矿渣对高镁水泥硬化浆体膨胀特性及微观结构的影响

MgO可用于补偿大体积混凝土的收缩,大坝混凝土中也已有应用高镁水泥的先例.为充分利用高镁水泥的膨胀特性,避免其膨胀量过大,该文研究了矿渣掺量和细度对其膨胀特性的影响,并表征了硬化浆体的孔结构与微观形貌.结果表明,掺入矿渣可以有效降低高镁水泥硬化浆体的膨胀率.矿渣的掺量越高,硬化浆体膨胀率越低.矿渣的细度越细,抑制硬化浆体膨胀的作用越明显,中位径为4.81μm时,硬化浆体膨胀率显著降低.矿渣抑制高镁水泥硬化浆体膨胀的作用,主要源于矿渣掺入之后所产生的“物理稀释作用”和“二次水化效应”.“物理稀释效应”降低了硬化浆体中方镁石总量;“二次水化效应”填充了硬化浆体空隙,使硬化浆体孔径细化,毛细孔缓冲和释放硬化浆体膨胀应力.     

高钛矿渣-水泥复合胶凝材料体系的水化机理研究

采用SEM,XRD,TG-DSC等微观测试手段,探讨掺高钛矿渣-水泥复合胶凝材料体系的水化机理。研究结果表明：高钛矿渣主要由结晶性强的稳定矿物组成,水化活性低;高钛矿渣颗粒分散并填充水泥颗粒,明显改善浆体结构。水化反应早期,硬化浆体结构疏松,水化产物较少,有大量未被反应的稳定晶相。反应后期,Ca(OH)₂参与二次水化反应,强度稳定增长。     

水泥－粉煤灰－矿渣粉三元胶凝体系体积稳定性的研究

研究了不同胶凝材料体系水泥浆体的体积收缩变形特性。试验结果表明：水泥品种与细度是影响硬化浆体体积稳定性的主要因素,水泥细度越大,硬化浆体的体积稳定性越差,低热（高贝利特）硅酸盐水泥浆体的体积稳定性优于中热硅酸盐水泥;矿物掺和料的掺入使得胶凝材料的体积稳定性变得复杂,优质的矿物掺和料能够降低硬化浆体的收缩;水泥－粉煤灰二元胶凝体系的体积稳定性优于水泥－粉煤灰－矿渣粉三元胶凝体系。     

不同胶凝体系水泥浆体线膨胀系数的研究

 对水泥浆体的线膨胀系数进行了研究。试验结果表明,28 d龄期水泥净浆的线膨胀系数受水泥细度影响显著,水泥浆体的线膨胀系数随水泥细度的增大而增大,呈线性增长关系;粉煤灰能显著降低水泥浆体的线膨胀系数,当粉煤灰掺量达到30％以上时,掺粉煤灰水泥砂浆的线膨胀系数差别不大;随着矿渣的掺入,水泥浆体线膨胀系数有增大的趋势;对水泥浆体线膨胀系数来说,复掺粉煤灰和矿渣粉并无突变现象。     

水泥-凝灰岩-粉煤灰复合胶凝材料硬化浆体微观结构特征

利用X射线衍射(XRD)、热重(TG)、压汞法(MIP)、扫描电镜分析(SEM)等现代测试技术与方法对水泥-凝灰岩-粉煤灰复合胶凝材料硬化浆体微观结构特征进行测定和分析。结果显示:凝灰岩的掺入使得硬化浆体中引入了长石、水云母及低温型石英(α-SiO₂)等晶相物质,其余水化产物与纯水泥样品基本相同;含有凝灰岩的水泥硬化浆体中Ca(OH)₂含量降低幅度明显小于水泥-粉煤灰二元胶凝体系;随着养护龄期的延长,复合胶凝材料硬化浆体孔隙率逐渐降低,孔径逐步得到细化,到水化180 d时,各样品中最可几孔径的分布主要集中在4.5~50 nm,浆体结构朝着对耐久性有利的方向发展;凝灰岩颗粒特殊形貌引起的形态效应和微集料填充作用在水化初期显得较为明显;相比于同掺量情况下的单掺粉煤灰体系和单掺凝灰岩体系,水泥-凝灰岩-粉煤灰三元胶凝体系的水化产物较多,越来越多的凝灰岩和水泥的水化产物包裹粉煤灰球形颗粒,并逐渐形成整体,整个浆体微观结构结合紧密。     

