碱矿渣水泥基胶凝材料的碳化特征研究

抗碳化性能是混凝土耐久性的重要方面.以水玻璃与氢氧化钠(NaOH)为碱组分,粒化高炉矿渣为胶凝材料,研究了碱矿渣水泥的抗碳化性能,并分析了碱矿渣水泥易于发生碳化的主要原因.结果表明:与硅酸盐水泥相比,碱矿渣砂浆的碳化程度较大,碳化未引起碱矿渣水泥石干燥收缩的增加.碱矿渣水泥基胶凝材料硬化体碳化程度较大的主要原因是其水化产物不存在Ca(OH)2、硬化体孔溶液的高碱性及较大的干燥收缩.     

SAP内养护对碱激发矿渣胶凝材料性能的影响

碱激发矿渣(AAS)胶凝材料存在早期收缩大、开裂风险高的问题,限制了其工程应用。本文采用TAM、TGA、MIP等方法研究了高吸水性树脂(SAP)内养护对AAS胶凝材料水化热、水化产物及孔结构的影响,同时研究了SAP对AAS胶凝材料抗压强度及自收缩的影响规律。结果表明,SAP的加入会增加基体的孔隙率,降低AAS浆体的抗压强度,但是随着水化时间的延长,SAP的内养护作用可以促进矿渣水化,抗压强度的降低幅度逐渐减小。SAP的加入对AAS胶凝材料的水化放热过程有一定的延迟作用,表现为诱导期延长,第二放热峰滞后。SAP的加入使AAS胶凝材料水化产物总量增加,增加程度随着模数的增加而提高。此外,SAP抑制AAS浆体自收缩效果明显,添加SAP之后自收缩降低率最高可达81%。     

玻璃纤维增强水泥基材料收缩性能研究

主要研究了胶凝材料组成及纤维掺量对玻璃纤维增强水泥(Glass fiber reinforced cement,GRC)的干燥收缩和自收缩性能的影响.通过等温量热仪、X射线衍射仪对不同类型的胶凝材料的早期水化放热及不同龄期的水化产物进行表征和分析,探讨了胶凝材料组成对GRC材料收缩性能的作用机理.试验结果表明:采用硫铝酸盐水泥制备的GRC材料其长期干燥收缩及自收缩最小,采用硅酸盐水泥制备的GRC材料干燥收缩及自收缩均较大,而掺入粉煤灰、硅灰等矿物掺和料可有效的降低GRC材料的干燥收缩和自收缩.同时,总体来看玻璃纤维掺量对GRC材料的收缩性能的影响相对较小,但适当掺量的玻璃纤维可一定程度上降低GRC材料的干燥收缩及自收缩.     

水化热抑制剂对水泥-粉煤灰胶凝材料水化和混凝土性能的影响

探究了水化热抑制剂(TRI)对水泥-粉煤灰胶凝材料水化过程和混凝土性能的影响。通过改变粉煤灰在胶凝材料中的占比和水化热抑制剂的掺量,观察了胶凝材料的水化过程以及混凝土的绝热温升、力学性能和干燥收缩特性。胶凝材料的水化热测试结果表明,在含有粉煤灰的胶凝材料中,水化热抑制剂降低胶凝材料的放热速率峰值、延后放热峰出现时间的作用更加明显。硬化浆体的相组成和微观结构测试表明,水化热抑制剂对胶凝材料水化程度的抑制主要发生在7 d前。混凝土试验结果表明,水化热抑制剂会放缓混凝土的绝热温升速率,降低粉煤灰混凝土的早期强度并增加干燥收缩。     

水化热抑制剂对水泥-粉煤灰胶凝材料水化和混凝土性能的影响EI北大核心CSCD

探究了水化热抑制剂(TRI)对水泥-粉煤灰胶凝材料水化过程和混凝土性能的影响。通过改变粉煤灰在胶凝材料中的占比和水化热抑制剂的掺量,观察了胶凝材料的水化过程以及混凝土的绝热温升、力学性能和干燥收缩特性。胶凝材料的水化热测试结果表明,在含有粉煤灰的胶凝材料中,水化热抑制剂降低胶凝材料的放热速率峰值、延后放热峰出现时间的作用更加明显。硬化浆体的相组成和微观结构测试表明,水化热抑制剂对胶凝材料水化程度的抑制主要发生在7 d前。混凝土试验结果表明,水化热抑制剂会放缓混凝土的绝热温升速率,降低粉煤灰混凝土的早期强度并增加干燥收缩。     

