内掺氯离子与硫酸根离子在水泥净浆中的交互作用

模拟南海海水中阴离子浓度,采用氯离子、氯离子与硫酸根离子复合盐溶液分别作为拌合水制备水泥净浆,通过XRD定量分析、SEM及离子滴定等测试方法对不同标养龄期的水泥净浆进行微观分析,研究内掺氯离子和硫酸根离子在水泥净浆中的交互作用。结果表明,在内掺氯离子条件下,含氯离子的盐溶液作为拌合水拌合水泥净浆迅速生成Friedel盐(FS);氯离子的存在有抑制钙矾石(Ettringite,AFt)生成的作用;当氯离子浓度为3. 5%(质量分数)、硫酸根离子浓度为0. 5%(质量分数)时,硫酸根离子的引入促进了AFt向FS转化,提高化学结合氯离子的量;水化早期化学结合即氯离子参与反应形成FS占主导,硫酸根离子起到辅助作用;水化后期物理吸附即C-S-H凝胶对离子的吸附作用增强,对化学结合氯离子有一定的抑制作用。     

低湿度半浸泡环境下粉煤灰对砂浆试件硫酸盐侵蚀性能的影响

在T=(20±3)℃、相对湿度RH=(35±5)%的低湿度环境下,将粉煤灰掺量为0%、15%、30%和45%的水泥砂浆半浸泡在5%(质量分数)Na_2SO_4溶液中进行180 d侵蚀实验。研究侵蚀前后砂浆的孔结构、毛细吸附传输特性、砂浆试件盐结晶区的SO_4~(2-)浓度以及侵蚀剥落体积与质量变化,并采用XRD、SEM等手段对侵蚀产物和微观结构进行表征。研究结果表明:提高粉煤灰掺量会增加砂浆毛细孔占比,导致其在水中以及硫酸钠溶液中的毛细吸附传输特性明显加强,提高了砂浆试件盐结晶区硫酸根离子的浓度。未掺粉煤灰的PO组被侵蚀180 d后,砂浆试件盐结晶破坏区侵蚀产物除了有硫酸钠外,还形成了较多的石膏相,引起砂浆试件盐结晶区破坏的主要原因是化学侵蚀。掺有粉煤灰组分的砂浆试件盐结晶区侵蚀产物有较多的硫酸钠,未明显观察到石膏。且随着粉煤灰掺量的增加砂浆试件侵蚀破坏越严重,表现为更加严重的物理型盐结晶造成的侵蚀破坏,导致砂浆试件质量损失增多。这表明砂浆试件随粉煤灰掺量的增加可进一步细化孔隙,在低湿度环境下,更有利于硫酸盐溶液的毛细吸附传输速率的增加,引起更严重的物理型盐结晶侵蚀破坏。     

碱激发材料修补普通混凝土的黏结面性能研究

本工作研究了用碱激发矿渣-粉煤灰材料修补普通混凝土对黏结面力学性能与抗氯离子渗透性能的影响。对比分析了用普通混凝土直接修补(方式C)、分别刷水泥净浆界面剂及碱激发矿渣-粉煤灰净浆界面剂后再用普通混凝土修补(方式J)、用碱激发矿渣-粉煤灰混凝土直接修补(方式S)三种方式修补后的黏结面的劈裂抗拉强度和氯离子扩散系数。结果表明：三种修补方式中,碱激发矿渣-粉煤灰混凝土直接修补(方式S)的效果最好,此时碱激发剂模数的合理取值为1.3。用方式S修补后的黏结面的劈裂抗拉强度与氯离子抗渗透性能的相关性较好,均随矿渣掺量的增加先增强后减弱,矿渣、粉煤灰掺量各50%时二者达到最强。用碱激发材料修补后,在碱激发剂作用下,碱激发矿渣-粉煤灰与老混凝土的部分组分发生水化反应,提升了黏结面的力学性能与抗氯离子渗透性能。     

