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%。     

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。     

硫铝酸盐水泥增强建筑石膏的力学性能与耐水性能机理

石膏基胶凝材料的力学性能低、耐水性能差是限制其应用的主要原因.本工作通过复掺硫铝酸盐水泥,研究其对建筑石膏水化硬化进程及石膏硬化体力学性能与耐水性能的影响.结果表明,随着硫铝酸盐水泥掺量的增加,建筑石膏标准稠度需水量小幅降低,水化进程加速;10％水泥掺量时,石膏硬化体2 h与3 d的绝干抗折、抗压强度均大幅提升,2 h增幅高达34.8％、29.0％,3 d增幅高达28.8％、34.7％;同时饱水抗折强度由2.35 MPa提升至3.38 MPa,增幅高达43.8％,吸水率相应降低.XRD、SEM、MIP微观结构分析表明:硫铝酸盐水泥与建筑石膏复掺,水化生成针尖状的钙矾石(AFt)与无定形铝凝胶(AH3),AFt与针棒状二水石膏(DH)交织、穿插生长,在晶体之间发挥架桥、连接作用,同时AH3紧密填充在孔隙之间形成致密的晶胶结构中,石膏硬化体孔隙率降低,孔径明显细化,力学性能与耐水性能得到显著改善.     

硫硅酸钙的合成及水化性能的研究

以分析纯物料制备硫硅酸钙(C_5S_2$)矿物,通过XRD、f-CaO分析不同煅烧温度对C_5S_2$矿物合成的影响,Rietveld精修计算C_5S_2$矿物的合成率,SEM观测其形貌。将合成的C_5S_2$矿物按不同比例掺入硫铝酸盐水泥中,通过测定抗压强度及水化试样结合水含量来研究C_5S_2$矿物对硫铝酸盐水泥力学性能及水化速率的影响。研究表明:C_5S_2$矿物的最佳煅烧温度为1 150℃,合成率可达到94.9%,C_5S_2$晶体形貌为圆棒状。当C_5S_2$掺量在7.5%～10%时,水泥强度明显提高;当C_5S_2$掺量为10%时,水泥28 d强度可达到73.3 MPa。掺入适量C_5S_2$可以提高硫铝酸盐水泥的水化速率,当C_5S_2$掺量为10%时,水泥28 d结合水量达到27.48%,水化速率最高。     

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%。     

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。     

调凝剂对物理发泡水泥性能的影响

采用物理发泡制备泡沫混凝土,以普通硅酸盐水泥为基材,为了让其凝结时间与泡沫的稳定时间相匹配,研究采用硫酸铝与快硬硫铝酸盐水泥作为调凝剂以调整普通硅酸盐水泥凝结时间。研究发现:随着调凝剂(Al2(SO4)3·18H2O和快硬硫铝酸盐水泥)掺量的逐渐增加,普通硅酸盐水泥净浆凝结时间逐渐缩短,泡沫混凝土容重呈降低趋势,并且气孔尺寸逐渐减小;调凝剂的掺加会提高低容重(425Kg/m3)泡沫混凝土的早期强度,而使其后期(28d)强度有所降低;但是,随着调凝剂掺量的逐渐增加,高容重(725Kg/m3)泡沫混凝土的抗压强度逐渐降低;并用XRD方法对其水化产物进行表征,并分析了调凝剂促凝和后期强度降低的原因。结果表明:在低容重泡沫混凝土的制备过程中可以适当掺加调凝剂,而在高容重泡沫混凝土的制备过程中应避免调凝剂的使用。     

纳米碳纤维增韧水泥基复合材料的力学性能和耐久性能研究

以普通硅酸盐水泥P.O 42.5为基体材料,不同掺杂量(0,0.4%,0.8%和1.2%(质量分数))的纳米碳纤维为增强相,制备了纳米碳纤维增韧水泥基复合材料,研究了纳米碳纤维的掺杂量对水泥基复合材料晶体结构、力学性能和耐久性能的影响。结果表明,纳米碳纤维的掺杂在水泥基复合材料中未出现新的水化产物,但加速了水化反应的进行;纳米碳纤维的“连接”作用使水泥基复合材料的孔结构变得致密,裂纹和孔隙减少;随着纳米碳纤维掺杂量的增加,水泥基复合材料的抗压强度和抗折强度先增大后减小,当纳米碳纤维的掺杂量为0.8%(质量分数)时,水泥基复合材料28 d的抗压强度和抗折强度均达到了最大值,分别为82.4和13.1MPa;采用单面盐冻法对水泥基复合材料进行抗冻性能测试,发现纳米碳纤维的掺杂改善了水泥基复合材料的抗冻性能,当纳米碳纤维的掺杂量为0.8%(质量分数)时,水泥基复合材料在28次冻融循环后单位面积质量损失量最小为0.114 kg/m²。综合力学性能和耐久性能分析可知,纳米碳纤维的最佳掺量为0.8%(质量分数)。     

