加气混凝土及其水化产物碳化的研究

研究了三种加气混凝土(水泥-石灰-砂、水泥-矿渣-砂和水泥-石灰-粉煤灰)在人工碳化条件下的行为。 用红外光谱法分别测定完全碳化的三类加气混凝土吸收的CO_2的量,发现水泥-石灰-粉煤灰吸收的CO_2量小于另两类加气混凝土。但是,粉煤灰加气混凝土的碳化速度明显高于另两类。对完全碳化的样品的强度测定表明,与未碳化样品相比,粉煤灰制品碳化后强度下降的幅度大于另两类。 此外,在碳化过程中红外吸收峰由表征水化硅酸钙的Si—O键向硅胶的Si—O键逐渐转变。 合成了几种纯矿物,并比较了它们在人工碳化条件下的碳化速度,发现结晶度低的水化硅酸钙的碳化速度高于结晶完好的托勃莫来石,这有助于说明为什么粉煤灰加气制品的碳化速度高于另两类加气混凝土。 用扫描电镜-能谱研究了碳化前后的加气混凝土样品。此项研究对于说明在碳化进行的过程以及碳化后样品仍能保持强度以启示。     

煅烧煤矸石对硅酸盐水泥胶砂力学性能及微观结构的影响

通过水泥胶砂力学强度测试,并结合压汞仪、X射线衍射、热重和扫描电镜测试,研究煅烧煤矸石掺量对水泥胶砂力学性能和水化产物微观结构的影响.力学性能测试结果表明:相同养护龄期下,水泥胶砂的抗压和抗折强度都先随煅烧煤矸石取代量增大而增加,取代量为15％时水泥胶砂的力学强度达到最大值;相同取代量下,水泥胶砂养护龄期越长,煅烧煤矸石对水泥胶砂力学性能的提升效果越显著.机理研究表明:煅烧煤矸石中主要组分为偏高岭土,其具有较强的火山灰效应.水泥水化初期,偏高岭土具有异相成核效应,可加速水泥的初期水化;水化后期,偏高岭土能与水泥水化产物氢氧化钙进一步发生水化反应,生成更多的水化硅酸钙凝胶,不仅降低了水化产物氢氧化钙对水泥胶砂的不利影响,而且提高了水泥胶砂的密实性,降低了水泥胶砂孔隙率并减少了有害孔比例,从而优化了水泥胶砂的孔径结构,使其力学性能得到强化.     

硅酸盐水泥熟料-煤矸石混合水泥的界面结构

用环境扫描电镜和能谱仪研究了硅酸盐水泥和硅酸盐水泥熟料-煤矸石混合水泥的界面结构.结果表明:混合水泥中多孔的活化煤矸石和水泥水化产物发生二次反应消耗界面区大量氢氧化钙,生成水化硅酸钙(CSH)凝胶和钙矾石晶体,反应产物层从煤矸石表面向内部逐渐推进,逐渐将煤矸石的开口孔填满,未反应的煤矸石残核仍为多孔状.煤矸石中不同活性的SiO2反应生成的CSH凝胶形态不同,惰性SiO2作为微集料填充在硬化浆体中.煤矸石-反应产物的界面区结构非常致密,减弱了硅酸盐水泥中硬化浆体界面区间隙和氢氧化钙富集造成的不利影响.水化28d内混合水泥中煤矸石本身的强度和煤矸石-水化产物界面的强度均大于水化产物的强度.水化近1 a的混合水泥中以长石类为主的多孔煤矸石残核的强度低于水化产物和煤矸石-水化产物界面强度,以石英为主的密实煤矸石的强度则高于水化产物和煤矸石-水化产物界面强度.     

硅酸盐水泥混凝土的碳化分析

介绍了硅酸盐水泥混凝土的碳化反应和碳化过程,分析了Ca(OH)_2与水化硅酸钙(C-S-H)的碳化作用.Ca(OH)_2发生碳化反应的同时,C-S-H也会发生碳化反应;Ca(OH)_2的碳化产物是方解石,而C-S-H碳化后会转变成无定形硅胶,可能形成稳定性差、结晶度差的球霰石、文石,其分解温度低于方解石的分解温度;C/S低、结晶度差的C-S-H凝胶易于碳化;水泥浆体孔隙溶液中的碱含量越高,碳化速度越快,深度越大.     

超细粉煤灰和偏高岭土对高强混凝土耐热性能的影响

以普通硅酸盐水泥为主要胶凝材料,超细粉煤灰和偏高岭土作为辅助胶凝材料制备了高强混凝土,研究了其在400℃热处理前后的力学性能,分析了浆体物相组成、断面形貌的变化.结果 表明,超细粉煤灰和偏高岭土的引入可以明显改善高强混凝土受热条件下的力学性能,同时引入30wt％超细粉煤灰和5wt％偏高岭土可制备出常温抗压强度、残余强度分别为87.18MPa、109.72 MPa的高强混凝土.微观分析发现,在热处理过程中,未掺加辅助胶凝材料的试样浆体中氢氧化钙和硅钙石分解,浆体结构劣化,力学性能退化明显;掺加超细粉煤灰可以改善试样浆体的孔结构,且超细粉煤灰可在高温下与氢氧化钙及其分解产生的氧化钙反应生成更多的硅钙石以及耐高温矿物相,改善了加热过程中由于氢氧化钙和部分硅钙石分解而产生的结构缺陷,进而提升材料耐热性能,使得混凝土热处理后的残余强度不降反升;在掺加超细粉煤灰的同时复掺偏高岭土,可以在常温下水化生成更多的水化硅酸钙凝胶,使得粉煤灰微珠与浆体的界面结合更加紧密,并在高温下进一步加快水化反应速率,在浆体中生成大量硅钙石、钙铝榴石与蓝晶石三种耐高温物相,进而大幅度提升混凝土的耐热性能,使得混凝土高温残余强度更高.     

