原材料及配比对磷酸镁水泥强度的影响

研究了M/P比值(Mg O与K2HPO4的质量比),水胶比(W/C),硼砂掺量,Mg O比表面积对磷酸镁水泥早期强度的影响,采用扫描电子显微镜对磷酸镁水泥的微观形貌进行了表征。结果表明:磷酸镁水泥1 h的抗压强度随M/P比值的增大而减小,在水化龄期为3 d和7 d时,M/P比值为4:1时磷酸镁水泥石的强度最高,最高强度达到了74.68 MPa,水胶比对磷酸镁水泥石早期强度影响不大,7 d强度随着水胶比的增大而减小,磷酸镁水泥在水化早期随着硼砂掺量的增加,水化产物晶体变得细小,晶体缺陷增多,结构疏松,其强度随着硼砂掺量增加而降低,后期水化产物连接成一体,结构致密,7 d的强度几乎没有变化。水化龄期在7 d内,磷酸镁水泥石的强度随Mg O比表面积的增大而增大。     

持续负温下矿粉掺量对水泥水化和水泥石抗渗性影响的试验研究

通过试验,研究持续负温下矿粉掺量对水泥水化和水泥石抗渗性的影响,分析水泥石抗渗性和水泥水化之间的关系,探究不同矿粉掺量对水泥水化和水泥石抗渗性的作用机理.试验结果表明:温度越低,水泥水化程度越低;随着矿粉掺量的增加,水泥水化程度都有一定程度降低,且水化前期减小量较小,水化后期减小量较大;掺入一定比例矿粉,随着龄期的增长,水泥水化速率整体呈降低趋势,而当矿粉掺入比例不同时,随着掺量的增加,不同龄期内水泥水化速率的变化规律不同.通过试验得出,28 d龄期水泥石6h电通量随着矿粉掺入比例的增加而增增加.     

水胶比对混凝土性能及气孔结构的影响分析

通过试验,对不同水胶比下混凝土28 d龄期的抗压强度、氯离子电通量及微观方面的气孔结构和气孔特征参数进行了对比分析,研究了水胶比对混凝土宏观性能及微观孔结构的影响.结果表明:过量的自由水会在混凝土内部产生毛细孔,增大水胶比相当于变相增多了混凝土内部的孔隙数量,能够显著降低混凝土的抗压强度,但较大的水胶比又能够增强局部的水泥水化反应.对氯离子电通量而言,水胶比越大,毛细孔越多,孔含量越多,相对增大了连通孔隙的数量,氯离子电通量会呈现出增大的现象.随着水胶比的减小,孔径分布也有向小孔径方向发展的趋势.此外,抗压强度与较小孔径的孔含量及孔隙率的关联度计算结果较大,氯离子电通量与气孔间距系数的关联度计算结果较大,这说明小孔含量及孔隙率能够用来表征混凝土的抗压强度,气孔间距系数也能在一定程度上表征混凝土的耐久性.     

改性磷石膏对石膏矿渣水泥水化过程的影响研究

采用质量分数为5％～25％的改性磷石膏、15％的硅酸盐水泥熟料、60％～80％的矿渣混合磨细制成石膏矿渣水泥,研究了改性磷石膏掺量对石膏矿渣水泥浆体的抗压强度、水化热、孔溶液pH值及水化产物的影响情况.结果表明,掺入改性磷石膏使得石膏矿渣水泥的3 d、7 d抗压强度降低,其掺量为10％、15％时,水泥的28 d、90 d抗压强度超过普通硅酸盐水泥.在3 d至90 d龄期内,水泥孔溶液pH值随龄期增长而逐渐增大.在相同龄期时,随着改性磷石膏掺量的增大,水泥孔溶液pH值减小,水化放热峰出现时间延缓.微观分析表明,掺入改性磷石膏后,28 d龄期时的水泥水化产物主要为钙矾石和C-S-H凝胶,水化产物的生成量在改性磷石膏掺量为15％时最多.     

