固态碱组分碱矿渣水泥水化热及结合能变化规律研究

通过测定水化热和元素结合能， 固态碱组分碱矿渣水泥在水化过程中化合物的分解，变化和形成过程，为进一步研究这种新型胶凝材料的水化机理提供了理论依据。     

利用硬脂酸钙改善孔结构以降低碱矿渣水泥石吸水速率

碱矿渣水泥石吸水速率通常高出普通硅酸盐水泥石3～5倍,对其耐久性有严重负面影响.传统方法(如填充密实和调整配合比等)难以有效降低碱矿渣水泥石吸水速率,本工作利用硬脂酸钙(CaSt)改善碱矿渣水泥石孔结构,同时在孔隙壁上引入硬脂酸钙憎水膜,以降低碱矿渣水泥石吸水速率.通过MIP、SEM等测试手段,研究了硬脂酸钙对碱矿渣水泥石孔隙率、孔径分布、孔隙曲折度和孔形貌的改善作用,以揭示CaSt对吸水速率的改善机理.结果表明:CaSt能够在无害孔范围(100 nm内)优化AAS孔径分布,减少水化产物缺陷,增大孔隙连曲折度,并在水化产物基体壁形成CaSt憎水膜,有效降低碱矿渣水泥石吸水速率约80％左右,且低于普通硅酸盐水泥.在碱矿渣水泥体系中硬脂酸钙的特点在于兼具疏水性和孔结构改性作用,同时对力学性能影响较小,具有优越的推广潜力和研究价值.     

用交流阻抗研究碱激发矿渣水泥与硅酸盐水泥的水化和微观结构

交流阻抗是一种灵敏的无损结构测试方法,利用该方法可以可靠并准确地表征体系微观结构的变化。用交流阻抗方法对碱激发矿渣水泥和硅酸盐水泥的水化和微观结构进行研究,并提出了合适的等效电路模型,其中R1和R3分别表示连通孔和非连通孔内导电路径的电阻,n2是与毛细孔有关的常相角指数,n3与凝胶孔有关。实验结果表明R1、R3以及n2均随水化龄期的延长而增大,且碱激发矿渣水泥浆体电阻R1和R3均大于硅酸盐水泥浆体,n2则相反。碱激发矿渣水泥浆体n3在0.93~0.99范围内变化,而硅酸盐水泥浆体n3值则基本保持为0.75不变。     

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。     

环氧树脂缓释激发剂对碱-矿渣水泥性能的影响

碱-矿渣水泥目前常用缓凝剂延长凝结时间,但缓凝剂存在用量不宜控制、缓凝效果受温度影响较大、影响早期强度等问题。本研究采用一种缓释型碱激发剂对其凝结时间进行调节。实验采用不同总质量的环氧树脂包覆处理水玻璃,得到不同厚度的环氧树脂覆膜,研究了不同覆膜厚度的激发剂对碱-矿渣水泥凝结时间、力学性能、微观性能的影响。实验表明,使用环氧树脂覆膜于激发剂表面后,能显著延长碱-矿渣水泥的凝结时间,其中100%包裹组将初凝时间延长了90%;环氧树脂的加入提高了水泥的1 d强度,75%包裹组1 d强度提高了54.02%;环氧树脂对28 d的抗压强度贡献不大,但能提高试件的韧性,25%包裹组的压折比降低了10.18%;环氧树脂以覆膜形式加入碱-矿渣水泥中较直接以外加剂加入更能促进基体的水化进程。     

配制参数对碱矿渣混凝土强度影响的研究

研究了配制参数碱组分种类和掺量、矿渣细度、溶矿比、矿渣/集料比和砂率等对碱矿渣混凝土强度的影响.研究表明,其它条件相同时,碱矿渣混凝土强度随矿渣细度增加而提高;随溶矿比的增大而降低;随矿组分用量增加而提高;矿渣/集料比和砂率对碱矿渣混凝土强度影响较小;模数在1.0～2.0范围内,碱矿渣混凝土的强度随水玻璃模数提高呈增长趋势.     

