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。     

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。     

矿渣种类对新型石膏矿渣硫铝酸盐水泥水化硬化的影响

矿渣的理化特性差异对新型石膏矿渣硫铝酸盐水泥(SAC-GS)各方面性能均有很大影响,因此本文选取3种生产用的典型矿渣,尝试多维度构建矿渣组成结构与SAC-GS宏观性能方面的联系。采用X射线衍射(XRD)、X光电子能谱(XPS)等方法对各矿渣的矿物组成、元素组成及其存在状态进行对比分析。通过扫描电镜(SEM)、XRD等方法分析各水泥硬化浆体试样的水化过程,并测试各试样不同水化龄期的抗压、抗折强度,对比其早期水化放热速率、孔径分布等,结果表明铝含量更高且活性更高的矿渣,其水泥试样强度发展更快、水化程度更高、孔结构更加致密。基于以上分析,SAC-GS应选用高铝含量的矿渣原料。     

锂化合物对硫铝酸盐水泥水化历程的影响

研究了锂化合物对硫铝酸盐水泥凝结时间、水化历程、水化产物种类和形貌的影响。水化热试验表明:锂化合物的掺入使得硫铝酸盐水泥的水化诱导期消失,直接进入水化加速期,同时使得早期的水化速率和水化放热量显著增加,后期的水化放热量减小。X射线衍射分析表明:锂化合物的作用仅提高了水化产物的生成速率,对水化产物种类无影响。扫描电镜观察结果表明:锂化合物的掺入提高了水化产物的生成速率和生成量。研究结果还表明:空白硫铝酸盐水泥在水化加速期依次出现的3个水化放热峰是由于不同的钙钒石生成阶段所致;在相同的Li+掺量(以摩尔计)下,相对于Li2CO3而言,LiOH·H2O具有更强的加速硫铝酸盐水泥水化的能力。     

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。     

稻草纤维对硫铝酸盐水泥水化特性的影响

通过对凝结时间、电阻率和强度的测定,研究了稻草纤维对硫铝酸盐水泥水化特性和力学性能的影响。结果表明,(1)稻草纤维浸提液延长了硫铝酸盐水泥的凝结时间,但会降低硫铝酸盐水泥的强度,且随着浸提液浓度的增加,强度越低;对硫铝酸盐水泥水化产物的种类无影响。(2)用冷水、热水和氢氧化钠预处理稻草纤维,可降低稻草纤维对硫铝酸盐水泥水化的延缓作用和强度的不利影响。     

沸石粉对硫铝酸盐水泥水化行为的影响机理研究

研究了沸石粉对硫铝酸盐水泥浆体流动度、凝结时间和抗压强度的影响规律,并通过自收缩、电阻率和XRD测试分析了沸石粉在硫铝酸盐水泥水化行为中的作用机理。结果表明,掺入沸石粉后水泥浆体的流动度明显降低,凝结时间显著延长,且延长时间随掺量的增大呈先增大后减小的趋势。当沸石粉掺量为5%~15%(质量分数)时,硬化水泥浆体的1 d、3 d、7 d抗压强度均有显著提高;沸石粉掺量为10%时,水泥浆体3 d、7 d、28 d的强度增长幅度最大,和空白组相比,分别增长了21.6%、13.9%和5.4%。掺入沸石粉后水泥浆体的24 h电阻率显著增大,硬化浆体的7 d自收缩减小,且在相同龄期时,硬化浆体的自收缩随沸石粉掺量的增大而减小。XRD分析显示沸石粉的掺入能有效促进硫铝酸盐水泥的水化,有利于1 d、3 d和28 d龄期内钙矾石的形成。     

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.     

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.     

负10℃条件下缓凝剂对快硬硫铝酸盐水泥水化及强度的影响

研究了–10℃环境中氯化钙溶液拌合冷物料条件下,硼砂、葡萄糖酸钠、L(+)-酒石酸对快硬硫铝酸盐水泥凝结硬化行为、强度发展的影响,分析了缓凝剂对水化产物的影响。结果表明:–10℃条件下采用氯化钙溶液拌合时,0.6%掺量硼砂可使初凝时间延长至25 min、终凝时间延长至28 min,而葡萄糖酸钠和L(+)-酒石酸对初终凝时间影响不显著。随着硼砂、葡萄糖酸钠掺量的增加,不同龄期强度均逐渐下降,28 d最大降低值可达到25.5 MPa;L(+)-酒石酸会使得强度下降得更为明显,0.3%(质量分数)掺量时便会使得1 d抗压强度下降10.9 MPa,0.6%掺量时28 d抗压强度下降27.3 MPa。掺0.6%硼砂的1 d试样中钙矾石的形貌未发生明显变化,但生成量减少5.31%;葡萄糖酸钠使钙矾石呈短柱状,生成量几乎不变;L(+)-酒石酸使得钙矾石呈针状,生成量无明显变化。–10℃条件下硼砂可显著延长快硬硫铝酸盐水泥的凝结时间,且适当掺量时强度损失可接受,是适宜的缓凝剂;葡萄糖酸钠、L(+)-酒石酸的缓凝效果不明显,且会改变钙矾石的形态与分布,并会使强度显著下降。     

