件下硅酸盐水泥净浆试件破坏特征。结果表明:7 d后,硫铝酸盐水泥试件水分蒸发区产生了严重破坏,并在破坏部位检测到硫酸钠晶体,其破坏机理是硫酸盐物理结晶破坏;而硅酸盐水泥净浆试件水分蒸发区经过5个月后才产生破坏,在破坏净浆内部存在钙矾石和石膏等化学侵蚀产物,证明硫酸盐化学侵蚀破坏依然是主导普通硅酸盐水泥净浆试件水分蒸发区破坏的机理。     

Micro-Analysis of ＂Sulfate Salt Weathering Distress on Concrete＂： I. Cement Paste

在多孔材料内部检测发现硫酸盐晶体是证明盐结晶破坏最直接的证据。运用环境扫描电子显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射等微观分析手段,研究了稳定环境和变化环境中,硫酸钠溶液对半浸泡纯水泥净浆和水泥粉煤灰净浆的破坏作用,结果表明：在破坏的净浆试件中并没有发现硫酸钠晶体,反而发现大量的混凝土硫酸盐化学侵蚀产物（钙矾石和石膏等）晶体,硫酸盐化学侵蚀依然是引起净浆试件破坏的主要原因。     

"混凝土硫酸盐结晶破坏"微观分析(Ⅰ)——水泥净浆

在多孔材料内部检测发现硫酸盐晶体是证明盐结晶破坏最直接的证据。运用环境扫描电子显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射等微观分析手段,研究了稳定环境和变化环境中,硫酸钠溶液对半浸泡纯水泥净浆和水泥粉煤灰净浆的破坏作用,结果表明:在破坏的净浆试件中并没有发现硫酸钠晶体,反而发现大量的混凝土硫酸盐化学侵蚀产物(钙矾石和石膏等)晶体,硫酸盐化学侵蚀依然是引起净浆试件破坏的主要原因。     

粉煤灰改善混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的研究

配制玛纳斯水电站大坝面板高性能混凝土,拟采用玛纳斯电厂生产的粉煤灰作掺合料.时掺此粉煤灰的水泥基胶凝材料进行了抗硫酸盐化学侵蚀的试验研究.实验结果表明:掺粉煤灰试件其抗侵能力优于不掺粉煤灰试件,在实验中其抗侵能力提高2倍以上.粉煤灰有利于生成抗硫酸盐侵蚀的低钙硅比CSH.试件对SO42-的吸收与试件自身CaO析出量同浸...     

不同硫酸盐环境下铝酸三钙的劣化过程及机制

主要研究了硫酸钠和硫酸镁溶液对铝酸三钙（C₃A）单矿浆体损伤的影响,使用外观、膨胀率、质量变化研究了浆体宏观性能的劣化,并进一步采用半定量X射线衍射分析（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析了浆体的侵蚀产物含量和微结构,最后采用光学显微镜原位研究了C₃A-CaSO₄体系下钙矾石的形成特征。研究结果表明：外部的硫酸根能够扩散进入水泥基材料与含铝相的水化产物发生反应形成钙矾石,针棒状钙矾石在有限的空间中不断形成,会导致试件膨胀并引起质量的增加。在硫酸钠溶液中浸泡120 h后浆体中钙矾石质量分数上升到20.12%,而硫酸镁溶液中浆体的钙矾石质量分数仅为6.87%。与硫酸钠溶液不同,镁离子的存在会与孔溶液中的氢氧根发生反应形成氢氧化镁附着在表层,抑制了外部硫酸根的侵入,同时该环境下氢氧根的消耗引起的较低pH有利于石膏的生长。     

石灰石粉对水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性的影响及其机理

用天然石灰石粉等质量取代水泥20%和30%,将制备的水泥净浆和砂浆试件常温浸泡在0.35 mol/L Na2SO4溶液中,测量试件的线长度和抗折强度随浸泡时间的变化.结果表明:石灰石粉对水泥基材料的抗硫酸盐性有严重的影响,它们使水泥基材料在硫酸盐环境中的强度急剧下降并导致水泥基材料产生较大体积膨胀,引起开裂.掺石灰石粉的水泥基材料主要因形成大量较大尺寸的石膏晶体而膨胀开裂.石膏的形成导致硫酸盐侵蚀水泥基材料产生膨胀开裂.因此,在硫酸盐侵蚀环境下,不宜采用含石灰石粉的复合水泥或将石灰石粉作为矿物掺合料制备的混凝土.     

