速凝剂对低水胶比浆体早期水化与微观结构的影响

低水胶比、高胶凝材料掺量的超高性能混凝土(UHPC)在常温养护条件下易产生凝结硬化不及时的问题。为促进UHPC在隧道初支、工程结构快速修复中的推广应用,拟采用有碱速凝剂(NA)和无碱速凝剂(AS)提升低水胶比浆体的早期凝结硬化速率。本工作通过水化热、水化溶出离子浓度、凝结时间和抗压强度试验研究速凝剂作用下低水胶比浆体的早期水化行为及凝结硬化规律,采用X射线衍射、SEM形貌观察和EDS能谱等手段对水化产物物相组成及微观结构演变规律进行了分析。结果表明,速凝剂的掺入加快了低水胶比复合胶凝材料浆体的早期水化速率,同时也促进了浆体的凝结硬化;NA对UHPC的促凝效果优于AS,其中NA-2%的1 d抗压强度为53.3 MPa, 28 d强度比为94.9%,而AS-4%的1 d抗压强度为38.9 MPa, 28 d强度比为92.3%;速凝剂促使低水胶比浆体快速生成大量水化产物,进而提高了浆体早期微观结构的致密性,且水化产物物相组成受速凝剂类型的影响较为显著。     

甲酸钙对硫铝酸盐水泥早期水化过程的影响

利用维卡仪、水化放热速率、XRD、TG-DSC和SEM等测试手段,研究了甲酸钙(Ca(HCOO)2)对硫铝酸盐水泥凝结时间、水化历程和水化产物及微观形貌的影响。结果表明,Ca(HCOO)2可明显促进硫铝酸盐水泥的凝结,并缩短初凝和终凝时间间隔;显著缩短了硫铝酸盐水泥的水化诱导期,且使水化加速期提前,使第一水化热峰值提高32%,但对水化稳定期的水化放热速率无明显影响;Ca(HCOO)2可以提高硫铝酸盐水泥水化环境的碱度,在早期提高了水化产物钙矾石(AFt)的结晶度,水化早期生成的水化产物结构致密,但并不改变水化稳定期的水化产物和微观形貌。     

聚羧酸减水剂对硫铝酸盐水泥水化及硬化的影响

为研究聚羧酸减水剂(PCE)对硫铝酸盐水泥(SAC)水化及硬化的影响,本工作以PCE对SAC标准稠度用水量、初始流动度、经时损失、粘度、凝结时间以及强度的影响进行了试验,同时测试了PCE对SAC浆体的水化温升以及水化产物的影响。结果表明:PCE在SAC浆体中的最佳掺量为0. 4%,减水率可达33%以上,初始流动度可达375 mm以上,初凝与终凝时间分别由24 min和36 min延至117 min和129 min。PCE对SAC浆体的流动度改善明显,并产生一定的缓凝作用。PCE掺量在0. 2%～0. 4%范围内,早期强度发展缓慢,但不影响其后期强度的增长。PCE掺量为0. 4%时,7 d抗压强度达102 MPa,抗折强度达11. 6 MPa。相比对照组,7 d抗压强度提高41. 8%,抗折强度提高20. 8%。     

微胶囊在修补砂浆中延迟释放早强剂的应用及性能分析

为使修补砂浆具备合适的凝结时间和较高的早期强度,将无水硫酸钠经微胶囊包覆后掺入到修补砂浆中,进而研究微胶囊对修补砂浆凝结时间、抗压强度、水化进程、水化产物以及水化早期钙矾石生长速率的影响。结果表明,微胶囊的掺入显著延长了浆体的凝结时间,缩短了其初凝、终凝的时间间隔,且对砂浆的早期强度无明显影响;使浆体的水化速度在开始的3 h内处于一个较低的水平,随后其水化速度增大,并最终与掺等量无水硫酸钠浆体的水化程度达到相当水平。另外,掺微胶囊的浆体早期钙矾石的生长速率处在一个较高的水平,且水化4 h后能达到与掺等量无水硫酸钠体水化产物相当的致密度。     

普通硅酸盐-硫铝酸盐复合胶凝体系水化性能和机理研究

对普通硅酸盐(P·O)-硫铝酸盐(R·SAC)复合胶凝体系的凝结时间、胶砂强度进行了分析,利用等温量热仪、综合热分析仪(TG-DSC)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等从水化速率及水化产物微观形貌等方面分析了复合胶凝体系的水化机理。结果表明:当R·SAC掺量约为10%时,复合胶凝体系的凝结时间相比P·O明显缩短,早期强度提高幅度较大,同时也能获得较大幅度的后期强度增长,力学性能较纯组分水泥性能优越。复合胶凝体系的早期水化速率和放热量高于单组分水泥。随着R·SAC的掺入,复合胶凝体系的水化产物中钙矾石(AFt)增多,Ca(OH)₂晶体减少,且AFt的生成量越多,越有利于早期强度的发展,当R·SAC掺量超过30%时,Ca(OH)₂消失。     