碳酸钠、氢氧化钠与水玻璃复合激发对地聚物胶凝材料性能的影响

采用碳酸钠替代氢氧化钠调节水玻璃模数制备复合碱激发剂,研究不同碱掺量下碳酸钠掺入比例对地聚物胶凝材料净浆流动度、凝结时间及抗压强度的影响,并通过FT-IR、XRD和SEM试验分析地聚物胶凝材料水化产物的物相组成及微观形貌。结果表明,氢氧化钠与碳酸钠共同复合水玻璃的激发剂激发效果优于二者单独与水玻璃复合的激发剂,当碱掺量为6%(质量分数)、碳酸钠替代比例为40%(质量分数)时,地聚物胶凝材料净浆流动度为185 mm, 28 d抗压强度为94.4 MPa。碳酸钠替代比例增加可延长地聚物胶凝材料凝结时间,当替代比例为100%时,地聚物胶凝材料初凝时间、终凝时间可达372和420 min。不同碱组分激发剂作用时,地聚物胶凝材料水化产物相似,均以无定形铝硅酸盐C-(A)-S-H凝胶为主。     

电石渣激发矿渣-粉煤灰复合胶凝材料的作用机制

为探究矿渣、粉煤灰及电石渣的资源化利用,以电石渣作为碱激发剂,研究了矿渣-粉煤灰复合胶凝材料的水化产物组成及强度特征。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重-差示扫描热(TG-DSC)、扫描电子显微镜及能谱(SEM-EDS)等微观测试技术,分析了复合胶凝材料的晶体结构、热化学性质以及微观形貌等特性,研究了电石渣激发矿渣-粉煤灰复合胶凝材料的作用机制。结果表明：电石渣作为碱激发剂时能为矿渣-粉煤灰复合胶凝材料提供初始水化所需要的强碱环境,驱动矿渣和粉煤灰发生水化反应。随着矿渣掺量的增加,复合胶凝材料的强度发展呈先增加后减小的变化趋势,在粉煤灰与矿渣掺量质量配比为4∶6、外掺电石渣质量分数为4%时,复合材料浆体经4 d常温养护+32 h高温蒸汽养护后抗压强度达到25.9 MPa;矿渣-粉煤灰复合胶凝体系中水化产物分布不均,主要组成为水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硅铝酸钙等凝胶。电石渣作为矿渣-粉煤灰体系的碱激发剂使用时效果良好。     

石灰石粉在复合胶凝材料中的水化性能

用扫描电镜、X射线衍射和能谱技术研究石灰石粉在复合胶凝材料中的水化性能和水化产物.结果表明:石灰石粉的掺入会降低复合胶凝材料的强度,但对后期(180 d)强度的影响会逐步减小;石灰石粉与普通硅酸盐水泥在早期(28 d)水化程度较低,后期会与铝酸盐发生水化生成水化碳铝酸钙;在铝酸钙水泥的激发下,石灰石粉早期就能参与水化生成水化碳铝酸钙.     

钢渣矿渣基全固废胶凝材料的化学活化

为了促进钢铁冶金渣的高附加值应用,以钢渣、矿渣和脱硫石膏为原料制备胶凝材料,研究了不同掺量CaO或Na2SO4对胶凝材料的化学活化作用,并利用XRD、SEM对掺入激发剂胶凝材料的水化产物进行了分析.结果表明,掺入少量CaO或者 Na2SO4的胶凝材料净浆试块早期抗压强度会有一定的提高,后期强度变化不大;但当Na2SO4掺量超过2%时,净浆试块的抗压强度会降低.掺入激发剂对胶凝材料的水化产物种类不会造成影响,其水化产物主要包括钙矾石(AFt)、水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和氢氧化钙(CH).     

