凝灰岩石粉和VF防裂剂对水泥浆体水化特性的影响

通过测定掺凝灰岩石粉和VF防裂剂的水泥浆体的凝结时间和化学结合水量,研究了凝灰岩石粉和VF防裂剂对水泥浆体水化特性的影响,并采用X射线衍射技术(XRD)分析了其影响机理.结果表明:凝灰岩石粉在水泥水化前期起惰性填料作用,减缓水泥净浆的凝结,降低水泥浆体化学结合水量,在水化后期与水化产物Ca(OH)2发生二次反应,提升水泥浆体化学结合水量增长速率;VF防裂剂与水泥水化产物Ca(OH)2反应生成钙矾石,有利于水化产物间相互搭接,从而起促凝作用,并且VF防裂剂对凝灰岩石粉中的活性SiO2,Al2O3起化学激发作用,进一步提升水泥浆体后期化学结合水量增长速率.     

高贝利特水泥(HBC)性能试验研究与应用

对高贝利特水泥(HBC)的性能与其他水泥进行了对比研究,论证了高贝利特水泥具有工作性能良好,水化热低,干缩小,体积稳定性好等特点;并且其后期强度增长率高;抗硫酸盐侵蚀能力强,水泥砂胶体在3%Na2SO4溶液中养护6个月后,抗侵蚀系数仍在0.97以上。根据在深溪沟水电站大坝大体积混凝土中应用的结果看,目前混凝土未出现温度裂缝,可在水工大体积混凝土工程施工中推广应用。     

磷酸盐和氟盐对水泥凝结特性的影响及作用机理

为揭示磷酸盐与氟盐延缓水泥水化的作用机理,向硅酸盐水泥中分别掺入易溶性和难溶性的磷酸盐和氟盐,利用XRD、微量热仪等微观测试手段,研究了不同胶凝体系的凝结特性和水化特性。试验结果表明,P₂O₅与氟当量掺量在0.5%~1.5%范围内时,易溶性的Na₂HPO₄,Na₃PO₄与难溶性的CaF₂会显著延缓水泥的凝结时间,而难溶性的CaHPO₄,Ca₃(PO₄)₂与易溶性的NaF则不会产生明显的缓凝,甚至还会出现速凝。微观测试表明,易溶性的Na₂HPO₄,Na₃PO₄和难溶性的CaF₂是通过延长水泥的水化诱导期导致凝结时间延长。其中,Na₂HPO₄,Na₃PO₄主要通过降低液相pH值、形成铝相水化产物以及硅酸盐固溶体等多重效应叠加,CaF₂则是通过与水泥颗粒表面水化产物的H⁺形成氢键产生的吸附效应,延缓水泥的水化。     

水泥-凝灰岩-粉煤灰复合胶凝材料硬化浆体微观结构特征

利用X射线衍射(XRD)、热重(TG)、压汞法(MIP)、扫描电镜分析(SEM)等现代测试技术与方法对水泥-凝灰岩-粉煤灰复合胶凝材料硬化浆体微观结构特征进行测定和分析。结果显示:凝灰岩的掺入使得硬化浆体中引入了长石、水云母及低温型石英(α-SiO₂)等晶相物质,其余水化产物与纯水泥样品基本相同;含有凝灰岩的水泥硬化浆体中Ca(OH)₂含量降低幅度明显小于水泥-粉煤灰二元胶凝体系;随着养护龄期的延长,复合胶凝材料硬化浆体孔隙率逐渐降低,孔径逐步得到细化,到水化180 d时,各样品中最可几孔径的分布主要集中在4.5~50 nm,浆体结构朝着对耐久性有利的方向发展;凝灰岩颗粒特殊形貌引起的形态效应和微集料填充作用在水化初期显得较为明显;相比于同掺量情况下的单掺粉煤灰体系和单掺凝灰岩体系,水泥-凝灰岩-粉煤灰三元胶凝体系的水化产物较多,越来越多的凝灰岩和水泥的水化产物包裹粉煤灰球形颗粒,并逐渐形成整体,整个浆体微观结构结合紧密。     