矿物掺合料对高阿利特水泥混凝土性能的影响研究

本文研究了矿渣、粉煤灰和烧页岩等矿物掺合料对高阿利特水泥混凝土氯离子渗透性、力学性能及浆体孔结构的影响.试验结果表明:单掺矿渣或粉煤灰能提高抗氯离子渗透能力,复合掺加矿物掺合料可充分发挥各自的性能特性,更有效地提高耐久性能;适量单掺矿渣和烧页岩以及复合掺加矿物掺合料可以提高混凝土的强度;从机理上分析,高阿利特水泥熟料可有效激发矿物掺合料的潜在水化活性,细化了浆体孔径,从而提高了混凝土的抗氯离子渗透性能和强度.     

矿物掺合料对水泥基材料孔溶液中氯离子浓聚的影响

研究了不同矿物掺合料掺量对水泥基材料孔溶液中氯离子浓聚系数的影响。结果表明:随着矿物掺合料掺量的增加,氯离子浓聚系数降低。在NaCl溶液中浸泡91 d后,除了矿粉取代量为20%的试件,其它掺入矿物掺合料硬化浆体试件的氯离子浓聚系数均低于纯硅酸盐水泥试件。随浸泡液NaCl浓度增大,氯离子浓聚系数显著降低。氯离子吸附能力与硬化水泥浆体内水化产物的特性和数量、Ca(OH)_2含量和孔结构有关。     

硫酸盐侵蚀作用下低热水泥浆体退化行为研究

低热水泥广泛应用于水工混凝土,抗硫酸盐侵蚀是其耐久性设计的重要指标之一。采用硫酸钠溶液全浸泡试验法,对比研究了低热水泥基净浆试件与普通水泥净浆试件孔隙率、硫酸根离子分布、膨胀率、抗压强度和维氏硬度等物理、力学性能演化规律,对其侵蚀退化行为和损伤机理进行了分析。结果表明：硫酸钠溶液环境下低热水泥浆体的抗侵蚀性能优于普通硅酸盐水泥,掺入30%粉煤灰可提升其抗侵蚀能力。低热水泥浆体沿其侵蚀方向可由表及里分为损伤区、增强区、侵入区和完好区,维氏硬度指标能够较好地表征水泥石损伤时变行为。     

干湿循环-硫酸盐侵蚀下矿物掺和料对混凝土耐久性的影响

研究了干湿循环-硫酸盐侵蚀耦合作用下,纯水泥混凝土、粉煤灰掺量10%和20%的粉煤灰混凝土及矿粉掺量15%和30%的矿粉混凝土的质量损失率、抗压强度和氯离子扩散系数的演变规律.采用X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱分析研究了侵蚀后试件的微观形貌与物质元素组成.结果表明干湿循环-硫酸盐侵蚀耦合作用下混凝土性能发展分为2个阶段:即侵蚀初期性能的提高段与随后性能的劣化段:矿物掺和料的掺入不能改善混凝土的抗干湿循环-硫酸盐侵蚀性能.     

复合水泥基-水玻璃双液注浆材料胶凝性能及抗压强度试验研究

传统的水泥水玻璃双液注浆材料的优点在于凝胶时间短、早期的抗压强度大,所以在加固软弱地层或堵漏中被广泛的使用。本文在传统材料的基础上,加入了粉煤灰、矿粉等工业废渣,提出一种复合水泥基-水玻璃双液注浆材料,并对新型材料的胶凝性能和28 d抗压强度进行研究,并通过改变水玻璃体积掺量、波美度和矿物掺合料比例来研究浆液凝胶时间及28 d抗压强度的变化规律;当水玻璃体积掺量为25％时,浆液硬化结石体强度最大,使用更大波美度的水玻璃或者配制合适比例的水泥、粉煤灰和矿粉的复合水泥基A液都可以提升双液注浆材料的抗压强度。     