化学激发硅灰强化钢渣基胶凝材料的微观结构及力学性能

化学激发钢渣基胶凝材料的抗压强度低,难以满足建筑材料对强度的要求;通过掺入少量硅灰以加速其水化反应,改善化学激发钢渣基胶凝材料的力学性能.当碱激发剂Na2SiO3·9H2O用量11wt％,硅灰掺量10wt％时,碱激发硅灰-钢渣基胶凝材料在室温养护28 d后,其抗压强度达56.7 MPa,较不掺硅灰的胶凝材料强度提高了59.72％.XRD、SEM及MIP结果表明:钢渣在碱激发作用下,随龄期的延长,氢氧化钙量逐渐减少,无定形的水化产物增多,微观结构更加致密,加入硅灰后,最可几孔径明显减小,无害孔的数量明显增多,导致其强度大幅度提高.     

粉煤灰对不同胶凝体系干缩影响

采用干燥收缩试验法研究了粉煤灰对再生微粉和水泥复合胶凝体系、碱矿渣胶凝体系收缩性能的影响。试验结果表明:粉煤灰能明显降低再生微粉和水泥复合胶凝体系、碱矿渣胶凝体系干燥收缩性能;分析了粉煤灰降低不同胶凝体系收缩的机理。     

减缩剂与减水剂在水泥及掺合料固体颗粒表面吸附性比较

减缩剂是一种可显著降低水泥基材料收缩的新型化学外加剂,现有研究主要集中在其对水泥基材料宏观性能的影响等方面,而对减缩剂在胶凝材料-水界面的吸附特性鲜有报道,减缩剂在水泥基材料中的存在状态还未被完全认知.以两种类型的聚羧酸减水剂作为对比,对两种减缩剂在水泥、矿渣及粉煤灰颗粒上的吸附进行研究.结果显示减缩剂和减水剂在固体颗粒表面上的吸附量差异很大,减缩剂在固体颗粒表面的吸附量不足减水剂的1/8,说明减缩剂在水泥浆体中主要是溶解在溶液中的;红外光谱测试结果表明减缩剂与减水剂的主要宫能团基本一致,可以认为减缩剂与减水剂在固体颗粒上的吸附与二者所含的官能团类型关系不大,主要原因可能来自其分子结构或链组成上的差异.     

粉煤灰对碱激发矿渣/粉煤灰体系的作用机理研究

碱激发胶凝材料是以工业固体废弃物为原料制备的一种绿色无机胶凝材料,具有良好的力学性能与耐久性能。粉煤灰因其独特的球体微观结构与其他固废微粉存在本质区别,因此粉煤灰在碱激发胶凝材料体系中的作用机理亟待研究。以矿渣与粉煤灰为原料,利用碱激发剂制备胶凝材料,并对材料进行抗压强度测试,最后采用XRD、FTIR和SEM探究碱激发矿渣/粉煤灰体系的水化反应机理,研究粉煤灰对矿渣/粉煤灰体系的作用机理。结果表明:外掺3%(质量分数)NaOH作为碱激发剂,水固比为0.4时,随粉煤灰掺量减少,抗压强度呈现先上升后下降的趋势;m(矿渣):m(粉煤灰)为4:1时,28 d抗压强度达到峰值(37.1 MPa)。粉煤灰颗粒在不同龄期形成具有不同反应程度与尺寸的嵌入式微观结构,对材料力学性能起到不利影响;但粉煤灰的活化程度随龄期延长逐渐变大,对后期强度发展有持续贡献。碱激发矿渣/粉煤灰体系水化产物中含有Friedel盐、托贝莫来石、钙矾石、C-S-H/C-A-S-H凝胶,以及粉煤灰中残留的α石英相。随粉煤灰掺量增加,托贝莫来石生成量减少,钙矾石向Friedel盐转变,钙矾石生成量减少,Friedel盐生成量增多。     

Autogenous and drying shrinkage of alkali-activated slag mortars

Shrinkage of alkali-activated slag (AAS) cement is a critical issue for its industrial application. This study investigated the mechanisms and effectiveness of shrinkage-reducing agent (SRA) and magnesia expansive agent on reducing autogenous and drying shrinkage of AAS mortars that were activated by liquid sodium silicate (LSS) solution with modulus (SiO₂/Na₂O molar ratio) of 0-1.5. The results showed that the autogenous shrinkage of AAS mortars increased with the increase of LSS modulus from 0 to 0.5, then decreased as modulus increased up to 1.5. The drying shrinkage consistently increased with the increase in the modulus of LSS. The oxyalkylene alcohol-based SRA could significantly reduce the autogenous and drying shrinkage of AAS mortars while the magnesia expensive agent was comparatively less effective. The autogenous shrinkage of AAS mortars was inversely proportional to the internal relative humidity, while the drying shrinkage was more related to the mass loss of samples. Mathematical models were established to describe the autogenous and drying shrinkage behavior of AAS mortars.     

