高性能吸水树脂对水泥材料多种性能的影响研究

高性能吸水树脂(super-absorbent polymers,SAP)作为一种新型高分子材料由于其高保水性,可作为水泥基材料理想的内养护材料,促进水泥水化,降低水泥材料的早期收缩.该文研究不同SAP的吸附脱附原理,以及其对净浆的力学性能,水化程度,耐久性和导电性能的影响规律.结果表明,SAP可提高净浆早期抗压强度,...     

聚乙烯醇在高性能水泥基材料中的作用机理分析

为了探讨聚乙烯醇(PVA)在高性能水泥基材料中的作用机理,试验研究了在不同水胶比(W/B)和聚胶比(P/B)时,聚乙烯醇对抗压强度和抗折强度的影响,并通过红外光谱和X射线衍射分析了聚乙烯醇(PVA)粉体在高性能水泥基材料中的作用机理.试验结果表明:掺入适量的聚乙烯醇(PVA)可以明显提高高性能水泥基材料的强度,存在一个最佳的聚乙烯醇(PVA)掺量;在本试验条件下,在聚胶比(P/B)为2.5%时,强度最高,其抗压强度和抗折强度分别达到113.6MPa和23.0MPa;红外光谱和X射线衍射分析表明,聚乙烯醇(PVA)参与了水泥的水化,形成的化学键增强.     

水泥基材料中SAP的吸水、释水和再膨胀行为综述

裂缝及开裂后水密性的下降是导致水泥基材料耐久性能降低的重要因素。高吸水性树脂(SAP)可降低水泥基材料的自收缩并提高其抗冻性、开裂后抗渗性能和裂缝自愈合能力，进而增强水泥基材料的耐久性能。SAP的上述功能均与其在水泥基材料中的吸水、释水和再膨胀行为相关。本文首先总结了SAP吸水和释水的机理及在溶液和水泥基材料中的关键影响因素，然后综述了裂缝中SAP再膨胀行为的演化机制。在溶液中，凝胶体与溶液之间的渗透压是SAP膨胀的驱动力。作为关键离子，Ca²⁺可与聚合物链上的羧基络合并导致SAP的离子交联密度增加，较高的离子交联密度可能诱发逆向渗透压并导致SAP释水。在硬化水泥基材料中，影响SAP释水的关键因素是渗透压和毛细力，抑制渗透压作用下的释水并促进毛细力作用下的释水有助于提升SAP的内养护效率。与AA型SAP相比，AA-co-AM型SAP具有更强的水约束能力，因而具有更加优异的内养护效果。水泥基材料裂缝中SAP的再膨胀能力低于溶液环境，这源于裂缝的约束作用和裂缝中较高的离子浓度。基于水泥基材料的配合比、水化进程和裂缝特征研发新型SAP有助于进一步增强SAP的作用效果。     

氧化石墨烯改性水泥基注浆材料的制备及力学性能研究

氧化石墨烯凭借较高的比表面积和独特的片层状结构,具有优异的理化性能。为获得高性能的水泥基注浆材料,通过引入不同掺杂量(0.00,0.02%,0.04%和0.06%(质量分数))的氧化石墨烯,制备了改性水泥基注浆材料。采用XRD、SEM、FT-IR和力学性能测试等分析了氧化石墨烯的掺杂量对改性水泥基注浆材料晶体结构、力学性能和自收缩性能的影响。结果表明：氧化石墨烯的掺杂加速了水化反应的进行,提高了Ca(OH)₂的生成速率,同时减小了裂纹数量,增加了结构致密性;当氧化石墨烯的掺杂量为0.04%(质量分数)时,28 d的抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度均达到了最大值,分别为59.80,14.70和1.89 MPa;所有注浆材料在水化前期收缩较快,20 h后收缩量进入了“平台期”,随着氧化石墨烯掺杂量的增加,改性注浆材料的自收缩性能抑制效果先增大后减小,当氧化石墨烯的掺杂量为0.04%(质量分数)时,改性注浆材料的自收缩量最小。     

