高性能硫铝酸盐-硅酸盐复合胶凝体系的制备及性能研究

根据实验配比,制备了硫铝酸盐-硅酸盐复合胶凝体系,通过XRD、SEM、TG-DTG和力学性能分析等对复合胶凝体系进行了表征,探究了不同硫铝酸盐掺量下复合胶凝体系的物相结构、显微形貌、热性能和力学性能。结果表明,硫铝酸盐-硅酸盐复合胶凝体系中主要检测到Ca(OH)_2、Mulite、钙矾石(AFT)、水硫铝钙石(Kuzelite)、单硫型硫铝酸钙(AFm)和Ca_3SiO_5等产物相,随着硫铝酸盐掺量的增加,体系水化产物中Ca(OH)_2的峰均有降低趋势;不同硫铝酸盐掺量的复合胶凝体系的结构致密性相差不大,随着硫铝酸盐掺量的增加,大量针状的钙矾石(AFT)的含量明显增加,块状的Ca_3SiO_5含量减少;所有复合胶凝体系的失重曲线规律较为相似,且掺杂硫铝酸盐水泥的体系的失重率均明显高于不掺杂的试样;随着硫铝酸盐掺量的增加,复合胶凝体系在1,3和28 d的抗压强度均呈现逐渐增大的趋势,当硫铝酸盐的掺量为25%(质量分数)时,复合胶凝体系在28 d的抗压强度达到了最大值49.3 MPa,相比在1 d时36.5 MPa,增加了35.1%。     

砒砂岩对硅酸盐和硫铝酸盐水泥性能的影响

为了研究砒砂岩对硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥物理性能的影响,采用单因素多水平梯度实验,通过不同砒砂岩掺量的对比,测定硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的凝结时间、标准稠度用水量和胶砂强度等性能。结果表明:砒砂岩对硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥皆有促凝作用,当砒砂岩掺量质量分数为5%时硅酸盐水泥的初凝时间会缩短30%,硫铝酸盐水泥初凝时间缩短47%,硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的标准稠度用水量分别增加6.6%和21.7%;砒砂岩掺量质量分数为10%时,硅酸盐水泥的3 d和28 d的强度分别增加7.2%和6%,对其力学性能有较大影响;掺入砒砂岩后,硫铝酸盐水泥强度降低,且随掺量增加,抗压强度降幅增大。     

弱碱环境下硅灰复合硅酸盐胶凝材料体系硫酸盐侵蚀产物

研究了硅灰替代量(质量分数)为0%、5%、10%的复合硅酸盐胶凝体系浸泡在弱碱环境下,10%(质量分数)Na_2SO_4溶液中侵蚀210d时的侵蚀产物和含量。利用XRD、SEM、EDS对侵蚀产物进行了表征,通过K值法定量计算了硅灰复合硅酸盐胶凝体系中石膏的含量,通过分光光度法对硅灰复合硅酸盐胶凝体系中自由硫酸根离子以及总硫酸根离子含量进行了测定。结果表明,在弱碱环境下,10%Na_2SO_4溶液中硅灰复合硅酸盐胶凝体系的主要侵蚀产物是石膏和钙矾石,侵蚀产物的形成引起膨胀开裂,且随硅灰掺量的增加,硅灰复合硅酸盐胶凝体系中的自由硫酸根离子及总硫酸根离子含量和侵蚀产物明显减少,膨胀率也随硅灰掺量的增加而减小,硅灰对复合硅酸盐胶凝体系的膨胀有一定的改善作用。     

早龄期复合胶凝材料的裂纹扩展阻力分析

研究了不同组成的复合胶凝材料硬化浆体(硅酸盐水泥,硅酸盐水泥 粉煤灰,硅酸盐水泥 矿渣,硅酸盐水泥 硅灰,硅酸盐水泥 硅灰 粉煤灰)早龄期时裂纹扩展阻力的发展,探讨了粉煤灰掺量对裂纹扩展阻力的影响.结果表明:早龄期时,在相同水胶比条件下,掺加硅灰使胶凝材料体系裂纹扩展阻力明显降低,在低水胶比条件下,掺加一定量的粉煤灰能够明显增加体系的裂纹扩展阻力,掺加20%的粉煤灰能使胶凝材料具有较高的裂纹扩展阻力.     