粉煤灰-矿渣再生混凝土抗压强度及尺寸效应研究

以粉煤灰和矿渣掺入方式和掺量为变量,设计24组C30再生粗骨料混凝土,对再生混凝土的抗压强度进行了研究。试验结果表明,粉煤灰或矿渣单掺时,再生混凝土的抗压强度随矿物掺料的掺量增加呈现先上升后下降趋势,同等掺量下矿渣单掺优于粉煤灰单掺;双掺时保持粉煤灰或矿渣掺量20%不变,再生混凝土立方体和轴心抗压强度随另一种微细矿物掺量的增加同样呈现先上升后下降趋势,双掺较单掺方式对再生混凝土抗压强度的提升效果更佳,且再生混凝土的抗压强度存在明显的尺寸效应。单掺粉煤灰或矿渣时再生混凝土轴心抗压强度和立方体抗压强度换算系数随其掺量增加而增大,双掺则稳定保持在0.85±0.02。此外,论文还建立了不同微细矿物掺料条件下再生混凝土抗压强度换算系数的修正公式,验证结果表明公式预测误差较小。建议实际工程再生混凝土配制采用粉煤灰和矿渣双掺方式,且掺量控制在25%以内。     

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。     

矿物质粉体对砂浆及混凝土Cl-渗透性的影响

研究了不同水胶比、不同矿物质粉体掺量的砂浆和混凝土，经标准养护至56天、90天时的导电量。在相同水胶比和相同矿物质粉体掺量下，混凝土的导电量远低于砂浆的导电量。含矿物质粉体的砂浆及混凝土的导电量均低于基准砂浆及混凝土的导电量。导电量随水胶比的降低而降低，也随龄期的增长而降低。     

矿物掺合料早期水化活性的测试和分析

本文采用环境扫描电子显微镜(ESEM)和热重-差热(TG-DTA)分析仪对磨细矿渣微粉、高钙粉煤灰、低钙粉煤灰的早期水化活性进行了系统测试和分析.理论和试验结果分析表明,掺合料取代水泥时,浆体早期抗压强度的提高取决于掺合料自身参与水化反应的速度和水化产物的数量.水化产物在掺合料颗粒表面沉积的速度和浆体中硅酸盐、铝酸盐水化产物的非蒸发水量随掺合料活性的提高而提高.掺合料活性按磨细矿渣微粉、高钙粉煤灰、低钙粉煤灰的顺序降低,将磨细矿渣微粉或高钙粉煤灰与低钙粉煤灰复合,可以克服低钙粉煤灰大掺量取代水泥时混凝土早期强度降低的缺陷,这是提高低钙粉煤灰在高强高性能混凝土中掺量的一个有效措施.     

大掺量掺合料混凝土的性能研究

研究了两种外加剂、矿渣粉、粉煤灰(不同掺量)及不同石子粒径对混凝土强度、收缩的影响。试验发现,掺入掺合料后,混凝土早期强度降低,并且随矿渣粉、粉煤灰掺量增加而下降,收缩有所增加。石子粒径为5mm～20mm的混凝土收缩明显大于5mm～31.5mm。     

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。     

硬化砂浆中水泥含量试验制样方法探讨

为探索处理硬化砂浆试样的方法,使水泥含量测定结果更接近真实值,首先成型不同粉煤灰掺量的砂浆试样,在砂浆试样标准养护到一定龄期后,基于硬化胶凝材料中结合水的损失过程,利用Ca O测定法研究不同的试样处理方法对硬化砂浆中水泥含量测定结果的影响,得到处理硬化砂浆试样的方法:即无水乙醇终止水化后,60℃鼓风烘干,然后以10℃/min的速度由室温升到(520±10)℃,保持1 h,并且通过实验证明结合水含量是影响硬化砂浆中水泥含量测定结果的关键因素之一。采用该方法处理后,不同龄期相同胶凝材料含量和同一龄期不同粉煤灰掺量硬化砂浆中水泥含量测定结果的相对误差都在±5%以内。     

海洋环境下纤维混凝土的氯离子扩散行为

对聚丙烯纤维混凝土在氯盐溶液进行长期浸泡和干湿交替试验,研究了海洋环境和纤维掺量对混凝土中氯离子分布的影响。结果表明,纤维掺量改变试件的抗氯离子侵蚀能力;与长期浸泡相比,干湿交替使试件距表层3mm处产生富集区,加速了氯离子的扩散。     

