掺石灰石粉混凝土抗硫酸盐侵蚀性能及改善机理

为提高掺石灰石粉混凝土在硫酸盐环境下的耐久性能,研究掺石灰石粉混凝土抗硫酸盐侵蚀性能以及粉煤灰/矿粉改善机理,通过混凝土硫酸盐干湿循环实验,得到试件外观及抗压强度变化,采用傅里叶红外光谱、XRD、SEM/EDS分析探究侵蚀产物物相组成.研究结果表明,硫酸钠结晶作用和生成的侵蚀产物石膏导致试件膨胀开裂,强度性能下降.石灰石粉的掺入增加了侵蚀产物中石膏的含量,从而引起混凝土试件抗侵蚀性能的下降,单掺25％和50％(质量分数)石灰石粉试件抗压强度耐蚀系数分别下降了23.1％和33.9％.粉煤灰/矿粉与石灰石粉互掺时表现出互补的协同效应,改善了掺石灰石粉混凝土抗硫酸盐干湿循环侵蚀的性能.矿粉的效果优于粉煤灰,胶凝材料采用66％水泥-17％石灰石粉-17％(质量分数)矿粉组成的混凝土表现出最优的抗侵蚀性能.     

铜矿尾砂基生态型混凝土力学性能的研究

使用铜矿尾砂做水泥掺合料,既能缓解铜矿尾砂造成的环境污染问题,又可以减少混凝土中水泥的用量,实现了经济效益和生态效益.利用一种磨细铜矿尾砂取代胶凝组分制备生态型混凝土,对其活性和不同粉磨工艺下的性能进行了评价,并对不同体系配制的生态型混凝土的力学性能进行了全面表征.结果表明,可以采用磨细铜矿尾砂作为制备混凝土的一种惰性掺合料,铜矿尾砂取代水泥、矿粉及复掺石膏均会一定程度降低混凝土抗压强度.其中,取代水泥和矿粉,混凝土抗折强度提高;复掺石膏,混凝土抗折强度下降.最佳配合比设计条件下,以铜矿尾砂取代水泥、矿粉及复掺石膏制备生态型混凝土,其56 d抗压强度分别为基准组的94.3％、101.0％以及97.9％.     

掺石膏对矿渣粉生产和应用的影响

研究了掺与不掺石膏对矿渣粉生产工艺效率、矿粉活性以及部分混凝土性能的影响。结果表明,在实验小磨条件下,掺石膏的矿渣粉磨效率比不掺石膏者低6％－10％左右,在大磨条件下,掺石膏的矿渣粉磨效率反而高10％左右。为达到相同活性指数,掺石膏混磨的矿渣粉比表面积应提高20－30m^2/kg,其能耗与不掺石膏的矿渣粉大致相同。同比表面积的矿渣粉,掺与不掺石膏对混凝土强度、收缩和抗硫酸盐性能无明显影响。     

氧化石墨烯对矿渣粉磨和水泥混凝土性能的影响

为了研究氧化石墨烯对矿渣粉磨及水泥混凝土性能的影响,本文采用氧化石墨烯、丙三醇、三乙醇胺做助磨剂,通过测量矿渣粉体休止角、细度、颗粒分布研究对矿渣粉磨的影响;通过测试水泥强度、标准稠度用水量、凝结时间、安定性研究对矿渣水泥性能的影响;通过测试混凝土塌落度、28 d强度、抗侵蚀系数研究对混凝土性能的影响。结果表明：与传统助磨剂三乙醇胺、丙三醇相比,氧化石墨烯同样具有类似的助磨效果,并提高了矿渣水泥和混凝土的28 d强度,与空白样相比,矿渣水泥强度和混凝土28 d抗压强度分别提高10%和5.8%,混凝土的流动性和抗侵蚀性也有一定程度的提高,混凝土试块的抗OH-侵蚀系数和抗SO42-侵蚀系数分别为0.976和0.973。     

水泥用量对混凝土性能影响的试验研究

为探究水泥用量对混凝土性能的影响规律,在相同水胶比下,设计采用基准水泥用量为250 kg/m3,以50 kg/m3递增的5组不同水泥用量,对混凝土强度、变形性能、抗冻性及抗化学侵蚀性能的影响试验.研究表明:水胶比相同的情况下,混凝土抗冻性能、抗化学侵蚀性能先随水泥用量的增加而提高,但在水泥用量大于350 kg/m3后,反而有所下降;水泥用量在350 kg/m3左右时对混凝土强度、变形性能、抗冻性、抗化学侵蚀性能性价比最高.     