硅基材料和矿渣应用于水泥基材料的研究进展

水泥基材料是目前使用量最大的建筑材料,在实际应用过程中,水泥基材料会出现损坏,达不到预期的性能要求.水泥水化产物中存在大量结晶的Ca(OH)2,影响各种水泥水化产物之间的粘结性,造成水泥基材料性能的降低.如何增强水泥基材料的性能成了国内外研究的热点,需要找到能够有效改善水泥基材料性能的方法.查阅国内外相关文献发现,将粉煤灰、硅灰、纳米SiO2(因三种材料的主要组分为SiO2,以下统称为硅基材料)或矿渣掺入到水泥基材料中,因其具有火山灰反应,并能起到填充作用,可明显提高水泥基材料的性能.掺合料的加入可降低水泥基材料中Ca(OH)2含量,减小其晶粒尺寸,使C-S-H凝胶的数量增多,改善水泥基材料的孔隙率,提高其性能.粉煤灰和矿渣成分中有部分玻璃态物质,能减少水泥浆体用水量,增加和易性;具有较低的火山灰性,适量掺入能降低水泥浆体的水化速度;含有粉煤灰或矿渣的水泥基材料早期强度较低,后期强度较高.硅灰与纳米SiO2的火山灰活性较高,能促进水化,适量掺入能够使水泥基材料早期强度大幅提高,但后期强度发展较慢;同时也会增大水泥基材料早期收缩,增加其结构开裂的风险.不同掺合料复掺后能产生协同增强效应,可获得性能优异的复掺改性水泥基材料.本文主要介绍了硅基材料和矿渣在水泥基材料中的应用,从反应机理、水化热、强度、孔隙率等方面来阐述其在水泥基材料中的研究现状和相关成果.对目前研究中存在的相关问题进行了分析总结,以期为制备性能优异的水泥基材料提供一定的参考.     

高吸水性树脂对自密实混凝土性能的影响

高吸水性树脂(SAP)具有很强的吸水性能,但是失水后形成SAP孔,使其在混凝土中呈现出与其它外加剂不同的特性。系统研究了SAP内养护水胶比及粒径对自密实混凝土(SCC)抗压强度、早期自收缩、干缩、吸水性、抗碳化能力、抗氯离子渗透性的影响。结果表明:当内养护水胶比增加时,SCC早期自收缩明显降低,且抗压强度未出现明显变化;虽然混凝土吸水性增加,但抗碳化性能和抗氯离子渗透性提高,而干缩与内养护水胶比有关。粒径为75~125μm的SAP改善自收缩、干缩效果较好,而粒径为30~75μm时SAP的抗碳化性能和抗氯离子渗透性提高较好。     

掺有磷渣的水泥基材料研究现状与分析

简介了磷渣的组成、结构与活性,分析了影响磷渣活性的主要影响因素;综述了磷渣作为辅助性胶凝材料对水泥基材料凝结时间、水化热、结构变化、强度、干燥收缩和耐久性等的影响,分析了磷渣在水泥基材料中应用存在的主要问题,并提出了一些改善措施和解决思路。加强磷渣在水泥基材料中的应用基础研究,对提高磷渣在水基材料中的利用率和减少环境污染有着重要意义。     

石膏对石灰石粉水泥基材料水化及硬化性能的影响

针对我国目前非荷载作用下混凝土严重开裂的问题,以"比表面积较低的水泥熟料-比表面积较高的掺合料-足够掺量的石膏"构成的胶凝材料体系为研究对象,通过水化热速率、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、压汞法(MIP)及热重-差示扫描量热法(TG-DSC)等手段,研究石膏对石灰石粉水泥基材料水化及硬化体微结构的影响。结果表明,石灰石粉能够加速C3A与石膏作用生成钙矾石相,在足量石膏存在的条件下,能够阻碍钙矾石向低硫型硫铝酸钙转变;石灰石粉的掺入与石膏一起延缓了C3A的水化;在石灰石粉和足够石膏同时存在的情况下,C3A水化生成具有膨胀性的水化碳铝酸钙和高硫型硫铝酸钙,补偿了收缩,提高了水泥基材料的抗裂性能;熟料粗磨、掺合料细磨及较高石膏掺量的胶凝材料体系配制的C30和C50等级混凝土,强度能持续增大,从28d到180d,强度分别提高了36.7%和33.3%,混凝土结构紧密、孔隙率低、有害孔含量少。     

苎麻纤维水泥基材料的力学性能与自收缩试验研究

通过在水泥基材料中掺入苎麻纤维,并对比掺入钢纤维和聚丙烯纤维,研究苎麻纤维对水泥基材料抗压强度、抗折强度、自收缩及电阻率的影响。结果表明,当苎麻纤维掺量分别为0.4%,0.9%时,水泥基材料7 d自收缩降低13.4%,30.8%,28 d抗压强度分别提高2.2%和8.2%,抗折强度则提高9.6%,13.4%;钢纤维与聚丙烯纤维显著提高了水泥基材料7与28 d的抗压和抗折强度,而苎麻纤维更有利于水泥基材料早期自收缩的降低;随着苎麻纤维掺量的增加,水泥基材料的7 d自收缩与3 d电阻率显著减小,二者呈线性相关。     