低温养护下溴化锂对水泥早期水化的影响

传统早强组分已不能满足绿色、高性能混凝土的要求,加之早强剂在低温(尤其是5℃)下的研究较少,且低温早强性能有限、低温作用机理尚不明确。本文以溴化锂(LiBr)作早强组分,研究5℃下LiBr对砂浆强度、净浆凝结时间以及水泥早期水化特性的影响。结果表明:5℃低温下,LiBr的掺入使净浆初凝、终凝时间略有缩短,可显著加快砂浆试件早期强度的发展,且28 d强度仍有较大幅度提高;掺0.5%LiBr砂浆1 d、3 d、7 d和28 d抗压强度分别提高383%、54%、41%和11%,各龄期强度已接近对比样20℃养护下的强度。LiBr的存在可促进低温下C3S的溶解,使其溶解量有明显增大趋势;增大Ca(OH)2溶解量、使溶液pH值增大,有利于水化产物的沉淀生成。LiBr使低温下水泥水化的诱导期缩短、加速期提前,最大放热速率增大、放热量增大;使水泥水化更早进入了受扩散控制的D阶段;水化12 h时产物中即有大量Ca(OH)2生成,且生成了水化硅酸钙和水化溴氧铝酸钙产物。     

水工建筑混凝土的保温措施

一、水工混凝土冬季施工原理混凝土浇筑后由于水泥与水产生水化反应而逐渐凝结和硬化,产生强度。而水泥水化作用的速度除与水泥的矿物组成和混凝土配合比有关外,还与环境温度密切相关。当温度升高时,水化作用加快,强度增长也加快,混凝土在低温时,水化作用明显减缓,强度增长受到阻滞。     

甲酸钙对轻烧氧化镁水泥基材料水化和膨胀性能的影响

轻烧氧化镁(LBM)作为一种补偿水工大体积混凝土温降收缩的膨胀剂,其膨胀性能与氧化镁水化密切相关。水工混凝土冬季施工常常要用到早强剂,甲酸钙(CF)是目前应用最广的一种早强剂。关于早强剂对水泥水化影响的研究很多,但是缺乏关于早强剂对掺膨胀剂水工混凝土膨胀性能影响的研究。通过测定凝结时间、水化热、线性膨胀和抗压强度等性能,结合XRD和SEM微观表征,系统地研究了CF对LBM水泥基材料水化及膨胀性能的影响。结果表明,在蒸馏水中,掺CF抑制LBM的水化,延缓了其凝结。然而在水泥基材料中,CF加速了LBM的水化,提升了其膨胀性能。XRD和SEM分析显示,掺入CF促进Ca(OH)₂和C-S-H凝胶生成,从而加速了MgO的水化。     

溶蚀作用下硅酸三钙水化产物微结构演变机理研究

处于水下区的大坝混凝土由于钙离子溶出易遭受溶蚀破坏,从而造成水泥水化产物脱钙溶解,进而导致大坝混凝土性能劣化失效。为深入揭示大坝混凝土溶蚀劣化机理,有必要厘清溶蚀作用下水泥水化产物形貌与微结构的演变规律。硅酸三钙(C₃S)是水泥的主要矿物相,其水化产物特性对水泥及混凝土性能影响显著。为此,本研究制备了高纯度C₃S单体,加水水化后浸泡在不同浓度氯化铵溶液中模拟水泥水化产物的加速溶蚀,并结合热重分析、核磁共振、扫描电镜、氮吸附等微观测试方法对其溶蚀前后产物的组成、微纳观结构与形貌进行表征。结果表明硅酸三钙水化产物与氯化铵溶液发生中和反应,溶液的pH值升高;氯化铵浓度越大,反应后溶液的pH值相对越低、水化产物脱钙程度越大,证实了溶蚀程度与环境条件密切相关;溶蚀减少了水化产物中水化硅酸钙凝胶中的化学结合水含量,使硅链结构发生聚合、孔隙结构被粗化并加剧水化硅酸钙凝胶的空心程度,且结构和形貌变化程度随溶蚀程度的增加而增大,从微纳观尺度为揭示混凝土溶蚀机理提供了依据。     

