氯盐侵蚀-冻融循环耦合作用下改性糯米灰浆耐久性能增强方法

为改善传统糯米灰浆应用在砖石古建筑修复与加固中的酥碱冻害,掺加质量分数为12.5％、25％和50％的偏高岭土与1％的麻纤维,获得了一种改性糯米灰浆复合材料.以力学强度、质量损失及相对动弹性模量为依据,详细研究了改性灰浆的应用性能.利用红外光衍射、X-ray粉末衍射和扫描电镜等微观分析方法,系统探究了改性灰浆在标准养护、冻融老化及氯盐侵蚀-冻融循环耦合作用下的性能演变机理.结果表明,混掺纤维和偏高岭土能显著改善灰浆的强度、抗冻性与耐盐性.偏高岭土生成的水化凝胶C-S-H与C-A-H可固化氯离子生成弗里德尔盐以抵抗孔隙破坏,增强了灰浆在氯盐环境下的抗冻性.氯盐侵蚀-冻融循环耦合作用下耐久性指标随麻纤维的掺加而小幅增大,随偏高岭土掺加而先提升后降低.其中以在糯米灰浆中混掺1％麻纤维与25％偏高岭土的增强方法最优.     

解毒飞灰对水泥稳定碎石抗压强度的影响机制研究

为了探究解毒飞灰对水泥稳定碎石抗压强度形成与发展的影响机制，研究了水泥-解毒飞灰浆体中Ca(OH)₂与Friedel盐变化、水化产物微观形态以及水化产物元素的变化规律，揭示了水泥-解毒飞灰水化产物变化与水泥稳定碎石试件的抗压强度演变间的关系，基于解毒飞灰的合理掺配区间，提出不同氯盐含量下解毒飞灰在水泥稳定碎石中的掺量限制范围。结果表明，水泥稳定碎石抗压强度随解毒飞灰掺量的增加先升高后降低，后期强度呈现回升趋势；解毒飞灰中可溶氯盐的含量是影响水泥水化产物生成量与强度发展的关键因素，低解毒飞灰掺量引入了合理含量的可溶氯盐，水化产物中Ca(OH)₂含量增加，且生成新的水化产物Friedel盐，促使浆体结构更加密实和优化，抗压强度得以增长；随解毒飞灰掺量的增加，Ca(OH)₂生成量先增后降，而Friedel盐持续增长；当解毒飞灰掺量超过一定掺量后，体系中出现游离的氯盐，在水泥熟料颗粒表面形成包裹层阻碍其进一步水化，从而抑制抗压强度的发展。为保证水泥稳定碎石早期与后期强度稳定发展，建议该解毒飞灰掺量控制在4%以内，各地区解毒飞灰掺...     

基于炭纤维水泥基材料电阻率变化的水化进程监测

研究了水化过程中空白水泥石与炭纤维水泥石的电阻特性,探讨了炭纤维水泥石的电阻率与其自身水化进程以及强度的关系,并对掺加早强剂和热养护炭纤维水泥石的电阻率与水化进程以及强度之间的关系进行了进一步的探讨。研究结果表明:水化过程中水泥石的极化作用较强,测试时不能获得稳定的电阻率,掺入质量分数0.30%以上的炭纤维后可以获得稳定的测试电阻。纤维掺量为0.35%的水泥石的电阻率与水化进程呈线性关系。掺加早强剂和热养护的炭纤维水泥石的电阻率与水化进程同样呈现线性关系。应用炭纤维水泥基材料电阻率对其自身水化进程的监测是可行的。     

养护条件对次轻混凝土强度及抗盐冻性能的影响

研究了养护条件对不同水胶比次轻混凝土强度及盐冻性能的影响，并通过对其内部相对湿度、孔结构及水化产物的测试分析探究其作用机理。结果表明，自然养护条件下，掺50%体积轻骨料次轻混凝土早期强度较低，而其在7～28 d龄期内增长率高；特别是低水胶比混凝土，其14 d龄期强度超过标准养护与水中养护条件下试件强度。对于低水胶比混凝土，水中养护和标准养护可中止或减缓混凝土内水分向外界迁移，水泥的充分水化导致水泥石结构更致密，混凝土抗盐冻性能较好。对于高水胶比混凝土，自然养护条件下混凝土28 d龄期的内部相对湿度仍有90%,其内部存在充足水分供给水泥水化，水泥石孔结构良好；当处于盐溶液中时，相比于含水率较高的水中养护与标准养护下混凝土，自然养护条件下混凝土的水饱和程度低，故其抗盐冻性能最好。     

