蒸汽养护条件下甲酸钙/纳米C-S-H复合对粉煤灰-水泥体系早期水化的影响

本文研究了蒸汽养护条件下,甲酸钙/纳米C-S-H(NC)复合对粉煤灰-水泥体系早期抗压强度的影响,并结合XRD、DSC-TG、MIP、SEM及FTIR等手段分析了其影响机理。结果表明:蒸汽养护条件下掺入甲酸钙能显著提高粉煤灰-水泥体系的早期抗压强度,且掺量为1.5%(质量分数)时效果最佳;甲酸钙能促进水泥和粉煤灰水化,提高水化产物的生成速率,降低粉煤灰-水泥体系的孔隙率和总孔容;在掺入甲酸钙的基础上掺入NC可进一步提高体系抗压强度,且随着NC掺量的增加而提高;NC能促进水化产物生成,提升水化程度,细化孔结构,提高体系致密度。     

不同养护制度下大掺量石灰石煅烧黏土UHPC早期水化及力学性能发展

采用大掺量(60%,质量分数)石灰石煅烧黏土替代水泥熟料设计制备了超高性能混凝土(UHPC),通过抗压强度测试、X射线衍射(XRD)分析、等温量热分析以及综合热分析研究了其在标准养护和蒸汽养护下的早期水化行为和力学性能发展。研究发现,蒸汽养护显著改善了由高水泥替代量造成的1 d及3 d抗压强度损失,标准养护则使7 d抗压强度更为优异,煅烧黏土和石灰石质量比为2∶1时各个龄期的强度发展最佳。在蒸汽养护条件下水化进程得到大幅提前,出现明显的铝酸盐相反应放热峰。蒸汽养护加剧了煅烧黏土对氢氧化钙的消耗,煅烧黏土和石灰石质量比为2∶1时才检测到单碳型碳铝酸盐的形成,表明在低水胶比环境下,早期煅烧黏土与石灰石的协同作用主要取决于活性组分煅烧黏土的含量。     

活性MgO含量对碱式硫酸镁水泥强度及水化产物的影响

为了研究活性MgO含量对碱式硫酸镁水泥强度及水化产物的影响,采用不同活性MgO含量的轻烧氧化镁制备水泥试样,进行抗压强度和抗折强度试验,并对水泥水化产物进行X射线衍射分析.结果表明,当改性剂掺量为活性MgO质量的1％时,活性MgO含量为60％的轻烧氧化镁制备的水泥试样在室温条件下养护28 d的抗压强度最高,水化产物的主要物相为5·1·7相和少量Mg(OH)2相;活性MgO含量为70％的轻烧氧化镁配制的水泥试样在同等条件下的抗压强度仅为活性MgO含量为60％时的60％,水化产物的主要物相为Mg(OH)2相和少量5·1·7相;活性MgO含量为43.2％的轻烧氧化镁制备的水泥试样强度最低,水化产物中以Mg(OH)2相为主,5·1·7相含量较少,以及剩余MgO相和未分解的MgCO3相.采用活性MgO含量为70％的轻烧氧化镁制备水泥试样时,增加改性剂掺量为活性MgO质量的2％时,试样各龄期强度有较大提高.     

蒸汽养护对组成不同水泥水化特性影响

研究了蒸汽养护和标准养护条件下混合材掺量不同的水泥力学性能差异,并利用XRD、SEM、DSC等测试方法对组分不同水泥水化产物及水化特性等进行对比分析。结果表明,与20℃标准养护相比,85℃常压蒸养下水泥水化产物基本相同,且水化产物数量远高于前者,并有钙矾石(AFt)稳定存在;混合材掺量适宜的水泥样品中有亚稳态水化硅酸钙(C_9S_6H_(18))的形成,这可能是蒸养强度差异的主要原因之一。混合材掺量不同,水化产物形貌也存在明显差异。混合材掺量高达50%时,水化产物形成数量明显减少,水泥石结构疏松,蒸养强度显著降低。混合材中硅灰的掺入,有利于细化水泥石结构,促进水泥石蒸养强度的发展。     