活性复合掺合料对水泥胶砂抗侵蚀性能影响

以防腐阻锈成分、粉煤灰、矿渣粉等量取代部分水泥,研究单掺防腐阻锈成分、双掺粉煤灰和矿渣粉以及复掺三者时对水泥胶砂抗蚀系数、电极电位的影响,并利用扫描电子显微镜(SEM)对不同复合掺合料水化产物和表面特征进行分析.试验结果表明:单掺FZJ的水泥胶砂,当掺量为6%时,其初始抗蚀系数比未掺的基准水泥胶砂高20%;双掺粉煤灰与矿渣粉的水泥胶砂,当两者掺量为65%时,100次循环后抗蚀系数远高于基准水泥胶砂,抗蚀效果显著;三者复掺最佳替代水泥量为71%时,56 d电极电位曲线趋向钝化,水泥胶砂的抗氯盐锈蚀效果最显著.电镜分析表明:防腐阻锈成分对粉煤灰、矿渣粉实现了碱改性,增加其二次水化活性,使三者复合掺合料的砂浆试块抗侵蚀性能随养护龄期的增长更加显著,为在氯盐、硫酸盐环境下矿物掺合料砂浆或混凝土耐久性研究提供应用技术.     

5℃环境下水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀性能试验研究

研究了不同水泥品种、矿物掺合料对水泥基材料在5℃下抗硫酸盐侵蚀的性能的影响,分别采用普通硅酸盐水泥、中抗硫水泥以及加入矿粉与硅灰的水泥砂浆试件,测试各试样在(5±1)℃的3%Na2 SO4溶液浸泡后的强度变化情况,综合考虑砂浆强度与抗蚀系数对砂浆抗硫酸盐侵蚀性能进行评价,并运用SEM、EDS、XRD分析方法对腐蚀机理进行了分析.结果表明:在5℃环境下,砂浆试样的强度普遍低于常温环境下,砂浆抗硫酸盐侵蚀能力15%矿粉+3%硅灰>中抗硫水泥>15%矿粉+1%硅灰>普通硅酸盐水泥;加入矿物掺合料明显改善了水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀性能,并且硅灰的含量越高效果越明显;低温下腐蚀产物不仅有石膏,还有碳硫硅钙石的生成.     

用Design-Expert软件研究掺合料对轻集料混凝土性能的影响

采用Design-Expert软件研究了矿物掺合料的种类及掺量对轻集料混凝土工作性能及力学性能的影响。结果表明:矿物掺合料掺入能够改善轻集料混凝土拌合物的工作性能,提高混凝土拌合物的匀质性;但粉煤灰掺入会降低轻集料混凝土的抗压强度,而硅灰掺入则能够提高轻集料混凝土的强度;本试验中各种矿物掺合料的最佳掺量为粉煤灰20%、矿粉10%、硅灰5%;使用Design-Expert软件能够准确有效分析矿物掺合料种类及掺量对轻集料混凝土性能的影响。     

粉煤灰混凝土抗硫酸盐侵蚀性能(英文)

为了探究掺粉煤灰混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能,固定水灰比,用不同种类的粉煤灰在20℃条件下制备混凝土试样。在8℃或20℃的条件下分别水养14、28 d和90 d后,试样在20℃和8℃的条件下被置于SO24-浓度为16 g/L的硫酸钠溶液中。试样的抗硫酸盐侵蚀性能通过目视观察和长度变化来评价。研究了粉煤灰种类、先期养护时间和温度对粉煤灰混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能的影响。结果表明：石灰含量,硫酸盐浓度和玻璃相中的碱含量是影响粉煤灰混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的主要因素,并且提出了粉煤灰的组成影响粉煤灰混凝土抗硫酸盐侵蚀性的机理。     

Supplementary cementitious materials for mitigating degradation of kraft pulp fiber-cement composites

