大掺量矿渣水泥砂浆碳化过程研究

矿物掺合料的引入会减少水泥砂浆内部碱性物质含量,同时其中的活性成分与氢氧化钙发生二次水化反应,进一步地减少了砂浆的碱性,从而降低了砂浆的抗碳化能力.本文通过热重-差示扫描量热试验研究了不同掺量粒化高炉矿渣引入对碳化产物和微观结构的影响.研究结果表明:喷洒酚酞指示剂显示为无色的碳化表层仍然存在少量的Ca (OH)2,这说明砂浆碳化存在部分碳化区;碳化反应物不仅包含Ca(OH)2,也包含水化硅酸钙凝胶(CSH gel),钙矾石(AFt),低硫型水化硫铝酸钙(AFm),硅酸二钙(C2S),硅酸三钙(C3S)等物质;此外,随着矿渣含量的提高,碳化速率增大,同时由于矿渣可以改善水泥浆体的孔结构,矿渣掺量在50％时,碳化速率最小.     

矿渣碳化硬化过程的研究

将矿渣压制成2 ×2 ×2 cm3的立方体试块,分别在30 ℃、60℃、90℃、120℃条件下于CO2气氛中碳化.对碳化试块的质量、抗压强度变化进行了测定.采用X射线衍射仪(XRD)、热重-差热分析仪(TG-DSC)分析了碳化过程中的物相变化.用扫描电子显微镜(SEM)观察了碳化后产物的微观形貌.结果表明,矿渣试块的抗压强度及质量变化均随碳化温度的增加而增加,且随碳化龄期的延长而增加.矿渣在90℃条件下碳化6h的抗压强度达41.2 MPa,质量增加9.9％,在此条件下1 kg矿渣可固化储存99 g的CO2.矿渣的碳化产物主要为CaCO3,未生成C-S-H凝胶和Ca(OH)2.结果表明了矿渣在固碳的同时亦能硬化形成良好力学强度的块体材料,这是“以废治废”的良好途径.     

掺聚丙烯纤维的碱矿渣粉煤灰混凝土抗碳化性能及微结构

本文研究了聚丙烯纤维对碱矿渣混凝土抗碳化性能及碱矿渣硬化水泥浆体微观孔结构的影响,对硬化碱矿渣浆体的孔隙率、碱矿渣混凝土水化产物以及碳化深度进行了测试.结果表明,聚丙烯纤维能改善碱矿渣混凝土的微孔结构与抗碳化性能.当聚丙烯纤维掺量为0.9 kg/m3时,碱矿渣混凝土28 d龄期的孔隙率降低1％o,碳化深度降低25.9％,且随纤维掺率的提高,其抗碳化性能提高更加明显.SEM分析结果表明,纤维与硬化浆体紧密结合并有效改善硬化浆体的孔结构,而粉煤灰的掺入使硬化浆体的结构变得较为疏松.     

碱矿渣水泥石碳化产物研究

碱矿渣水泥水化产物不同于硅酸盐水泥,会产生不同的碳化行为.以水玻璃与NaOH为碱组分制备碱矿渣水泥石,采用X-射线衍射(XRD)、红外光谱(FF-IR)与综合热分析(TG-DSC)研究了碱矿渣水泥石的碳化产物.结果表明:碱矿渣水泥石碳化生成的CaCO3的存在形式主要为方解石,球霰石和文石含量较少,随碳化龄期延长,文石与球霰石含量增加;以模数1.0～1.5的水玻璃为碱组分的碱矿渣水泥石碳化后,出现钠的碳酸盐结晶相;碱矿渣水泥石碳化脱钙后生成富硅的C-S-H凝胶,C-S-H凝胶的聚合度增加.     

水玻璃激发矿渣胶凝材料的研究

研究了用水玻璃激发磨细粒化高炉矿渣时，水玻璃的模数、掺量和Ca(OH)2掺量对矿渣胶凝材料强度的影响。用经过碱性处理的原状矿渣作集料，可明显提高低模数水玻璃激发矿渣胶凝材料基体的抗压，抗折强度和韧性，并提高基体的耐久性和耐硫酸盐侵蚀性。     

矿渣和粉煤灰混凝土的碳化性能

研究了不同掺量矿渣、粉煤灰对混凝土抗压强度和抗碳化性能的影响.研究表明,随着掺合料掺量(胶凝材料的质量百分比)增加,混凝土抗压强度与抗碳化能力都呈下降趋势.且在同一龄期、同一掺量下,混凝土的抗压强度大小与抗碳化能力具有较好的相关性,不同种类混凝土之间的比较关系为:矿渣混凝土＞矿渣、粉煤灰复掺混凝土＞粉煤灰混凝土.建议粉煤灰和矿渣的最佳掺量为30％.     

