基于NMR技术的胶结钙质砂热特性机理分析

钙质砂含有丰富的内、外孔隙,且颗粒具有易破碎性,因此,钙质砂的微观孔隙结构变化是引起其热传导特性演变的本质原因。为了探究钙质砂微观孔隙结构对其热特性演变的影响机理,首先基于热针法探讨了5个不同水泥掺量(P_s=5.0%、7.5%、10.0%、12.5%、15.0%)胶结钙质砂在不同养护龄期(t=1d、3d、7d、14d、28d)的导热系数,分析了水泥掺量P_s和养护龄期t对胶结钙质砂热传导特性的影响规律;利用核磁共振(NMR)技术揭示了上述过程中胶结钙质砂微观孔隙结构变化的本质特征,在此基础上阐释了各影响因素作用下胶结钙质砂热特性演化的微观机理。试验结果表明：(1)胶结钙质砂的导热系数λ随养护龄期t的增加先急剧增大而后缓慢减小,随水泥掺量P_s递增而增加,但增长幅度递减;(2)NMR试验曲线反映了胶结钙质砂内部孔隙大小和数量的变化,根据反演的孔径d可将曲线划分为微孔隙(＜66.24nm)、小孔隙(66.24nm~6.048×10^₃nm)和大孔隙(6.048×10^₃nm~1.92×10^₅nm)3个区域;其中,微孔隙的变化情况反映了胶结钙质砂中水泥水化过程,中、大孔隙的变化情况反映了钙质砂中孔隙被水化胶凝产物分割、填充过程;(3)胶结钙质砂内微观孔隙大小、数量的变化从本质上决定了其宏观导热系数的变化规律,可利用NMR曲线得到合理的微观机理解释。     

不同温度环境下珊瑚钙质砂导热系数试验

基于热探针法测定了不同温度环境下珊瑚钙质砂的导热系数,探讨环境温度、试样含水率对珊瑚钙质砂导热系数的影响规律,提出了一个考虑不同温度环境作用的珊瑚钙质砂导热系数计算模型。结果表明：珊瑚钙质砂导热系数λ值随着环境温度T值的递增呈指数增加,λ最大提高倍数为3.46,温度对导热系数的影响主要取决于试样内水蒸气的潜热传输效应;珊瑚钙质砂导热系数随着试样含水率的增加而递增,二者呈现出良好的幂函数关系,主要原因在于珊瑚钙质砂内孔隙水变化和热对流方式的影响。对比分析表明,导热系数计算模型具有较高精度和较好适应性,相关系数R²=0.968 2。     

低掺量水泥固化土的力学特性及微观结构

针对某滩涂淤泥,开展不同淤泥初始水的质量分数、不同水泥掺量的固化土无侧限抗压强度试验、一维压缩试验以及扫描电镜试验,研究低掺量水泥固化土的力学特性与微观结构特征,探讨其与常规掺量固化土的差异. 结果表明：分界水泥掺量、最低水泥掺量与淤泥初始水的质量分数的线性关系明显;与常规掺量固化土相比,低掺量固化土的强度增长明显较慢,压缩性降低较少;固结屈服应力随水泥掺量增加而增大,在较低掺量区,固结屈服应力与水泥掺量具有非线性关系;低掺量固化土屈服前、后的孔隙形态特征以及孔隙排列特征差异较大,当固结压力小于固结屈服应力时,孔隙未呈现出明显的定向性且排列较为混乱,当固结压力大于固结屈服应力时,随着荷载的增加,孔隙形状变得圆滑,复杂程度降低,孔隙排列逐渐趋向于有序.     

钙质砂粘性土的渗透特性

研究了孔隙比、钙质砂含量、不均匀系数与曲率系数对不同钙质砂含量下粘性土渗透系数的影响规律。土样渗透系数与10^e(e为孔隙比)之间呈现较好的线性关系,且两者的相关性程度较大;渗透系数随着钙质砂含量的增加而显著增加,钙质砂含量对渗透系数的影响变大会造成渗透系数数量级的变化;土样不均匀系数与曲率系数对土样渗透系数具有较好的相关性。     

矿渣掺量对水泥性能的影响

采用矿渣与熟料分别粉磨再混合的方式,研究了不同掺量和不同细度的矿渣对水泥强度和凝结时间的影响,确定了水泥中矿渣的最佳掺量.     