粉煤灰陶粒混凝土的抗盐冻性能

为了评价桥面铺装中应用的轻骨料混凝土长期耐久性,利用R ILEM推荐混凝土抗盐冻性能试验标准(CDF)研究了粉煤灰陶粒混凝土与普通混凝土的抗盐冻性能.结果表明:相同强度等级的掺加矿物掺合料的粉煤灰陶粒混凝土的抗盐冻性能明显优于普通混凝土的抗盐冻性能.复掺矿物掺合料混凝土的抗盐冻性能优于单掺矿物掺合料混凝土的抗盐冻性能.与普通混凝土相比,通过SEM-EDXA的分析,掺与未掺矿物掺合料陶粒与水泥石之间的界面过渡区的范围明显变小,这是粉煤灰陶粒混凝土抗除冰盐性能优良的重要原因.     

活化煤矸石对水泥水化的影响

研究了活化煤矸石-氢氧化钙体系的水化热、水化产物成分以及活化煤矸石水泥体系的水化过程、水化产物的微结构,结果表明,在石膏的激发下,活化煤矸石能够发生二次水化,与Ca（OH）2反应形成钙矾石、水化硅酸钙、水化铝酸钙等有利于提高水泥石强度的水化产物;活化煤矸石水泥硬化浆体中Ca（OH）2的含量在水化3d时最多,而后随龄期逐渐减少;阐明了活化煤矸石能够降低水化产物中氢氧化钙的含量、抑制氢氧化钙晶体的生长和聚集,并改善水泥石结构．     

聚乙烯醇纤维对盐冻混凝土抗折强度的影响

通过聚乙烯醇纤维增强混凝土(PVA-FRC)试件和素混凝土试件28 d弯曲抗折试验和300次盐冻后弯曲抗折试验,考察盐冻对混凝土试件弯曲抗折强度的损伤和纤维对盐冻前后混凝土试件弯曲抗折强度的增强作用.设置了3种纤维体积掺量的PVA-FRC试件,并在纤维体积掺量为1.5％的基础上,分别以10％硅灰和20％粉煤灰替代等量水泥试图提高PVA-FRC试件盐冻前后抗折强度.结果表明,PVA-FRC试件盐冻前后抗折强度均大于素混凝土试件盐冻前后抗折强度,纤维体积掺量为1.5％的PVA-FRC试件盐冻前后增益比最大;PVA-FRC试件盐冻后抗折强度损伤量远小于素混凝土试件抗折强度损伤量,纤维体积掺量为1.5％的PVA-FRC试件损伤量最低;硅灰和粉煤灰的掺加没有提高PVA-FRC试件盐冻前后的抗折强度,也没能降低PVA-FRC试件盐冻后抗折强度损伤量.     

偏高岭土掺合料对水泥胶砂强度的影响

将不同比例的偏高岭土与矿渣、粉煤灰复合掺入水泥砂浆,分析水胶比和偏高岭土掺合料对水泥胶砂强度的影响,并借助活性指数综合分析偏高岭土掺合料的诱导激活效应。研究结果表明:偏高岭土与其他矿物参合料复掺比例一定时,随水胶比增大,水泥胶砂的强度呈下降趋势。当水胶比一定时,掺量在5%～15%范围之内,偏高岭土与矿渣复掺可提高水泥的早期强度;偏高岭土、矿渣与粉煤灰复掺更有助于改善水泥3～7d的抗折和抗压强度。偏高岭土在复掺比例为40%左右,水泥胶砂的抗折强度和抗压强度活性指数达到最佳。     

稻壳灰对固井水泥石性能影响研究

本实验通过在实验室制备稻壳灰并测试其相关性能,然后将稻壳灰按照实验设定的方案加入水泥中,待其水化硬化再从宏观和微观两个方面进行分析,以此来评价稻壳灰对固井水泥石的影响因素。结果表明:稻壳灰含有孔状结构,是一种多孔材料,同时它易磨,易制备,经过研磨后的稻壳灰比表面积较大,微集料填充效应良好。另外本实验探究得出稻壳灰掺量为12%时,养护得到的水泥石试样早期强度同比净浆一天增长15%~20%,两天增长25%~30%,因此可得出稻壳灰能改善固井水泥石的早期强度,最佳掺量为12%。利用XRD、SEM、EDS和TG等实验设备分析稻壳灰提高固井水泥石早期强度的原理为稻壳灰可以使水泥石中不同粒度的原料呈最密堆积,提高水泥石的致密度;稻壳灰中的高活性Si O2会与水泥的水化产物Ca(OH)2发生火山灰反应促进水泥的二次水化,生成了大量胶凝相即水化硅酸钙,提高水泥石的力学性能和改善水泥石微观结构。     