纳米C-S-H对水泥水化、硬化浆体孔结构及混凝土强度的影响

通过水化热测试、化学结合水含量测试、X射线衍射分析、压汞测试及强度测试研究了合成的纳米水化硅酸钙(n-C-S-H)对水泥水化过程、硬化水泥浆孔结构及混凝土强度的影响。结果表明:n-C-S-H显著加速了水泥早期水化,提升了水泥在12～24 h龄期的水化程度,从而显著提高混凝土12～24 h龄期的抗压强度,24 h以后对强度提升效果逐渐减小。3 d以后n-C-S-H对混凝土强度发展没有明显的促进作用,1.5%掺量下混凝土强度反而较空白样有所降低;加入n-C-S-H的硬化水泥浆在12 h～3 d龄期内相比空白水泥浆临界孔径降低,凝胶孔孔隙率提高,毛细孔孔隙率降低。n-C-S-H改变了C-S-H凝胶的生成方式,使其原本从水泥颗粒表面析出变为了从孔溶液中析出,显著减小了毛细孔孔隙率,同时增加了凝胶间孔的体积。这种多核生长的方式导致水化产物结构疏松,从而导致基体强度略微降低。因此,在相同水化程度时,掺有n-C-S-H的混凝土抗压强度略低于空白混凝土。     

低温养护下硫铝酸盐水泥的水化进程及强度发展

研究了0、5℃和20℃养护下硫铝酸盐水泥的水化产物、水化程度及强度发展。结果表明:低温(0℃和5℃)养护延缓了硫铝酸盐水泥的水化,早期水化程度大幅减小,并出现二水石膏结晶;但2~3 d期间水化程度出现显著增长,二水石膏也被完全消耗。低温养护未阻碍水化反应的持续快速进行,也未改变水化产物的种类,但对其数量产生影响。抗压强度的发展规律与水化程度基本一致,低温养护下1 d的抗压强度显著降低,但后期增长明显,5℃养护28 d的抗压强度甚至超过20℃的。早期抗压强度的发展主要受制于水泥的水化速率和水化程度,后期的增长则更多地取决于主要水化产物的量变和微观结构的发展。     

硫酸盐侵蚀对不同养护制度UHPC水化产物微结构的影响

采用29Si和27Al MAS NMR、XRD、SEM等测试技术研究了硫酸盐侵蚀对不同养护制度的超高性能混凝土(UHPC)水化产物微结构的影响.结果表明:标准养护和80 ℃高温蒸汽养护条件下,UHPC水化产物主要为C-S-H、Ca(OH)2、AFt、AFm和TAH;210 ℃、2 MPa蒸压养护8 h后,水化产物主要为tobermorite、Ca(OH)2和TAH.硫酸盐侵蚀对不同养护制度的UHPC抗压强度和水化产物微结构的影响微弱,但可促进210 ℃蒸压养护的UHPC胶凝浆体中TAH向AFm和AFt的转化.同时硫酸盐侵蚀180 d时,C-S-H凝胶MCL和Al[4]/Si略有降低,但降低幅度较小,UHPC具有良好的抗硫酸盐侵蚀能力.     

掺减缩剂水泥浆体水化产物生成的定量计算

作为一种新型的化学外加剂,减缩剂通过降低水泥石孔溶液的表面张力,明显改善了水泥基材料的自收缩、塑性收缩及干缩,但其对水泥浆体水泥水化进程及水化产物生成的影响却缺少相应机理的研究.本研究以DSC-TG的测试结果为主要评价指标,结合扫描电镜下微观形貌分析,对不同养护条件下减缩剂对氢氧化钙及总化学结合水的量进行了计算,阐明了减缩剂对水泥浆体初始结构形成及不同养护条件下水泥结构发展的影响.     

铝酸钙水泥水化产物对铝酸钙水泥水化的影响

在铝酸钙水泥的生产、运输、储存过程中,会有部分水泥吸水而发生水化。为了研究这部分水化产物是否会对水泥的水化速度和水化产物产生影响,将Secar 71水泥经制浆、30℃养护、冷冻干燥、粉磨制成水化产物粉,再与Secar 71水泥配制成水化产物粉含量(w)分别为3%和30%的混合粉,然后以纯Secar 71水泥和纯水化产物作为参比,在30℃环境温度下测试它们的水溶解特性(以水灰质量比5 1的稀浆体的电导率-时间曲线表征)和水化特性(以水灰质量比2 5的浆体的温度-时间曲线表征);并经制浆(水灰质量比为2 5)、养护(30℃、100%相对湿度)、冷冻干燥后,分析试样的物相组成和显微结构。结果表明:在30℃环境温度下,引入铝酸钙水泥水化产物能够促进铝酸钙水泥的溶解和水化;含水化产物的混合粉水化后试样中有AH3存在,而纯Secar 71水泥水化后试样中几乎没有AH_3;含水化产物的混合粉水化后试样中C_2AH_8板片状结晶比纯Secar 71水泥试样的更加粗大。     