水泥品种及不同掺合料对压蒸膨胀率的影响

通过对硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥和粉煤灰水泥外掺不同方镁石的水泥净浆、砂浆和混凝土试体的压蒸试验研究,阐明了不同水泥品种的压蒸膨胀率是不相同的,混合材的种类与掺量对压蒸膨胀率有较大的影响。所揭示的基本规律是：硅酸盐水泥的压蒸膨胀率最大,普通和矿渣水泥的次之,粉煤灰水泥的最小;然而在相同试验条件下,其试体的体积膨胀变形却是：矿渗水泥的膨胀变形较普通和硅酸监水泥以及粉煤灰水泥的大。所以,在实际工程中,首选矿渣混合材料或矿渣水泥,用于外掺MgO混凝土工程,可以认为,是比较理想的优选掺合料及水泥品种方案,具有参考价值,值得推广。     

大掺量矿物掺和料对水泥硬化浆体孔结构的影响

优良的孔结构是现代水泥基材料高强度和高耐久性的必需条件.通过压汞法(MIP)对含有大掺量矿物掺和料的硬化水泥浆体孔结构进行了研究.结果表明,大掺量矿物掺和料的掺入使得水泥硬化浆体的早期孔隙率增加,大孔较多;随着龄期的延长,含有大掺量矿物掺和料的样品微观结构明显得到改善,孔隙率均有不同程度地降低;含有矿渣硅灰的样品90 ...     

低活性矿渣内养护水泥砂浆自收缩与孔结构分析

采用预吸水饱和状态的低活性矿渣作为内养护材料部分替代砂,研究不同低活性矿渣掺量内养护砂浆的力学性能与自收缩变化规律,并通过MIP、SEM和XRD测试结果探讨了低活性矿渣内养护砂浆的微观机理。结果表明:不同低活性矿渣掺量砂浆试样在标准养护与密封养护条件下抗压强度发展规律相似,即随着低活性矿渣掺量的增加,砂浆早期强度下降幅度较大,但随着龄期的延长,砂浆后期强度降低幅度小于早期降低幅度;并且低活性矿渣能有效抑制浆体各阶段的自收缩,尤其在快速收缩阶段和短暂膨胀阶段作用最为明显;低活性矿渣内养护作用下,虽增加了浆体的孔隙率,但有效降低了平均孔径,改善了各类型孔的分布比例,细化孔隙结构;内养护作用使浆体水化产物C-S-H凝胶增多,Ca(OH)₂被消耗,界面过渡区薄弱结构得到显著改善。     

大掺量石灰石粉对水泥胶砂性能的影响

研究石灰石粉在20%、30%、40%和50%大掺量下的水泥胶砂性能。试验结果表明:石灰石粉可发挥微晶核效应,减少水泥净浆标准稠度用水量,缩短凝结时间,降低胶砂需水量比,具有一定的减水效应;石灰石粉可促进水泥早期水化放热,水泥胶砂的水化热和干缩率随石灰石粉的掺量增大而降低,故石灰石粉的掺入可降低混凝土开裂的风险;石灰石粉虽然在水化后期具有一定的活性,但大掺量的石灰石粉会使水泥胶砂后期强度损失较大,在实际应用中应当引起重视。     

矿物掺合料水工混凝土塑性收缩开裂抑制作用研究

采用平板法试验探究硅灰、矿渣及粉煤灰等掺合料对水工混凝土塑性收缩裂缝的影响作用，并深入探析掺合料的作用机理。试验表明：掺入矿渣和粉煤灰可以有效抑制试件早期塑性开裂，并且掺粉煤灰相对于掺矿渣的抑制效果更好；掺入硅灰会加速试件塑性收缩，硅灰的掺量越高其加速收缩越显著。     

硬化水泥石热膨胀性能的调节及其机理研究

研究了水灰比和矿物掺合料对硬化水泥石在20℃～85℃热膨胀性能的影响,并进行了机理分析。研究结果表明：水泥石的热膨胀率和热膨胀系数随着水灰比的增大而减小;粉煤灰和矿粉均可有效降低水泥石的热膨胀性能,其降低程度随掺量的增大而增大;当矿物掺合料掺量相同时,粉煤灰水泥石的热膨胀率及热膨胀系数略低于矿粉水泥石。通过观察水泥石微观形貌和测定水泥石孔隙率等方法,对硬化水泥石的热膨胀性能进行机理分析。     

改性MgO膨胀剂对水泥浆体流动度和膨胀性能的影响

为了改善MgO膨胀剂(MgO expansive agent,简称MEA)对混凝土流动性的不利影响和延缓氧化镁混凝土的膨胀时间,采用十八碳不饱和脂肪酸对MEA进行表面改性,测试了改性MEA的活性指数、孔结构和水化热等特性,并通过测定掺改性MEA的水泥浆体的流动度和膨胀性能来评价其改性效果。结果表明:MEA经过表面改性后,其活性指数增大,孔结构被细化,水化放热时间有所延迟;改性MEA可明显降低MEA水泥浆体的流动度经时损失,并有效地延缓MEA水泥浆体的膨胀时间,提高其后期膨胀量。研究成果可为表面改性MEA在大体积混凝土中的应用提供参考。     