碳纳米管对磷酸镁水泥的性能影响研究

研究了不同掺量的碳纳米管对磷酸镁水泥(MPC)力学性能和导电性能的影响,并结合压汞法,XRD和FTIP分析其组分与微观结构变化。结果表明,随着碳纳米管掺量的增加,磷酸镁水泥的抗压强度先增加后降低,掺量为0.03%时达到最佳。随着碳纳米管掺量增加,MPC电阻率逐渐降低,而孔隙率增加。一定掺量的纳米碳管可以促进磷酸镁水泥的水化,但没有新的水化产物生成。     

氧化石墨烯对水泥基自流平砂浆性能的影响

通过氧化和超声波分散制备了浓度为7. 4 g/L的氧化石墨烯(GO)分散液,研究了不同GO掺量条件下硅酸盐体系自流平砂浆及其硬化体的流动度、凝结时间、力学性能和耐久性能,并借助XRD、SEM和MIP等手段分析其改性机理。实验得出GO的最佳掺量是0. 04%(质量分数)。在该掺量下,相比未掺GO的空白样,水泥基自流平砂浆的流动度与凝结时间稍有降低,28 d抗折、抗压强度和耐磨性能分别提高38. 9%、27. 7%和48. 8%。28 d试样的氯离子渗透性能较空白样降低了98. 5%。微观测试结果表明,氧化石墨烯能够促进硅酸盐水泥的水化进程,调控水泥水化产物的微观结构,从而提高水泥基自流平材料的力学性能和耐久性能等。     

半浸泡硫铝酸盐水泥混凝土蒸发区孔结构变化

硫铝酸盐水泥水化需水量大、水化速度快，凝结硬化后留下的大量未水化水泥在后期继续水化生成钙矾石，影响混凝土的孔结构变化和力学性能发展。用半浸泡方式模拟半掩埋混凝土实际工况，运用背散射电镜和核磁共振等微观测试手段，研究了水灰比为0.35、0.45和0.55的硫铝酸盐水泥混凝土半浸泡35 d、70 d和130 d后蒸发区孔结构和混凝土抗压强度变化规律，结果表明：水灰比为0.35和0.45的混凝土孔隙率呈现先增大后降低再增大的变化特点；水灰比为0.55的混凝土孔隙率呈现先降低后增大的变化特点。研究表明：硫铝酸盐水泥凝结硬化后水化生成的钙矾石会产生结晶膨胀和填充密实两种效应，共同影响硫铝酸盐水泥混凝土孔结构变化。     

水泥-粉煤灰-硅灰基超高性能混凝土水化过程微观结构的演变规律

超高性能混凝土(UHPC)具有卓越的力学性能和耐久性能,应用前景广阔。采用扫描电镜背散射电子图像、热重法和氮气吸附法系统研究了水泥-粉煤灰-硅灰基UHPC浆体水化过程中微观结构的演变过程。结果表明:UHPC浆体在早期水泥水化较快,但7d后水化变得较为缓慢,粉煤灰在UHPC浆体中反应较为缓慢,28d时反应程度仅为7%;UHPC浆体中Ca(OH)2含量早期上升快速,由于硅灰和粉煤灰的火山灰反应逐渐消耗,3d后含量开始下降,但28d时浆体中仍存在部分Ca(OH)2;此外,在水化过程中,UHPC浆体的比表面积不断降低,孔隙率逐渐下降,水化产物变得更为致密。     

硫铝酸钙-贝利特水泥熟料的低温制备及其水化性能研究

以煤矸石、脱硫石膏、石灰为主要原料,采用水热合成-低温煅烧方法制备了硫铝酸钙-贝利特水泥熟料,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等分析了水热合成物、煅烧试样及水化产物的矿物相,利用等温量热仪测定了水泥早期水化放热随时间的变化,并测定了水泥的力学性能。结果表明:在120℃下水热合成前驱体后再经煅烧,可在1 050℃低温下制成硫铝酸钙-贝利特水泥熟料。与一步法相比,该低温水泥的早期水化放热速率较高。当水泥中的二水石膏掺量为13%(质量分数)时,水泥1d、28d的抗压强度分别为30.2 MPa和57.3 MPa,28d的水化产物主要为长纤维状的AFt。     

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。     

激发剂对废弃加气混凝土活性的影响及其机理研究

以磨细的废弃加气混凝土替代部分水泥,并掺入Ca(OH)2、CaSO4、激发剂T对其进行活化,采用力学性能测试、XRD、SEM等对活性激发效果进行评价。结果表明,在不掺入激发剂的情况下,增加废弃加气混凝土微粉量会显著降低砂浆的强度。当废弃加气混凝土粉料掺量为40%时,掺2.5%~4%CaSO4对试样强度的影响很小;当Ca(OH)2掺量为3%时效果最好,试样的28d抗压强度提高了60%;掺入0.02%激发剂T可使试样的28d抗压强度提高约80%,效果最好。XRD、SEM和TG-DSC的测试结果较好地印证了力学性能测试结果。     