复掺粉煤灰和矿渣粉大流动度混凝土的抗碳化性能

研究了复掺Ⅱ级粉煤灰和同等细底的矿渣粉，同时掺加高效减水剂配制的大流动度（180mm）混凝土的抗碳化性能。试验中改变了取代水泥量（最大80％）及掺合料中粉煤灰和矿渣粉的比例等条件。混凝土的碳化深度随时间的变化，可用幂函数d＝at^b表示，b值大多位于0．3－0．4。复掺可使取代水泥量提高。对设计寿命为50年的混凝土，在其他性能满足工程要求的条件下，从碳化性能的角度来看，混凝土中可掺加40％的粉煤灰，若采用粉煤灰与矿渣粉复掺，则在掺合料总量分别显60％、70％及80％时，相应地可掺加40％、30％及15％的粉煤灰。     

粉煤灰-矿渣微粉复合双掺对水泥砂浆抗酸雨侵蚀性能的影响

研究了粉煤灰、矿渣微粉复合双掺时对水泥砂浆的强度以及抗模拟酸雨侵蚀性能的影响。通过试验发现:随着粉煤灰、矿渣微粉总掺量的不断增加,砂浆强度逐渐下降;各不同配比的砂浆经pH值为4.0的模拟酸雨干湿交替循环腐蚀后的强度变化规律为先升高后下降;与纯水泥砂浆试件相比,如粉煤灰、矿渣微粉的掺入过高,则会降低试件的强度值,但是如以强度增长率来评价砂浆的抗酸雨侵蚀能力,则各不同比例的粉煤灰、矿渣微粉复合双掺等量取代水泥配制的砂浆的强度增长率均优于同等条件下纯水泥砂浆试件,即粉煤灰、矿渣微粉复合双掺对水泥砂浆试件在模拟酸雨条件下的强度发展有改善作用。     

电石渣对碱激发粉煤灰-矿渣抗碳化性能的影响

为实现工业废料的二次利用,将电石渣部分替代粉煤灰掺入碱激发粉煤灰-矿渣(AAFS)中,制备碱激发粉煤灰-矿渣-电石渣复合凝胶材料(AAFSC)。本文考察了不同电石渣掺量下AAFSC的抗碳化性能,并通过压汞测试、热重分析、X射线衍射仪和扫描电子显微镜等分析材料的微观结构。结果表明：经快速碳化作用,AAFSC的孔隙结构会向有害孔发展,抗压强度明显衰减;AAFSC在碳化前中期的抗碳化性能优于AAFS,但随碳化龄期延长,这种优势逐渐减小甚至消失;试验推荐的电石渣掺量质量分数为6%,此时AAFSC在碳化前中期具备最佳抗碳化性能,且在碳化后期仍具有最大抗压强度39.92 MPa;随电石渣掺量增加,AAFSC中Ca(OH)₂含量增加,这些Ca(OH)₂在碳化过程中被消耗,生成了方解石、霰石等碳酸盐。     

MgO和CaO对碱矿渣混凝土抗碳化性能的影响

与普通硅酸盐水泥(OPC)混凝土相比,碱矿渣混凝土(AASC)的抗碳化性能较差.为了提高AASC的抗碳化性能,本文采用MgO和CaO代替部分矿渣制备AASC,研究了加速碳化环境下掺MgO和CaO的AASC在不同碳化龄期的抗压强度和碳化深度,并结合X射线衍射(XRD)、同步热分析(TG-DTG)和扫描电镜-能谱(SEM-...     

碳化对镁渣砂浆强度和微观结构的影响

采用CO2养护加速碳化镁渣砂浆,制备了低碳胶凝材料。研究了水灰比和碳化龄期对碳化镁渣砂浆的力学性能及微观结构的影响。结果表明：在CO2浓度为99．9％、压力为0．1 MPa、温度为23℃的碳化养护条件下,水灰比为0．4的镁渣砂浆碳化14 d后,抗压强度是其碳化前强度值的9．9倍,延长碳化时间有利于强度的提高。水灰比对碳化砂浆强度影响显著,低水灰比试件碳化后强度提高更多。通过微观分析发现,碳化养护提高镁渣砂浆强度的原因是,碳化后生成大量的CaCO3,使试件更加致密,孔隙率降低。     

碱矿渣水泥基胶凝材料的碳化特征研究

抗碳化性能是混凝土耐久性的重要方面.以水玻璃与氢氧化钠(NaOH)为碱组分,粒化高炉矿渣为胶凝材料,研究了碱矿渣水泥的抗碳化性能,并分析了碱矿渣水泥易于发生碳化的主要原因.结果表明:与硅酸盐水泥相比,碱矿渣砂浆的碳化程度较大,碳化未引起碱矿渣水泥石干燥收缩的增加.碱矿渣水泥基胶凝材料硬化体碳化程度较大的主要原因是其水化产物不存在Ca(OH)2、硬化体孔溶液的高碱性及较大的干燥收缩.     