减缩剂外涂对混凝土性能的影响及作用机理

内掺减缩剂可有效降低混凝土收缩,但存在掺量大和影响混凝士强度发展等诸多问题.研究了减缩剂外涂对混凝土力学性能、收缩抗裂性能、孔结构和水化产物的影响.结果表明:减缩剂外涂混凝士的减缩效果明显;减缩剂外涂对混凝土和胶砂强度有一定的提高作用;与基准混凝土相比,减缩剂外涂可明显降低水泥石总孔隙率和孔径小于100nm毛细孔的数量;外涂减缩剂作用区域中的水泥水化产物更趋于丰富.     

Interactions between shrinkage reducing admixtures (SRA) and cement paste's pore solution

Shrinkage reducing admixtures (SRA) have been developed to combat shrinkage cracking in concrete elements. While SRA has been shown to have significant benefits in reducing the magnitude of drying and autogenous shrinkage, it has been reported that SRA may cause a negative side effect as it reduces the rate of cement hydration and strength development in concrete. To examine the influence of SRA on cement hydration, this study explores the interactions between SRA and cement paste's pore solution. It is described that SRA is mainly composed of amphiphilic (i.e., surfactant) molecules that when added to an aqueous solution, accumulate at the solution-air interface and can significantly reduce the interfacial tension. However, these surfactants can also self-aggregate in the bulk solution (i.e., micellation) and this may limit the surface tension reduction capacity of SRA. In synthetic pore solutions, SRA is observed to form an oil-water-surfactant emulsion that may or may not be stable. Specifically, at concentrations above a critical threshold, the mixture of SRA and pore fluid is unstable and can separate into two distinct phases (an SRA-rich phase and an SRA-dilute phase). Further, chemical analysis of extracted pore solutions shows that addition of SRA to the mixing water depresses the dissolution of alkalis in the pore fluid. This results in a pore fluid with lower alkalinity which causes a reduction in the rate of cement hydration. This may explain why concrete containing SRA shows a delayed setting and a slower strength development.     

碱激发矿渣-玻璃粉基泡沫混凝土性能研究

采用玻璃粉部分替代矿渣制备碱激发胶凝材料,研究了玻璃粉含量(10%、20%、30%、40%,质量分数)对碱激发矿渣-玻璃粉基(AASG)泡沫混凝土性能的影响。对AASG泡沫混凝土流动性、抗压强度、干燥收缩、吸水率、软化系数和抗冻性进行了研究,并通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪对机理进行了分析。结果表明:10%~40%掺量的玻璃粉使AASG泡沫混凝土的流动性提高了5.0%~25.6%;抗压强度随玻璃粉掺量的增加先增大再减小,玻璃粉掺量为20%时,7 d和28 d抗压强度最高,与对照组相比分别提高15.0%和23.8%;玻璃粉掺量为20%时,AASG泡沫混凝土的干燥收缩、吸水率、软化系数和抗冻性最佳;SEM分析发现,玻璃粉有助于孔结构的优化和提高微观结构的致密性;XRD分析表明,AASG泡沫混凝土的主要反应产物为 C-(N-)A-S-H和水滑石。将玻璃粉作为矿渣的替代品来制备AASG泡沫混凝土是可行的,为其在回填工程和固废利用提供理论支撑。     

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。     

碱-矿渣水泥的水化、力学及干缩性能研究进展

碱-矿渣水泥是一种优良的绿色胶凝材料,由矿渣部分或全部取代水泥而制成。在碱激发剂的作用下矿渣水化产生活性,并且由于其独特的玻璃体分相结构导致碱-矿渣水泥的水化硬化产物表现出不同于普通硅酸盐水泥基材料的性能。本文介绍了矿渣的组成与结构,从理论层面解释碱-矿渣水泥具有潜在活性的原因,探讨了不同激发剂作用下碱-矿渣水泥的水化机理,并在此基础上综述其基本力学性能和干缩特性,为其在工程实践中的应用和推广提供依据。结合相关文献,总结了现有研究的不足并对今后的发展提出了建议。