粒化高炉矿渣混合水泥抗硫酸盐性能研究与预测

混凝土结构遭受硫酸盐侵蚀破坏屡见不鲜,为提高其抗侵蚀能力,本文将以高炉粒化矿渣混合水泥(GGBFS)作为研究对象;分析高炉粒化矿渣掺量、水胶比与硫酸盐溶液浓度对试件抗折强度、抗蚀系数影响;同时,为进一步探索这三个因素之间的关系,基于试验数据建立投影寻踪回归(PPR)预测模型。结果表明：低水胶比、高掺量矿渣粉混凝土能减少石膏与钙矾石生成,并且能够抵抗硫酸根离子溶液为20250 mg/L及其以下的侵蚀;PPR回归预测模型能够实现“降维寻优”高精度预测矿渣水泥混凝土抗折强度;基于PPR预测模型计算出影响因子排序为：矿渣粉掺量>水胶比>硫酸盐溶液浓度。     

矿渣在超硫酸盐水泥中的应用机制

超硫酸盐水泥是一种以粒化高炉矿渣为主要原料,以石膏为硫酸盐激发剂和以熟料或石灰为碱性激发剂的少熟料或无熟料水泥。超硫酸盐水泥不仅可以有效利用矿渣、磷石膏等工业废渣,达到节约资源、保护环境的目的,同时其具有后期强度高、水化热低、生产消耗低、抗硫酸盐侵蚀等优良性能,符合我国建材可持续发展战略。由此,介绍矿渣和磷石膏的回收应用机制,探讨超硫酸盐水泥的制备,并评述其存在的问题以及工程应用,。     

矿物掺合料改善水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性能的微观分析

采用CT、X射线衍射、扫描电子显微镜等测试方法,通过对不掺矿物掺合料以及掺30%粉煤灰或50%矿渣的水泥净浆、水泥砂浆在室温下5%Na2SO4溶液中浸泡2a后的宏观破坏形态和浆体组分及浆体形貌的分析,从微观层次上研究了矿物掺合料对水泥基材料抗硫酸盐侵蚀破坏的影响。结果表明：侵蚀后不掺矿物掺合料的试件由表及里呈现三层不同侵蚀状态,即表层石膏区、中层钙矾石区以及内层未侵蚀区。矿物掺合料的C3A含量稀释效应、火山灰反应以及微集料填充效应协同作用的结果使得试件的抗硫酸钠溶液侵蚀破坏性能显著提高。但矿渣中活性Al3＋含量较高,能与SO42–反应生成大量钙矾石晶体,掺量不当会对试件的抗硫酸钠侵蚀性能不利。砂集料有阻碍微裂纹发展及增大试样内部不均匀性的相反作用,集料的含量、颗粒尺寸及分布对水泥基材料的抗硫酸钠侵蚀破坏性能的影响是以后研究中需关注的问题。     

石膏品种与SO3含量对矿粉活性的影响

石膏对矿粉活性的激发效果明显,不同种类石膏对矿粉活性和水泥性能的影响规律主要是由其溶解速率和溶解度决定。采用不同石膏品种和掺量的水泥强度试验,研究石膏品种及SO3含量对矿粉活性的激发效果。结果表明,不同石膏品种对水泥强度的影响不同,SO3含量对水泥强度的影响至关重要。     

矿渣水泥性能优化及改进

介绍了瑞昌水泥有限公司不断优化矿渣水泥产品性能的措施和对策,包括细度控制,石膏掺量摸索和掺入5%左右的石灰石以改善矿粉性能等.通过这些措施的实施及指标的调整得出:(1)熟料粉和矿渣粉不宜磨得过细,分别控制在380和450～480m2/kg即可满足生产要求;(2)石膏的类型与适宜掺量应根据实际生产、原料情况进行对比;(3)矿渣中配入少量石灰石,可以达到增产和提高矿粉7d活性的效果.     

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.     

矿物掺合料对碱式硫酸镁水泥耐硫酸盐腐蚀性能的影响

为了研究粉碱式硫酸镁水泥耐硫酸盐腐蚀性能,对不同材料组成的碱式硫酸镁水泥浸入水和硫酸钠溶液中各龄期抗折强度、抗压强度、质量变化及水化产物进行了分析.结果表明,在0.3 mol/L的硫酸钠溶液试验环境下,掺入粉煤灰对水泥抗折抗蚀性能改善较为显著,而掺入矿渣对水泥抗压抗蚀性能改善较为显著.掺入粉煤灰和矿渣的碱式硫酸镁水泥180 d的抗折抗蚀系数和抗压抗蚀系数与未掺加矿物掺和料的碱式硫酸镁水泥相比分别提高了0.61和0.15;掺入粉煤灰和矿渣的碱式硫酸镁水泥各龄期的吸水率均低于未加外掺料的碱式硫酸镁水泥的吸水率,同时粉煤灰和矿渣的掺入能有效抑制Mg(OH)2晶相的产生.     