水泥对石膏基自流平材料性能的影响

研究了硅酸盐水泥和铝酸盐水泥对石膏基自流平材料流动度、凝结时间、力学性能和耐水性能的影响,通过X射线衍射仪、量热仪、压汞仪和环境扫描电子显微镜微观测试方法对水化产物、水化热、孔结构、微观形貌等进行分析表征。结果表明,随着硅酸盐水泥掺量的增加,初始流动度增大,30min流动度损失减小,凝结时间缩短,掺加铝酸盐水泥对流动度、凝结时间规律与硅酸盐水泥相似;随着硅酸盐水泥掺量的增加,力学性能和耐水性能呈先增加后降低趋势,当掺量为8%时,达到最优;28d抗折强度和耐水性能随着铝酸盐水泥掺量的增加,波动比较大,在13%掺量时出现最低点,抗压强度随着铝酸盐水泥掺量的增加呈稳步上升趋势;掺入硅酸盐水泥和铝酸盐水泥均出现钙矾石的微弱衍射峰。     

低碱高强硅铝聚合材料的研究

以煅烧铝土矿选尾矿、矿渣微粉、水玻璃为主要原料,在800℃下煅烧1 h制备得到高强硅铝聚合材料。用XRD和SEM研究了反应产物的相组成和微观结构,并着重比较研究了该材料与特种水泥的抗化学侵蚀性能差异。结果表明:制备得到的胶砂试样,28d抗折、抗压强度分别达到10.2MPa,60.2MPa;试样分别经3%硫酸钠、3%硫酸镁溶液浸泡28 d后,其强度没有下降反而略有上升,在石膏掺量为7%的硫酸盐环境中,其累计膨胀率远远小于中抗硫酸盐硅酸盐水泥的;分别经5%盐酸、5%硫酸溶液浸泡28d后,其质量损失及强度损失均小于铝酸盐水泥和快硬硫铝酸盐水泥的。制备得到的硅铝聚合材料具有优异的抗硫酸盐侵蚀性能、一定的耐稀酸侵蚀性能。     

不同配比改性硫氧镁水泥胶凝试样的强度影响

改性硫氧镁水泥混凝土作为一种新型耐腐蚀材料,其具有很高的推广应用价值,对不同配比、不同外加剂含量下的改性硫氧镁水泥胶凝试样进行强度测试,结果表明:采用50%活性含量的轻烧氧化镁,柠檬酸对配比6-20和9-20的改性硫氧镁水泥试样流动度改性效果明显;配比6-20改性硫氧镁水泥试样28 d抗折、抗压强度都随着外加剂掺量增加而增加;小于2%的柠檬酸掺量对配比9-20改性硫氧镁水泥试样抗压强度改性作用巨大;掺4%的柠檬酸时,9-20配比的改性硫氧镁水泥试样具有最高的28 d抗折强度和较高的折压比;根据28 d强度分析,针对9-20配比,活性含量50%、60%的轻烧氧化镁,最佳柠檬酸掺量分别为3%～4%与1.2%。     

硫铝酸盐复合水泥体系水化特征研究

通过正交试验研究了硫铝酸盐复合水泥中不同掺量的普通硅酸盐水泥、石膏、硅灰及粉煤灰对其强度、自收缩以及水化热的影响。结果表明:普通硅酸盐水泥及石膏的掺入显著改变了硫铝酸盐复合水泥水化进程,硅灰及粉煤灰是影响后期强度的主要因素;自收缩试验结果表明普通硅酸盐水泥和石膏是影响硫铝酸盐复合水泥水化早期自收缩的主要因素;水化热测试结果表明粉煤灰和普通硅酸盐水泥在水化前6 h起到显著作用,粉煤灰降低了水化放热,而普通硅酸盐水泥增加水化放热;硅灰及石膏对6~24 h水化放热影响显著。结合XRD及SEM测试结果,表明普通硅酸盐水泥和石膏的存在加速了硫铝酸盐复合水泥水化早期钙矾石生成,随着石膏浓度的下降,发生转晶(AFm),随着后期硫铝酸盐水泥中β-C₂S的水化以及硅灰、粉煤灰的火山灰反应产生C-S-H凝胶,使得体系致密化。     