粉煤灰对水泥浆体的电阻率与化学收缩的影响

研究了粉煤灰掺量分别为0、20%和40%,水胶比为0.4的水泥浆体的抗压强度、电阻率、化学收缩以及水化产物的变化规律.电阻率采用无电极电阻率法进行测试,化学收缩采用ASTM C1608-12规定的膨胀测定法进行测试.结果表明,在250 d龄期时,粉煤灰掺量为20%的硬化水泥浆体抗压强度仅比空白组低5%;当粉煤灰掺量增大时,水泥浆体在3 d龄期时的强度、电阻率和化学收缩均减小,抗压强度与电阻率之间具有很好的线性关系.XRD及热重分析表明,随着粉煤灰掺量增加,水化硅酸钙含量减少,在3 d龄期时水化产物中出现了钙矾石.     

比表面积和掺量对粉煤灰反应程度的影响

采用选择溶解法研究了粉煤灰比表面积和掺量对粉煤灰反应程度的影响.结果表明,随着粉煤灰比表面积的增加以及水化龄期的延长,粉煤灰水泥水化样中粉煤灰的反应程度不断增大.粉煤灰比表面积对粉煤灰的反应程度影响较大.随着粉煤灰掺量的增加,粉煤灰水泥水化样中粉煤灰反应程度不断减小.在早龄期时,粉煤灰掺量对粉煤灰的反应程度影响较大,随着水化龄期的延长影响逐渐减小.     

粉煤灰在水泥浆体中的反应程度研究

本文研究了粉煤灰在水泥浆体中的反应程度,并对粉煤灰的反应程度与水泥龄期、粉煤灰掺量、比表面积等因素进行了拟合,结果表明,粉煤灰在水泥中的反应程度随掺量的增加而降低,随比表面积增加而升高;粉煤灰前7d的反应程度增长较为缓慢,但28 d后,粉煤灰的反应程度增加较为迅速,90 d时仍没有变缓的趋势;粉煤灰反应程度与其比表面积、掺量、水泥龄期之间近似呈现幂函数关系.     

水泥-硅灰/粉煤灰体系强度、收缩性能与微观结构研究

为研究硅灰及粉煤灰对不同养护龄期的水泥浆体强度及收缩性能的影响,以水胶比为0.29的水泥浆体为基体,设计制备了五种硅灰及粉煤灰掺量的复合水泥浆体,借助量热仪和压汞仪测试表征了不同复合水泥浆体的水化放热特性以及孔结构组成,分析了水化放热量、孔隙率等参数随硅灰和粉煤灰掺量增加的变化规律,建立了复合浆体抗压强度与孔结构以及水化特性与收缩应变之间的量化关系。结果表明,掺入粉煤灰会大幅降低水泥净浆早期抗压强度,但对减小自收缩应变和干缩应变极为有利。掺入硅灰能明显提高净浆3 d抗压强度,但当硅灰掺量超过10%(质量分数)后,净浆3 d自收缩应变及28 d干缩应变增加极为明显。掺入硅灰会使水泥水化诱导期开始和结束的时间提前,还会增加水化反应级数和各阶段的反应速率常数值,导致水泥-硅灰复合浆体的水化放热总量和放热速率相较于水泥-粉煤灰体系大幅增加。粉煤灰和硅灰的掺入均能有效细化水泥浆体内部孔结构,提高凝胶孔比例,大幅降低大孔比例。复合浆体的72 h水化放热总量和3 d自收缩应变呈现正相关关系,而孔隙率和抗压强度呈现明显的负相关关系。     

粉煤灰水泥基材料交流阻抗谱的弥散效应研究

为了研究掺粉煤灰水泥基材料的交流阻抗弥散效应,测试并解析了粉煤灰掺量分别为0％、10％、20％及30％,水胶比为0.4的水泥基材料试件在14 d、28 d、56 d、70 d及91d龄期时的交流阻抗谱.结果表明:基体CPE1值随水化时间呈指数式降低,CPE1的弥散指数n1随着水化时间呈对数式增大.掺0％和10％粉煤灰试件不连通孔的CPE2值远大于掺20％和30％粉煤灰试件CPE2值.无论粉煤灰掺量多少,CPE2值均随水化时间先增大,后减小.对于不同粉煤灰掺量的CPE2弥散指数n2值随水化时间呈幂函数降低.粉煤灰的掺入较大地改变了水泥基材料的弥散效应,因此,考虑弥散效应解析掺粉煤灰水泥基材料交流阻抗谱是十分必要的.     