联合活化多元辅助胶凝材料对蒸养混凝土性能的影响

采用联合活化方法将粉煤灰微珠、粒化高炉矿渣、硅灰制备成高活性多元辅助胶凝材料,研究不同活化方式下,多元辅助胶凝材料对胶砂活性指数及水化产物的影响,探讨掺入多元辅助胶凝材料对混凝土抗压强度及抗硫酸盐侵蚀性能的影响,通过X射线衍射(XRD)、热重差热分析法(TG-DSC)和压汞法(MIP)对辅助胶凝材料水化产物及孔结构进行表征。结果表明：在静停6.0 h、90℃恒温4.5 h蒸汽养护(蒸养)后,联合活化后的多元辅助胶凝材料掺量为水泥质量的30%时,3 d、7 d和28 d胶砂活性指数分别为137.54%、140.06%和143.97%,浆体孔隙率为6.78%,胶砂流动度下降3.94%;当静停7.5 h、90℃恒温4.5 h蒸养后,与水泥组相比,混凝土1 d抗压强度提高了17.7%,且混凝土抗硫酸侵蚀系数提高5.8%;当静停6.0 h及90℃分别恒温4.5 h、7.0 h、12.5 h蒸养后,混凝土1 d抗压强度分别提高13.4%、16.2%和15.3%,7 d抗压强度分别提高16.3%、16.0%和15.2%。在联合活化作用下,辅助胶凝材料中高活性组分与水泥中Ca(OH)₂     

硫酸盐浸泡环境下CaO-Na2CO3激发矿渣砂浆性能退化及机理研究

以Na₂SO₄和MgSO₄溶液为侵蚀介质,研究了在浸泡环境下CaO-Na₂CO₃激发矿渣(CNS)砂浆和普通硅酸盐水泥(OPC)砂浆经硫酸盐侵蚀前后的抗折强度、抗压强度及不同深度处的SO^2-₄浓度,结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、压汞法(MIP)等测试方法分析了CNS砂浆和OPC砂浆的侵蚀产物及孔结构,对比讨论了Na₂SO₄和MgSO₄对CNS砂浆和OPC砂浆的侵蚀机理。结果表明:CNS砂浆的水化产物主要是低Ca/Si比的水化硅铝酸钙(C-A-S-H),不存在氢氧化钙,碳酸钙的填充作用使其孔结构优于OPC砂浆,并且在相同侵蚀环境下,CNS砂浆的抗硫酸盐侵蚀能力大于OPC砂浆;MgSO₄侵蚀环境下CNS砂浆的侵蚀产物主要是水镁石(腐蚀后期会带动试件表面的砂浆一起剥落)和无黏聚力的水化硅铝酸镁(M-A-S-H);与Na₂SO₄相比,MgSO₄对CNS砂浆的腐蚀性更强。     

Study on high-strength composite portland cement with a larger amount of industrial wastes

It is one of important measures for the sustainable development of cement industry to utilize industrial wastes. High-strength composite portland cement with a large amount of granulated blast furnace slag (GBFS), fly ash and limestone was prepared by separate grinding method, optimizing gypsum and using activators. The total amounts of blending materials are between 45% and 65% and the strength grades of cements reach 525 or even 625 according to Chinese national standard for composite portland cement. Besides setting time and strength, the hydration heat, drying shrinkage and sulfate resistance were also determined.     