蒸养条件下锂渣复合水泥的水化产物与力学性能

利用电感耦合等离子体发射光谱(ICP)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜与能谱分析(SEM-EDS)及同步热分析(TG-DTG)等手段研究了掺20%锂渣复合水泥在80℃蒸养7 h、7 d和标养28 d条件下的水化产物与力学性能。结果表明:锂渣中SiO_2和Al_2O_3大部分存在于锂辉石中,而少量存在于玻璃体中,且锂渣中存在少量的碳酸盐。与纯水泥不同,锂渣复合水泥在以上三种养护条件下形成的C-S-H凝胶均主要为网状;此外,蒸养7 d时还有水化硫铝酸钙(AFt)和立方体CaCO_3生成,但无水化石榴石形成;蒸养28 d时,还有球形等大颗粒状C-S-H凝胶和立方体CaCO_3生成。蒸养可以促进锂渣和水泥的反应,尤其是锂辉石与水泥水化产物氢氧化钙的反应。在蒸养7 h和7 d条件下,锂渣复合水泥胶砂的抗折强度、抗压强度均明显高于纯水泥胶砂的抗折强度、抗压强度。     

大掺量工业废渣激发制备钢渣复合胶凝材料的试验研究

在研究不同钢渣掺量胶凝体系稳定性的基础上,以40%的钢渣粉掺加15%矿渣粉、5%硅灰粉,采用自配复合激发剂成功地制备出早期抗折强度、抗压强度达到4.5MPa、18.8MPa且满足42.5强度等级的复合胶凝材料,通过其孔隙率及微观结构测试分析表明:钢渣复合胶凝材料水化产物致密,孔隙率低,后期抗压强度、抗折强度发展较好。     

硫铝酸盐水泥基高性能混凝土的制备及性能研究

采用硫铝酸盐水泥,根据设计配比,配制了硫铝酸盐水泥基高性能混凝土,探究了硫铝酸盐水泥不同掺量(0,3%,6%和9%(质量分数))对高性能混凝土力学性能(抗压强度)和耐久性能(侵蚀性)的影响。通过XRD、SEM、热分析和力学性能分析等对硫铝酸盐水泥基高性能混凝土进行了表征。结果表明,随着硫铝酸盐水泥掺量的增加,钙矾石(AFt)的衍射峰逐渐增强,水化反应加快,高性能混凝土的结构变得更加致密;所有试样中的六方板状的Ca(OH)_2均比较厚,且呈现出片层状,整体结构的致密性比较接近,而随着硫铝酸盐水泥掺量的增加,整体的密度有变得蓬松的趋势;随着硫铝酸盐水泥掺量的增加,CH的含量增加,前期的水化放热能力得到提高,所有试样在3和28 d时的抗压强度均呈现出逐渐增大的趋势,当硫铝酸盐水泥的掺量为9%时,试样的抗压强度在28 d达到了最大值41.1 MPa,相比3 d增加了19.83%;随着硫铝酸盐水泥掺量的增加,高性能混凝土试样的强度损失逐渐增加,耐久性变差,当硫铝酸盐水泥的掺量为9%时,腐蚀90 d的强度损失率达到了最大值10.3%。     

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。     

磷渣粉颗粒分布对水泥胶凝体系力学性能的影响

采用激光粒度仪对比表面积分别为340m~2/kg、420m~2/kg、500m~2/kg的磷渣粉颗粒粒度分布特征进行了分析,在此基础上运用灰色关联理论研究了磷渣粉颗粒分布与水泥胶凝体系3d、28d、180d力学性能的内在关联。结果表明:不同比表面积的磷渣粉具有不同的颗粒群粒度分布特征,磷渣粉颗粒分布中粒径大于20μm颗粒与水泥胶凝体系3d、28d抗折强度负关联、与180d抗折强度正关联;粒径小于20μm的磷渣粉颗粒对水泥胶凝体体系各龄期抗压强度均有促进作用,其中1~3μm的颗粒对3d抗压强度促进作用最显著、10~20μm的颗粒对28d、180d抗压强度发展促进显著。     