风积沙混凝土盐冻多尺度劣化机制

研究风积沙混凝土盐冻劣化规律，揭示劣化机制对其推广应用有重要指导意义。基于室内快速冻融试验及力学特性试验研究了风积沙混凝土盐冻劣化规律，结合SEM、NMR、XRD等表征技术及损伤力学理论从多尺度揭示了盐冻劣化机制。结果表明：风积沙影响混凝土的抗冻性，100%掺量风积沙混凝土强度低，但抗冻性最好。混凝土质量损失率及抗压强度损失率均随盐冻循环次数的增加而增大，相对动弹性模量随盐冻循环次数的增大而减小。风积沙混凝土的盐冻损伤是一个物理-化学过程，界面过渡区(ITZ)骨-浆剥离及附近砂浆基质开裂是导致其宏观物理、力学性能退化的主要原因。风积沙可以改变混凝土内部的孔隙结构及水分传输路径，进而影响孔隙饱和度及混凝土的抗盐冻性能。     

富镁矿渣对油井水泥浆体膨胀性能的影响及水化机理

80℃水浴养护环境下,研究了不同掺量富镁矿渣对G级油井水泥浆体膨胀性能及其他基本性能的影响,考察了40%富镁矿渣掺量下水泥浆体的工程性能,同时研究了富镁矿渣的水化机理。实验结果表明,掺加富镁矿渣的水泥浆体具有微膨胀性能,其中掺40%富镁矿渣的水泥浆1d线膨胀率为0.0035%,28d线膨胀率为0.0255%;富镁矿渣掺量对水泥浆体凝结时间、流动度、密度影响不大;水化放热量和水泥石早期强度(3d前)均随富镁矿渣掺量的增加而降低,而后期强度(28d后)逐渐升高并高于净浆水泥石;硬化体中Ca(OH)2含量随富镁矿渣掺量增加和养护龄期的延长而降低;40%富镁矿渣掺量下,浆体各项工程性能基本满足固井施工基本技术要求。     

复合无机水合盐对磷酸镁水泥水化及性能的影响

将三种无机水合盐Na_2B_4O_7·10H_2O、Na_2SO_4·10H_2O和Ca(NO_3)_2·4H_2O按照最优比例(质量比为1.5∶7∶1.5)复掺得到复合无机水合盐FH,比较了单掺硼砂的磷酸钾镁水泥(MKPC)NB10与不同FH掺量下MKPC(FH-MKPC)的工作性能、绝热温升及抗压强度。利用XRD、TG-DSC及SEM等微观分析手段,结合水化放热速率曲线研究了FH对MKPC早期水化历程的影响。结果表明:FH延缓了MKPC的水化,使得水化温升曲线出现诱导期和两个温度峰,水化放热速率和水化温峰值降低。FH的掺入(8%)大幅延长了MKPC的凝结时间,增强了MKPC的施工可操作性。FH掺量越多,MKPC凝结时间不断延长,流动度提高,早期强度降低。FH掺量为8%的FH-MKPC初凝时间达到25.20min,较NB10延长了90.76%,同时水化产物的早期生成量和热稳定性更高,7h、1d和3d抗压强度略高于NB10。为保证MKPC符合施工需要又满足强度要求,FH的最佳掺量为8%。     

矿渣-石灰混合粉碎过程的机械力化学活化效应

为揭示机械力化学效应对矿渣水化活性的影响、提高矿渣水化活性,利用混合粉碎过程对矿渣进行机械力活化,考察化学激发剂种类、掺量及混磨时间对矿渣微观结构及水化活性的影响规律,分析混合粉碎过程中的机械力化学活化效应及其作用机制。结果表明：以氢氧化钙为化学助剂且粉碎时间一定的情况下,随氢氧化钙质量分数的增加,产物矿粉的28 d龄期活性指数先增大后减小,当氢氧化钙质量分数为3%时矿粉的活性指数达到126%,明显优于单独粉碎样品的;当氢氧化钙质量分数一定时,随着混合粉碎过程的延续,矿粉的活性指数呈增大趋势,增大速度先快后慢,并逐渐趋于稳定;微观结构表征,尤其是X射线衍射分析显示,混合物中氢氧化钙质量分数随混合粉碎过程的进行而减小;采用氧化钙取代氢氧化钙作为化学助剂,混合粉碎过程中表现出的机械力化学活化效果比氢氧化钙的明显降低。     

