硫铝酸盐水泥抗酸侵蚀性能与机理研究

本文研究了硫铝酸盐水泥(CSA)在盐酸和硫酸环境下的力学性能演化规律,并探究了其抗酸侵蚀机理。分别测试了水和酸溶液养护的CSA胶砂试件的抗折强度,计算了CSA的抗酸侵蚀系数。采用XRD、TGA、CT和SEM分析了酸侵蚀导致的产物种类和数量变化,表征了微观结构演化过程。结果表明:与普通硅酸盐水泥(OPC)相比,CSA在盐酸和硫酸中抗折强度损失率更低,具有更好的抗盐酸和硫酸侵蚀能力;CSA主要水化产物(钙矾石)比OPC主要水化产物(氢氧化钙和硅酸钙凝胶)更难与酸反应,因此抗酸侵蚀能力更强。盐酸与硫酸对CSA的侵蚀机制略有不同,盐酸对CSA的侵蚀过程实质上为氢离子对CSA水化产物钙矾石的酸解,硫酸对CSA的侵蚀则是氢离子和硫酸根离子的共同作用。     

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。     

钢渣对硅酸盐水泥水化硬化的影响研究

研究了钢渣的掺量对硅酸盐水泥强度的影响,采用SEM和EDXA分析了水泥水化产物的形貌和微区化学成分,并用XRD对水泥水化产物的矿物组成进行了分析。结果表明,钢渣经细磨后活性有很大提高,当钢渣试样的比表面积为444.5m~2/kg时,其28d强度活性指标可达82.4％;钢渣的掺入会降低水泥的抗压强度,但随钢渣-硅酸盐水泥混合体系水化的全面进行,7d以后龄期的强度增长较快,至120d时混合水泥的净浆抗压强度已与纯硅酸盐水泥相差甚小;掺入钢渣后混合水泥水化产物的形貌与纯硅酸盐水泥的水化产物无明显差别,都有六方片状的Ca(OH)_2,CSH凝胶的形貌也与纯硅酸盐水泥的水化产物类似,所不同的是此种凝胶合有较多的含铁相;掺钢渣的混合水泥的水化产物主要有C_2SH(C)、AFt和Ca(OH)_2,但C_2SH(C)性质的确定还需要继续深入研究。     

活化煤矸石生态型混凝土长期性能及水化特性的研究

以煅烧煤矸石为掺合料配制了一种煤矸石基生态型混凝土,并与普通硅酸盐水泥和传统矿渣水泥配制的混凝土进行了性能对比.系统地评价了其力学性能发展规律、体积稳定性(湿胀和干缩)及抗硫酸盐侵蚀能力,同时对煤矸石体系、普通硅酸盐水泥体系和矿渣体系的水化特性及主要水化产物进行了系统的表征分析.结果 表明,活化煤矸石生态型混凝土力学性能可以达到传统矿渣水泥混凝土同一水平.同时,煤矸石水泥对混凝土的体积稳定性有一定的劣化,但能显著增强其抗硫酸盐侵蚀能力.煅烧煤矸石具有一定的火山灰活性,其体系中C-S-H凝胶主要以C-S-H(I)为主,平均Ca/Si比为1.39.     

磷酸钾镁水泥水化体系的微结构演化

通过测试磷酸钾镁水泥(MKPC)水化体系的水化放热特性和抗压强度发展,分析不同龄期MKPC硬化体的固相组成和微观结构,研究MKPC水化体系的微结构演化过程.结果表明:MKPC水化体系水化反应速度快且大量水化热在水化反应初期集中释放,水化反应主要在水化开始3d完成,水化产物主要为含6个结晶水的MKP,还存在一些低结合水的水化产物;MKPC水化体系中快速水化生成的水化产物晶体缺陷多和稳定性差,生长过程中会产生较大的内应力,其中低结合水的水化产物还会逐步吸收空气中的水份转化为MKP,均会造成MKPC硬化体结构的劣化,即随水化龄期增长,硬化体出现较多的裂缝和缺陷;造成MKPC硬化体抗压强度在水化开始3d发展迅速,之后抗压强度出现倒缩,但随龄期延长又逐步恢复并增长.     

