钢渣粉对硫铝酸盐水泥水化过程的影响及热力学模拟

通过测试水泥浆体的凝结时间、抗压强度、电阻率,同时结合水化产物分析及热力学模拟,研究了不同掺量钢渣粉对硫铝酸盐水泥水化行为的影响规律。结果表明,随着钢渣粉质量掺量的增大,初凝时间呈先延长后缩短的趋势,且在掺量为20%时达到最大值。在28 d龄期内,掺入钢渣粉的水泥硬化浆体抗压强度均小于未掺入钢渣粉的硬化浆体,但在龄期达到60 d和90 d时,掺入40%钢渣粉试样的抗压强度均大于未掺入钢渣粉的试样。钢渣粉与硫铝酸盐水泥复合浆体的电阻率在水化初始阶段随着钢渣粉掺量的增大而增大,在水化后期(约3 h后)则随钢渣粉掺量的增大而减小。在1 d龄期内,钢渣粉掺量为40%的试样中的钢渣粉发生了水化反应,使得水泥浆体在减速期的水化速率最大。由热力学模拟结果可知：在钢渣粉掺量为40%的试样中,C₂S在10 h后开始进行水化反应,C₂ASH₈则在168 h后开始生成;当钢渣掺量大于15%时,随着钢渣粉掺量的增大,钙矾石和铝胶的生成量逐渐减少,C₂ASH₈的生成量逐渐增多。     

超细矿渣粉和偏高岭土对硫铝酸盐水泥水化和强度的影响

掺入矿物掺合料是改善硫铝酸盐水泥(CSA)混凝土凝结硬化性能和降低生产成本的主要技术途径之一。研究了水胶比为0.4时,单掺超细矿渣粉(UFS)、偏高岭土(MK)与复掺超细矿渣粉、偏高岭土对硫铝酸盐水泥凝结时间、流动度、电阻率、抗压强度的影响,并对其1 d、28 d龄期时的水化产物进行XRD半定量分析。结果表明,单掺和复掺缩短了水泥浆体的凝结时间,但单掺偏高岭土时的缩短效果更明显,且水泥浆体的流动度随着超细矿渣粉和偏高岭土掺量的增加而减小。掺入超细矿渣粉、偏高岭土缩短了水泥浆体电阻率变化速率曲线峰值出现的时间,峰值大小与掺量成递减关系。当掺量从0%(质量分数,下同)增大到20%时,单掺超细矿渣粉试样的28 d抗压强度减小了24.7%,单掺偏高岭土试样的28 d抗压强度减小了17.7%,两者复掺试样的28 d抗压强度减小了17.3%。超细矿渣粉和偏高岭土对水泥水化产物没有明显影响,但促进了硅酸二钙(β-C₂S)的早期水化。     

粉煤灰对硫铝酸盐水泥水化历程的影响

研究了粉煤灰(FA)及其掺量对硫铝酸盐水泥(CSA)浆体的凝结时间、抗压强度和化学收缩的影响规律,并通过XRD、SEM等方法对72 h龄期时的水化产物进行分析.结果表明,粉煤灰缩短了硫铝酸盐水泥的凝结时间,当粉煤灰掺量为40％时,初凝时间和终凝时间分别缩短了76 min和94 min;掺入粉煤灰使得硫铝酸盐水泥的抗压强度降低,但在28 d龄期时,粉煤灰掺量为20％的硫铝酸盐水泥复合浆体的抗压强度仅略微降低;在硫铝酸盐水泥体系中掺入粉煤灰时,其浆体化学收缩随着粉煤灰掺量的增加逐渐减小,当粉煤灰掺量为20％和40％时,72 h龄期时的化学收缩值分别为0.138 mL/g和0.088 mL/g,较未掺粉煤灰时分别降低了26％和49％;微观分析表明,掺入粉煤灰后,72 h龄期时的水化产物主要是钙矾石和水化硅酸钙凝胶,并未发现氢氧化钙晶体.     

粉煤灰对水泥浆体的电阻率与化学收缩的影响

研究了粉煤灰掺量分别为0、20%和40%,水胶比为0.4的水泥浆体的抗压强度、电阻率、化学收缩以及水化产物的变化规律.电阻率采用无电极电阻率法进行测试,化学收缩采用ASTM C1608-12规定的膨胀测定法进行测试.结果表明,在250 d龄期时,粉煤灰掺量为20%的硬化水泥浆体抗压强度仅比空白组低5%;当粉煤灰掺量增大时,水泥浆体在3 d龄期时的强度、电阻率和化学收缩均减小,抗压强度与电阻率之间具有很好的线性关系.XRD及热重分析表明,随着粉煤灰掺量增加,水化硅酸钙含量减少,在3 d龄期时水化产物中出现了钙矾石.     