高抗蚀胶凝材料的制备及其抗硫酸盐侵蚀性能研究

为了提高在城市污水处理系统服役的混凝土管道的抗硫酸盐侵蚀性能,本文对高抗蚀胶凝材料(HCRC)展开了系列研究。基于正交试验,以抗蚀系数为考核指标,优化矿粉、粉煤灰、硅灰和脱硫石膏替代水泥的比例,获得高抗蚀胶凝材料的最优配合比(HCRC1)。采用模拟污水浸泡法研究了HCRC1的抗硫酸盐侵蚀性能,并利用FTIR、XRD、TG-DSC、压汞法(MIP)和氮气吸附法(BJH)等测试分析了水化产物和孔结构的变化。结果表明,HCRC1由26%水泥、50%矿粉、15%粉煤灰、6%硅灰和3%脱硫石膏(均为质量分数)组成。随着在污水中浸泡时间的增加,试件抗压强度比(K_f)下降,将HCRC1浸泡在污水中100 d后,其K_f值比普通胶凝材料(NC)的高37.94%。此外,微观分析表明浸泡于污水的浆体中的Ca(OH)₂和C-S-H凝胶被腐蚀性离子部分消耗,侵蚀产物主要为石膏,其中HCRC1生成石膏比NC少。同时,与NC浆体相比,HCRC1浆体孔径更为细小,其中有害孔、少害孔向更小孔径转变,这有助于提高其抵抗腐蚀性离子侵蚀的能力。因此,所研制的高抗蚀胶凝材料具有高抗硫酸盐侵蚀性能,可用于混凝土污水管道。     

应用灰色系统理论预测硫酸盐侵蚀环境下混凝土的强度劣化规律及服役寿命

制备了水胶比分别为0.32,0.40和0.48的纯水泥混凝土试件,水胶比0.32,粉煤灰掺量10%或20%的粉煤灰混凝土试件,矿粉掺量15%或30%的矿粉混凝土试件,粉煤灰和早强剂掺量分别为20%和1%的含早强剂粉煤灰混凝土试件,及粉煤灰和矿粉掺量分别为15%和15%的混凝土试件.将混凝土试件暴露于干湿循环-硫酸盐加速侵蚀环境中,测试试件抗压强度的演变规律.采用灰色关联理论研究了硫酸盐浓度、水胶比、矿物掺合料及外加剂等因素对混凝土抗压强度的影响.通过建立多元灰预测模型分析了硫酸盐侵蚀环境下混凝土的强度劣化规律及服役寿命.结果表明:强度影响因素的灰色关联度由大到小的排序为;水胶比,硫酸盐浓度,测试龄期,粉煤灰掺量,矿粉掺量,早强剂掺量.多元灰预测模型呈现出较高的精度以预测硫酸盐侵蚀环境下混凝土的强度劣化规律和服役寿命.     

10℃下不同水灰比水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性能试验研究

研究了不同水灰比对水泥砂浆试件在10℃下抗硫酸盐侵蚀的性能的影响,采用0.36与0.5两种水灰比的普通硅酸盐水泥、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(10±1)℃的3％Na2SO4溶液中浸泡后的强度变化情况,综合考虑强度与抗蚀系数对砂浆抗硫酸盐侵蚀性能进行评价.结果表明:在10℃下0.36水灰比试件强度高于0.5水灰比试件,抗硫酸盐侵蚀性能随着水灰比的降低而提高;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.砂浆抗硫酸盐侵蚀性能15％矿粉+3％硅灰>15％矿粉+1％硅灰>中抗硫水泥>普通硅酸盐水泥.     

掺高fCaO物料的水泥抗硫酸盐性的初步研究

测试了掺入不同量的高钙粉煤灰、高fCaO熟料、钢渣及石膏的试样抗蚀系数、质量增量和强度,结果表明,掺高fCaO物料的水泥抗硫酸盐性与引入fCaO量、浸渍的硫酸盐种类和浓度有关,掺高fCaO熟料和钢渣的水泥抗硫酸盐性优于高钙粉煤灰的水泥,适量石膏的掺入可改善试样的抗硫酸盐性,在实际应用中可通过控制引入的fCaO量和掺入适量石膏来提高掺高fCaO物料的水泥抗硫酸盐性。     

Sulfate attack on alkali-activated slag concrete

This paper presents an investigation into durability of alkali-activated slag (AAS) concrete in sulfate environment. Two tests were used to determine resistance of AAS concrete to sulfate attack. These tests involved immersion in 5% magnesium sulfate and 5% sodium sulfate solutions. The main parameters studied were evolution of compressive strength, products of degradation, and microstructural changes. After 12 months of exposure to the sodium sulfate solution, the strength decrease was up to 17% for AAS concrete and up to 25% for ordinary Portland cement (OPC) concrete. After the same period of exposure to the magnesium sulfate solution, the compressive strength decrease was more substantial, up to 37% for OPC and 23% for AAS. The main products of degradation were ettringite and gypsum in the case of Portland cement and gypsum in AAS. OPC samples had significant expansion, cracking, and loss of concrete, while AAS samples were not expanded but cracked in the test. During experiments with the sodium sulfate solution, some increase in strength of AAS concrete was recorded, likely due to continuing hydration.