掺MgO膨胀剂水泥净浆变形性能研究

通过对含镁尾矿的处理,采用一定工艺制备了MgO膨胀剂,研究了不同煅烧温度下的MgO膨胀剂的膨胀性能,并进一步研究MgO膨胀剂的掺量和细度以及粉煤灰对不同养护条件下水泥净浆自由变形性能的影响.结果表明:煅烧温度1050℃时膨胀剂膨胀性能较好;水泥净浆的自由变形随掺量的增加和龄期的延长以及养护温度的升高而增大;在早期细度较小的膨胀剂具有较好的膨胀效果,而后期细度大的膨胀剂的膨胀效果高于细度小的膨胀剂;粉煤灰对膨胀剂早期膨胀和后期膨胀都有显著的抑制作用.     

CaO类膨胀剂对碱矿渣水泥砂浆限制膨胀率影响研究

通过XRD、SEM、水化热等方法研究了CaO类膨胀剂对碱矿渣水泥砂浆限制膨胀率的影响。结果表明:在6%~10%范围内,随着膨胀剂掺量的增加,碱矿渣水泥砂浆限制膨胀率增大、3 d抗压强度提高,但7 d以后抗压强度明显降低;内掺膨胀剂后水化放热加速峰提前,但放热速率及总放热量降低;XRD及SEM测试结果表明Ca(OH)_2是CaO类膨胀剂在碱矿渣水泥砂浆中的主要产物。尽管CaO类膨胀剂能够在碱矿渣胶凝体系中产生膨胀,但由于生成Ca(OH)_2速度与碱矿渣水化速度协调性不足,以至其不能发挥有效补偿收缩作用。     

C_4A_3$-CaSO_4-CaO体系在硅酸盐水泥浆体中的膨胀能力

对掺入硅酸盐水泥中的C_4A_3$-CaSO_4-CaO体系(CCC膨胀剂,C_4A_3$为4CaO·3Al_2O_3·SO_3)的膨胀能力进行了研究。CaO、CaSO_4和CCC膨胀剂掺入到硅酸盐水泥浆体中均会产生膨胀。相同掺量下,CaO使得浆体在水化初期表现出剧烈而短暂的膨胀;CaSO_4使得浆体表现出轻微的膨胀;CCC膨胀剂使得浆体表现出适中而持续的膨胀。因此,掺入CCC膨胀剂的混凝土若长时间缓凝或延迟浇注会导致补偿收缩能力的损失。CCC膨胀剂可补偿混凝土的自收缩和干燥收缩,补偿能力随着膨胀剂掺量的增加而增大。相同掺量下,膨胀剂补偿收缩的能力,在早龄期随着水胶比的降低而减小,在后期随着水胶比的降低而增大,前者与自干燥导致的自收缩有关,后者与失水速率、毛细孔隙率和孔径分布有关。低水胶比混凝土中,当CCC膨胀剂的掺量较高时,在非饱和环境(失水过程)中也可表现出膨胀现象,这一点在工程应用时需要重视。     

缓凝剂对补偿收缩胶凝体系水化放热的影响

采用等温量热法,研究了酒石酸和硼酸这2种缓凝剂对掺氧化钙型膨胀剂与氧化钙-硫铝酸钙复合型膨胀剂的水泥净浆的诱导期结束时间、主放热峰出现时间及其最大放热速率、不同时间累计放热量等方面的影响.结果表明:与掺膨胀剂水泥净浆相比,缓凝剂均明显推迟补偿收缩胶凝材料体系的诱导期结束时间和主放热峰出现时间,减少最大放热速率和24 h内累计水化热,72 h总水化热略低.对氧化钙型膨胀剂水泥体系,硼酸比酒石酸缓凝效果好.     

微膨胀和侧向约束共同作用下混凝土徐变性能和孔结构的关系

为了研究膨胀剂在微膨胀和侧限约束共同作用时对混凝土徐变性能的影响,以及徐变性能与孔结构变化的关系。在室内进行了膨胀剂掺量分别为4%、8%、12%的混凝土徐变试验,测试了钢管与混凝土整体纵向变形随时间的变化及孔结构的分布规律,并结合标准养护无侧向约束、密封养护无侧向约束及密封养护有侧向约束3种情况的孔结构分析,进行了不同侧向约束下的混凝土徐变试验。结果表明:随着膨胀剂掺量的增加,混凝土中孔数量、孔隙率在减少;混凝土徐变度随着膨胀剂掺量的增大而减小。限制作用下混凝土的孔隙率、平均孔径和气孔含量比无侧向约束的混凝土小;侧向限制可以明显减小混凝土徐变度。研究认为膨胀剂通过固相和液相化学反应生成钙矾石,其吸水肿胀和结晶压力作用使混凝土体积膨胀;同时在钢管侧向约束力的作用下,混凝土存在的自应力促进了进一步水化,改变了混凝土的孔结构,从而使混凝土更加致密,减小了混凝土的徐变度。     