橡胶/混凝土盐冻循环后性能劣化及微观结构

制备普通混凝土(Normal concrete,NC)和橡胶/混凝土基体(Rubber/NC),研究盐冻循环60次内,表观现象、剥落量、抗压强度损失等性能指标劣化过程,采用超声波无损检测法评价混凝土盐冻循环破坏前后超声参数变化,建立相对波速、损伤度与抗压强度的关系,利用SEM观察盐冻循环损伤前后试件微结构变化。结果表明:随盐冻循环次数增加,混凝土试件表面剥蚀愈显著,剥落量增加,内部损伤、强度损失逐渐加剧,超声参数与抗压强度具有密切相关性;混凝土经历盐冻破坏后,内部结构呈疏松絮状,孔隙、裂纹愈加显现,密实度下降,造成宏观力学性能劣化。但弹性橡胶细集料掺入后有效缓解结冰压引起的内部开裂和孔隙扩大,各阶段橡胶/混凝土基体劣化程度均优于普通混凝土,以橡胶掺量 (与胶凝材料质量比) 10% (10%Rubber/NC)各性能指标最优,经历60次盐冻循环后,普通混凝土抗压强度损失率为58.5%,10%Rubber/NC抗压强度损失率为48.0%。      

矿物掺合料对水泥砂浆TSA侵蚀的影响

研究了硅灰、粉煤灰、矿渣对水泥砂浆TSA侵蚀的影响,采用掺30%石灰石填料的砂浆件,测试各砂浆在5±1℃的2%MgSO4溶液中浸泡1年后的外观、强度及矿物成分变化.结果表明:掺石灰石粉使水泥砂浆受侵蚀后表面呈软泥状,主要腐蚀产物为硅灰石膏和石膏,表现为典型的TSA破坏特征,其强度损失率大于纯水泥砂浆.矿物掺合料的加入降低了水泥石中CH晶体含量,从而在一定程度上提高了水泥砂浆的抗TSA侵蚀能力.矿物掺合料对水泥石中CH晶体的减少与对抗TSA侵蚀性的改善效果具有相同的规律,其优劣次序为:60%矿渣粉>5%硅灰 25%矿渣粉>8%硅灰>30%矿渣粉>20%粉煤灰>无掺合料.     

氯盐和硫酸盐交互作用下水泥基材料的破坏机理综述

西部盐湖和海洋环境中存在大量的氯盐和硫酸盐,当水泥基材料处于氯盐-硫酸盐环境中,其破坏规律以及破坏机理与单一侵蚀因素作用明显不同,因此有必要探究两种盐在侵蚀过程中所呈现的交互作用。已有文献对氯盐和硫酸盐侵蚀下水泥基材料破坏规律的研究可以分为两部分:硫酸盐存在下氯盐对水泥基的侵蚀、氯盐存在下硫酸盐对水泥基的侵蚀。硫酸盐可以明显降低水化产物的氯离子结合量,因为硫酸根不仅能够分解Friedel盐,而且能先与C₃A或AFm反应,抑制Friedel盐的产生。但是,氯离子扩散速率高,可以先于硫酸根离子进入水泥基材料内部与水泥水化产物反应,延缓钙矾石的产生,抑制硫酸盐的侵蚀。两种离子在向材料内部侵蚀过程中相互影响,相互牵制。最后,根据目前的研究,提出几个有意义的思考方向。     

含石灰石粉水泥砂浆在低温环境中的硫酸盐侵蚀

分析了掺30%石灰石粉砂浆与纯水泥砂浆在(5±1)℃的2%MgSO4溶液中浸泡不同时间后试件表面层的矿物成分变化与微观结构,研究了强度与外观的变化.结果表明:掺入石灰石粉使水泥水化产物中的单硫型水化硫铝酸钙转变为稳定的单碳水化铝酸钙,物理填充作用使水泥石结构更加致密,因而在短期的低温硫酸盐侵蚀环境下掺石灰石粉砂浆比纯水泥砂浆表现出更好的耐腐蚀性.在经受低温硫酸盐侵蚀后纯水泥砂浆生成大量的石膏和钙矾石,而掺石灰石粉砂浆在经受同条件210 d侵蚀后的腐蚀产物中除了石膏、钙矾石外,还有少量的硅灰石膏生成,表明水泥石中的CSH凝胶体也受到侵蚀.     