低水胶比水泥基材料中的水分迁移

外界水分若进入低水胶比水泥基材料内部,并参与未水化水泥的后期水化,必然对耐久性造成影响。通过测试80℃高温水浴加速试验下不同水胶比(W/B)水泥基材料的自由水、结合水含量变化,探究低水胶比水泥基材料内的水分迁移机制。研究表明:低水胶比水泥基材料与外界水分接触时,必然存在水分自外向内的迁移过程,并参与未水化水泥的后期水化。对试验数据采用回归拟合的方式,建立了低水胶比水泥基材料中水分迁移的数学模型。     

水泥基材料无机/有机复合内养护剂的研究进展

无机/有机复合吸水材料具有一定的亲水基团和三维网络结构,吸水性、保水性和释水性优异,是水泥基材料重要的内养护剂之一。通过在水泥基材料中引入无机/有机复合吸水材料,利用其吸-释水特性可自动调节水泥基材料内部相对湿度,促进水化反应,减少水泥基材料自收缩和早期开裂等现象,提高力学性能和耐久性。概述了无机/有机复合内养护剂(CICA)的制备方法、结构特征以及吸-释水行为;综述了CICA对水泥基材料水化进程、微观结构、宏观性能和耐久性的影响;展望了CICA在混凝土应用的发展前景,为CICA在水泥基内养护中的应用提供一定理论指导和技术参考。     

橡胶粒径和掺量对水泥基材料收缩和抗开裂性能的影响

本文考虑了粉末状和颗粒状两种典型粒径的橡胶,定量研究橡胶粒径和掺量对水泥基材料收缩和抗开裂性能影响。采用直接测量长度的方法研究橡胶对水泥基材料自由收缩的影响;采用圆环约束收缩实验方法研究橡胶对水泥基材料约束收缩和抗开裂性能的影响。试验结果表明:橡胶的掺入会加剧水泥基材料的自由收缩。橡胶掺入量相同时,掺入橡胶粉末的水泥基材料比掺入橡胶颗粒的水泥基材料自由收缩率高。橡胶的掺入会抑制水泥基材料的约束收缩和开裂。橡胶掺入量相同时,掺入橡胶粉末的水泥基材料比掺入橡胶颗粒的水泥基材料抗开裂性能好。     

氧化石墨烯对水泥基复合材料自收缩的影响

氧化石墨烯(GO)表面富有大量的含氧基团,具有良好的亲水性,是新型纳米碳材料,会对水泥水化产物的形状及聚集态造成影响。本文将多层GO和水超声分散后形成GO分散液,对不同GO掺量的新拌水泥浆体的自收缩进行测试,并采用氮吸附法对其孔隙结构进行表征。结果表明,掺入GO会增加凝胶孔中的自由水,加快水泥水化速率,增大自收缩,且随着掺量的增加,自收缩会更加明显。由迟滞效应的特征推论出GO使得水泥浆体内部的孔隙呈现狭缝形。根据Kelvin方程的BJH法进行孔分布分析,探索GO对自收缩的调控机理。发现GO有助于细化内部孔径,使水泥浆体内部的大毛细孔向着小毛细孔转变,导致毛细孔压力增加,进而增加了水泥基复合材料的自收缩。     

高吸水树脂对混凝土水化及强度的影响

高吸水树脂(Super-absorbent polymer,SAP)作为混凝土内养护材料可有效抑制混凝土自收缩,提高混凝土抗裂性,但其对混凝土是否具有负面影响有待研究。利用XRD和DTA-TG研究了不同SAP掺量净浆在不同养护龄期的水化产物量,并测试其抗压强度,定量分析高吸水树脂对混凝土水化和强度的影响。实验结果表明:掺加SAP会延缓混凝土早期(0~7d)的水化反应,降低混凝土的抗压强度,但对混凝土中后期(7~28d)水化的进行及强度发展的影响不大。当高吸水树脂的掺量为1kg/m~3(占胶凝材料的质量分数为0.2%)和1.5kg/m~3(占胶凝材料的质量分数为0.3%)时,混凝土28d抗压强度可达基准组的100%和96%,56d抗压强度可达基准组的107%和96%。针对C50混凝土,推荐掺量为1kg/m~3。     

纳米氧化石墨烯增强增韧水泥基复合材料的微观结构及作用机理

通过氧化反应和超声波分散作用制备了不同含氧量氧化石墨烯(GO)纳米分散液,研究了GO氧含量、用量和水化时间对水泥基复合材料微观结构和力学性能的影响。研究结果表明GO能够调控水泥水化产物的形状,促使水泥水化反应形成规整的花状晶体,使得水泥基复合材料的强度特别是拉伸强度和抗折强度显著提高。研究结果证实了GO在水泥复合材料水化过程中起到模板作用,能够调控水泥水化产物的微观结构及提高水泥基复合材料的韧性,同时提出了GO调控水泥基复合材料微观结构的作用机理。本文结果提供了一种可显著增强增韧水泥基复合材料的新方法,具有潜在的应用前景。     

不同温度煅烧凹凸棒土的水化活性

研究了煅烧温度(200～800℃)对凹凸棒土外观、矿物组成和活性SiO2含量的影响,煅烧前后凹凸棒土对水泥浆体化学结合水量、反应程度和水泥胶砂抗折、抗压及劈裂强度等力学性能的影响.结果表明:煅烧温度改变了凹凸棒土的矿物组成,从而影响了水泥基材料的水化活性,经500℃煅烧的凹凸棒土对水泥基材料水化活性的提高效果最佳.     

