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。     

粉煤灰对水泥基材料水化过程电阻率的影响研究

本工作研究了粉煤灰掺量分别为0%、20%、40%时水泥浆体在72 h龄期内的电阻率、孔溶液离子浓度和孔结构的变化规律。结果表明,不同粉煤灰掺量的水泥浆体电阻率变化曲线会发生交叉,在交点之前,水泥浆体的电阻率随着粉煤灰掺量的增大而增大,在交点之后,随着粉煤灰掺量增大,水泥浆体的电阻率减小;掺入粉煤灰使得孔溶液的pH值降低,液相离子浓度减小,浆体总孔隙率增大。随着粉煤灰掺量的增大,水泥浆体的液相离子浓度变小,而孔隙率变大,受这两个因素的双重影响,不同粉煤灰掺量的水泥浆体的电阻率变化曲线产生交叉。     

-3 ℃养护下引气混凝土渗透性能与孔结构特性

在(-3±0.2)℃养护下以引气混凝土为研究对象,研究了28d时不同含气量下混凝土抗氯离子渗透性能与孔结构特性之间的关系。研究结果表明:混凝土的电通量及氯离子迁移系数随含气量的增加而逐渐增大,不遵循标养下的规律;混凝土的气泡弦长随着含气量的增加逐渐增大;混凝土硬化后气泡间距指数随含气量的增加而减小,但比标养下混凝土硬化后气泡间距指数要大得多;理论计算出的比表面积随着含气量的增大而增大,实测的比表面积与含气量存在相关性。     

普鲁兰多糖对水泥净浆性能的影响

主要研究一种新型微生物多糖——普鲁兰多糖(Pullulan)对新拌水泥浆体性能的影响,对比分析了不同掺量的普鲁兰多糖对水泥净浆标准稠度用水量、凝结时间、流动度和Zeta电位的影响,以及对硬化水泥浆体力学性能的影响.研究表明:普鲁兰多糖增大了水泥浆体标准稠度用水量,延长了水泥的凝结时间;随着普鲁兰多糖掺量的增加,新拌水泥浆体的初始流动度降低,但随着时间的延长,流动度不降反升;普鲁兰多糖的掺入降低了水泥浆体的Zeta电位,0～13 min内,Zeta电位值极度不稳定,然后趋于平稳状态;普鲁兰多糖与减水剂(PC)复掺后,随着普鲁兰多糖掺量的增加,水泥浆Zeta电位发生了复杂的变化过程;普鲁兰多糖对硬化水泥浆体的抗压强度无明显不利影响.     

原料配比对泡沫膏体充填材料性能的影响

以水泥、粉煤灰、煤矸石、膨润土等为原料制备了泡沫膏体充填材料,采用单因素试验研究了不同水料比条件下,原料配比对泡沫膏体充填材料流动度、凝结时间、干密度及后期抗压强度的影响规律。结果表明:流动度随水料比和煤矸石掺量的增加而增加,随发泡剂和膨润土掺量的增加而减小,但在高、低水料比条件下流动度随粉煤灰掺量的增加其变化趋势略有不同;凝结时间随水料比、粉煤灰、煤矸石及发泡剂掺量的增加而延长,而膨润土掺量则对其影响不大;干密度随水料比、粉煤灰、煤矸石及发泡剂掺量的增加而减小,随膨润土掺量的增加先减后增;后期抗压强度随煤矸石、发泡剂掺量的增加而减小,随膨润土掺量的增加先增后减,在高、低水料比条件下粉煤灰对其影响规律相反,此外高水料比有助于原料之间配合成型,对强度有益,但随原料掺量的增加其强度急剧下降。     