纳米CuO改性水泥基材料力学与耐久性的试验研究

为了明确纳米CuO对低水胶比水泥基材料力学性能和耐久性的改性作用,采用0. 5%～4%纳米CuO制备水泥基材料,研究其对凝结时间、流动性、力学性能和耐久性的影响,并分析其作用机制。试验结果表明:0. 5%～4. 0%纳米CuO能降低低水胶比水泥基材料的凝结时间和流动性,掺量越多,其降低幅度越大; 1. 0%～4. 0%纳米CuO能提高低水胶比水泥基材料的抗折和抗压强度,但会降低其干燥收缩和渗透性能,掺量以2%为宜;纳米CuO替代水泥后,虽不能参与水泥的二次水化,但能促进水泥的水化;综合分析发现,纳米CuO能发挥尺寸效应、微集料的填充效应和表面活性效应,达到提高水泥基材料密实度和细化孔结构的目的。因此,纳米CuO替代水泥后,能在一定程度上改性低水胶比水泥基材料的力学性能和耐久性。     

大掺量石灰石粉对水泥胶砂性能的影响

研究石灰石粉在20%、30%、40%和50%大掺量下的水泥胶砂性能。试验结果表明:石灰石粉可发挥微晶核效应,减少水泥净浆标准稠度用水量,缩短凝结时间,降低胶砂需水量比,具有一定的减水效应;石灰石粉可促进水泥早期水化放热,水泥胶砂的水化热和干缩率随石灰石粉的掺量增大而降低,故石灰石粉的掺入可降低混凝土开裂的风险;石灰石粉虽然在水化后期具有一定的活性,但大掺量的石灰石粉会使水泥胶砂后期强度损失较大,在实际应用中应当引起重视。     

高钛矿渣-水泥复合胶凝材料体系的水化机理研究

采用SEM,XRD,TG-DSC等微观测试手段,探讨掺高钛矿渣-水泥复合胶凝材料体系的水化机理。研究结果表明：高钛矿渣主要由结晶性强的稳定矿物组成,水化活性低;高钛矿渣颗粒分散并填充水泥颗粒,明显改善浆体结构。水化反应早期,硬化浆体结构疏松,水化产物较少,有大量未被反应的稳定晶相。反应后期,Ca(OH)₂参与二次水化反应,强度稳定增长。     

辉绿岩人工砂石粉的研究与利用

通过对辉绿岩母岩、辉绿岩人工砂石粉、辉绿岩石粉胶砂性能及其水化产物的试验研究,提出辉绿岩人工砂级配连续性较差,石粉含量大,石粉中微粉颗粒多的原因主要是辉绿岩母岩硬度高、性脆所致,并与母岩矿物中的蚀变物有关.辉绿岩人工砂石粉对碾压混凝土的需水量,凝结时间等工作性能的影响,主要基于石粉浸润吸水和其粗糙的多角形颗粒对试验时测针下沉时的摩阻力.此外,还包括微石粉对水泥早期水化过程的影响.辉绿岩石粉颗粒在胶砂中的作用是微集料填充,其中的微粉颗粒在水化硅酸钙凝胶延伸搭接过程中还起支点作用,对胶砂的长龄期强度无不良影响.在此基础上提出用部分微石粉等量替代粉煤灰等措施,解决了辉绿岩人工骨料碾压混凝土施工难题,成功地应用于地处亚热带地区百色大坝工程高强度施工.     

碱对水泥基材料水化及水化产物的影响研究综述

综述了碱以不同碱金属离子存在形式和结合不同阴离子存在形式对水泥基材料水化特性的影响,并基于水泥基材料水化产物微结构及组成,分析对比了碱与水泥基材料水化产物的相互作用。结果表明:根据碱存在形式的不同,碱对水泥基材料水化特性的影响表现出较大差异,而碱在改变水泥水化产物结构和组成的同时,水化产物也有选择性地对碱进行吸收固化,进而使水泥基材料表现出不同宏观性能。分析结果同时说明将水泥基材料中的碱含量以当量碱含量考虑存在一定不足,为精细化控制水泥基材料的性能,碱存在形式的影响不可忽略。     

水泥浆搅拌时间和凝结时间与性状关系

 隔河岩水电工程抽检基础帷幕灌浆封孔效果，发现部分水泥浆没有硬化，有人曾怀疑灌浆水泥质量。经长阳#425灌浆水泥、荆门普硅#525、中热#525三种水泥对比试验，结果皆显示不硬化原因在于大水灰比条件下，超时搅拌破坏了水泥水化时形成网络结构的机会，从而造成结构松散、软弱、甚至不凝结。     