新型磷铝酸盐水泥抗硫酸盐侵蚀性能

初步研究了磷铝酸盐水泥(phosphoaluminate cement,PALC)的抗硫酸镁侵蚀性能,同时与硅酸盐水泥(portland cement,PC)浆体进行了比较,并利用X射线衍射、核磁共振等测试方法对水泥水化浆体微观组成进行分析.结果表明:PLAC呈现优异的力学性能和抗硫酸盐侵蚀的能力.在硫酸镁溶液中腐蚀360,510d时,PALC砂浆的抗蚀系数分别高达0.99和0.95,比PC的分别高出了27%和46%;以PC和PALC标准养护28d时的抗压强度为基准,PC的抗压强度的下降率分别为14.0%,24.2%,PALC的抗压强度下降率则仅为8.6%,14.5%.在腐蚀龄期为360,510d时,对比腐蚀前后水泥砂浆试样的弹性模量,PLAC砂浆的弹性模量的下降率仅为2.42%和7.79%,PC的则达到了22.48%和24.17%.PALC的水化产物中不含有Ca(OH)2和钙钒石,其水化产物主要是羟基磷灰石、水化磷铝酸盐凝胶及水化磷酸盐凝胶.由于水化产物中同时存在的水化磷铝酸盐凝胶及水化磷酸盐凝胶之间可以纵横交联形成致密的网络结构,改进PALC的物理性能,有效地阻止外界离子的侵入,因此,PALC具有更好的耐硫酸盐侵蚀性能.     

纳米SiO2对超硫酸盐水泥性能影响研究

为了克服超硫酸盐水泥(SSC)早期强度低的难题,探究了纳米SiO₂(NS)对SSC水化硬化性能的调控效果与机理。研究了NS对SSC力学性能、产物组成、微观结构和形貌,以及孔隙结构的影响规律。结果表明:掺入NS可显著提升SCC力学性能,其中3 d抗压强度提升了32%,3 d抗折强度提升了28%,90 d抗压强度提升了近一倍;同时,NS能够显著密实SSC孔隙结构,使其临界孔径从72.8 nm降低至6.5 nm。NS的增强机理主要为促进矿粉水化,增加产物中C-(A)-S-H凝胶的生成量和聚合度。本文证明了NS提升SSC水化硬化性能的可行性,为低碳SSC的性能提升提供了新思路。     

纳米二氧化硅粉末对水泥-粉煤灰体系泡沫混凝土力学性能及水化的影响

利用X射线衍射、热重分析、扫描电镜等手段研究了纳米SiO2(NS)对水泥-粉煤灰体系泡沫混凝土水化及性能的影响.结果表明:NS的掺入会促进泡沫混凝土中硅酸盐矿物的水化,密实水化产物的微观结构.掺入NS的水泥-粉煤灰体系泡沫混凝土试样3 d和28 d抗压强度增长都大于单一水泥组份的泡沫混凝土试样,水泥-粉煤灰体系泡沫混凝土试样3 d强度提高了6.3％,28 d强度提高了4.6％.     

再水化作用对超高性能混凝土基体显微结构和水稳定性的影响EI北大核心CSCD

通过开展超高性能混凝土(UHPC)基体的再水化试验,测试了不同再水化时间水泥石的化学结合水量、试件膨胀率和抗压强度,基于Krstulovi?–Dabi?的水泥水化动力学和水泥水化微观信息,建立了再水化模型,同时结合微观形貌变化和孔结构变化,基于建立的模型,分析了再水化作用对其水稳定性的影响机理。结果表明:在低水灰比(0.15~0.30)范围内,水灰比越低,再水化结合水量在前期越大,后期反而越小;再水化过程中,试件膨胀率随水灰比的降低呈增大趋势;不同水灰比水泥石的抗压强度随再水化时间的增长呈增大和减小交替出现的趋势。根据再水化模型计算的水泥水化度模型预测结果和试验结果吻合良好,表明所建立的模型可以较准确地模拟UHPC基体的再水化过程。水灰比0.30水泥石较大的水泥水化速率导致其具有较高的抗压强度增长幅度。再水化前期,水泥水化速率快,再水化产物不断填补水泥石内部初始孔隙,后期水泥水化速率缓慢,再水化产物体积膨胀导致水泥石出现微裂缝,UHPC基体性能劣化。     

面层自流平材料的制备与性能研究

研究了铝酸盐水泥-硅酸盐水泥-石膏复合胶凝体系对自流平材料性能的影响以及渗透型液体硬化剂对材料表面的改性作用,采用XRD、TG-DSC和SEM分析了胶凝体系的水化产物.结果表明:在铝酸盐水泥-硅酸盐水泥二元体系中,随着硅酸盐水泥掺量的增加,砂浆流动度经时损失逐渐扩大,凝结时间缩短,干缩率增大,各龄期强度均有所降低,但1～3d和3～28 d强度增长幅度更大.在铝酸盐水泥-硅酸盐水泥-石膏三元胶凝体系中,增加α-半水石膏的掺量可促进砂浆凝结硬化,减小干燥收缩率,提高早期强度,但后期强度的增幅有所减小;增加硅酸盐水泥掺量会使砂浆流动度经时损失显著加大,凝结时间缩短,早期强度无明显变化,后期强度增幅较大.在自流平材料表面涂刷硬化剂可有效提高其耐磨性,减少干燥失水率.水化铝酸钙的微观形貌不规则,其XRD衍射峰不显著.在三元胶凝体系的水化产物中,存在着大量真棒状的钙矾石和六方片状的单硫型水化硫铝酸钙.     