纤维素等若干因素对仿钢纤维增强透水混凝土性能的影响

本实验研究了不同仿钢纤维掺量(0%、0.2%、0.4%、0.6%)对透水混凝土抗压强度和透水系数的影响,并分析了骨料粒径、细骨料、纤维素等因素对仿钢纤维增强透水混凝土抗压强度和透水性能的影响。研究表明:仿钢纤维能够在一定程度上提高透水混凝土的早期强度;随仿钢纤维掺量的增加,透水混凝土28 d的抗压强度呈先上升后下降趋势,即存在最优掺量;当仿钢纤维掺量增加时,透水混凝土的透水能力先下降后上升;透水混凝土的抗压强度随骨料粒径的增大而降低,透水系数随骨料粒径的增大而明显增大;细骨料会使透水混凝土的早期抗压强度降低,但会提高透水混凝土28 d的抗压强度;随着细骨料取代量的增加,透水混凝土的透水系数先增大后减小;透水混凝土的抗压强度随纤维素掺量的增加而降低,透水系数随纤维素掺量的增加而增大。本研究可为实际透水混凝土施工过程中外掺料的选择提供参考。     

富镁矿渣对油井水泥浆体膨胀性能的影响及水化机理

80℃水浴养护环境下,研究了不同掺量富镁矿渣对G级油井水泥浆体膨胀性能及其他基本性能的影响,考察了40%富镁矿渣掺量下水泥浆体的工程性能,同时研究了富镁矿渣的水化机理。实验结果表明,掺加富镁矿渣的水泥浆体具有微膨胀性能,其中掺40%富镁矿渣的水泥浆1d线膨胀率为0.0035%,28d线膨胀率为0.0255%;富镁矿渣掺量对水泥浆体凝结时间、流动度、密度影响不大;水化放热量和水泥石早期强度(3d前)均随富镁矿渣掺量的增加而降低,而后期强度(28d后)逐渐升高并高于净浆水泥石;硬化体中Ca(OH)2含量随富镁矿渣掺量增加和养护龄期的延长而降低;40%富镁矿渣掺量下,浆体各项工程性能基本满足固井施工基本技术要求。     

化学外加剂对混凝土气孔结构及水化的影响

通过化学外加剂来调节混凝土内部的气孔结构,研究调控组分H对掺有引气剂混凝土气孔结构、性能的影响规律,并利用X射线衍射(XRD)及热重-差示扫描量热(TG-DSC)分析方法,研究了化学外加剂对水泥浆体水化产物及水化进程的影响。研究表明,H掺量为0.2‰时,混凝土的综合性能达到最佳;当掺加调控组分混凝土(KH2)总孔隙率与基准混凝土(K)相近时,增加10~200μm范围孔径的孔隙率,减少200~1600μm范围孔径的孔隙率,使平均孔径及气泡间距系数减小,抗压强度提高;化学外加剂掺加到水泥浆体中,并没有新的晶相生成,并且对水泥浆体水化进程没有明显影响。     

有机缓凝剂对水泥改性乳化沥青胶浆的改善效果研究

将适量的萘系减水剂(Naphthalene superplasticizer,NSP)加入到改性乳化沥青(Modified asphalt emulsified,MAE)中能够实现水泥和改性乳化沥青的直接拌和。当NSP的掺量为4%(质量分数,下同)时,水泥沥青胶浆(Cement asphalt mastic,CAM)工作性能不佳。本试验所使用的沥青和三种有机缓凝剂分别为:改性乳化沥青、海菜粉、聚丙烯酰胺(PAM)、葡萄糖酸钠。试验结果表明:海菜粉对CAM的改善效果最好。当海菜粉掺量为0.03%时,CAM 7 d内的强度增量比较大; 28 d的抗拉强度和抗压强度最高,凝结时间最短,干缩变化幅度较小。随着海菜粉掺量的增加,CAM的抗拉强度和抗压强度有所降低。PAM由于其自身有很强的粘稠度和絮凝作用,因而对CAM的粘弹性有很大影响;当PAM掺量为0.02%时,CAM的粘度最大,坍流度最小;当PAM掺量由0.01%增加到0.03%时,CAM的粘度、干缩量和抗压强度呈现先增大后减小的规律,坍流度和凝结时间呈现先减小后增大的规律,而抗拉强度随掺量的增加而增大。葡萄糖酸钠对CAM的改善效果最差,虽然加入葡萄糖酸钠能改善CAM的流动性、粘度等非力学性质,但会引起CAM试块较大幅度的体积收缩和干缩,抗拉强度和抗压强度明显降低,凝结时间过长,试件表面出现裂缝等不良现象。     