塑性膨胀剂对预应力孔道压浆料体积变形与亚微观结构的影响

针对预应力孔道压浆料普遍存在的体积收缩问题,研究了含氮有机化合物作塑性膨胀剂对其塑性及硬化阶段变形行为的影响,并通过孔结构和扫描电镜测试,探讨了塑性膨胀剂的作用机理.结果表明:含氮有机化合物品种和掺量对压浆料的自由膨胀率和强度有很大影响,以亚硝基化合物SP-B作塑性膨胀剂较为适宜,掺量以0.02％～0.06％为佳;SP-B塑性膨胀剂通过在压浆料浆体内部释放氮气,产生了均匀、微细的气泡而引发适度的塑性膨胀,有效补偿了浆体的早期体积收缩,且对硬化浆体亚微观结构和力学性能无显著不利影响;掺SP-B塑性膨胀剂的压浆料浆体的早期膨胀过程分为快速膨胀期、缓慢膨胀期和膨胀稳定期三个阶段,进一步复掺UEA膨胀剂,提高了硬化浆体中后期的体积稳定性.     

常用外掺料对G级油井水泥体积稳定性及力学性能的影响*

针对G级油井水泥浆体体积收缩问题,对比研究了两种常用外掺料(矿渣和石英粉)对水泥浆体体积稳定性及力学性能的影响,并利用等温量热仪(ICC)、X射线衍射仪(XRD)、压汞仪(MIP)和扫描电镜(SEM)分别测试了两种外掺料对水泥水化放热速率,水泥水化产物、孔结构及水泥石微观形貌的影响。结果表明:80℃下水泥净浆体积收缩主要发生在水化早期,对应水泥石早期抗压强度、抗折强度增长迅速;掺入30%比表面积为340m2/kg的矿渣部分改善浆体体积收缩,150d线收缩率较净浆减小32%,早期抗压强度、抗折强度减小,后期强度增大并超过净浆;掺入30%比表面积为710m2/kg的石英粉加剧了浆体体积收缩,150d线收缩率较净浆增大40%,早期抗压强度、抗折强度远低于净浆及掺30%矿渣水泥。长期水养后部分超细SiO2参与反应,加之细颗粒的填充作用使其150d力学强度超过净浆及掺30%矿渣水泥,即水泥石力学强度不仅与外掺料活性有关,还与其粒径分布和养护龄期密切相关。     

CaO熟料的早期水化放热过程及水化程度

研究了用于膨胀剂的CaO熟料早期水化放热过程及其在水泥浆体中的水化程度.结果表明,在CaO熟料-水体系中,CaO熟料水化放热过程与水泥熟料类似,分为表面水化加速期、诱导期、内部水化加速期和衰退期四个阶段.量化了该过程的时间节点.在水固比为0.35的CaO熟料-硅酸盐水泥浆体体系中,CaO熟料掺量4％ ～8％时,CaO熟料在水泥浆体中水化24 h时的反应度约85.5％.这是氧化钙膨胀剂在混凝土中水化2 d后膨胀效能增加缓慢的主要原因.     

不同养护条件下掺循环流化床固硫灰硬化水泥浆的膨胀性能

为探讨掺循环流化床固硫灰(简称固硫灰)硬化水泥浆的体积变化规律,将固硫灰以不同质量取代水泥制备水泥浆试件,结合扫描电子显微镜、压汞仪、X射线衍射仪及TG-DSC同步热分析仪分析了固硫灰及试件的微观形貌、矿物组成和热效应,对三种养护条件下试件的体积膨胀性能进行了试验研究。结果表明：固硫灰的掺入能显著提高浆体标稠用水量,固硫灰掺量80%(质量分数,下同)的浆体标稠用水量是基准组的1.6倍;封闭养护时,硬化浆体体积随固硫灰掺量的增加由收缩(掺量低于40%)变为膨胀(掺量高于60%),且收缩率高于基准组;相较于封闭养护,标准养护使硬化浆体内部水化更充分,大毛细孔含量减少,微观结构更密实,硬化浆体体积膨胀,固硫灰掺量80%的试件28 d膨胀率最高达0.42%;空气养护的试件体积均呈收缩趋势,80%固硫灰掺量的试件水灰比较大,但干燥引起的收缩变形高于膨胀产物产生的膨胀变形。     