不同水胶比下钢渣粉与陶瓷抛光砖粉对水泥水化性能的影响

以工业废弃物钢渣、陶瓷抛光砖粉为辅助胶凝材料,通过对单掺钢渣粉及陶瓷抛光砖粉水泥在不同水胶比下的强度、化学结合水、孔溶液碱度及孔微观结构的测定,研究了在不同水胶比情况下,钢渣粉、陶瓷抛光砖粉在复合胶凝材料中对水泥水化性能的影响。结果表明:在相同龄期下,水胶比的改变对掺钢渣粉水泥的抗压强度影响最为显著,其次是掺抛光砖粉水泥,而对纯水泥的影响程度最小;在相同掺量、相同龄期条件下,单掺钢渣粉、陶瓷抛光砖粉水泥试样的化学结合水含量均随水胶比的减小而减小,试样的孔溶液pH值和抗压强度则随水胶比减小而增大;水化体系微观结构随水胶比的减小变得更为致密。不论水胶比大小,掺钢渣粉水泥水化体系的孔溶液pH值和化学结合水含量较掺陶瓷抛光砖粉水泥的高,但其抗压强度却低于掺陶瓷抛光砖粉水泥试样,这表明抛光砖粉的火山灰活性及微集料填充效应较钢渣粉要强,其微观结构较为致密。     

硫铝酸盐基促强减缩剂对水泥性能的影响

分别研究了随硫铝酸盐基促强减缩剂(SP-SRA)掺量变化,P·Ⅰ和P·O两种水泥的标准稠度用水量、凝结时间、28 d干空收缩以及胶砂强度的变化规律,分析了不同掺量的SP-SRA对P·Ⅰ水泥水化热、水化产物物相和微观形貌的影响。结果表明:随SP-SRA掺量的增加,两种水泥的初凝、终凝时间明显缩短,28 d干空收缩减少,各龄期抗折、抗压强度增大;早期水化放热速率随SP-SRA掺量的增加而增大,XRD和DSC分析表明SP-SRA使钙矾石含量明显增多,MIP分析结果显示随水化的进行,掺SP-SRA的水泥浆体小孔数量逐渐增多,说明钙矾石等水化产物填充了水泥石毛细孔,使得大孔数量减少,小孔数量增加,水泥石更加密实,强度增大,并且钙矾石的膨胀性抵消了部分收缩,使得掺SP-SRA的水泥干空收缩减小。     

煤矸石对硅酸盐水泥水化历程的影响

从强度、反应程度、孔溶液碱度和SEM等方面,研究了煤矸石作为水泥辅助胶凝材料的水化情况,并与Ⅱ级粉煤灰进行比较。试验结果表明:煤矸石发生火山灰反应时间比粉煤灰早,且发生火山灰反应所需的碱度值比粉煤灰低;掺煤矸石水泥水化样的早期抗压强度比粉煤灰水泥水化样低,但7d到28d强度增长速率明显大于相同掺量的粉煤灰水泥,相同28d抗压强度的条件下,煤矸石掺量比粉煤灰的掺量高10%。     