The application of waterworks sludge ash to stabilize the volume of cement paste

In order to extend the recycling of waterworks sludge to engineering applications, this paper addresses the influence of nano-SiO2 on incinerated waterworks sludge ash (IWSA) cement paste attacked by sulfate. Tests were performed such as length measurement for volume change, compressive strength, weight loss, and micro-structural testing using scanning electron microscopy (SEM). The results indicate that when a portion of the cement in the paste was replaced by IWSA, the IWSA diluted the cementitious material C3A, and filled the capillary pores in the hardened paste. Moreover, since IWSA has potential pozzolanic activity, it can chemically react with Ca(OH)2 crystals in the paste and can consequently improve the resistance of the paste to sulfate attack. Test results also show that due to the fully developed pozzolanic effect of IWSA, the major reaction products of sulfate attack, gypsum and ettringite, were clearly reduced. Hence, the expansion rate in length decreased with the increase of IWSA replacement. Furthermore, the addition of nano-SiO2 to IWSA cement paste can also reduce the length expansion rate.     

MgO掺量对介质压蒸膨胀率及孔隙参数影响的研究

为了合理确定混凝土中MgO的安定掺量,研究了不同MgO外掺量情况下水泥净浆、水泥砂浆和混凝土砂浆试样的压蒸膨胀率及试样的孔隙参数。结果表明,在MgO的安定掺量范围内,随养护时间的延长,试样的孔隙率明显降低,孔径均匀性、平均孔径等参数得到显著改善。研究成果对MgO混凝土的进一步研究和推广应用有指导意义。     

第二龄期老混凝土与新混凝土粘结劈拉强度研究

实际工程混凝土浇筑意外中断时有发生,恢复浇筑新混凝土时,中断前的老混凝土很多处于第二龄期。为提高第二龄期老混凝土与新混凝土的粘结性能,通过采用不同水灰比水泥净浆和不同掺量粉煤灰水泥浆界面剂,研究不同水泥第二龄期老混凝土与新老混凝土7 d和28 d粘结劈拉强度的变化规律。结果表明:三种水泥混凝土粘结劈拉强度均随水泥净浆界面剂水灰比的增大而减小;水泥净浆(使用水泥为普通硅酸盐水泥)界面剂对普通硅酸盐水泥的粘结效果最好,次之为矿渣硅酸盐水泥,最差为复合硅酸盐水泥。界面剂中掺加粉煤灰可在一定程度上改善第二龄期老混凝土与新混凝土的粘结性能。     

腐蚀介质对硬化水泥浆体溶蚀特性的影响

为了获得腐蚀介质对水泥浆体溶蚀特性的影响规律, 采用去离子水和6 M NH₄Cl溶液作为腐蚀介质, 分别开展室温(25 ℃)环境下水灰比为0.45的硬化水泥净浆薄片试件的常规和加速溶蚀, 并通过饱水干燥称重法、扫描电子显微镜(SEM/EDS)、X射线衍射法(XRD)等测试, 分析了2种腐蚀介质中硬化水泥浆体的孔隙率、钙硅比及其物相组成和微结构的演变规律。结果表明, 在25 ℃室温环境下, 同去离子水相比, 氯化铵溶液中水泥净浆试件孔隙率增加和钙硅比降低的速率均显著提高, 而氯化铵溶液中溶蚀9 d后的试件微观形貌与去离子水浸泡360 d的微结构形貌基本一致, 且溶蚀后的物相组成也基本相同; 氯化铵溶液显著提高了硬化水泥浆体的溶蚀进程, 并可较短的时间内获得其溶蚀特性, 但并未改变溶蚀过程中硬化水泥浆体的物相组成和微结构特性, 可作为混凝土等水泥基材料的加速溶蚀介质。     

硅粉增强混凝土抗冲磨性能的微观机理

本文采用Fourier红外光谱(FTIR)和29Si固体核磁共振谱(29Si NMR)结合去卷积技术研究了硅粉增强混凝土抗冲磨性能的微观机理。结果表明硅粉具有较高的水化活性，硅粉掺量为10%的水泥体系水化3d时，大约有41%的硅粉参与反应，水化120d时大约有96%的硅粉参与反应。此外，硅粉的火山灰反应改变了C-S-H结构中Qn的分布和C-S-H的聚合度，在这个过程中，硅粉结构中的Si-O-Si共价键在碱性环境中断裂后形成的水化硅酸根单体与C-S-H二聚体以及Ca2+、OH-结合，形成高聚C-S-H。在分子尺度(几个纳米)，硅粉优化了C-S-H结构，使得C-S-H结构有序性增强，在微米尺度，硅粉的火山灰反应使得C-S-H堆积结构更加密实，胶凝性更强，从而改善了混凝土中浆体的性质。这样就从C-S-H层面解释了硅粉改善混凝土强度以及抗冲磨性能的机理。