矿渣水泥水化产物平衡体系的研究

通过分析硅酸盐水泥熟料矿物组成、水化特性,矿渣的化学组成和水化过程,研究了普通矿渣水泥、碱矿渣水泥水化产物平衡体系的稳定性,并根据矿渣水泥系统水化产物稳定存在的条件,研制了适用于高掺量矿渣水泥的复合外加剂。     

再生混凝土微粉在碱激发胶材体系中的作用效应研究

再生混凝土微粉(RCP)中含有大量的SiO₂、CaO、Al₂O₃和少量未水化的水泥,通过物理或化学激发后可作为辅助性胶凝材料(SCMs)。再生微粉的资源化利用对节约原料和处置利用废弃物具有重要意义。本工作制备了不同RCP取代率的碱激发胶凝材料,研究了其流动性能、力学性能、微观表征及水化过程。结果表明,RCP的掺入提高了碱激发胶凝材料的流动性,10%～40%取代率下胶凝材料的流动性总体提高了2%～12%;当RCP掺量为10%时,碱矿渣胶凝材料的抗压强度提高了13%;RCP中的非活性颗粒填充了水化产物间的孔隙,形成了密实的微观结构;RCP中非活性颗粒阻碍了碱溶液与矿渣的反应,因此RCP的掺入推迟了碱激发体系第二放热峰的出现,降低了胶凝材料的早期放热速率。     

高炉矿渣的组成和结构对其在碱性环境中早期水化特性的影响

以不同组成和结构的高炉矿渣作为研究对象,借助XRD、ICP-MS以及²⁹Si MAS NMR等微观测试手段,探究了高炉矿渣在碱性环境中的离子溶出特性、硅氧四面体聚合状态随水化龄期变化的影响规律。研究表明:高炉矿渣中玻璃体的活性受其化学组成和结晶相含量影响,结晶相及铝氧结构单元的存在和增多降低了玻璃体结构的聚合度;网络改性剂在玻璃体结构中表现为不均匀分布,不同网络形成体结构单元的水解会伴随不同的水化特性;在碱性环境下,高炉矿渣玻璃体结构中硅氧四面体含量较大时,其硅氧结构更易被破坏,溶液中硅离子的浓度较高,溶液pH值维持在较低水平,生成的水化产物中高聚态硅氧四面体较多;高炉矿渣玻璃体结构中铝氧四面体含量较大时,其铝氧结构更易被破坏,溶液中铝离子及钙离子的浓度较高,液相pH值维持在较高水平,生成的水化产物中高聚态硅氧四面体较少。     

聚乙烯醇纤维对碱矿渣泡沫混凝土性能的影响

以水玻璃为激发剂,制备干密度为350kg/m~3的碱矿渣泡沫混凝土,为提高碱矿渣泡沫混凝土的韧性,降低干燥收缩,本工作研究了聚乙烯醇(PVA)纤维对碱矿渣泡沫混凝土干密度、强度、折压比、吸水率和干燥收缩性能的影响。结果表明:PVA纤维对碱矿渣泡沫混凝土干密度无明显影响;PVA纤维掺量为0.6~1.2kg/m~3时,碱矿渣泡沫混凝土的抗折强度和折压比明显增加,韧性得到明显改善;碱矿渣泡沫混凝土吸水率也低于未掺纤维的泡沫混凝土;PVA纤维掺量大于0.6kg/m~3时,碱矿渣泡沫混凝土的干燥收缩显著降低;综合碱矿渣泡沫混凝土性能及经济性等因素,碱矿渣泡沫混凝土中PVA纤维最优掺量为0.6kg/m~3。     