纳米二氧化硅对丁苯共聚物/硫铝酸盐水泥复合砂浆物理力学性能的影响

为厘清纳米二氧化硅(NS)和丁苯共聚物乳液(SB)在硫铝酸盐(CSA)水泥中的协同作用，同时解决SB/CSA水泥复合砂浆凝结时间长、抗压强度低的问题，采用NS和SB对CSA水泥砂浆进行复合改性，研究改性复合砂浆物理力学性能随NS掺量的变化，并通过测定水化放热及水化产物分析NS在SB/CSA水泥复合砂浆中的作用机制。结果表明：NS可有效缩短SB/CSA水泥复合砂浆的凝结时间，提高其抗压强度，并与SB对CSA水泥砂浆抗折强度提升具有协同作用；NS最佳掺量为1.5%,此时与不加NS的纯SB改性砂浆相比，28 d抗压和抗折强度分别提高了28%、30%。同时，掺入NS会降低复合砂浆的流动度，提高表观体积密度，降低含气量和干燥收缩率，并略微降低毛细孔吸水率。NS可通过促进无水硫铝酸钙和硫酸钙反应，进一步加快SB/CSA水泥复合浆体的水化进程，提高钙矾石的含量，从而缩短凝结时间并提高力学强度。     

纳米二氧化硅对苯丙共聚物/水泥复合胶凝材料凝结硬化的影响

采用纳米二氧化硅作为调凝物质以期解决苯丙共聚物/水泥复合胶凝材料凝结硬化慢的问题。通过测定纳米二氧化硅改性苯丙共聚物/水泥复合胶凝材料的凝结时间及早期强度,分析纳米二氧化硅对复合胶凝材料凝结硬化过程的影响;采用等温量热法测定纳米二氧化硅改性苯丙共聚物/水泥的水化热,并采用X射线衍射仪对其水化产物进行表征;综合以上分析结果探讨纳米二氧化硅的作用机制。结果表明:掺入二氧化硅能有效促进复合胶凝材料的凝结硬化,二氧化硅掺量为1. 25%时促进作用最为显著;掺入纳米二氧化硅可促进铝酸三钙和硅酸三钙的水化,加快钙钒石和氢氧化钙的生成,缩短复合胶凝材料的水化诱导期和加速期,加快水泥水化进程,从而缩短凝结时间,提高早期强度。     

复合调凝组分对硫铝酸盐水泥性能的影响及机理

为了有效控制硫铝酸盐水泥(SAC)的凝结时间,研究了硼砂、葡萄糖酸钠、柠檬酸钠单掺和复掺对硫铝酸盐水泥凝结时间和流动性能的影响。结果表明:葡萄糖酸钠与柠檬酸钠以一定质量比复合后可以有效控制水泥浆体的凝结时间,并很好地改善其工作性能和早期强度,而且葡萄糖酸钠与柠檬酸钠复合质量比为5∶1时对硫铝酸盐水泥的缓凝效果最好。水化早期浆体的XRD和SEM分析结果表明,复合调凝组分的加入减缓了钙矾石的生成,并且使得水化产物中CSH凝结的生成数量增多,从而有效抑制了硫铝酸盐水泥的水化速度,并改善了其工作性能。     

纳米CaCO_3中间体对水泥基材料性能的影响

以纳米CaCO3中间体为研究对象。采用凝结时间、力学性能、XRD和SEM测试方法,研究了不同掺量纳米CaCO3中间体对水泥基材料性能的影响,掺量分别为0%、0.5%、1%和2%。结果表明：纳米CaCO3中间体可明显提高水泥抗压强度,掺量1%时,12h、72h和28d龄期的浆体抗压强度分别比基准提高了54%、24%和39%;掺纳米CaCO3中间体后,水泥的需水量变化不大,但凝结时间随掺量的增加而缩短;纳米CaCO3中间体通过晶核作用,细化水化产物晶型,降低孔隙率,改善微观结构,从而提高水泥基材料的抗压强度。     

细菌纤维素增强水泥复合材料的制备及性能

对细菌纤维素增强水泥复合材料进行研究,探讨细菌纤维素含量、长度对水泥基复合材料抗折、抗压强度的影响以及细菌纤维素对水泥凝结时间和水化过程的影响。结果表明:细菌纤维素的加入能明显改善水泥基复合材料力学性能,细菌纤维素质量分数为0.02%是实验最佳掺量,材料抗折、抗压强度分别提高了20%和8%;过长细菌纤维素将导致分散不均,使浆体结构疏松;细菌纤维素对水泥浆体pH值和凝结时间无明显影响;细菌纤维素促进水化过程中CaO-SiO2-H2O凝胶生成。     