氢氧化钠掺量对钢筋矿渣砂浆碳化性能的影响

采用氢氧化钠激发矿渣活性,研究钢筋矿渣砂浆在碳化环境中的pH值、碳化深度、抗折强度和钢筋锈蚀发展与氢氧化钠激发剂掺量的关系。研究结果表明:氢氧化钠激发的矿渣砂浆碳化前pH值在13以上,碳化后pH值下降,下降幅度随着氢氧化钠掺量的减少而略微增大。矿渣砂浆的碳化深度随着氢氧化钠掺量增加而下降。在标准养护环境中,预埋在矿渣砂浆中的钢筋自腐蚀电位均正于-200mV,表明钢筋均能形成稳定钝化膜。碳化环境下钢筋自腐蚀电位逐渐变负,最后均低于-350mV,表明钢筋都发生锈蚀,但锈蚀出现的时间随着氢氧化钠掺量的增加而延迟。碳化会导致氢氧化钠激发的矿渣砂浆抗折强度下降。当氢氧化钠掺量为矿渣质量分数的6%时,矿渣砂浆碳化前及碳化后的抗折强度相对最高。     

钡离子对单硫型水化硫铝酸钙氯离子固化作用的影响

单硫型水化硫铝酸钙(AFm)作为水泥水化主要产物之一，能够利用层间硫酸根离子与氯离子发生离子交换反应实现氯离子固化，在提升水泥基材料氯离子固化能力和解决钢筋混凝土氯离子侵蚀难题方面发挥着关键作用。为提升AFm的氯离子固化能力，本研究在浸有AFm的氯盐溶液中引入不同浓度的钡离子，对比了不同龄期下AFm试样的氯离子固化能力，分析了不同龄期下AFm试样物相组成、热学性质和微观形貌的变化，并分析了溶液中钡离子浓度随龄期变化规律，探究出钡离子浓度对AFm氯离子固化的影响及其作用机理。结果表明，钡离子能够消耗AFm中硫酸根离子生成硫酸钡沉淀，促进AFm与氯离子发生插层反应，显著提升AFm的氯离子固化能力。不同浓度的钡离子对AFm氯离子固化作用机理存在差异，低浓度钡离子能够促进体系钙矾石(AFt)和Friedel盐生成，高浓度钡离子主要促进体系Kuzel盐生成。     

高掺量粉煤灰混凝土护筋性的初步研究

本文从高掺量粉煤灰混凝土孔隙液相碱度、碳化和氯离子侵入等三个方面,对其护筋性进行了初步研究。研究表明,与普通混凝土相比,高掺量粉煤灰混凝土的 筋性更应该重视长龄期的隙液相碱度。     

早龄期复合胶凝材料的裂纹扩展阻力分析

研究了不同组成的复合胶凝材料硬化浆体(硅酸盐水泥,硅酸盐水泥 粉煤灰,硅酸盐水泥 矿渣,硅酸盐水泥 硅灰,硅酸盐水泥 硅灰 粉煤灰)早龄期时裂纹扩展阻力的发展,探讨了粉煤灰掺量对裂纹扩展阻力的影响.结果表明:早龄期时,在相同水胶比条件下,掺加硅灰使胶凝材料体系裂纹扩展阻力明显降低,在低水胶比条件下,掺加一定量的粉煤灰能够明显增加体系的裂纹扩展阻力,掺加20%的粉煤灰能使胶凝材料具有较高的裂纹扩展阻力.     

氯盐-硫酸盐共存环境中杂散电流作用下提升砂浆中氯离子结合性能的研究

长期浸泡在地下水中的地铁混凝土结构,不仅遭受氯盐、硫酸盐的双重侵蚀,而且存在杂散电流腐蚀破坏.由于孔溶液中的自由氯离子是导致钢筋锈蚀的首要因素,通过提高混凝土中氯离子的结合能力可有效降低氯离子对钢筋混凝土的危害.本工作通过选择合理的外掺料种类及掺量,提出了提高地铁工程混凝土中氯离子结合性能的最优外掺料组合,并采用电位滴定法测定结合氯离子含量,以及结合XRD、SEM和DTG等微观测试方法对其机理进行分析.结果表明:杂散电流作用下偏高岭土对氯离子结合性能的提升效果优于硅灰,粉煤灰微珠优于沸石粉,复掺10％偏高岭土、20％微珠、1.5％PVA可再分散性乳胶粉的试件中氯离子的结合性能最优,砂浆内部氯离子的化学结合能力明显提高.     