-3 ℃养护下考虑矿物掺合料影响的水泥水化程度计算模型

针对多年冻土地区工程施工时混凝土养护的问题,采用10%、20%、30%的矿粉和粉煤灰替代量等量替代水泥,测试了-3 ℃恒温养护条件下0.38水胶比水泥浆体在各个龄期的水泥水化热,计算了水泥水化程度;分析了龄期及矿物掺合料对水泥水化程度的影响规律,建立了综合考虑龄期和矿物掺合料替代量的水泥水化程度计算模型.结果表明:-3 ℃恒温养护下,矿物掺合料等量替代水泥,水泥浆体的水化程度会降低,粉煤灰降低水化程度的值要比矿粉高;在相同矿物掺合料替代量下,随着龄期的增长,矿物掺合料对水泥水化程度的影响逐渐减弱;同一龄期时,随着矿物掺合料的增加,矿物掺合料对水泥水化程度的影响逐渐增强;利用建立的模型计算了分别掺入15%矿粉和粉煤灰的水泥水化程度,与实测值相比,计算值偏离值较少,预测精度较高.     

木质素磺酸钙对水泥水化的影响

研究了掺加木质素磺酸钙(calcium lignosulfonate,CLS)后水泥净浆体系的水化速度、水化产物生成量,以及硬化水泥石的微观结构及孔隙结构的变化。CLS大幅度延缓了水泥水化放热,降低了水化速度,使3～10h内水泥的水化程度减少,但对1d后的水化程度影响不大且能促进水泥的后期水化。X射线衍射分析表明高掺量CLS促进硬化水泥中生成钙矾石,抑制水化硅酸钙(CSH)的早期生成,但对CSH的后期生成无影响。扫描电镜观察发现：CLS的掺加抑制了水化产物晶体的生长,使CSH凝胶难以形成空间网架,钙矾石晶体变得纤细。随CLS掺量的增加,硬化水泥中总孔隙容积增加,30nm以上的孔隙显著减少,10nm以下的微孔数量大幅度增加,平均孔径减小。掺加CLS的水泥浆体水化产物晶体发育不完全,硬化水泥的孔隙容积明显增加,是硬化水泥28d龄期内抗压强度显著下降的主要原因。     

聚羧酸减水剂对大掺量粉煤灰自密实混凝土水硬化性能的影响

通过SEM观察和氮吸附试验,对标准养护3d、7d和28d掺马来酸类聚羧酸减水剂的大掺量粉煤灰自密实混凝土（HVFASCC）的水化硬化性能、微观形貌、孔隙特性和强度发展进行了研究。结果表明,马来酸类聚羧酸减水剂促进了C3A水化进程,3d时可观察到大量AFm与AFt共存;同时发现,粉煤灰-基材存在次生界面过渡区,其特征与粗集料-基材接口过渡区类似,但随水化进程发展逐步消失;聚羧酸减水剂与大掺量粉煤灰提高了混凝土的匀质性,改善了水泥石孔结构,且随龄期增长,大孔减少,小孔增多,混凝土强度稳步增长。马来酸类聚羧酸减水剂促进了水泥早期水化,弥补了确良HVFASCC早强低的性能缺陷,掺马来酸类聚羧酸减水剂的HVFASCC微观结构致密,可在混凝土结构中应用。     

养护温度对高掺量粉煤灰硅酸盐水泥砂浆干缩性能的影响

实验研究了经20℃(标准养护)和60℃养护后,高掺量粉煤灰水泥砂浆的干缩性能。用结合水法、压汞法对水泥水化程度、水泥石孔结构及其分布进行研究。分析了养护温度对不同掺量粉煤灰硅酸盐水泥砂浆干缩性能影响的机理。结果表明：经20℃养护后,高掺量粉煤灰水泥砂浆在各龄期的干缩均小于不掺或低掺量粉煤灰水泥砂浆的干缩。经60℃养护后,高掺量粉煤灰水泥砂浆的干缩大于不掺或低掺量粉煤灰水泥砂浆的干缩。当粉煤灰掺量较低时(0～20％),经高温养护的水泥砂浆的干缩小于低温养护的。粉煤灰掺量较高时,高温养护的水泥砂浆的干缩大于低温养护的。掺粉煤灰水泥砂浆,无论经高、低温养护,各龄期的干缩均比标准养护的小,并且掺粉煤灰水泥砂浆的干缩稳定期较不掺粉煤灰水泥的早。温度对不掺粉煤灰的硅酸盐水泥砂浆干缩的影响主要是影响C—S—H凝胶的微观结构,而对于粉煤灰水泥则主要是影响水泥石的孔径分布及水化程度。     