超细矿渣粉和偏高岭土对硫铝酸盐水泥早期收缩性能的影响

通过开展化学收缩、自收缩与干燥收缩试验,研究了超细矿渣粉和偏高岭土对硫铝酸盐水泥早期收缩性能的影响。结果表明,掺入超细矿渣粉与偏高岭土会增大水泥浆体的内部相对湿度,能有效抑制水泥浆体的化学收缩、自收缩与干燥收缩,且掺量越大,抑制效果越明显,根据水泥浆体的内部相对湿度能够大致判断其自收缩的变化规律。掺入超细矿渣粉与偏高岭土会加快硫铝酸盐水泥的早期水化,使化学收缩变化速率达到峰值的时间提前。当超细矿渣粉的掺量为20%(质量分数,下同)或偏高岭土的掺量为10%、20%时,与空白组相比水泥浆体的7 d自收缩分别减小了42.21%、35.89%和63.73%,7 d干燥收缩分别减小了24.89%、16.42%和30.87%。在相同掺量条件下,掺入偏高岭土的水泥浆体化学收缩、自收缩与干燥收缩显著小于掺入超细矿渣粉的水泥浆体。自收缩与线性化学收缩的比值随龄期的增长而减小,掺入超细矿渣粉与偏高岭土后,自收缩与线性化学收缩的比值进一步减小。     

硼砂对硫铝酸盐水泥水化行为的影响研究

研究了不同硼砂掺量对硫铝酸盐水泥(SAC)浆体凝结时间、抗压强度的影响规律,并通过XRD和TG分析等方法对3d龄期时的水化产物进行分析.结果表明,硼砂对硫铝酸盐水泥具有很明显的缓凝效果,并且在一定的掺量范围内,早期抗压强度随着硼砂掺量的增大而有明显提高,且后期强度不会有倒缩现象.硫铝酸盐水泥的主要水化产物是钙矾石,当硼砂掺量从0增大到0.30％时,钙矾石的生成量先增多后减少,使得水泥浆体的强度先增大后减小.     

海水环境下矿物掺合料对硫铝酸盐水泥的水化影响

研究了海水环境下掺入硅灰、粉煤灰、矿渣对硫铝酸盐水泥抗压强度、化学收缩和水化产物的影响规律.结果表明:当硅灰的掺量为2.5%时,水泥浆体的抗压强度比空白组高.矿渣掺量为10%的水泥浆体28 d抗压强度明显超过掺入硅灰和粉煤灰时的强度,60 d强度高于空白组.掺入2.5%硅灰后,水泥浆体的化学收缩增大;在水化早期,粉煤灰和矿渣的火山灰活性很低,导致水泥浆体的化学收缩降低.掺入10%硅灰加快了硫铝酸盐水泥3 d水化反应,钙矾石生成量增多,水泥浆体早期强度比掺其它掺合料有所提高,但体积过快膨胀会破坏其内部结构,对水泥浆体的强度发展不利.     

氢氧化钙对硫铝酸盐水泥-粉煤灰复合胶凝材料的水化影响

通过凝结时间、抗压强度和电阻率等分析手段,研究了Ca(OH)2对硫铝酸盐水泥-粉煤灰复合胶凝材料水化过程的影响.结果表明,掺入Ca(OH)2明显缩短了硫铝酸盐水泥-粉煤灰复合胶凝材料的凝结时间;当Ca(OH)2掺量为0.5%时,初凝时间最短,1 d、28 d强度均明显提高;当Ca(OH)2的掺量为2%时,28 d强度相比空白样提高了61.9%;掺入Ca(OH)2后,硫铝酸盐水泥-粉煤灰复合胶凝材料的1 d电阻率减小,随着Ca(OH)2掺量增大,电阻率逐渐减小,电阻率变化率极大值提前,说明Ca(OH)2加快了该复合胶凝材料的早期水化进程.XRD分析表明,掺入Ca(OH)2后,水化1 d时钙矾石的生成量增多,消耗无水硫铝酸钙的量增多;水化28 d时钙矾石的生成量相对变化较小,但强度明显增大,粉煤灰对硫铝酸盐水泥强度的贡献较为明显.     

矿渣对阿利特-硫铝酸钡钙水泥硬化浆体结构和性能的影响

通过对水泥浆体凝结性能、力学性能和孔结构的测定,结合扫描电镜分析和差热-热重分析,研究了矿渣掺量对阿利特-硫铝酸钡钙水泥浆体硬化浆体结构和性能的影响.结果表明:随着矿渣掺量的增加,水泥的凝结时间延长,水化热减少,早期抗压强度下降.但其后期抗压强度已接近或超过了纯水泥的抗压强度,掺入矿渣对水泥的后期抗压强度影响不大.硬化水泥浆体中的Ca(OH)2含量随水化龄期的延长而增加,并随矿渣掺量的增加而降低.矿渣的活性效应和填充效应有效地改善了硬化水泥浆体的微观结构和孔结构,从而使水泥的力学性能有所提高.     