弱碱环境下硅灰复合硅酸盐胶凝材料体系硫酸盐侵蚀产物

研究了硅灰替代量(质量分数)为0%、5%、10%的复合硅酸盐胶凝体系浸泡在弱碱环境下,10%(质量分数)Na_2SO_4溶液中侵蚀210d时的侵蚀产物和含量。利用XRD、SEM、EDS对侵蚀产物进行了表征,通过K值法定量计算了硅灰复合硅酸盐胶凝体系中石膏的含量,通过分光光度法对硅灰复合硅酸盐胶凝体系中自由硫酸根离子以及总硫酸根离子含量进行了测定。结果表明,在弱碱环境下,10%Na_2SO_4溶液中硅灰复合硅酸盐胶凝体系的主要侵蚀产物是石膏和钙矾石,侵蚀产物的形成引起膨胀开裂,且随硅灰掺量的增加,硅灰复合硅酸盐胶凝体系中的自由硫酸根离子及总硫酸根离子含量和侵蚀产物明显减少,膨胀率也随硅灰掺量的增加而减小,硅灰对复合硅酸盐胶凝体系的膨胀有一定的改善作用。     

多壁碳纳米管增强混凝土的抗氯离子渗透性能

采用快速氯离子迁移系数(RCM)法和自然浸泡法对多壁碳纳米管(MWCNTs)增强混凝土的抗氯离子渗透性能进行研究,测量混凝土试件纵向断面上的氯离子扩散深度,据此计算氯离子扩散系数。试验结果表明：当MWCNTs掺量为0.15wt%时,混凝土28天的氯离子扩散深度、氯离子扩散系数分别降低了25.7%、19.1%;在4种不同侵蚀龄期的自然浸泡下,掺入MWCNTs的混凝土,内部氯离子浓度始终低于对照组。结合两种方法分析得出：混凝土内部各深度的自由氯离子浓度随着MWCNTs掺量的增加而降低,致使氯离子扩散系数随着MWCNTs掺量的增加而变小,MWCNTs的掺入提高了混凝土的抗氯离子渗透性能。此外,通过SEM和压汞(MIP)测试进一步探究MWCNTs对混凝土抗氯离子渗透性能的微观增强机制,分析结果表明,MWCNTs具有一定的桥接和填充效应,这可能使混凝土裂缝扩展受到抑制、孔隙更加细化,从而改善混凝土的微观结构,提高混凝土的抗氯离子渗透性能。     

非饱和砂浆氯离子传输与pH分布相关性研究

研究了非饱和砂浆在氯盐溶液中持续浸泡、干湿循环作用下的氯离子传输和pH分布,并考虑了碳化作用对氯离子传输的影响,重点分析了氯离子传输与pH分布的相关性.研究结果表明:干燥砂浆在NaCl溶液中持续浸泡不同时间后,氯离子浓度分布与pH分布没有表现出明显的相关性;然而,在干湿循环作用下,非饱和砂浆的氯离子传输与pH分布密切相关,砂浆近表层氯离子浓度的减小与pH下降具有一致性;非饱和预碳化砂浆经干湿循环之后的氯离子浓度分布与pH分布具有相同的特征,均呈"S"型,碳化作用使砂浆的pH分布发生改变,进而影响了氯离子传输行为.     

水泥-粉煤灰体系早龄期液相离子浓度与电导率的关系

通过离心和高压萃取法分别提取水泥-粉煤灰体系1h内和5~24h的液相,采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICPOES)、pH计和电导率测试仪分别测试液相离子浓度、pH值和电导率,并探究了粉煤灰掺量对体系液相离子浓度、pH值和电导率的影响。结果表明:随水化时间延长,水泥-粉煤灰体系早龄期液相中K~+浓度先降低后上升,Na~+、SiO_4~(4-)浓度和pH值逐渐上升,5h左右Ca~(2+)和SO_4~(2-)浓度达到峰值,10h左右AlO_2~-浓度达到峰值;随粉煤灰掺量增加,液相中各离子浓度和电导率呈降低趋势,根据液相电导率变化规律将体系早龄期水化进程分为溶解期、诱导期和加速期三个阶段;液相电导率与离子总浓度成正相关,主要受K~+、Na~+和OH~-浓度影响,高掺量(50%)粉煤灰对单一离子与电导率之间相关性的影响较为显著。