掺多膨胀源膨胀剂复合胶凝体系的膨胀性能及力学性能研究

为研究不同膨胀源膨胀剂对复合胶凝体系膨胀性能及力学性能的影响,对单掺及复配多膨胀源膨胀剂补偿收缩复合胶凝体系的限制膨胀率及抗折、抗压强度等开展了试验研究.结果表明:氧化镁和氧化钙-硫铝酸钙(简称CA膨胀剂)两种膨胀剂在单掺情况下,CA膨胀剂膨胀量远大于氧化镁;CA膨胀剂的膨胀速率随掺量的减小而变缓,膨胀稳定期变长,而MgO膨胀剂的膨胀速率不受掺量的影响.复掺情况下,高活性MgO的限制膨胀率始终大于低活性MgO,且后期膨胀差距会随着MgO膨胀剂掺量的增加逐渐增大.当CA、MgO两种膨胀剂在质量比为1:1复配情况下,可采用叠加原理来较为准确地预测多膨胀源膨胀剂的膨胀经时发展规律以及膨胀量.对于强度而言,相同掺量下MgO膨胀剂对强度的影响小于CA膨胀剂.此外,复掺试验组限制膨胀与限制强度随龄期发展的协调性取决于该配合比中对膨胀能贡献更大的单类型膨胀剂的协调性.     

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.     

温度和湿度对氧化镁膨胀剂膨胀性能的影响

为研究温度和湿度对氧化镁膨胀剂膨胀性能的影响,探讨氧化镁膨胀剂敏感性影响因素的作用机理,开展了养护温度(20℃、40℃、60℃、80℃)和养护湿度(RH100％、RH95％、RH60％、绝湿)对掺氧化镁膨胀剂的净浆、砂浆膨胀特性以及微观结构的影响研究.结果 表明:养护温度越高、养护湿度越大,氧化镁膨胀剂的膨胀效能发挥越大;氧化镁膨胀剂对20 ～ 40℃温度范围不敏感,对40 ～ 80℃的温度范围十分敏感;氧化镁膨胀剂对高湿度环境(RH≥95％)不敏感,对低湿度环境(RH≤60％)较为敏感;氧化镁膨胀剂自身膨胀效能及水化反应动力学参数的差异是造成温度和湿度敏感性差异的主要原因.     

MgO膨胀剂对水泥浆体收缩的影响

研究了掺轻烧MgO膨胀剂的水泥浆体在不同养护条件下的变形性能,并采用X射线衍射仪、同步热分析以及背散射扫描电镜分析了掺MgO膨胀剂的水泥浆体中MgO的水化性能.结果表明:水泥浆体在不同的养护条件下养护,其相对湿度越大,收缩越小.在相同养护湿度条件下,水中预养护时间越长,其收缩越小.掺入MgO膨胀剂可以有效地降低低湿度条件下水泥浆体的收缩,其主要原因是轻烧MgO膨胀剂在缺水养护的低湿度条件下也能进行水化反应生成Mg(OH)2,从而降低了水泥浆体的收缩.     

新型早强剂水泥浆体系室内性能研究

现今使用的水泥浆体系不能完全满足中低温浅层油气井的固井需要,达不到防止窜槽和低温促凝以及微膨胀的目的,本文针对这些问题研发了一种具有膨胀性能的新型早强剂,设计开发出一套新型早强剂水泥浆体系。实验结果表明：该水泥浆体系具有温度适用范围广、微膨胀、沉降稳定性好、抗压强度高、流变性能好、防气窜性能好,稠化时间可调等优良性能,为提高中低温油气井固井质量提供了技术依据。     

游离氧化钙对水泥浆体体积膨胀的影响机制

硬化水泥桨体由于水泥中游高氧化钙水化会导致体积膨胀。研究发现,浆体的体积膨胀除与ｆＣａＯ的含量和活性有关外,还与浆体的结构和性能密切ｆＣａＯ水化形成Ｃａ（ＯＨ）２时,不仅固相体积增加,而且空隙体积亦增加,而且空隙体积亦增加。ｆＣａＯ在浆体硬化结构形成之后水化,且其水化产物成堆聚集时才会导致浆体体积膨胀。     

油气田领域膨胀橡胶的膨胀性能研究

进行了油气田领域遇油膨胀橡胶[三元乙丙橡胶(EPDM)]和遇水膨胀橡胶[氢化丁腈橡胶(HNBR)]膨胀性能的研究。结果表明:温度对EPDM遇油膨胀橡胶和HNBR遇水膨胀橡胶的膨胀性能影响很大,温度越高,膨胀橡胶的膨胀尺寸越大;氯化钠溶液的质量分数越大,HNBR遇水膨胀橡胶的膨胀性能越差。EPDM遇油膨胀橡胶可在室温~200℃使用,HNBR遇水膨胀橡胶可在70~200℃使用,HNBR遇水膨胀橡胶在氯化钠溶液质量分数0.2以上仍可使用。     

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。     

菱镁矿尾渣煅烧MgO膨胀剂在一维限制砂浆中的膨胀性能

为探讨菱镁矿尾渣在制备MgO膨胀剂(MEA)应用上的可能性,研究了辽宁海城菱镁矿尾渣煅烧MEA的活性及其在不同温度水养护砂浆试件中的一维限制膨胀率.结果表明,利用废弃菱镁矿尾渣经高温煅烧可制备出不同活性的混凝土用MEA,且煅烧温度越高,活性越低;不同养护温度下MEA表现出不同的膨胀性能,掺低活性MEA的砂浆试件的膨胀受养护温度的影响更为显著;相较于菱镁矿煅烧得到的MEA,由菱镁矿尾渣煅烧的MEA中有效方镁石成分较低,同掺量情况下膨胀性能较差,实际应用中可通过适当提高MEA掺量以保证对混凝土收缩的有效补偿.     