铜渣-水泥复合胶凝材料力学性能研究

铜渣以5%、10%、15%的比例取代水泥制备铜渣-水泥复合胶凝材料.研究铜渣对水泥基胶凝材料标准稠度用水量、凝结时间、净浆抗压强度、胶砂抗折与抗压强度的影响,并利用XRD、TG/DSC和SEM-EDS技术手段分析掺入铜渣后水泥基胶凝材料物相和微观形貌的变化.研究结果表明:铜渣掺入会使水泥胶凝材料的标准稠度用水量增加,凝结时间延长,一定程度上提高水泥胶凝材料的抗折、抗压强度;铜渣-水泥胶凝材料的主要水化产物和水泥胶凝材料类似,并有Fe(OH)3/Fe(OH)2凝胶生成.铜渣-水泥复合胶凝材料微观结构较水泥胶凝材料密实.     

Physicochemical characteristics of acrylic-acid polymer-impregnated cement pastes

Various Portland cement pastes were made using water cement ratios of 0·20, 0·25, 0·35 or 0·40 and then cured for 1, 3, 7, 28, 90 or 180 days. These pastes were impregnated with acrylic acid monomer under vacuum and the monomer-impregnated samples were then treated at two different temperatures, 40 or 60°C, for the polymerization process, using benzoyl peroxide as initiator. Several physicochemical studies were carried out on each cement paste; these studies include compressive strength tests, bulk density, compressive strength versus gel/space ratio relationships, polymer load, X-ray diffraction analysis and differential thermal analysis. Results have indicated that compressive strength improvement in acrylic acid-polymer impregnated cement pastes is mainly dependent on initial water/cement ratio, curing time and gel/space ratio. The results of X-ray diffraction analysis and differential thermal analysis indicated that the intrusion of polymer into the cement paste matrix does not affect the phase composition of the Portland cement hydration products.     

铝土矿选尾矿制备硅铝聚合材料的反应产物及抗化学侵蚀性能(英文)

以煅烧铝土矿选尾矿为硅铝质原料,以矿渣微粉为促硬剂,以水玻璃为激发剂,制备得到了硅铝聚合材料。运用X射线衍射、扫描电镜、热分析研究了硬化浆体的反应产物及其微观形貌、热性质。通过观察3%硫酸钠溶液、3%硫酸镁溶液、5%硫酸溶液、5%盐酸溶液对砂浆试样外观、质量、强度的影响,研究了其抗化学侵蚀性能,并比较了其与铝酸盐水泥、快硬早强硫铝酸盐水泥、中抗硫酸盐硅酸盐水泥及矿渣硅酸盐水泥的区别。结果表明:反应并不生成晶体物质,而是无定形态的铝硅酸盐;硬化体中呈现片层状显微形貌的物质能够吸附水分,从而在灼烧过程中表现为脱水吸热及质量损失;该片层状物质随着龄期的延长而变得愈发细小和复杂,进而在宏观上表现为强度增长及脱水温度升高;硅铝聚合砂浆分别经3%硫酸钠溶液、3%硫酸镁溶液浸泡28d后,与各水泥砂浆试样比较,其不仅外观完整,而且强度并没有下降,反而具有几乎相同的强度增长,即说明其具有更优异的抗硫酸侵蚀性能;硅铝聚合砂浆与各水泥砂浆经稀酸溶液浸泡28d后,前者不仅能保持原始外观,而且表现为更低的质量及强度损失。     

聚合硫酸铝改性低碱度水泥性能研究

以水泥、硅灰和粉煤灰为主要胶凝材料制备的低碱度水泥可应用于放射性焚烧灰的固化,但其存在早期强度发展慢、后期强度不高的问题。本文以聚合硫酸铝作为添加剂激发火山灰材料反应活性,通过测定不同掺量聚合硫酸铝加入后固化体的抗压强度、孔隙率及pH值变化,并结合水化产物组成与含量、水化放热特性等表征手段,分析了聚合硫酸铝对低碱度水泥早期水化过程的影响规律和作用机理。结果表明:掺入聚合硫酸铝可以显著提高低碱度水泥固化体的早期抗压强度,使水化放热峰提前,促进了火山灰反应的发生,提高了水化产物的生成量,使微观结构更加密实,同时有效降低试样的早期碱度,有利于抑制焚烧灰中活性铝的腐蚀反应。     