Kraft pulp fiber reinforced cement-based materials are being increasingly used where performance after exposure to environmental conditions must be ensured. However, significant losses in mechanical performance due to wet/dry cycling have been observed in these composites, when portland cement is the only cementitious material used in the matrix. In this research program, the effects of partial portland cement replacement with various supplementary cementitious materials were investigated. Binary, ternary, and quaternary blends of silica fume, slag, Class C fly ash, Class F fly ash, metakaolin, and diatomaceous earth/volcanic ash blends were examined for their effect on the degradation of kraft pulp fiber-cement composite mechanical properties (i.e., strength and toughness) during wet/dry cycling. After 25 wet/dry cycles, it was shown that binary composites containing 90% slag, 30% metakaolin, or greater than 30% silica fume did not exhibit any signs of degradation, as measured through mechanical testing and microscopy. Ternary blends containing 70% slag/10% metakaolin or 70% slag/10% silica fume were also effective in preventing degradation. A reduction in calcium hydroxide content and the stability of the alkali content due to supplementary cementitious material addition were shown to be primary mechanisms for improved durability.     

粉煤灰和矿渣粒度分布对混凝土微观结构和抗氯离子渗透性的影响

针对胶凝材料比表面积和粒度分布等物理性质存在的差异,将P·Ⅱ水泥,Ⅰ级、Ⅱ级粉煤灰和S95级、S105级矿渣进行互掺,固定水泥用量,设计了4种粉煤灰和矿渣的组合方式,通过流动度试验分析了组合方式对净浆流动性的影响,并将粒度分布曲线与Fuller分布曲线进行了比较。在净浆配合比的基础上,对不同组合方式的混凝土进行了工作性、力学性能及自由氯离子浓度测试,探讨了粉煤灰和矿渣的粒度分布对混凝土强度和抗氯离子渗透性的影响,并对硬化浆体水化产物的微观形貌和化学组成进行了分析,揭示了影响机理。研究结果表明,矿物掺合料的粒度分布是决定颗粒级配优劣的重要因素。Ⅰ级粉煤灰具有更强的滚珠效应,在提高流动性方面起了关键性作用。粉煤灰和矿渣的水化及火山灰反应程度影响着混凝土的力学性能和耐久性能,由于Ⅰ级粉煤灰有更大的比表面积,火山灰活性也较高,因此Ⅰ级粉煤灰和S95/S105级矿渣组合的净浆流动度,混凝土的工作性、抗压强度和抗氯离子渗透性均明显高于Ⅱ级粉煤灰和S95/S105级矿渣组合。其中Ⅰ级粉煤灰和S95级矿渣组合的胶凝材料粒度分布曲线与Fuller曲线最为接近,粒度分布最优,水化浆体中Ca(OH)₂含量最低,火山灰反应最为充分,对应的混凝土微观结构致密,抗氯离子渗透性最好。     

半柔性路面用水泥基灌浆材料的矿物掺合料协同优化研究

矿物掺合料是半柔性路面用水泥基灌浆材料的重要组成部分,各矿物掺合料协同优化对灌浆材料流动性能和力学性能的提升发挥重要作用。本文选用矿粉、微珠和硅灰三种矿物掺合料,通过正交试验研究了三种矿物掺合料协同优化对路面用灌浆材料流动性能和力学性能的影响规律,并借助XRD、SEM等表征方法分析了灌浆材料硬化浆体的水化产物组成与形貌。结果表明,三种矿物掺合料协同优化对灌浆材料流动性能和力学性能的影响顺序为微珠、硅灰和矿粉,其中微珠对灌浆材料流动性能改善效果最为显著,硅灰和矿粉对灌浆材料力学性能提升效果明显。以灌浆材料的流动性能和早期强度为评价指标,微珠、硅灰和矿粉协同优化灌浆材料的最佳掺量分别为15%、1.5%和5%(均为质量分数)。此外,三种矿物掺合料协同掺加对灌浆材料早期水化产物组成与形貌影响较小,表明矿物掺合料协同主要是通过物理填充作用提高了硬化浆体材料的密实度,从而改善灌浆材料早期力学性能。