减缩剂和HCSA膨胀剂对UHPC力学性能和收缩性能的影响

本研究主要对比了减缩剂和高性能混凝土膨胀剂(HCSA)单掺以及复掺时,对超高性能混凝土(UHPC)强度、收缩性能的影响.结果显示,减缩剂会延缓水泥水化,延长水泥凝结时间,不利于UHPC早期强度的发展.随着减缩剂掺量(0％～2％,质量分数)增加,UHPC的自收缩降低,当减缩剂掺量为0.5％时可有效降低UHPC的干燥收缩.而HCSA膨胀剂缩短UHPC的凝结时间,早期强度的发展快;HCSA膨胀剂具有降低UHPC内部有害孔数量、减小总孔隙率的作用,能够降低UHPC的自收缩和干燥收缩;但HCSA膨胀剂过量时,无法获得足够的水分参与反应,且有破坏UHPC结构的风险.减缩剂和HCSA膨胀剂复掺时,UHPC的抗压、抗折强度均大于单掺减缩剂时的强度,且小于单掺HCSA膨胀剂时的强度.2％减缩剂和10％HCSA膨胀剂复掺对UHPC收缩的抑制作用最好,同时UHPC具有较高的力学性能.     

石墨烯改性水泥基材料的力学和收缩性能

研究了石墨烯对水泥基复合材料的抗压抗折强度、劈裂抗拉强度、流变性能等力学性能的影响,及石墨烯对水泥砂浆自收缩和干燥收缩等变形性能的影响.结果表明:石墨烯会增加水泥浆体的粘度,水泥净浆的流变特性符合宾汉姆流体模型;掺加适量石墨烯能够提升水泥基材料的力学性能,并且对水泥基材料的自收缩及干燥收缩具有显著的抑制效果.力学和收缩...     

光致发光水泥基复合材料的强度与光学特性研究

以稀土类长余辉发光材料与白色硅酸盐水泥为主要原料,制备出白天吸光夜间发光的自发光水泥基功能材料。通过试验研究了不同掺量的发光粉与反光粉对自发光水泥基胶凝材料发光性能与力学性能的影响,并采用SEM、XRD和PL谱等表征手段分析其微观形貌特征、物相组成及作用机理等。结果表明,随着发光粉与反光粉掺量的增加,发光试件的初始亮度、10 min亮度与余辉时间均相应增大,与对照组相比,分别可提高4.74%～45.79%,14.63%～59.09%,8 h时发光亮度保持在0.02～0.2 cd/m~2。发光粉与反光粉的掺入可提高水泥基材料的抗折强度与抗压强度,而随着其掺量的增加,试件强度逐渐降低。发光粉与反光粉的掺入不仅能与水泥水化产物发生反应生成大量的六方板状CH与簇状AFm晶体,还能促进未水化颗粒发生水化反应,同时由于其粒径较小,可填充水化产物间的微小孔隙,在一定程度改善其微观分布,提高其强度。水泥水化产物会吸收短波紫外光,从而降低发光试件激发波长范围及激发强度,发射光谱为峰值520 nm的黄绿色。     

海藻酸钙/环氧微胶囊在水泥基材料中的自修复作用

采用锐孔-凝固浴法制备海藻酸钙/环氧树脂复合微胶囊,将其应用于水泥基自修复材料。表征了微胶囊的微结构、力学强度和吸水溶胀等性能,并通过X射线计算机断层扫描技术和SEM/EDS分析微胶囊在水泥基材料中的修复作用机制。结果表明:制备的海藻酸钙微胶囊为三维网络支架结构;在粒径为0.7~2 mm,粒径尺寸不影响微胶囊的强度;海藻酸钙含量决定微胶囊的强度、吸水率和溶胀率。海藻酸钙/环氧微胶囊的裂缝修复机制为:基体产生裂缝,微胶囊发生破裂释放环氧树脂,粘结裂缝;裂缝中有水渗入时,微胶囊吸水溶胀,堵塞裂缝,进而促进周围水泥颗粒的继续水化,修复裂缝。