水化热调控剂与氧化镁复掺对混凝土抗裂行为的影响

为了研究氧化镁膨胀剂与水化热调控剂复掺对混凝土抗裂性能的影响,探讨水化热调控剂的作用机理,开展了单掺氧化镁及水化热调控剂与氧化镁复掺对混凝土水化热、绝热温升、限制膨胀率、体积变形、自收缩、弹性模量及微观结构的影响研究。结果表明:水化热调控剂可显著改变水泥水化放热历程,净浆抑温率可达31.2%,随入模温度升高,抑温效果增强;水化热调控剂可激发氧化镁的水化,促进膨胀能的释放,随养护温度提升,作用效果更显著;水化热调控剂可改变混凝土温升历程,特别是降低混凝土早期水化热释放速率;水化热调控剂与氧化镁复掺可降低混凝土自收缩,当水化热调控剂掺量为0.2%和0.4%(质量分数)时,混凝土收缩值分别减少了84 με和54 με;水化热调控剂会导致混凝土早龄期弹性模量降低,但对长龄期弹性模量影响不大;水化热调控剂对水泥水化历程、水化产物生成及微观结构密实程度的改变是提高混凝土抗裂性能的根本原因。     

膨胀剂对高延性水泥基复合材料力学及变形性能的影响

为了考察膨胀剂对高延性水泥基复合材料(HDCC)力学性能和变形的影响,研究了掺膨胀剂HDCC的抗折和抗压强度、弯曲韧性、单轴拉伸性能和干燥收缩变形,并采用环境扫描电镜观察了膨胀剂在HDCC中的水化产物形貌。结果表明:膨胀剂对HDCC的抗折强度基本无影响,但略微降低了抗压强度,增大了HDCC的弯曲强度和极限拉伸强度,降低了HDCC的韧性和延性;抗压强度降低幅度在15%以内,极限拉伸应变降低幅度在1/4以内,韧性降低幅度为28%~45%。掺膨胀剂后,HDCC在前2 d有一定的膨胀变形,而长龄期收缩变形值降低了1/4~1/2。膨胀剂水化产生的钙矾石提高了HDCC的体积稳定性。     

多壁碳纳米管改性水泥基复合材料的性能研究

通过试验研究了多壁碳纳米管(MWCNTs)掺量对水泥净浆的力学性能、水化特性、凝结时间、孔隙分布等性能的影响,并采用SEM(扫描电镜)观察与分析了MWCNTs改性水泥净浆的微观形貌。结果表明,MWCNTs的掺入会降低水化过程中矿物的溶解速率,因而延缓了水泥的水化进程;在适宜的掺量范围内,MWCNTs能够有效提升水泥净浆的力学强度,但当其掺量过高时,反而会对力学强度造成不利影响;MWCNTs在水泥净浆中能够分散均匀并降低水泥净浆的孔隙率,使其变得更加密实。     

多壁碳纳米管改性水泥基复合材料的性能研究

通过试验研究了多壁碳纳米管(MWCNTs)掺量对水泥净浆的力学性能、水化特性、凝结时间、孔隙分布等性能的影响,并采用SEM(扫描电镜)观察与分析了MWCNTs改性水泥净浆的微观形貌。结果表明,MWCNTs的掺入会降低水化过程中矿物的溶解速率,因而延缓了水泥的水化进程;在适宜的掺量范围内,MWCNTs能够有效提升水泥净浆的力学强度,但当其掺量过高时,反而会对力学强度造成不利影响;MWCNTs在水泥净浆中能够分散均匀并降低水泥净浆的孔隙率,使其变得更加密实。     

速凝剂与石灰石粉对水泥浆体性能的影响

通过不同掺量的速凝剂和石灰石粉对水泥浆体凝结时间、流动度、粘度、胶砂强度和水化进程的影响研究,探讨速凝剂与石灰石粉共同作用下对水泥浆体性能的影响。结果表明:石灰石粉能够提高水泥净浆的流动度和粘度,并且其流动度和粘度损失随着石灰石粉掺量的增加而增大。速凝剂掺量为5%时,石灰石粉掺量为5%,水泥的凝结时间进一步缩短,水泥胶砂3 d、7 d和28 d的抗压强度略有提高,当石灰石粉超过5%时,水泥的凝结时间随着石灰石粉掺量的增加反而延长,水泥的胶砂抗折、抗压强度随着石灰石粉掺量的增加而降低。水泥水化初始期和加速期的水化放热速率随着速凝剂掺量的增加而增加,掺加速凝剂后,水化加速期提前10 h,同时石灰石粉也能够提高水泥水化初始期和加速期的水化放热速率。掺加速凝剂后,水泥水化放热量反而降低了一半,但是加入石灰石粉后,水泥水化放热量增加。     