碱活性磷渣掺量对水泥浆体性能和结构的影响

本文研究了经混合碱激发活性的磷渣,以不同比例取代水泥制得碱激发矿渣水泥浆体的凝结性能和抗压强度,并用扫描电子显微镜观察其硬化浆体的微观结构。研究表明:随着碱活性磷渣掺量的增加,浆体的凝结时间延长,各龄期抗压强度均下降,其中早期强度降低幅度较大,后期强度降低不明显。当碱活性磷渣掺量为30%时,浆体28d强度和纯水泥浆体的最接近。碱活性磷渣的掺入能有效地改善硬化浆体水化后期的微观结构,主要起到活化作用。     

EVA对硫铝酸盐水泥净浆微观结构和力学性能的影响

研究了乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)对硫铝酸盐水泥(CSA)净浆抗压强度、凝结时间、干燥收缩、质量损失及浆体内部温度的影响规律,并通过XRD、FTIR、SEM及EDS等测试手段对6 h、28 d龄期时的水化产物及微观结构进行分析。结果表明：掺入EVA后CSA净浆的凝结时间显著缩短,6 h的抗压强度升高,而1 d、3 d、28 d的抗压强度降低;CSA净浆的干燥收缩和质量损失率随着EVA掺量的增加逐渐减小;EVA的掺入提高了CSA净浆内部温度曲线的峰值,加快了峰值出现的时间。微观分析表明：EVA对CSA净浆6 h的水化具有促进作用,使其生成了更多的钙矾石,而对其28 d的水化具有抑制作用,水化产物有所减少。     

己二酸对掺石灰石粉水泥浆性能的影响

为探究掺加石灰石粉的水泥浆中加入己二酸的作用效果,对添加己二酸的掺石灰石粉水泥浆体流动性、强度、水化热及化学结合水的影响规律进行了研究.利用X射线衍射和扫描电镜技术手段对其机理进行分析.结果表明:己二酸的加入提高了掺石灰石粉水泥浆体的流动度、3 d强度、早期水化温升值和早期水化结合水量,掺入己二酸在3d时生成更多的水化碳铝酸钙,水化产物结构更加致密.     

海水和矿物掺合料对硫铝酸盐水泥砂浆性能的影响

本文研究了不同拌和水以及海水拌和时粉煤灰和硅灰掺量对硫铝酸盐水泥(SAC)砂浆力学性能和表观孔隙率以及净浆凝结时间、化学收缩、孔溶液pH值和氯离子结合能力等的影响,并通过XRD、SEM和EDS分析水泥水化产物和微观结构。结果表明,海水能加快SAC早期水化并提高其早期强度,但后期强度和淡水拌和时无明显差别。粉煤灰和硅灰均会延长SAC凝结时间,对早期抗压强度不利,而掺加质量分数为5.0%和7.5%的硅灰能提高SAC砂浆28 d抗压强度。硅灰掺量增加时会提高用水量和表观孔隙率,降低流动性,使水泥化学收缩增大,降低净浆pH值且减少氯离子结合量;粉煤灰能够提高砂浆流动性,减少水泥化学收缩,但掺量越大对SAC砂浆抗压强度和抗折强度越不利,掺质量分数为10%的粉煤灰可小幅提高氯离子结合量且减小表观孔隙率。     

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     

沸石对海水拌合超高性能混凝土性能的影响

利用沸石部分或完全(体积分数为0%、50%、100%)取代海水拌合超高性能混凝土(UHPC)中的河砂,对比研究了沸石对海水拌合UHPC宏观和微观性能的影响。结果表明,海水拌合促进UHPC的水化,从而缩短UHPC的凝结时间,提高UHPC的抗压强度和自收缩,而沸石吸收氯离子会抑制氯离子的加速水化作用,使海水拌合UHPC的凝结时间延长,抗压强度降低。此外,沸石的内养护作用可以有效改善海水拌合UHPC的自收缩,且效果比在淡水拌合UHPC中更好,这主要是因为沸石在海水拌合UHPC中释水的时间更早且更长。由于多孔沸石的强度低于河砂,所以UHPC的早期抗压强度随着沸石含量的增多而逐渐降低,养护至28 d后,沸石的内养护作用优化了界面过渡区,从而促使后期硬化浆体进一步密实。     

锂渣和钢渣对水泥浆体力学性能与微观结构的影响

利用锂渣粉和钢渣粉替代部分P·O 42.5水泥制备了复合水泥净浆试样。通过SEM、XRD、FT-IR等测试方法分析了二者对试样的影响及作用机制。结果表明,锂渣替代部分水泥会降低浆体的流动性,钢渣替代部分水泥有利于提高浆体流动性。锂渣具有促凝效果,而钢渣在浆体中可发挥缓凝作用。锂渣、钢渣复合掺入时可调控浆体的流动性和凝结时间。锂渣对浆体力学性能的提高相比钢渣具有更明显的优势,当水胶比为0.4时,掺入20%(质量分数)锂渣的试样28 d抗压强度可达62.3 MPa,相比空白样可提高23%左右。SEM结果显示掺20%锂渣可使试样28 d微观结构更致密。XRD结果显示试样的水化产物主要为C-S-H凝胶和Ca(OH)₂。FT-IR结果显示Si—O键峰位发生了一定的红移,H—O—H键发生了蓝移。