冲击荷载作用下改良水泥-粉煤灰试样力学特性研究

为探究石膏和石灰改良水泥-粉煤灰在冲击动载下的力学特性,采用了分离式霍普金森压杆(SHPB)对不同养护龄期和不同配合比下的改良水泥-粉煤灰试样进行冲击试验。研究了相同冲击荷载作用下试样的破坏特征和动态力学特性,并重点分析了动态抗压强度(DCS)与养护龄期和石膏、石灰掺量之间的关系。试验结果表明:随着试样龄期的增加,石膏改良水泥-粉煤灰的脆性逐渐增强,而石灰改良水泥-粉煤灰的试样总体偏延性;随着固化剂掺量的增加,石膏改良试样强度呈现出先增长后降低的趋势,掺量为6%时,DCS达到峰值,早期石灰改良试样强度表现为先上升后降低,而后期呈现出持续上升的趋势并在掺量为12%时,90 d DCS达到最大值14.36 MPa。     

常温下硝酸铵钙对硫铝酸盐水泥的早强作用

研究了常温下硝酸铵钙对硫铝酸盐水泥浆体的流动度、凝结时间、抗压强度、电阻率及浆体内部温度、水化热、水化产物和孔结构的影响,对硝酸铵钙的早强作用机理进行了分析。结果表明,当硝酸铵钙的掺量从0增大到5%时,水泥浆体的初始流动度明显增大,凝结时间显著缩短,6 h,1,3,7和28 d抗压强度均显著提高,电阻率变化速率曲线峰值出现的时间逐渐提前,水泥浆体内部温度逐渐升高,温峰出现时间提前;其掺量在2%以内时,水泥水化放热速率明显加快,1 d累积放热量略有增大,钙矾石的生成速率及生成量均增大,硬化水泥浆体的平均孔径、总孔体积和孔隙率减小。由于硝酸铵钙能够明显加快硫铝酸盐水泥的水化进程,使其早期强度显著提高,因此可用作早强剂。     

丁苯胶乳改性水泥混凝土的力学性能及耐久性实验分析

目前聚合物水泥混凝土已成为高性能混凝土研究的一个重要组成部分。中实验采用了一种聚合物乳液(丁苯胶乳)对高性能混凝土进行改性处理,研究不同丁苯胶乳掺加量对水泥混凝土基本力学性能、韧性、自收缩性能及抗氯离子渗透性能的影响。实验结果表明,丁苯胶乳改性水泥混凝土的抗压强度随着丁苯胶乳掺加量的增加有所降低;而丁苯胶乳的加入,对混凝土的劈裂抗拉强度、抗折强度及韧性有较大提高,且掺量为15%的增强效果最明显,劈裂抗拉强度和抗折强度的提升幅度分别达到17.4%和23.8%,;掺量为10%的情况下韧度指数最高,增加幅度达到71.1%;丁苯胶乳改性混凝土浇注24 h后的总收缩值,随着丁苯胶乳掺量的增加而逐渐减少,掺量为15%情况下的总收缩值降幅高达35%;同时,改性后水泥混凝土的抗氯离子扩散能力有所提高,抗渗性能也得到改善。     

具有大规模规整致密花状微观结构形貌高/超高性能氧化石墨烯/水泥基复合材料

通过掺入氧化石墨烯(GO)及调控水灰比制备了高性能及超高性能水泥基复合材料,当水灰比为0.26及GO掺量为0.03%和0.05%时,水泥基复合材料的抗压强度和抗折强度分别为125.6 MPa、146.7 MPa和15.6 MPa、18.3 MPa。当水灰比为0.18及GO掺量为0.03%和0.05%时,水泥基复合材料的抗压强度和抗折强度分别为168.6 MPa、181.3 MPa和26.9 MPa、29.4MPa。水泥基复合材料的抗渗透、抗冻融、抗碳化等性能得到了显著提高。通过SEM观察水泥基体的微观形貌,发现水泥水化产物成为了形状规整的水化晶体,并且交织交联成为规整致密的花状微观形貌。XRD结果表明,规整形状水化晶体是由多种水泥水化晶体复合杂化形成的复合晶体。     

硫铝酸盐水泥基胶凝材料的改性研究

根据结晶诱导、超细粉体、化学激发等效应,通过抗压强度测试、XRD、热重、SEM等分析手段对大掺量粉煤灰的硫铝酸盐水泥进行了研究。实验结果表明,引入增强组分M后,试块2h、3,7,28d最高抗压强度分别提高了140%,116%,80%和60%;钙矾石及铝胶生成量增多,体系变的更致密,2h就能达很高强度;M的引入,可能使钙矾石初始结晶度变差;随养护龄期的延长,钙矾石结晶度逐渐变好,M促使粉煤灰参与后续水化反应,使粉煤灰颗粒被水化物紧密包裹,体系变得更致密,试块后期强度变大。