限制条件下砂浆中MgO膨胀剂的膨胀特性

本文研究了掺MgO膨胀剂(MEA)的限制砂浆试件在不同温度水养护条件下的限制膨胀率,对不同活性的MEA的膨胀特性进行了评价.结果表明,随着MEA掺量的增加,砂浆试件的限制膨胀率也随之增大;MEA活性越高,试件膨胀率增长越快;养护温度的升高缩短了膨胀稳定的时间,活性反应时间为68 s的MEA在20℃、30℃、40℃、60℃和80℃水养护条件下膨胀终止时间分别约为180 d、120 d、90d、14 d和7d,可见,养护温度的升高对MEA的水化加速作用明显;同时,养护温度的升高对掺MEA砂浆试件的最终膨胀率有一定影响.高温养护与低温养护条件下MEA的膨胀特性具有一定的关联性.     

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.     

工业固体废弃物制备混凝土膨胀剂的研究进展

随着我国工业的快速发展,废弃物的处理、利用成为了一个亟待解决的问题.一些含有活性的Al2 O3和游离的CaO、MgO的工业废渣可以用来制备混凝土膨胀剂.这些成分可以与水或其他成分反应产生体积变大的晶体,来补偿混凝土的收缩.不仅可以废物利用,达到资源利用化最大,而且解决了废弃物引起的环境问题,产生良好的社会效益和经济效益.综述了利用工业废弃物制备混凝土膨胀剂的方法及研究进展,分析了膨胀剂的制备原理和膨胀源.     

硫酸盐侵蚀下硬化水泥浆体微结构演变及膨胀过程的数值模拟

根据硫酸盐侵蚀机理,利用改进的CEMHYD3D水化模型和随机概率方法,建立了硫酸盐侵蚀下硬化水泥浆体的微结构演变模型。在微观层次上,模拟了浆体孔溶液中硫酸根离子的自由扩散、随机碰撞和转化反应,分析了膨胀性侵蚀产物生长导致的微结构损伤和体积膨胀,计算了侵蚀过程中石膏和钙矾石的生成量及浆体的膨胀应变,并与已有试验结果对比分析验证了模型的合理性。在此基础上,数值模拟了硫酸盐侵蚀下不同水灰比水泥浆体的微结构演变及膨胀过程。结果表明：同一硫酸盐浓度下,硬化水泥浆体中氢氧化钙和含铝物相与孔隙的接触面积越小,浆体的膨胀应变越低;水灰比为0.25、0.30和0.35的硬化水泥浆体的孔隙填充程度分别达到9.09%、9.27%和9.41%时,浆体膨胀应变开始快速增大;硫酸盐侵蚀溶液浓度增大,浆体体积快速膨胀的时间提前。     

偏高岭土对水泥石热膨胀性能的影响

本文研究了偏高岭土对硬化水泥石热膨胀性能的影响规律,利用热重-差示扫描量热同步分析(TG-DSC)和扫描电镜(SEM)观察等测试方法分析其影响机理,并采用甲醇吸附法测定水泥石孔隙率.实验结果表明:水泥石的线性应变和线膨胀系数随着偏高岭土掺量的增大而减小,当偏高岭士掺量达到20%时,水泥石热应变及热膨胀系数分别降低23.8%和28.2%;偏高岭土的掺入可降低水泥石中Ca(OH)<,2>的含量,并且使水泥石微观结构得到改善.     

己二酸对掺石灰石粉水泥浆性能的影响

为探究掺加石灰石粉的水泥浆中加入己二酸的作用效果,对添加己二酸的掺石灰石粉水泥浆体流动性、强度、水化热及化学结合水的影响规律进行了研究.利用X射线衍射和扫描电镜技术手段对其机理进行分析.结果表明:己二酸的加入提高了掺石灰石粉水泥浆体的流动度、3 d强度、早期水化温升值和早期水化结合水量,掺入己二酸在3d时生成更多的水化碳铝酸钙,水化产物结构更加致密.     

外掺氧化镁膨胀剂对水泥净浆流变特性及胶砂强度的影响

研究了氧化镁膨胀剂在不同掺量下对水泥浆体流变特性和胶砂强度的影响规律。研究结果表明:外掺氧化镁膨胀剂,会降低水泥浆体流动度,增大浆体的剪切粘度,提高浆体的屈服应力和塑性粘度;掺氧化镁膨胀剂胶砂3d龄期的抗压强度稍低于不掺氧化镁膨胀剂的胶砂,7d、28d时抗压强度高于不掺氧化镁膨胀剂的胶砂,当掺量为6%时,抗压强度较不掺氧化镁膨胀剂的胶砂增加了10%左右;3d、7d龄期时掺氧化镁膨胀剂组的胶砂抗折强度要低于不掺氧化镁膨胀剂组,而28d龄期抗折强度明显高于不掺氧化镁膨胀剂组。