粉煤灰改性磷酸镁水泥性能及机理分析

以粉煤灰、MgO和KH₂PO₄为原料制备磷酸镁水泥(MPC)。测定MPC在不同粉煤灰掺量下的抗压强度、抗折强度、凝结时间、孔隙率,并分析其微观结构。研究结果表明：MPC抗压强度随粉煤灰掺量的增加先升高后降低,掺量为20%时强度最大为34 MPa,抗折强度随粉煤灰掺量的增加而降低,韧性随粉煤灰掺量的增加而降低;粉煤灰改善了MPC孔结构,粉煤灰掺量为40%时MPC孔隙率降低了67.2%;粉煤灰延长了MPC凝结时间,粉煤灰掺量为40%时MPC凝结时间延长至13.7 min;随着粉煤灰掺量的增加水化产物MgKPO₄·6H₂O(MKP)生成量先增多后减少,粉煤灰掺量20%时MKP生成量最大。粉煤灰对MPC强度的影响主要取决于MKP生成量。     

羟丙基甲基纤维素对碳纤维分散性的影响

通过碳纤维在新拌水泥浆体中的变动系数、硬化水泥浆体电阻率和SEM分析测试等综合评价了羟丙基甲基纤维素(HPMC)对碳纤维在水泥浆体中的分散性的影响。试验发现:HPMC能显著改善纤维的分散,掺量在0.2%～0.4%时,分散效果较好。分析认为机理在于其分子结构中的极性羟基基团与碳纤维表面的极性羟基基团或羰基基团以及水分子之间形成氢键,增强了短碳纤维表面的亲水性和浸润性,提高了短碳纤维的分散性;但掺量较大反而由于体系粘聚性增加而影响分散性,且由于引入较多气泡而使电阻率提高。     

荷载作用下饱和水泥浆体中氯离子扩散性能研究

混凝土类水泥浆复合材料中各种尺度的孔隙,如凝胶孔、毛细孔、掺入的气体气泡以及微裂纹等影响着氯离子的扩散性能。孔隙结构参数(如孔隙率)在外荷载作用下会产生变化,进而影响了水泥浆体中氯离子扩散性能。外荷载作用对氯离子扩散行为的影响,可以等效为外荷载所引起的孔隙率的改变对氯离子扩散性能的影响。从微观角度出发,将饱和水泥浆体看作由水泥浆体基质(其孔隙率为零)和孔隙水夹杂相所组成的两相复合材料介质。基于弹性力学理论推导并获得了饱和水泥浆体达到其强度前(即未产生新裂纹前)当前孔隙率与材料初始孔隙率及体应变之间的定量关系,得到了水泥浆体中氯离子扩散系数与这些参数的定量关系。基于Fick第二定律分析了外荷载(体应变)和孔隙率变化对氯离子扩散性能的影响。研究表明：氯离子在饱和砂浆中的扩散系数随孔隙率增大而显著增大;氯离子在砂浆中的扩散系数随压缩体应变的增大而减小,随拉应变增大而增大。     