常温下硝酸铵钙对硫铝酸盐水泥的早强作用

研究了常温下硝酸铵钙对硫铝酸盐水泥浆体的流动度、凝结时间、抗压强度、电阻率及浆体内部温度、水化热、水化产物和孔结构的影响,对硝酸铵钙的早强作用机理进行了分析。结果表明,当硝酸铵钙的掺量从0增大到5%时,水泥浆体的初始流动度明显增大,凝结时间显著缩短,6 h,1,3,7和28 d抗压强度均显著提高,电阻率变化速率曲线峰值出现的时间逐渐提前,水泥浆体内部温度逐渐升高,温峰出现时间提前;其掺量在2%以内时,水泥水化放热速率明显加快,1 d累积放热量略有增大,钙矾石的生成速率及生成量均增大,硬化水泥浆体的平均孔径、总孔体积和孔隙率减小。由于硝酸铵钙能够明显加快硫铝酸盐水泥的水化进程,使其早期强度显著提高,因此可用作早强剂。     

矿物外加剂对丁苯聚合物/水泥复合胶凝材料凝结硬化过程的影响及机制

为了比较沸石、纳米二氧化硅和稻壳灰这3种矿物外加剂对丁苯聚合物/水泥复合胶凝材料凝结硬化过程作用的差异,分别采用这3种矿物外加剂为调凝材料,并从凝结时间、早期强度、水化进程以及水化产物等角度比较3种矿物外加剂对丁苯聚合物/水泥复合胶凝材料的影响。结果表明,3种矿物外加剂都能促进复合胶凝材料的凝结硬化,大幅缩短凝结时间,提高早期强度。但3种矿物外加剂的调凝效果互不相同,调凝机理也有差异:沸石对AFt的生成有较大的促进作用,它不仅能促进C3A的水化,自身也能与Ca(OH)_2反应生成AFt和CSH凝胶;而纳米二氧化硅和稻壳灰对C3S水化的促进作用较强,自身也会与Ca(OH)_2反应生成CSH凝胶。     

铜选矿废水对碱激发粉煤灰/矿渣胶凝材料性能的影响

为加速铜选矿废水(CMw)的资源化利用,采用CMw作为拌合水制备碱激发粉煤灰/矿渣(AAFS)胶凝材料,研究了不同CMw掺量对AAFS凝结时间、水化特性、水化产物、孔结构和抗压强度的影响。结果表明：在AAFS中掺入CMw会略微延长其凝结过程,但略微促进AAFS的水化过程,这与CMw的酸性、有机药剂残留和金属离子有关。通过掺入不同量CMw, AAFS的凝胶孔不断增加,而过渡孔体积逐渐减小,抗压强度呈现出先增大后略微降低的趋势。当CMw掺量为50%时,AAFS的抗压强度提升幅度最大,分别为12.23%(3 d)、21.07%(7 d)、16.74%(28 d)。研究结果可为铜选矿废水的资源化利用提供新的思路和参考。     

氟铝络合物对硫酸铝型速凝剂性能的影响

本工作研究了硫酸铝型速凝剂中氟铝络合物含量对速凝剂凝结时间和胶砂强度性能的影响。结果表明,在硫酸铝型速凝剂中,氟铝络合物增加,速凝剂促凝效果增加,但胶砂1 d抗压强度则总体降低。热分析和XRD测试结果表明,氟铝络合物能促进水泥钙矾石形成,缩短凝结时间,同时可能生成某种含氟的水化产物,抑制水泥1 d水化程度,且该产物不一定是CaF_2。     

脱硫石膏对大掺量粉煤灰-矿渣粉干混砂浆性能的影响

针对大掺量粉煤灰、矿渣粉导致干混砂浆早期强度和后期强度较低的问题,研究脱硫石膏对该干混砂浆性能的影响;采用X射线衍射、扫描电镜及孔结构分析等手段进行微观机理讨论。结果表明,在大掺量粉煤灰矿粉干混砂浆中掺加占胶凝材料总质量6%～8%的脱硫石膏,对和易性无不良影响,并可显著提高浆体的抗压强度及拉伸粘结强度,收缩率降低10%以上,并改善抗碳化能力,使砂浆体积更稳定;脱硫石膏对粉煤灰及矿渣粉起到激发硫酸盐和碱性的双重作用,并在一定程度上促进水泥水化;胶凝材料的水化产物改善砂浆浆体内部结构,使砂浆浆体中的孔隙大大减少。     