环氧乳液改性水泥基材水化过程的硬化机理

极端环境和复杂荷载条件对混凝土结构的材料性能提出了更高的要求,聚合物通过改性水泥基材提高混凝土性能的方法已经得到了广泛应用。本研究为揭示环氧乳液改性水泥基材水化过程的硬化机理,通过等温放热试验分析环氧乳液对水泥水化放热过程的影响,结合原位XRD技术跟踪水泥主要矿物熟料和水化产物在水化反应早期的相含量发展。研究结果表明,环氧乳液对水泥水化的阻滞作用与环氧颗粒、水泥矿物熟料和水化产物之间的相互作用有关,并随着水化时间的延长,相互作用效果越明显。在水泥胶凝体系中,环氧乳液会减缓水化放热速率,降低水化放热峰值,减少累积放热量。环氧乳液通过抑制水泥矿物(C₃S、C₃A、石膏)的溶解和水化产物(钙矾石、氢氧化钙)的析出,延缓硅酸盐反应和铝酸盐反应;环氧乳液对水泥水化的影响随着其掺量的增加而增强。     

煤系偏高岭土对混凝土力学性能及微观结构的影响机理

将600目(23μm)和1 000目(13μm)煤系偏高岭土按照0%、5%、10%、15%(质量分数)的掺量分别掺入混凝土,通过强度测试、XRD、TG-DTG、SEM-EDS和氮吸附试验等研究了煤系偏高岭土细度和掺量对混凝土力学性能和微观结构的影响。结果表明：偏高岭土的掺入显著提高了混凝土的力学性能,当偏高岭土细度为1 000目、掺量为15%时,混凝土的抗压强度最大,90 d抗压强度达到了81 MPa;水化产物主要由氢氧化钙、钙矾石、类水滑石及水化硅酸钙(C-S-H)凝胶等组成,掺入偏高岭土并未改变水化产物种类,但是增加了水化产物中C-S-H凝胶的产生量,同时降低了氢氧化钙的含量。偏高岭土与水泥水化产物氢氧化钙发生二次水化生成C-S-H凝胶,提高混凝土致密性,这是偏高岭土能够增强混凝土力学性能的主要原因。     

硫酸盐侵蚀下混凝土内腐蚀反应-扩散过程的实验研究

通过开展硫酸盐腐蚀试验,研究了硫酸盐侵蚀环境下混凝土中内部硫酸盐浓度随时间和空间的变化规律,探讨了混凝土内部各组分浓度的变化与硫酸根离子浓度之间的关系.结果表明:随着侵蚀时间的增加,反应扩散不断进行,混凝土内部硫酸根离子浓度不断增加,越靠近侵蚀表面浓度越高;水泥水化产物中二水石膏、氢氧化钙和腐蚀产物的浓度变化与硫酸盐浓度变化之间存在一定的联系,随着二水石膏和氢氧化钙含量的减少,钙矾石含量前期增长较快,后期渐渐趋于稳定,硫酸盐浓度变化速率不断减小,直至混凝土内外环境中硫酸盐浓度差达到平稳状态.     

水化硅酸钙的碳化作用

本文研究水化硅酸钙的碳化作用。研究了低温合成β-C_2S和C_3S在的完全水化物及部分水化物的碳化性能,发现β-C_2S水化物比C_3S 水化物的碳化速率为高,说明碱度较低的水化硅酸钙比碱度较高的水化硅酸钙容易碳化。实验证实了碳化能够促进硅酸钙的水化,从而较好地解释了β-C_2S试体经碳化后强度迅速增长的现象。从β-C_2S碳化试体的长期强度低于正常养护的试件这一事实,提出这主要是因水化硅酸钙经碳化后体积减小,从而使碳化试体密实度低于正常养护试体而引起的。文章探讨了水化硅酸钙碳化过程中C-S-H凝胶化学组成的变化,得出 C-S-H 凝胶经碳化后,其C/S比逐渐下降直至完全分解为碳酸钙和硅胶。文章还探讨了水化硅酸钙的碳化动力学。以红外光谱分析和X射线衍射分析相结合研究了碳化生成的碳酸钙和硅胶的形态和性质,并采用透射电子显微镜对水化硅酸钙及其碳化产物的形貌进行了观察。     

硅酸盐熟料-煤矸石/粉煤灰混合水泥水化模型研究

对两种不同3CaO·SiO_2(C_3S)含量的硅酸盐水泥和分别掺有30%(质量分数,下同)煤矸石和30%粉煤灰的混合水泥中水化产物含量变化和形态进行了研究,建立了水化产物量变模型和水化产物形态模型,分析了模型的主要特征和意义。相同龄期,高C_3S硅酸盐水泥比低C_3S硅酸盐水泥生成更多的水化硅酸钙(calcium silicate hydrate,CSH)凝胶和氢氧化钙。含混合材的水泥水化时,CSH凝胶在水化早期和后期有两个增长幅度较大的阶段,并且1年后形成的CSH凝胶量与纯硅酸盐水泥的相当。水泥水化产物与混合材的二次水化反应较慢,研究掺有混合材水泥更长龄期的水化产物含量及结构变化,将有助于理解混合材对水泥性能的作用机理。