迁移型阻锈剂内掺的阻锈效果及其对水泥凝结时间的影响

通过电化学试验和凝结时间测定,研究阻锈剂BE掺量对阻锈性能和水泥凝结时间的影响。结果表明,BE质量浓度在0~100mg/L时,随着质量浓度的增加,反应的阻抗增大,阻锈效果增强;当BE质量浓度在100~1000mg/L时,阻抗并没有随阻锈剂质量浓度的增加而单调增大,而是在一定范围之内上下波动;当BE质量浓度高于1000mg/L时,随着BE质量浓度继续增大,反应阻抗逐渐增大,阻锈效果增强。阻锈剂BE有缓凝和减水作用,促凝剂三乙醇胺对掺加BE的水泥浆体的促凝作用不明显,钙类促凝剂对掺加BE的水泥浆体促凝作用显著,硝酸钙比乙酸钙具有更明显的促凝作用,市售速凝剂不适合用作掺加BE水泥浆体的调凝剂。     

掺废陶瓷粉对碱激发矿渣早期反应、硬化体强度及收缩性能的影响

碱激发矿渣(Alkali activated slag—AAS)水泥具有强度发展快、胶结性能好的特点，但大收缩和高成本限制了其工程应用。本研究探索了废陶瓷粉作为新的原材料，其用量对AAS体系早期反应、硬化体的抗压强度和收缩性能以及微观结构的影响。研究表明，废陶瓷粉因活性较低，其掺入会延缓AAS凝结时间；碱激发100%废陶瓷粉甚至不能在常温下正常凝结硬化。掺10%～50%废陶瓷粉的碱激发净浆强度7 d前发展慢，但到90 d时抗压强度提高且超过碱激发100%矿渣的抗压强度；更高掺量会导致碱激发净浆及砂浆强度的显著下降。AAS中掺废陶瓷粉可有效降低砂浆的自收缩，但会不同程度地增加干缩，掺量低于20%时对碱激发水泥砂浆的干缩影响小。综合考虑净浆和砂浆的各项性质，认为废陶瓷粉在AAS中具有应用价值。     

苎麻纤维水泥基材料的力学性能与自收缩试验研究

通过在水泥基材料中掺入苎麻纤维,并对比掺入钢纤维和聚丙烯纤维,研究苎麻纤维对水泥基材料抗压强度、抗折强度、自收缩及电阻率的影响。结果表明,当苎麻纤维掺量分别为0.4%,0.9%时,水泥基材料7 d自收缩降低13.4%,30.8%,28 d抗压强度分别提高2.2%和8.2%,抗折强度则提高9.6%,13.4%;钢纤维与聚丙烯纤维显著提高了水泥基材料7与28 d的抗压和抗折强度,而苎麻纤维更有利于水泥基材料早期自收缩的降低;随着苎麻纤维掺量的增加,水泥基材料的7 d自收缩与3 d电阻率显著减小,二者呈线性相关。     

苯丙乳液-矿渣地聚物泡沫复合材料的制备及性能

以苯丙乳液、矿渣地聚物、导热石墨粉为原料,利用化学发泡原理制备出一种具有自流平、成膜固化快、高弹、高导热等特点的泡沫复合材料。详细研究了H2O2掺量、导热石墨粉掺量及其粒度分布对泡沫复合材料传热性能、材料力学性能及压缩变形性能的影响规律。研究结果表明,随H2O2掺量的增加,泡沫复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、压缩强度、导热系数均降低,弹性恢复率增加;随导热石墨粉掺量增加,拉伸强度先增加后降低,断裂伸长率降低,压缩强度增加,弹性恢复率小幅波动,导热系数增大;随导热石墨粉平均粒径增大,拉伸强度减小,压缩强度增大,导热系数先增大后减小;导热石墨粉的颗粒级配对其导热性具有重要影响,相比粗、细颗粒,适中的颗粒级配可使其形成更有效的导热网络获得更高导热系数。     