养护温度对矿粉水泥石强度及细观结构影响研究

为研究不同养护温度下矿粉水泥石早期（28 d）强度及细观孔结构分布特征,设定水泥石的水灰比为0．24,以掺入不等量的矿粉为掺合料,分别将水泥试块在－3℃和20℃条件下养护28 d,测定水泥石的抗压强度,用孔结构分析仪对细观孔结构进行分析,并通过水泥石的孔隙结构计算水泥石的实际抗压强度,对比分析其规律。结果表明：矿粉掺量相同时,－3℃养护下水泥石较20℃养护下水泥石早期抗压强度明显降低,水泥石硬化后含气量变小,孔间距系数和气孔平均弦长增大,孔径粗化严重;随着矿粉掺量的增多,水泥石早期抗压强度呈下降趋势,水泥石硬化后含气量增大,孔间距系数和气孔平均弦长增大,其中－3℃养护下的水泥石孔间距系数、气孔平均弦长和早期抗压强度变化趋势较20℃养护下变化明显。     

大掺量磷石膏矿渣水泥的水化历程与长期强度研究

采用大掺量磷石膏、粒化高炉矿渣和熟石灰制备石膏矿渣水泥，通过水化热、化学收缩、孔溶液pH值和抗压强度试验，并结合XRD和SEM-EDS测试，探究磷石膏掺量对石膏矿渣水泥的水化历程与长期强度的影响规律。结果表明，当磷石膏的掺量从40%增大到70%(质量分数，下同)时，水泥浆体的第三放热峰峰值逐渐减小，14 d化学收缩从0.066 mL·g^-1增大到0.193 mL·g^-1,早期(0～1 d)化学收缩速率明显增大，孔溶液pH值在28 d龄期内趋于稳定，且与28 d龄期相比，90 d龄期试件的抗压强度提高了12.3%～27.8%。XRD和SEM-EDS分析表明，水泥浆体中主要包含二水石膏、石英、钙矾石和C-S-H凝胶等物质。28 d龄期时，随着磷石膏掺量的增大，钙矾石的生成量从7.48%减小到2.84%,C-S-H凝胶的钙硅比(摩尔比)从1.08增大到2.24。     

喷射粉煤灰混凝土微观结构和力学性能试验研究

为研究喷射粉煤灰混凝土在养护过程中微观结构和力学性能的变化,采用X-射线衍射法、热重-差示热法、扫描电镜法对喷射粉煤灰混凝土微观结构进行分析,并对其1d、3d、7d、28 d、60 d、90 d和180 d的抗压强度、劈裂抗拉强度进行研究.结果表明:养护龄期对喷射粉煤灰混凝土微观结构和力学性能影响大,且微观结构与力学性能之间存在密切联系.龄期为1d时,由于速凝剂的作用,喷射粉煤灰混凝土强度较高.龄期低于28 d时,粉煤灰等量替代水泥,控制水泥水化速度的有效水灰比相对增大,喷射粉煤灰混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度随粉煤灰掺量增加下降;龄期高于28 d时,粉煤灰活性被激发,喷射粉煤灰混凝土微观结构变得密实,喷射粉煤灰混凝土抗压强度随粉煤灰掺量增加先上升后下降,劈裂抗拉强度随之上升.     

Ⅱ级粉煤灰对混凝土力学性能影响研究

以Ⅱ级粉煤灰作为超细掺合料掺入到混凝土中，研究在不同龄期、不同水胶比、不同掺量情况下混凝土的强度发展规律。通过试验研究发现：在水胶比不变时，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的强度是在逐渐降低的；当粉煤灰掺量不变时，随水胶比的降低，混凝土同龄期的抗压强度逐渐增大。以28d为标准设计龄期，使用42．5R普通水泥，控制水胶比在0．40～0．30，掺加Ⅱ级粉煤灰，可配制出C35～C45的高性能混凝土。