超细矿渣粉对硅酸盐水泥性能和微观结构的影响

通过掺入不同量的超细矿渣粉,研究其对普通硅酸盐水泥凝结时间、标准稠度用水量以及水泥胶砂流动性和强度的影响。结果表明,水泥浆体的初凝、终凝时间在矿渣粉掺量为5%(质量分数,下同)时有所缩短,而随着超细矿渣粉掺量的增加,初凝时间都有所延长,在掺量为20%时初凝时间最长。然而终凝时间的变化不大,只有掺量为30%时稍有延长;水泥的标准稠度用水量先减少后增加,在掺量为20%时最小;随着超细矿渣粉掺量的增大,水泥胶砂的各龄期抗折强度、3d抗压强度不断提高,7d、28d抗压强度在掺量为20%时达到最大值,之后有所降低。掺入超细矿渣粉后,能通过填充以及与水泥水化产物氢氧化钙发生反应,使水泥中氢氧化钙含量明显降低,水泥微观结构更加密实。     

降粘性聚羧酸减水剂的设计合成及在低水胶比水泥-硅灰体系中的作用

现有聚羧酸减水剂不能满足低水胶比、硅灰掺量高的胶凝材料体系的流动性及粘度调节需求。本研究采用分子设计的方法,以过硫酸铵(APS)为引发剂,丙烯酸(AA)、马来酸酐(MAH)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)、乙烯基三乙氧基硅烷(VTEO)、烯丙醇聚氧乙烯醚(APEG)为单体,通过自由基共聚合成了分子量小、主链含硅羟基、羧基密度高的降粘性聚羧酸减水剂(S-PCEs)。通过傅里叶红外光谱仪(FTIR)、凝胶渗透色谱(GPC)对S-PCEs的结构进行了表征,比较了其与市售聚羧酸基减水剂(C-PCEs)的表面张力、Zeta电位、吸附行为等理化性质差异及对低水胶比水泥-硅灰浆体流动性、流变及触变性能的影响差异。最后,探究了S-PCEs的作用机理。研究结果表明:S-PCEs在低水胶比水泥-硅灰体系中具有良好的分散性,当其折固掺量为2%时,低水胶比(w/b=0. 18)水泥-硅灰浆体的初始流动度及60 min时的流动度较掺C-PCEs的浆体分别提高了22. 37%和20. 83%,且随着水胶比的降低或硅灰掺量的提高,S-PCEs对胶凝材料的分散优势更加明显。相比于C-PCEs,S-PCEs的掺入使低水胶比水泥-硅灰体系的屈服应力下降7. 95%,等效塑性粘度降低61. 31%,触变环的面积减少52. 98%。一方面,S-PCEs在低水胶比水泥-硅灰体系中有更大的吸附量,单位面积的胶凝材料组分表面吸附的分子个数更多,因此对絮凝结构的分散效果更好;另一方面,加入S-PCEs后液相表面张力显著降低,胶凝材料颗粒表面的结合水含量减少。因此,掺S-PCEs的体系中存在更多的自由水,S-PCEs使低水胶比水泥-硅灰浆体的流动性提高,粘度降低。     

碱磷渣胶凝材料的减缩防裂研究

研究了粉煤灰、钙质膨胀剂、硫铝酸钙膨胀剂和聚丙烯纤维对碱磷渣胶凝材料的物理力学性能的影响和减缩防裂作用.结果表明,用适量粉煤灰取代磷渣、添加用硬脂酸铝包覆的钙质膨胀剂都可以一定程度降低碱磷渣胶凝材料的收缩;用10%～15%(质量分数)的粉煤灰取代磷渣虽使碱磷渣胶凝材料的抗压强度有所降低,但其抗折强度提高;钙质膨胀剂会使碱磷渣胶凝材料的凝结时问略有缩短,强度稍有降低,而掺加硫铝酸钙膨胀荆会导致碱磷渣胶凝材料速凝,无法正常使用;添加聚丙烯纤维可大幅度提高碱磷渣胶凝材料的抗裂性.     