MDF水泥基复合材料的微观结构与水敏性关系研究Ⅰ：胶结相 …

研究了ＨＡＣ／ＰＶＡ基ＭＤＦ复合材料微观结构中胶结相的分布,渗透性能与湿度吸收。所研究的ＭＤＦ复合材料中,其胶结相由７８ｖｏｌ％的界面相和２２ｖｏｌ％的本体聚合物相构成,而ＰＶＡ约３５ｖｏｌ％存在于界面相中,６５ｖｏｌ％分布于本体聚合物区域。     

外加剂对高掺量磷渣水泥的强度和孔结构性能的影响

运用钠－钙－硫混事激发理论,并从快速硬高强水泥中得到启迪,研制出成本低谦的复合外加剂来生产高掺量磷渣水泥。强度实验结果表明,磷渣掺量的为５０％－７０％时,使用外加剂技术可生产４２５＾＃和５２５＾＃磷渣水泥,它的后期孔结构性能优于普通硅酸盐水泥。     

机制砂掺量对水泥混凝土力学性能影响研究

合理控制水泥混凝土的机制砂掺量是改善混凝土工作性能的有效措施。文章结合潍坊地区实际工程,研究机制砂掺量对水泥混凝土性能的影响,在相同水灰比下向天然河砂中掺配5种比例的机制砂,制备水泥混凝土试块,测试其和易性和抗压强度。结果表明：机制砂掺配比例为50%时,坍落度下降速率最快,初期坍落度相对于未掺配机制砂的混凝土减少了11.9%,1 h后坍落度减少了15.7%,但仍能满足坍落度要求;水泥混凝土7、28 d的抗压强度相对于未掺机制砂的水泥混凝土分别提高了约3.4%、5.5%;综合考虑和易性、抗压强度以及经济性,推荐机制砂掺配比例≤50%。     

微生物加固钙质砂压缩前后细观尺度变化试验研究

MICP是岩土工程领域新兴的一种环境友好型砂土加固技术,可以用于提高钙质砂的工程性能,但由于MICP加固钙质砂试样的复杂结构,需要对其细观尺度展开研究以解释宏观现象。运用CT扫描技术,对三轴压缩前后的微生物加固钙质砂试样进行三维重构,分析加载前后试样细观尺度变化。研究发现,使用CT扫描得到的二维灰度图像可以显示试样的孔隙分布,且在二维灰度图像的降噪处理过程中非局部均值滤波算法具有良好的降噪效果。在此基础上进行三维重构,结果表明,加载前试样孔隙主要分布在试样高度方向1/3处、2/3处及试样两端,加载后这部分区域的孔隙会有所增加,即加载过程中试样的破坏主要集中在试样本身已有的薄弱区域。在三维重构基础上分割显著破坏面,显示低应力水平下试样破坏模式为X共轭剪切破坏,而在高应力水平下的破坏模式为单斜面剪切破坏。     

海水环境下MICP胶结钙质砂干湿循环试验研究

为了探究微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）在海水环境中胶结钙质砂的适用性与MICP胶结体的耐干湿循环性能,分别在海水与淡水环境中试验MICP胶结钙质砂,并在海水环境中对MICP胶结的钙质砂进行干湿循环.基于能谱分析（EDS）与X射线衍射（XRD）分析胶结体元素与矿物组成.通过无侧限抗压强度试验、称重,构建胶结体的力学性质、质量损失与干湿循环的关系,利用扫描电子显微镜（SEM）分析干湿循环弱化机制.结果表明：海水环境中MICP对钙质砂的胶结效果优于淡水环境;海水环境中MICP胶结的钙质砂体具有比淡水环境中胶结的钙质砂更高的耐干湿循环性能,21次干湿循环后,海水、淡水环境胶结试样的无侧限抗压强度分别下降至原样的30%和7.53%;干湿循环减弱了颗粒表面粗糙度与粒间胶结强度,宏观上表现为MICP胶结的钙质砂体的强度、刚度的降低.     

不同颗粒级配钙质砂剪切特性研究

为研究钙质砂剪切特性,对某岛钙质砂进行4组固结排水三轴试验,其围压分别是50、100、200、400 kPa。应力应变曲线表明钙质砂体变先剪缩后剪胀,在剪胀发展的过程中伴随应变软化现象。为进一步探究钙质砂应变软化的原因,筛除粒径小于0.5 mm,重复试验。研究结果表明大颗粒的钙质砂并没有出现应变软化现象。给出如下结论:(1)应变软化出现的位置比较偏后,且随着围压的增长,峰值强度会逐渐后移;(2)在低围压条件下钙质砂颗粒破碎诱发的应变软化可能性低;(3)细小颗粒诱发扁平状钙质砂出现定向滑移是试样表现应变软化的关键因素;(4)围压越高细小颗粒诱发应变软化的难度越大,峰值强度逐渐后移,并伴随着剪切带的出现。     