碱矿渣高性能混凝土冻融耐久性与损伤模型研究

采用矿渣、Na2SiO3和NaOH复合激发剂制备了高性能碱矿渣混凝土(Alakali-slag Concrete,ASC),通过冻融循环试验、扫描电镜和能谱分析测试,研究了ASC的冻融耐久性、微观结构、性能机理、冻融后内部损伤变量的变化规律及损伤模型。结果表明:ASC抗冻等级在F300以上,具有优异的抗冻融耐久性;ASC的水化产物主要为低Ca/Si比的C-S-H(Ⅰ)、碱性铝硅酸盐和沸石型矿物等,没有Ca(OH)2和过渡带,结构的密实性和均匀性好,抗压强度高达90MPa,因此ASC具有优异的抗冻性;以相对动弹模量为损伤变量建立了ASC冻融损伤模型,发现动弹模量衰减模型的拟合精度优于冻融累积损伤模型,幂函数模型比指数函数模型有更好的拟合精度和相关性,模型能够较好地反映ASC的冻融损伤规律和损伤程度。     

内掺Ca(OH)_2对碱矿渣混凝土强度发展的影响

通过水化热、孔隙率及吸水率测试、XRD等分析手段,研究了内掺Ca(OH)_2对碱矿渣混凝土性能发展规律的影响。测试结果表明,加入Ca(OH)_2后,碱矿渣水泥水化速率提高,可进一步加快其早期强度发展;碱矿渣混凝土试件28d的毛细孔率及吸水率均有所下降,说明混凝土孔结构得到了优化;XRD分析表明,碱矿渣混凝土中富钙水化产物增多并生成了水化铝酸四钙。     

碱矿渣胶凝材料的固砂特性及抗硫酸盐侵蚀性能

碱激发注浆材料作为一种路基、基础加固的环保胶凝材料,其水化产物中不仅没有氢氧化钙,而且部分水化产物还具有吸附硫酸根离子的效果,因而碱激发注浆材料抗硫酸盐侵蚀效果优异,具有广阔的应用前景。本研究对比分析了氧化镁激发矿渣(GGBS-MgO)、氧化钙激发矿渣(GGBS-CaO)与水泥(PC)三种材料固结砂的固结特性及抗硫酸盐侵蚀性能,通过外观、无侧限抗压强度、质量变化率、物相与微结构变化揭示了其抗硫酸盐侵蚀的机理。结果表明:CaO激发可以获得相对更高的pH值,有利于矿渣中玻璃体内O-Si-O、O-Al-O键的断裂,形成更多的水化产物,从而具有更好的固结特性。与水泥固结砂相比,GGBS-MgO、GGBS-CaO固结砂的28 d无侧限抗压强度分别提升了42.2%和101.2%。在5%(质量分数)Na_2SO_4溶液中浸泡150 d时,PC组中氢氧化钙被消耗形成钙矾石和大量石膏等腐蚀产物,引起试件明显开裂,孔隙率增长82.8%,无侧限抗压强度仅为0.41 MPa;而GGBS-MgO、GGBS-CaO则在硫酸盐的持续激发下继续水化,并能吸附侵入的硫酸根离子形成类水滑石,强度持续增长,抗硫酸盐侵蚀性能明显提高。     

碱矿渣陶粒混凝土砌块砌体受压本构关系

为考察碱矿渣陶粒混凝土砌块砌体的受压本构关系及基本力学性能,完成了126个用碱矿渣陶砂砂浆和碱矿渣陶粒混凝土砌块砌筑的砌体试件的轴心抗压试验。研究结果表明:当砌块抗压强度和砌筑砂浆抗压强度相同时,由于碱矿渣陶砂砂浆收缩大,该类砌体的峰值压应变、极限压应变均低于普通混凝土砌块砌体。建立了以砌体抗压强度、砌块抗压强度和砌筑砂浆抗压强度为自变量的这类新型砌体峰值压应变、极限压应变以及弹性模量计算公式。     