微胶囊-玄武岩纤维/水泥复合材料的力学性能

以水泥、玄武岩纤维和脲醛/环氧树脂微胶囊为主要材料,制备水泥基复合材料标准试样,研究纤维掺量、纤维长度、微胶囊质量分数、水灰质量比和养护龄期对复合材料抗折强度和抗压强度的影响,利用正交实验确定微胶囊-玄武岩纤维/水泥自修复复合材料力学性能的最优配比。实验结果表明：抗折强度随着纤维掺量的增加而增加,抗压强度随着纤维掺量增加而减小;随着纤维长度的增加,抗折强度略有增加,抗压强度略有降低;抗折强度随着微胶囊质量分数的增加呈现出先增加后减小的趋势,而抗压强度则呈现下降趋势;抗折强度与抗压强度随养护龄期的增加而呈增加的趋势;材料经损伤后修复,抗折强度修复率为117%,恢复率为103%,抗压强度修复率为71%,恢复率为97%。     

超细矿渣粉对硅酸盐水泥性能和微观结构的影响

通过掺入不同量的超细矿渣粉,研究其对普通硅酸盐水泥凝结时间、标准稠度用水量以及水泥胶砂流动性和强度的影响。结果表明,水泥浆体的初凝、终凝时间在矿渣粉掺量为5%(质量分数,下同)时有所缩短,而随着超细矿渣粉掺量的增加,初凝时间都有所延长,在掺量为20%时初凝时间最长。然而终凝时间的变化不大,只有掺量为30%时稍有延长;水泥的标准稠度用水量先减少后增加,在掺量为20%时最小;随着超细矿渣粉掺量的增大,水泥胶砂的各龄期抗折强度、3d抗压强度不断提高,7d、28d抗压强度在掺量为20%时达到最大值,之后有所降低。掺入超细矿渣粉后,能通过填充以及与水泥水化产物氢氧化钙发生反应,使水泥中氢氧化钙含量明显降低,水泥微观结构更加密实。     

轻质保温高延性水泥基复合材料的拉伸性能与耐久性能

本研究采用引气剂与PVA纤维制备出密度等级为A10、强度等级达C20的轻质保温高延性水泥基复合材料(LIHDCC),并研究了不同纤维体积掺量时LIHDCC的基本力学性能、导热性能、单轴拉伸性能、纤维/基体界面粘结性能、抗冻性能、抗氯离子渗透性能及其孔结构。结果表明,纤维体积掺量为1.5%和2.0%的LIHDCC的抗压强度均可以达到C20;导热系数分别为0.08 W/(m·K)和0.10 W/(m·K);极限拉伸应变分别为0.72%和0.85%;纤维在基体中的平均化学粘结力为6.92 J/m~2,摩擦应力和滑移硬化系数分别为1.25 MPa和0.42;LIHDCC具有较好的抗氯离子渗透性能及抗冻融能力;通过X射线层析扫描(X-CT)技术对LIHDCC孔径大小与孔的分布进行分析,引气剂引入的气泡分布均匀,气泡平均直径在0～1 mm。     

复合盐类侵蚀对硅酸盐水泥固化氯离子影响研究

研究了硫酸盐、碳酸盐和硝酸盐与氯盐复合侵蚀下硅酸盐水泥固化氯离子性能,采用水溶法测定了水泥净浆中自由氯离子含量并计算得出其氯离子固化率,对试样进行了XRD物相分析以及其水溶液的pH值测定。结果表明,水泥浆体的氯离子固化率随水化龄期的增长而增加;随氯离子浓度增大,水泥浆体中F盐的生成量增加,其氯离子固化率先增大后减小。随硫酸盐和碳酸盐浓度增大,水泥浆体的氯离子固化率均降低,硫酸盐的降低程度稍微比碳酸盐大。硫酸盐和碳酸盐通过结合AFm分别生成钙矾石(3CaO·Al_2O_3·3CaSO_4·31H_2O)和单碳硫铝酸钙(3CaO·Al_2O_3·CaCO_3·12H_2O)提高了水泥浆体的pH值,减少了F盐的生成量。硝酸盐对水泥浆体的氯离子固化率和F盐的生成没有影响。