不同含水率下生土导热系数测试及对建筑能耗的影响

为研究不同含水率对生土材料热工性能及对生土建筑能耗的影响,分别从陕西西安、新疆吐鲁番、西藏拉萨采集当地土样并加工成同一密度级的土坯试件,测试了从绝干到湿饱和状态下各种生土导热系数的变化规律。采用建筑能耗动态模拟结合敏感性分析,研究了上述3种土样在不同含水率下导热系数变化对建筑能耗的影响规律。结果表明,含水率与生土导热系数成线性相关;含水率对生土建筑耗热量的影响具有显著的地域性差异;新疆生土在墙体湿度增大情况下建筑能耗增加幅度最小。     

水泥固化淤泥质土-砂混合软土的工程特性研究

以井睦高速花岗岩地区的水泥固化淤泥质土-砂混合土为研究对象,通过无侧限抗压强度试验,研究了含砂水泥固化土的工程特性,得出了含砂量和龄期对其强度和变形特性的影响机制.试验结果表明:水泥掺入比一定时,增加含砂量,含砂水泥固化土强度呈峰值点趋势增长,即存在最优含砂量且具有随水泥掺入比增加而增大的内在规律;当水泥掺入比为12%和20%时的最优含砂量分别是30%和40%.水泥固化土的应力应变曲线均存在明显的峰值,属加工软化型;含砂量对其强度和变形特性的作用机制主要是置换作用、团粒化及填充作用、约束作用、减水作用和分散作用,说明采用水泥固化淤泥质土-砂混合软土具有优越性.     

污水环境对水泥土力学性能的影响试验研究

由于多数地下水泥土工程直接与地下腐蚀性介质环境接触,必将导致水泥土材料的逐步劣化甚至失效破坏。以某市区工地附近明渠排放的污水作为侵蚀性介质,制作了不同水泥掺量的水泥土试件,通过对比试验,研究了污水环境和清水环境下不同水泥掺量、不同龄期的水泥土抗压强度和抗剪强度。结果表明,在污水或清水环境下,相同水泥掺量水泥土30 d龄期的抗压强度几乎相等,随着龄期的增加其抗压强度均逐步增大,但污水环境下其抗压强度增长的幅度明显小于清水环境,90 d后清水环境的水泥土抗压强度不再增长,而污水环境的抗压强度开始降低;污水环境和清水环境下的水泥土内摩擦角和黏聚力随龄期、水泥掺量的增加均逐步增大,污水环境下龄期90 d后的内摩擦角和黏聚力均开始降低。     

温度效应对钙质砂体积应变和固结特性的影响

为了探究温度变化引起钙质砂体积应变的作用机制,在不同温度和围压下对南海钙质砂进行温控三轴试验,并与石英砂试验进行对比. 研究表明：升温引起相对密实度为70%的钙质砂和石英砂产生压缩体积应变;升温引起的钙质砂热体积应变远大于石英砂,且钙质砂热体积应变对围压的敏感性远强于石英砂;在围压较大时,升温引起的钙质砂热体积应变明显增加且体积应变发展模式显著改变. 利用温控固结仪研究不同温度下钙质砂和石英砂的固结特性. 研究表明：随温度升高,2种砂在e-lg p面内的压缩曲线先向上移再下移,直线段的斜率先减小后增大,但达到固结稳定的时间均提前;不同于石英砂,在45~75°C下,升温导致钙质砂的固结压缩量显著增加,远超常温水平,这是因为由筛分试验发现,随温度增加,钙质砂颗粒破碎程度增大,导致其在高温固结时的压缩量增大.     

Strength development and microstructure of hardened cement paste blended with red mud

Red mud was activated to be a mineral admixture for Portland cement by means of heating at different elevated temperatures from 400 °C to 700 °C. Results show that heating was effective, among which thermal activation of red mud at 600 °C was most effective. Chemical analysis suggested that cement added with 600 °C thermally activated red mud yielded more calcium ion during the early stage of hydration and less at later stage in liquid phase of cement water suspension system, more combined water and less calcium hydroxide in its hardened cement paste. MIP measurement and SEM observation proved that the hardened cement paste had a similar total porosity and a less portion of large size pores hence a denser microstructure compared with that added with original red mud. Funded by the National 973 Program of China (No. 2001CB610703)