养护条件对EVA乳液改性水泥浆体水化行为和孔结构的影响

本文制备了不同乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)乳液含量的聚合物改性硅酸盐水泥浆体,对比了其在相同水灰比,不同养护制度(标准养护、蒸汽养护)条件的水化性能与孔结构。通过X射线衍射分析、水化热分析、压汞分析、氮吸附测试,以及立方体抗压强度测试评价了EVA乳液在不同养护状态下对水泥水化产物、水化特性、孔结构以及抗压强度的影响。结果表明,与标准养护相比,蒸汽养护下EVA乳液没有改变水泥水化产物,在EVA乳液较高掺量下,降低了其延缓水泥水化的程度,降低了试样的孔隙率,并且增加了试样中小孔的含量,而蒸汽养护削弱了EVA乳液对水泥净浆强度的负面影响。     

海水对高贝利特硫铝酸盐水泥水化过程和力学性能的影响

研究了海水拌和与海水养护条件下高贝利特硫铝酸盐水泥(HB-CSA)和普通硅酸盐水泥(OPC)胶砂的抗压强度和抗折强度,采用等温量热法、X射线衍射分析法和热重分析法表征了两种水泥的水化过程和水化产物,分析了海水对HB-CSA水化过程和力学性能的影响。结果表明:海水拌和未明显影响HB-CSA的早期水化过程,海水拌和与海水养护未改变其主要水化产物类型;海水拌和显著加快了OPC的早期水化,海水中的氯盐与OPC的水化产物反应,导致水化氯铝酸钙(Friedel盐)的生成。海水拌和与海水养护对HB-CSA的抗压强度影响较小,但降低了OPC的后期抗压强度。海水养护对HB-CSA和OPC抗折强度的提高较为明显,钙矾石(AFt)含量的增加是抗折强度提高的主要原因。HB-CSA的水化产物中未见Ca(OH)₂和单硫型水化硫铝酸钙(AFm),避免了海水侵入后过量CaSO₄·2H₂O和AFt生成造成的混凝土膨胀开裂和强度下降的危害。     

Study on modification of the high-strength slag cement material

The influence of the slag powder's fineness, the amounts of activator, type and contents of modification addition on the dry-shrinkage and strength of the high-strength slag cement material was investigated. The experimental data showed that adding 9% Na₂SiO₃ activator and 10% Portland cement (PC) made the ratios of drying-shrinkage of high-strength slag cement material similar to the ratios of Portland cement and the compressive strengths as higher. The main hydration products are calcium alumina-silicate gels and a little CH; the gel ratio of CaO/SiO₂ is close to 1 and includes a little Na₂O and MgO for high-strength slag cement material, as shown by means of scanning electron microscope (SEM) and energy-dispersive X-ray analyzer (EDXA).     

改性磷石膏对石膏矿渣水泥水化过程的影响研究

采用质量分数为5％～25％的改性磷石膏、15％的硅酸盐水泥熟料、60％～80％的矿渣混合磨细制成石膏矿渣水泥,研究了改性磷石膏掺量对石膏矿渣水泥浆体的抗压强度、水化热、孔溶液pH值及水化产物的影响情况.结果表明,掺入改性磷石膏使得石膏矿渣水泥的3 d、7 d抗压强度降低,其掺量为10％、15％时,水泥的28 d、90 d抗压强度超过普通硅酸盐水泥.在3 d至90 d龄期内,水泥孔溶液pH值随龄期增长而逐渐增大.在相同龄期时,随着改性磷石膏掺量的增大,水泥孔溶液pH值减小,水化放热峰出现时间延缓.微观分析表明,掺入改性磷石膏后,28 d龄期时的水泥水化产物主要为钙矾石和C-S-H凝胶,水化产物的生成量在改性磷石膏掺量为15％时最多.     

Effect of magnesium and sulfate ions on durability of silica fume blended mixes exposed to the seawater tidal zone

The effect of silica fume on deterioration resistance to sulfate attack in seawater within tidal zone and simulated wetting-drying condition has been studied in Portland cement concretes and pastes containing silica fume (SF) with/without ground granulated blast furnace slag (GGBS). Changes in the compressive strength and capillary water absorption of specimens as a function of SF content have been investigated combined with phases determination by means of scanning electron microscopy and X-ray energy dispersion analysis. The strength change factors (SCFs) of specimens with SF (the more SF content, the higher strength loss) were greater than that of the mixes without SF or cured under tap water. Mg²⁺ ion originated attack found to be the dominating deterioration mechanism as confirmed by X-ray and chemical analyses.Further, the incorporation of GGBS with SF mixes in different exposure conditions led to the worst performance in all of the test environments. Lower cement content and hydration rate accompanied with particular chemical composition of GGBS made concrete and paste specimens to be more susceptible to deleterious seawater environment.