水泥-膨胀剂-磨细矿渣复合胶凝材料膨胀与强度发展的协调性研究

研究了水泥-膨胀剂二元复合胶凝材料和水泥-膨胀剂-磨细矿渣三元复合胶凝材料, 这两种胶凝材料可以用于制备具有良好体积稳定性的高性能膨胀混凝土(HPEC).研究表明, 存在一个最优辅助胶凝材料掺量组合, 在此条件下胶凝材料具有良好的膨胀与强度的协调性, 在水泥-膨胀剂体系中, 膨胀剂的掺量范围在6%～12%, 其中掺6%～8%时用于配制补偿收缩混凝土, 掺8%～12%时用于配制填充性膨胀混凝土.在水泥-膨胀剂-矿渣体系中, 矿渣的掺量范围是20%～40%, 对应膨胀剂的掺量及胶凝材料的适用范围为膨胀剂6%～10%时用于配制补偿收缩混凝土, 掺8%～15%时用于配制填充性膨胀混凝土.矿渣的掺入可以削减由于膨胀剂过量而导致的过高的膨胀率, 从而避免由此造成的膨胀破坏现象.     

钢渣对硬化水泥浆体结构形成的影响研究

研究了钢渣对水泥强度及体积膨胀率的影响,采用SEM和EDXA分析了水化产物的形貌和微区化学成分,并用XRD对水化产物的矿物组成进行了分析研究。研究结果表明,钢渣的掺入会降低水泥净浆的早期抗压强度,但随钢渣水化的进行,掺钢渣的水泥浆体7d以后的强度增长较快,至120d时净浆抗压强度已与纯硅酸盐水泥相近。掺钢渣的水泥的体积膨胀率比纯硅酸盐水泥的体积膨胀率大,钢渣水泥的体积膨胀率主要取决于钢渣中的fCaO含量。掺钢渣水泥的主要水化产物组成和形貌与纯硅酸盐水泥无明显差别,所不同的是C-S-H凝胶中有较多的铁相。掺钢渣水泥的水化产物主要有C2SH(C)、AFt和Ca(OH)2。     

CaO对磷渣硅酸盐水泥水化硬化影响的试验研究

通过对磷渣水泥凝结时间、力学性能、化学结合水和磷渣反应率的测定,以及XRD和SEM分析,研究了不同掺量的CaO对磷渣水泥的水化性能和微观结构的影响。结果表明,随着CaO掺量的增加,磷渣水泥的强度增加,当CaO的掺量超过2%时,磷渣水泥3d和28d抗压强度下降。CaO对磷渣活性的激发主要发生在磷渣水泥水化早期,掺2%CaO的磷渣水泥28d的磷渣反应率只比1d时增加了4.1%。     

碱-矿渣水泥缓凝剂的研究

根据碱-矿渣水泥的水化机理,研制出HN-1和HN-2型碱-矿渣水泥缓凝刺,本文主要介绍HN-1和HN-2这两种缓凝剂不同掺量对碱-矿渣水泥凝结时间和强度的影响。试验结果表明．HN—1和HN-2这两种缓凝剂可以有效延长碱-矿渣水泥的凝结时间,而且碱-矿渣水泥的净浆抗压强度和胶砂抗折强度、抗压强度与未加缓凝剂相比在低掺量时有所提高,在高掺量时有-定程度的下降。     

高温高压环境中MgO膨胀剂的性能与作用机理EI北大核心CSCD

观察了不同MgO掺量的补偿收缩水泥浆在高温高压环境中的自由膨胀率,并结合显微形貌、浆体孔隙率等微观测试手段,分析了高温高压环境中MgO膨胀剂的作用机理。结果表明:掺加适量适当活性MgO膨胀剂,可以在对浆体强度影响不大的前提下有效补偿油井水泥浆在高温高压环境中的收缩;在150℃、20 MPa下,宜使用低活性的S型MgO膨胀剂,掺量应控制在3%左右;在高温、高压环境中,Mg^(2+)的迁移速度更快,Mg(OH)2晶体的生长范围更广,体积更大;除扩张微裂缝外,Mg(OH)_(2)晶体还与水泥水化产物雪硅钙石晶簇相互穿插,扩大水化产物间的距离,所产生的膨胀率远高于常温常压条件时的。     

高温高压环境中MgO膨胀剂的性能与作用机理

观察了不同MgO掺量的补偿收缩水泥浆在高温高压环境中的自由膨胀率,并结合显微形貌、浆体孔隙率等微观测试手段,分析了高温高压环境中MgO膨胀剂的作用机理。结果表明:掺加适量适当活性MgO膨胀剂,可以在对浆体强度影响不大的前提下有效补偿油井水泥浆在高温高压环境中的收缩;在150℃、20 MPa下,宜使用低活性的S型MgO膨胀剂,掺量应控制在3%左右;在高温、高压环境中,Mg~(2+)的迁移速度更快,Mg(OH)_2晶体的生长范围更广,体积更大;除扩张微裂缝外,Mg(OH)_2晶体还与水泥水化产物雪硅钙石晶簇相互穿插,扩大水化产物间的距离,所产生的膨胀率远高于常温常压条件时的。