水泥—钢渣—矿渣复合胶凝材料的水化特性

通过测定水泥--钢渣--矿渣复合胶凝材料的水化热、砂浆的抗压强度、硬化浆体孔溶液的碱度、钢渣和矿渣的水化程度,探讨了复合胶凝材料的水化特性。结果表明:钢渣在复合胶凝材料水化硬化过程中所起的化学作用小于矿渣;随着复合胶凝材料中钢渣含量的增大和矿渣含量的减小,复合胶凝材料的早期和后期胶凝性能均降低;随着复合胶凝材料中矿渣的含量增大,硬化浆体孔溶液的碱度降低,矿渣的反应程度也随之降低,矿渣含量为10%~40%时,孔溶液的pH值为12.6~13.3;钢渣的反应程度受复合胶凝材料组成的影响很小;钢渣和矿渣在后期的反应程度提高明显,尤其矿渣所起的化学作用显著,矿渣在360d龄期的反应程度超过50%,甚至60%,使复合胶凝材料砂浆的后期强度与水泥砂浆的差距明显缩小。     

不同温度下矿渣对铝酸盐水泥早期水化行为的影响

通过凝结时间、抗压强度、电阻率、浆体内部温度测试和水化产物分析,研究了20 ℃、35 ℃和50 ℃下矿渣(GGBFS)对铝酸盐水泥(CAC)早期水化行为的影响。结果表明,掺入矿渣会逐渐减小CAC 72 h的化学收缩,降低化学收缩速率峰值。20 ℃时,电阻率变化曲线出现了明显的晶相转变期,化学收缩曲线存在明显的诱导期; 35 ℃时,凝结时间延长,掺入矿渣抑制了电阻率的发展;50 ℃时,电阻率在接近24 h时显著降低,凝结时间显著缩短,掺入矿渣缓解了24 h电阻率的减小。矿渣-铝酸盐水泥体系的水化产物和抗压强度受养护温度的影响较大。20 ℃时,掺入40%(质量分数)矿渣减少了CAH₁₀的生成量,降低了硬化浆体的强度;35 ℃和50 ℃时,1 d水化产物主要为C₂AH₈和少量C₃AH₆,掺入矿渣延缓了强度的倒缩。在28 d龄期时,不同养护温度下掺入矿渣均能促进C₂ASH₈的生成。     

水化环境对粒化高炉矿渣粉水化产物性能影响

利用扫描电镜观察不同水化环境下粒化高炉矿渣粉水化产物微观形貌,并利用能谱分析水化产物的元素组成,计算水化产物的Ca/Si和Ca/(Si+ Al).试验结果表明:在常温养护条件下,矿渣活性较低,水化产物的Ca/Si、Ca/(Si+ Al)较高;高温养护提高了矿渣的活性,水化产物的Ca/Si、Ca/(Si+ Al)有所降低;常温碱激发环境下矿渣活性得到较好的发挥,矿渣颗粒水化较充分,水化产物的Ca/Si、Ca/(Si+ Al)较低;高温养护碱激发环境下,早期矿渣活性即被激发,但阻碍了后期矿渣活性的发挥.     

快凝快硬高贝利特硫铝酸盐水泥熟料水化机理研究

研究了一种新型快凝快硬高贝利特硫铝酸盐水泥的水化性能,并利用微量热仪、XRD、TGA、SEM等方法进行了水泥水化过程,水化产物和微观形貌结构的表征.实验结果表明:新型高贝利特硫铝酸盐水泥熟料的早期水化放热迅速并集中,早期强度发展迅速;该水泥的早期水化产物主要为AFt和铝胶相,未发现CH相;在水化后期,生成的AFt会发生转化生成AFm相,同样没有发现CH相.随着水化的进行,水化产物不断增多,针棒状的AFt穿插,交错在凝胶之间,形成了较为致密的结构,从而提高了水泥的强度.     

圈流球磨下矿渣微粉的影响因素研究

设计了粉磨的圈流工艺流程,研究了研磨的介质、工艺流程及参数等因素对粉末矿渣的比表面积、粒径尺寸和活性指数的影响.结果表明:预研磨时,不同的研磨体对研磨结果有较大影响,合理的预磨时间有助于提高粉磨效果.在15 min钢棒预粉磨+30 min球段粉磨的工艺条件下,可得到最大的比表面积、最小的粉粒粒径和最大的活性指数.     

纤维矿渣微粉混凝土高温中的劈拉性能

通过高温（200～800℃）劈拉试验,测定124个纤维矿渣微粉混凝土（FRC-GGBFS）试件的劈拉强度和荷载—横向变形曲线,探讨温度、矿渣掺量、钢纤维掺量和聚丙烯纤维掺量对FRC-GGBFS的高温中劈拉强度和变形的影响,并通过不同温度下扫描电镜分析,探讨FRC-GGBFS的高温劣化过程。结果表明：随温度升高,FRC-GGBFS劈拉强度不断劣化,劈拉荷载—横向变形曲线渐趋扁平,韧性显著下降;矿渣微粉掺量为40%时,其对混凝土的高温中劈拉性能的改善最为显著;钢纤维显著提高了FRC-GGBFS的高温中劈拉强度和韧性;聚丙烯纤维能有效防止高温爆裂,其掺量为0.9 kg/m3时对FRC-GGBFS的高温中劈拉性能有明显改善。最后,建立了考虑温度、钢纤维体积率等影响的FRC-GGBFS高温中劈拉强度计算模型。     

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。