养护温度对贝利特-硫铝酸钡钙水泥水化的影响

通过水化程度测试、抗压强度测试、XRD及SEM分析,研究了养护温度对贝利特-硫铝酸钡钙水泥水化程度、力学性能和水化产物的组成及其结构的影响,并将实验结果与普通硅酸盐水泥的相关性能进行比较.结果表明:养护温度对贝利特-硫铝酸钡钙水泥的早期水化影响较大,适当提高养护温度对贝利特-硫铝酸钡钙水泥的早期水化具有显著的促进作用,而对后期水化影响较小.养护温度从5 ℃提高到35 ℃时,该水泥3 d水化程度由31.57%提高到62.56%,水化3 d抗压强度由28.1 MPa增强到52.7 MPa.与普通硅酸盐水泥相比,贝利特-硫铝酸钡钙水泥早期抗压强度受养护温度的影响更大.     

矿物掺合料对蒸养水泥净浆性能的影响

研究了蒸养条件下粉煤灰、矿渣的掺量对水泥净浆化学结合水量和抗压强度的影响,揭示了矿物掺合料对蒸养水泥净浆水化性能和力学性能的影响。试验结果表明,与标准养护相比,蒸汽养护更有利于激发粉煤灰和矿渣的火山灰活性,促进水泥的早期水化,提高水泥浆体的早期强度;但无论是蒸汽养护还是标准养护,随着矿物掺合料掺量的增加,复合胶凝材料的水化性能和力学性能明显减弱,因此矿物掺合料掺量不宜太大。     

水泥-乳化沥青-环氧乳液复合胶浆硬化机理研究

针对水泥路面表面损伤修补材料应当具有良好的适应性、界面粘结强度高和较强耐久性等特点,对砂浆类修补材料进行复合改性,研发出一种新型有机-无机类复合修补材料--CAE复合胶浆.对不同龄期的CAE砂浆进行抗折、抗压试验以及冲击韧性试验并采用XRD、红外光谱和SEM等微观测试方法研究其硬化机理.研究结果表明,环氧乳液掺量为30％时,CAE复合胶浆抗折强度与普通砂浆差别不大,抗压强度较普通砂浆低,但冲击韧性显著提高.加入乳化沥青和环氧乳液能够延缓水泥水化但不能阻碍水化进程,环氧乳液能够在CAE复合胶浆中完全固化,乳化沥青和环氧乳液固化形成的网络结构与水泥水化产物相互交织穿插,有效改善了CAE复合胶浆材料的孔隙结构.     

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.     

高温条件下G级油井水泥原浆及加砂水泥的水化和硬化

利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了80～240℃温度范围内温度、硅砂对G级油井水泥水化硬化的影响,检测和分析了硬化体的水化产物、微观结构和强度,揭示了水化产物组成、微观结构及硬化体抗压强度的变化特点.结果表明:当养护温度超过110℃时,不添加硅砂的水泥原浆的主要水化产物由CSH(Ⅱ),C2SH2,C3S2H3转变为C2SH,硬化体微观结构由三维网络状结构转变为板快状或团块状结构,原浆水泥石抗压强度随温度升高而降低;在相对较高的温度条件下,添加硅砂的水泥主要水化产物则分别转变为C5S6H5,C6S6H(>150℃),C5S5A0.5H5.5,C3.2S2H0.8及其他类型的水化硅酸钙晶体,硬化体的微观结构相应地变为纤维网状、粗框架、短平行针状及团块状,在温度为100～150℃范围时,添加硅砂的水泥硬化体抗压强度随温度升高而增加,而在温度为150～240℃范围时.抗压强度随温度升高而降低.对于温度超过120℃的深井,合理的硅砂加量为30%～40%.     