高贝利特水泥混凝土的力学性能研究

针对混凝土大坝存在的“无坝不裂”问题，采用国家“九五”重点科技攻关成果-高贝利特水泥，研制了一种新型的抗裂性能较好的高性能大坝混凝土。对高贝利特水泥混凝土力学性能(包括强度性能、弹性模量、极限拉伸变形和体积变形性能等)试验结果进行分析，并与三峡工程目前使用的高性能大坝混凝土的力学性能进行的对比，说明高贝利特水泥混凝土具有良好的力学性能，抗裂能力稍优，是一种新型的高性能大坝混凝土，可望在今后的大坝混凝土工程或其它大体积混凝土工程中得到推广应用。     

水泥水化二维模拟的数值方法及其应用

通过引入周期性边界条件获得了正方形单元上水泥颗粒的初始分布。在水泥水化二维模拟中,假设水泥表面各点的反应速率相等,每个水泥颗粒用3个同心圆表示,引入3个参数量化相邻水泥颗粒之间的相互干涉,建立各相组分增量之间的关系。通过与已有试验结果进行比较,验证了水泥水化二维模拟数值方法的有效性,分析了养护温度对水化度的影响。应用该方法定量分析了毛细孔、未水化水泥和水化产物的面积百分数,毛细孔两点概率函数以及单位面积毛细孔周长随水化时间的变化规律。     

基于水泥水化的混凝土碳化深度预测模型

为了准确预测混凝土碳化深度的时变演化规律,基于周期性边界条件,本文提出了改进的水泥水化数值分析模型。引入中心水泥颗粒的未水化水泥层、水化产物层和空气层的受干扰程度3个参数量化表征了水化过程中水泥颗粒之间的干扰效应,考虑水泥矿物组分、水灰比、粒径分布对水泥水化进程的影响,分析了水泥水化度、孔隙率、水化产物随龄期的发展变化规律。结合Papadakis的混凝土碳化深度预测模型,提出了基于水泥水化的混凝土碳化深度预测方法。采用标准碳化试验方法对本文提出的模型进行了验证,试验研究表明模型预测结果与试验结果吻合良好,本文提出的混凝土碳化深度预测模型对研究混凝土耐久性具有重要意义。     

岩滩水电站围堰少水泥碾压混凝土5年龄期性能研究

根据岩滩工程围堰少水泥碾压混凝土芯样的微观、亚微观及部分宏观性能试验试验结果，对该混凝土５年龄期性能进行了讨论，认为少水泥在粉煤灰碾压混凝土５年龄期时水化产物正常、稳定、结构致密。水化产物中仍存在Ｃａ（ＯＨ）２，随着龄期的延长，粉煤灰还会不断水化，混凝土的强度仍在增长，孔结构不断改善。５年龄期时混凝土层面的抗剪强度比９０ｄ期时改善。     

大理石粉对水泥浆体力学性能和微观结构的影响研究

采用大理石粉等量部分代替水泥的方法,研究大理石粉掺量对水泥浆液工作性能、力学性能的影响,并通过电子显微扫描(SEM)和X衍射(XRD)分析不同掺量的大理石粉对水泥浆液微观结构和水化产物的影响。研究表明大理石粉掺量为8%时,能改善水泥浆体的力学性能,并通过微集料填充作用和CaCO3参与化学反应影响水泥浆体的微观结构和水化产物。     

冻融循环过程中混凝土性能的劣化研究

研究了冻融循环过程混凝土性能的劣化特征,探讨了不同测试手段对不同老化特性的敏感性。研究结果表明：混凝土经受冻融循环过程中,混凝土抗折强度、劈拉强度的劣化速度较抗压强度更快;混凝土抗压强度的降低率与质量损失率、相对动弹模之间呈正线性关系;相对动弹模降低到 60% 时,混凝土抗压强度下降到冻融前的19.3%;质量损失达到5%时,混凝土抗压强度下降到冻融前的25.5% ;机械波波速对混凝土冻融破坏的敏感程度界于混凝土强度和超声波波速之间。冻融破坏使水泥水化产物的结构从堆积状密实体逐步变成疏松状态,气泡壁逐步出现了开裂。从孔径分布情况来看,孔径 25~75 nm 之间的孔隙所占的比例呈增大趋势。