大掺量钢渣微粉-水泥碱激发特性

为解决钢渣微粉在水泥基复合材料中掺配比例较低的问题，采用力学性能测试、 XRD、 SEM、 FTIR等方法研究激发剂种类、掺量等对钢渣微粉-水泥胶凝材料力学强度和微观结构的影响。结果表明：碱性激发剂可提高钢渣微粉水化速度、增大复合胶凝材料抗压强度，但激发剂种类对胶凝材料激发效果具有差异性；碳酸钠与三乙醇胺复合激发后效果显著，3、 7、 28 d龄期的最佳强度与未掺加激发剂实验组的相比分别提高47%、 72%、 69%;激发剂对复合胶凝材料浆体水化产物种类没有影响；三乙醇胺具有悬浮稳定效应以及降低溶液表面张力的能力，与碳酸钠的强腐蚀效应作用在钢渣微粉水泥体系中协同强化水化反应，使复合胶凝体系中生成更多的水化产物并且相互交织成复杂密实的空间结构。     

磷酸钙骨水泥负载庆大霉素的制备与性能

制备了庆大霉素、磷酸钙骨水泥药物缓释体系,研究了药物缓释效果及载入庆大霉素对骨水泥组成、结构与性能的影响.结果表明,庆大霉素、磷酸钙骨水泥体系具有良好的药物缓释效果;随着庆大霉素的载入,骨水泥的凝结时间延长,但当载入量达到5%时,骨水泥的凝结时间又缩短至15 min,继续增大药物含量,凝结时间又略有延长.低载药量(1%)时骨水泥的抗压强度有所提高,但再继续增大载药量,体系的抗压强度又逐渐下降.庆大霉素的加入对骨水泥的最终水化产物没有明显影响,水化产物都是弱结晶的羟基磷灰石.庆大霉素的载入量为3%～5%时,庆大霉素/磷酸钙骨水泥缓释体系具有最佳的综合性能.     

钢渣粉性能优化及制备无熟料混凝土的试验研究

为提高固体废弃物综合利用率,通过钢渣分段除铁优化试验和钢渣粉对无熟料混凝土抗压强度影响试验,研究以钢渣-矿渣-脱硫石膏作为胶凝材料制备无熟料全固废混凝土。结果表明,经分段磁选可获得金属铁含量低于0.5%的高性能钢渣粉;当钢渣粉比表面积为640m~2/kg,m(钢渣)∶m(矿渣)=1∶2.5时,无熟料混凝土同时获得较优的3d和28d强度。XRD、TG-DSC、IR和FE-SEM分析表明,在脱硫石膏的激发作用下钢渣和矿渣可以相互促进水化,水化产物以AFt(钙矾石)和C-S-H(水化硅酸钙)凝胶为主。早期钢渣水化促进矿渣的解聚并结合脱硫石膏生成AFt网状结构,随着水化反应的进行胶凝体系生成的C-S-H凝胶充填于AFt网络中使硬化浆体结构致密从而保证强度的增长。     

氧化石墨烯增强增韧水泥基复合材料的研究

用Hummers法对石墨进行氧化后再用超声波进行分散制备纳米氧化石墨烯(GO)分散液。研究GO对掺有聚羧酸系减水剂(PCs)的水泥净浆流动度、粘度、凝结时间、石泥石孔结构和水泥砂石的耐折强度、抗压强度的影响。研究结果表明,纳米氧化石墨烯掺量为15mg/(100g水泥)时,使净浆流动度和凝结时间稍有降低,所得石泥石的中大孔隙率减少,结构致密,硬化水泥砂浆的耐折强度和抗压强度显著提高。硬化水泥石的XRD和SEM测试结果表明,纳米氧化石墨烯片层对水泥水化晶体产物的形成有模板效应,能够促使水泥石形成微小、形状统一的晶体结构,研究纳米氧化石墨烯增强增韧混凝土对于构建高性能、长寿命混凝土具有重要的意义。     

促进水泥泡沫混凝土凝结硬化的试验与研究

采用硅灰、氯化钙和碳酸锂等外加剂分别对物理发泡水泥混凝土的凝结硬化性能进行单一和复合改进试验。结果表明,氯化钙能够有效促进水泥泡沫混凝土的凝结与硬化,当氯化钙掺量为2%(36 g)时,混凝土的初凝和终凝时间均缩短了11 h,7 d抗压强度增加了0.8 MPa;硅灰对水泥泡沫混凝土凝结硬化有一定的促进作用;碳酸锂促凝效果不明显;硅灰和氯化钙复掺没有表现出较大的复合效应。