含玻璃砂的高性能碱激发矿渣砂浆性能研究

采用玻璃砂代替部分细骨料制备碱激发矿渣(AAS)砂浆后,研究了玻璃砂含量(0%、10%、20%、30%,质量分数)对AAS砂浆抗压强度、抗折强度、干燥收缩、导热系数和碱-硅酸反应(ASR)膨胀率的影响,并通过扫描电子显微镜(SEM)对微观机理进行了分析。结果表明：掺10%～30%的玻璃砂能显著提高AAS砂浆的早期抗压强度,但会略微降低28 d抗压强度;AAS砂浆的抗折强度随玻璃砂掺量的增加先增大后减小,10%掺量时最有利于3 d抗折强度,20%掺量时最有利于28 d抗折强度;AAS砂浆的干燥收缩、导热系数和ASR膨胀率均随玻璃砂掺量的增加而减小,与对照组相比,掺30%玻璃砂的AAS砂浆导热系数降低14.4%,56 d干燥收缩率降低27.6%,14 d ASR膨胀率降低39.6%,28 d ASR膨胀率降低34.5%;SEM分析发现玻璃砂表面有水化产物生成,其与胶凝材料的结合比石英砂更紧密,使AAS砂浆的微观结构更加致密。     

Effect of Carbonation on Alkali-Activated Slag Paste

Carbonation on waterglass- and NaOH-activated slag pastes was analyzed and compared with carbonation in Portland cement pastes to determine possible differences. Thermogravimetry-differential thermal analysis (TG/DTA), Fourier-transform infrared spectrometry, and nuclear magnetic resonance were used to determine the effects on the main reaction products. According to the TG/DTA results, carbonate precipitation following carbonation is much more intense in Portland cement pastes than in alkali-activated slag pastes. This may be attributed to the fact that in Portland cement paste both the portlandite and the C–S–H gel can be carbonated, whereas in alkali-activated slag pastes, only the C–S–H gel is carbonated directly. In both systems, carbonation leads to the formation of CaCO₃, Si-rich C–S–H gel, silica gel, and alumina. The carbonation of waterglass-activated slag pastes is not altered by the presence of either of the organic additives used in the study.     

Method for Determining Resistance of Mortars to Sulfate Attack

Recognizing that the sulfate resistance of mortars is affected by conditions of use, temperature, cement content, plasticity, and mortar defects, particularly those of aggregate-cement bonding, a new test for sulfate resistance was developed. Samples 2 by 2 by 10 cm are half-immersed in an MgSO₄ solution. The appearance and compressive strengths of the immersed and exposed parts are recorded at intervals and compared with those of water-stored samples. This method is quantitatively reliable, selective, rapid, and inexpensive. Results for cements tested in this way are presented, and the physical and chemical characteristics of durable mortars are elucidated. The test was used to demonstrate the sulfate resistance of a new calcium silicate cement.     

膨胀剂对碱-激发矿渣砂浆的减缩特性研究

开展了膨胀剂对碱-激发矿渣砂浆的减缩特性研究,分析了不同硫铝酸盐类膨胀剂掺量对碱-激发矿渣砂浆自收缩、干缩和抗压强度的影响,使用压汞仪研究了掺膨胀剂碱-激发矿渣砂浆的孔结构特征.结果表明,硫铝酸盐类膨胀剂对碱-激发矿渣砂浆自收缩和干缩具有一定的抑制作用,可降低收缩的增长速率,3％掺量下可分别减小自收缩35.4％和干缩29％.膨胀剂对碱-激发矿渣砂浆早期强度影响明显,但随龄期发展,其影响作用减弱,28 d时,膨胀剂组与对照组抗压强度相近.膨胀剂可增大碱-激发矿渣砂浆大于20μm的孔体积,有利于减小孔径小于20μm的孔体积,形成更为密实结构.     

Elucidating the Crack Resistance of Alkali‐Activated Slag Mortars Using Coupled Fracture Tests and Image Correlation

The resistance of alkali silicate‐activated slag mortars to crack propagation is explored. With increasing SiO₂‐to‐alkali oxide ratio (M_s) of the activating solution (between 1.0 and 2.0), the flexural strengths, fracture energies, and the strain energy release rates (crack resistance, G_R) are noted to increase. The G_R values, especially of the systems with M_s of 1.5 and 2.0, are higher than that of ordinary portland cement (OPC) mortar. In contrast, the fracture process zone (FPZ) was observed to be smaller for the alkali‐activated slag mortars, with higher localized strains. Similarly, the FPZs also shrink with increasing M_s. These responses are related to the differences in the reaction products in these systems. The fundamental differences in the fracture response of these binder systems are elucidated through tracking the FPZ development. The crack extension‐crack tip opening displacement relations and its relationship with the inelastic strain energy release rates are also used to bring out the differences between the binder systems.