超硫酸盐水泥净浆的酸性侵蚀劣化机制

本文对比研究了超硫酸盐水泥(SSC)与硅酸盐水泥在盐酸侵蚀条件下的力学性能变化规律,探讨了SSC的酸性侵蚀劣化机制。测试了SSC净浆试件正常养护后在盐酸溶液以及清水中抗压强度的变化,并计算了抗压强度保持率;采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和热重分析(TG-DTG)等微观测试方法分析了SSC在盐酸侵蚀下水化产物种类和数量的变化,并探究了其微观结构的演化过程,分析了劣化机理。结果表明：不同于硅酸盐体系,SSC体系主要水化产物为钙矾石和水化硅酸钙;与硅酸盐水泥相比,SSC在酸中具有较高的抗压强度保持率和更好的抗酸性侵蚀性能;盐酸侵蚀SSC后,SSC主要水化产物均被分解,体系中存在二水石膏和大量的二氧化硅胶体,而硅酸盐水泥体系中则存在大量的二氧化硅胶体。     

CoFeMgAl-LDHs/CNTs复合材料对水泥水化及微观结构的影响

通过进行水化热测试、非蒸发水含量测试、X射线衍射分析、扫描电镜分析、压汞测试及强度试验,研究了钴铁镁铝水滑石-碳纳米管复合材料(CoFeMgAl-LDHs/CNTs)对水泥水化过程、硬化水泥净浆孔结构及强度的影响。结果表明,CoFeMgAl- LDHs/CNTs复合材料通过成核作用显著提升了水泥3 d内的水化程度,从而显著提高了水泥净浆3 d内的抗压强度,3 d后强度提高效果逐渐减小,7 d后复合材料对硬化水泥浆体强度没有明显的提高作用。掺入CoFeMgAl-LDHs/CNTs复合材料的水泥净浆与空白净浆相比,胶凝孔和毛细孔含量明显增多,大孔含量有所降低,同时复合材料的桥联作用进一步优化了水泥净浆的微观结构,从而提高了水泥基体薄弱部位的应力承载能力。因此在同一龄期,复合材料掺入后硬化水泥净浆的强度有所增大。由于复合材料掺量的变化对孔径分布没有明显的影响,改变复合材料的掺量对同龄期硬化水泥净浆强度提升影响较小。     

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。     

内掺硅烷乳液憎水剂对混凝土性能的影响

通过强度测试、水化热实验、热重分析、毛细吸水实验以及压汞实验研究了内掺硅烷乳液憎水剂对混凝土强度以及毛细吸水性能的影响规律及其机理.结果表明:高掺量硅烷乳液一定程度上抑制水泥水化,从而导致混凝土早龄期抗压强度和劈裂抗拉强度下降以及28 d养护后水泥净浆试块中毛细孔的体积增大.毛细吸水实验表明:28 d龄期混凝土毛细吸水...     

辅助胶凝材料对预应力高强混凝土管桩强度及工艺的影响

为优化混凝土管桩生产工艺,以硅灰(SF)和偏高岭土(MK)作为辅助胶凝材料,研究硅灰和偏高岭土对不同蒸养时间下混凝土抗压强度的影响,并使用X射线衍射(XRD)和扫描式电子显微镜结合能量色散谱(SEM-EDS)分析其水化产物及微观结构。通过Design-Expert8.0软件设计Box-Behnken试验,以硅灰掺量、偏高岭土掺量和蒸养时间三个因素为自变量,蒸养混凝土抗压强度为响应值,构建多因素回归方程模型。结果表明:硅灰掺量为胶凝材料质量分数8%时,对抗压强度略有提高,提高幅度为6.2%,达到83.6 MPa;5%、8%和10%(质量分数)掺量的偏高岭土均可提高蒸养混凝土的抗压强度,蒸养4 h、8 h、12 h时,10%掺量的偏高岭土对混凝土抗压强度的提升幅度依次为15.6%、13.2%和13.6%,蒸养4 h、8 h和12 h对混凝土抗压强度影响不大。XRD和SEM-EDS结果表明,硅灰和偏高岭土均消耗了Ca(OH)₂,提升了水泥早期水化程度,可以改善内部孔结构。通过响应面法建立模型可以预测,当硅灰质量分数为6.6%、偏高岭土质量分数为10%、蒸养时间为8.6 h时,混凝土抗压强度最高,达到104.8 MPa,且具有较高置信度。