氯盐-硫酸盐共存环境中杂散电流作用下提升砂浆中氯离子结合性能的研究

长期浸泡在地下水中的地铁混凝土结构,不仅遭受氯盐、硫酸盐的双重侵蚀,而且存在杂散电流腐蚀破坏.由于孔溶液中的自由氯离子是导致钢筋锈蚀的首要因素,通过提高混凝土中氯离子的结合能力可有效降低氯离子对钢筋混凝土的危害.本工作通过选择合理的外掺料种类及掺量,提出了提高地铁工程混凝土中氯离子结合性能的最优外掺料组合,并采用电位滴定法测定结合氯离子含量,以及结合XRD、SEM和DTG等微观测试方法对其机理进行分析.结果表明:杂散电流作用下偏高岭土对氯离子结合性能的提升效果优于硅灰,粉煤灰微珠优于沸石粉,复掺10％偏高岭土、20％微珠、1.5％PVA可再分散性乳胶粉的试件中氯离子的结合性能最优,砂浆内部氯离子的化学结合能力明显提高.     

复合盐浸下多元外掺剂-混凝土抗干湿-冻融循环性能

通过对粉煤灰、硅灰、矿渣、膨胀剂、引气减水剂（Air-Entrained Water Reduce Agent,AEWRA）和水泥基自愈合防水材料（Cementitious Capillary Crystalline Waterproofing Material,CCCWM）等多元外掺剂进行组合搭配掺入混凝土中,设计了5组混凝土配比。分析了复合盐（氯盐、硫酸盐和碳酸盐）浸-干湿-冻融循环等多种因素共同作用下多元外掺剂-混凝土的腐蚀破坏现象、质量损失率、相对动弹性模量衰减规律和抗侵蚀系数变化规律。采用SEM、EDS和XRD,研究了多元外掺剂-混凝土腐蚀的微观结构变化规律。研究结果表明,双掺粉煤灰和硅灰混凝土提高混凝土的抗侵蚀性能作用有限;在双掺粉煤灰和硅灰基础上加入适量的膨胀剂能够较大幅度提高混凝土的抗侵蚀性能,经11次复合盐浸-干湿-冻融循环后,其相对动弹性模量仍然在80%以上,抗侵蚀系数在0.9以上;CCCWM作为一种外掺剂加入混凝土会降低混凝土的耐侵蚀性,经4次复合盐浸-干湿-冻融循环后,相对动弹性模量就降到了60%以下,抗侵蚀系数从1.0降到了0.3。微观机制研究也表明,在复合盐浸-干湿-冻融循环作用下,腐蚀产物钙矾石和方解石共同作用会加速混凝土的腐蚀破坏。     

硝酸侵蚀/冻融循环共同作用喷射混凝土耐久性能(Ⅰ):物理力学性能及孔结构变化

以寒冷地区喷射混凝土单层永久衬砌长大公路隧道为工程背景,汽车尾气中氮氧化物与水产物硝酸为冻融介质,采用快速冻融循环法,开展喷射混凝土冻融循环试验,研究了硝酸侵蚀冻融循环共同作用对喷射混凝土耐久性能的影响。以直线导线法对硝酸侵蚀/冻融循环共同作用下混凝土的孔结构进行表征,探究了共同作用喷射混凝土的冻融损伤过程。综合分析认为,硝酸中氢离子对混凝土产生化学侵蚀,硝酸根离子在冻融循环过程中产生盐冻的效果,加快了喷射混凝土冻融损伤劣化速度。共同作用喷射混凝土的抗冻性随水胶比增大而降低,随粉煤灰掺量增大先提升后降低。但随钢纤维掺量增大,喷射混凝土动弹性模量损失率和质量损失率先增大后减小,抗压强度则逐渐增大。随着冻融循环次数增多,喷射混凝土孔结构劣化,大孔径孔和微裂缝数量增大,加速了硝酸向混凝土内部扩散,抗冻性能快速下降。