养护条件对碱-矿渣-偏高岭土复合胶凝材料强度的影响

研究了偏高岭土对碱矿渣水泥强度的影响规律和不同养护条件下碱-矿渣-偏高岭土复合胶凝材料(M-AAS)的强度发展情况.结果表明:80%湿度和40℃温度下,掺入适量偏高岭土能提高碱矿渣水泥的强度性能,最佳掺量为20%左右;对于掺20%偏高岭土的碱-矿渣-偏高岭土复合胶凝材料,在80%湿度下,养护温度的提高有利于抗压强度的发挥,但对抗折强度的发挥不利;在80%湿度和20℃温度下,复合材料的抗折强度出现倒缩,对80%湿度养护和水中养护两种养护条件进行适当的组合,强度倒缩现象没有发生.     

碱矿渣水泥混凝土研究进展及其发展前景

碱矿渣水泥是一种具有高强度、高耐久性、大幅度利用工业废料的新型建筑材料；基于大量文献材料综述了这种水泥的研究和应用情况。     

响应面方法优化碱激发矿渣-石粉水泥砂浆的研究

基于响应面中的中心复合试验法,选择碱含量和石灰石粉含量作为配合比变量,制备碱激发矿渣-石粉水泥砂浆,并研究其不同龄期的力学强度。通过数据处理得到各变量与抗折、抗压强度的响应曲面,分析了各变量对碱激发矿渣-石灰石粉水泥砂浆强度的影响规律,建立了各龄期强度的响应面模型,为现场不同龄期的砂浆强度预测提供了科学的方法。结果表明,当Na2O含量为8.27%(质量分数,下同)、石灰石粉含量为14.02%时,各组分能充分发挥协同作用,保证良好的力学性能,且响应面法是一种有效优化碱激发水泥砂浆组分的方法。     

碳酸化钢渣和矿渣作硅酸盐水泥混合材水化性能研究

通过对钢渣碳酸化前后的硅酸盐相提取及水化放热性能和将碳酸化钢渣和矿渣作为混合材的硅酸盐水泥的胶砂强度和水化产物种类的测定,以及对它们微观形貌的观察,研究了碳酸化钢渣对胶凝体系水化性能的影响.结果表明,碳酸化使钢渣中硅酸盐相的含量由47.06％下降至14.38％;碳酸化促进了钢渣的早期水化,抑制其后期水化;在配比相同的条件下,碳酸化钢渣-矿渣-硅酸盐熟料体系试样的3、28d抗压强度较未碳酸化钢渣-矿渣-硅酸盐熟料体系试样的高;碳酸化生成的CaCO3促进了熟料的水化;碳酸化钢渣促进了胶凝体系中AFt的生成,且生成水合碳铝酸钙.     

碱水泥

对Ｍｅ２Ｏ－ＭｅＯ－Ｍｅ２Ｏ３－ＳｉＯ２－Ｈ２Ｏ（其中ＭｅＯ：ＳｉＯ２＝０－３，Ｍｅ２Ｏ３：Ｍｅ２Ｏ＝０－２１）系统进行了研究，提出了在整个水化阶段影响结构形成强度和形成速率的主要因素，建立了水泥浆体强度、变形、耐火和耐蚀性和水化产物相组成之间的关系，并研究了形成目标相组成所必需的硬化条件。这数据为开发一系列具有预定碱水泥奠定基础。同时本文还列举了高效碱渣和竹粉煤灰结合剂、碱波特半水泥、碱渣波特兰     

碱对粉煤灰的活化和微观结构的影响

用X-射线、SEM研究了粉煤灰在不同碱度环境下的活化机制、水化产物和微观结构。研究表明:粉煤灰硅酸盐水泥在常温下养护,粉煤灰的反应能力较低,这是因为在Ca(OH)2存在条件下的活化很慢,只有提高养护温度或在复合碱和硫酸盐存在条件下才有利于结构的解体和水化产物的稳定。