纳米二氧化硅对丁苯共聚物/硫铝酸盐水泥复合砂浆物理力学性能的影响

为厘清纳米二氧化硅(NS)和丁苯共聚物乳液(SB)在硫铝酸盐(CSA)水泥中的协同作用，同时解决SB/CSA水泥复合砂浆凝结时间长、抗压强度低的问题，采用NS和SB对CSA水泥砂浆进行复合改性，研究改性复合砂浆物理力学性能随NS掺量的变化，并通过测定水化放热及水化产物分析NS在SB/CSA水泥复合砂浆中的作用机制。结果表明：NS可有效缩短SB/CSA水泥复合砂浆的凝结时间，提高其抗压强度，并与SB对CSA水泥砂浆抗折强度提升具有协同作用；NS最佳掺量为1.5%,此时与不加NS的纯SB改性砂浆相比，28 d抗压和抗折强度分别提高了28%、30%。同时，掺入NS会降低复合砂浆的流动度，提高表观体积密度，降低含气量和干燥收缩率，并略微降低毛细孔吸水率。NS可通过促进无水硫铝酸钙和硫酸钙反应，进一步加快SB/CSA水泥复合浆体的水化进程，提高钙矾石的含量，从而缩短凝结时间并提高力学强度。     

基于半经验的UHPC配合比设计方法

超高性能混凝土(UHPC)是国内外学者当下关注的热点,但对于UHPC配合比设计目前没有明确的规范.采用理论分析和试验相结合的方法提出一种基于半经验的UHPC配合比设计,首先按照参考文献胶凝材料配合比配制胶砂试件并测出其28 d抗压强度,其次使用Matlab拟合工具箱拟合UHPC 28 d抗压强度与水胶比、胶凝材料28 d强度的定量关系;再采用Mathematica拟合胶凝材料强度与水泥胶砂强度的关系,通过拟合公式确定水胶比,依据最大密实理论确定骨料的掺加比例,最后通过全体积计算方法确定UHPC配合比.在这之后对基于半经验的UHPC配合比设计方法进行了验证,测试了蒸养条件下的抗压强度与抗折强度.结果表明:根据拟合公式计算的理论配制强度与实际测试的抗压强度接近,其差值在抗压强度测量误差范围内,该配合比设计方法具有较好的可靠性,此方法为广大工作者设计UHPC提供了一种新思路.     

铅锌渣生态胶凝材料的制备及水化特性研究

铅锌冶炼渣经高温熔融,水淬急冷会形成玻璃形态物料,在碱性条件下具有一定的活性,可用于生产建材掺合料和胶凝材料。以铅锌渣为主原料,添加少量水氯镁石、钙基固废和水泥作为激发剂,成功制备了铅锌渣生态胶凝材料。通过电子万能试验机、X射线衍射仪(XRD)分析了胶凝材料的力学性能和水化产物特征;通过正交试验的方法研究了胶凝材料力学性能的变化;并通过扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、压汞仪(MIP)等方法分析了胶凝材料水化产物的微观形貌及结构特征。结果表明,当水氯镁石掺量为3%(质量分数),固废总掺量为70%(质量分数),水灰比为0.4,钙基固废掺量为16%(质量分数)时,制备出的铅锌渣生态胶凝材料性能最优,其28 d抗压强度达到9.73 MPa,且水灰比为影响抗压强度的第一因素;XRD分析表明,胶凝材料发生了聚合反应,生成了-Si-O-Si-的结构;SEM分析表明,胶凝材料水化产物微观下呈现蜂窝状结构,这种结构激发了其潜在水化活性,提升了材料的力学性能;FT-IR分析表明,Si-O键逐渐聚合为Si-O-Si键,C-S-H中硅氧四面体聚合度增加;MIP分析表明,胶凝材料的孔径较小,硬化体结构密实,强度较大。     

碱-盐复合激发煤气化粗渣的水泥胶砂强度特性

采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析了煤气化粗渣的微观结构、元素分布及物相组成;优选碱-盐复合激发剂,制备了掺煤气化粗渣水泥胶砂试件,分析了碱-盐激发剂对胶砂抗压、抗折强度的影响,并探讨了碱-盐激发下煤气化粗渣水泥胶凝硬化产物的微观结构和物相组成。结果表明:煤气化粗渣以层片状、不规则粒状颗粒居多,富含C、O、Si、Al、Ca、Fe等元素,存在火山灰活性的硅氧、铝氧或铝-硅-氧相;复合激发效果优于各自单掺的激发效果,其中掺硫酸钙与氢氧化钠组合激发效果最佳;激发剂有助于发挥煤气化粗渣的火山灰活性,促进煤气化粗渣水泥胶凝体系中水化产物的生成,提升了胶凝材料的结构强度。