硼砂与蔗糖对磷酸钾镁水泥性能的影响及作用机制

在保证凝结时间可控前提下,提高磷酸钾镁水泥早期强度是其工程应用的关键。本研究以硼砂、蔗糖为缓凝组分调控磷酸钾镁水泥水化和硬化过程。结果表明,与凝结时间相同的单掺硼砂、单掺蔗糖组相比,二者复掺(硼砂、蔗糖分别占MgO质量的1.5%、6.0%)的磷酸钾镁水泥水化第二放热峰明显延迟,但放热速率、总放热量均增大,水化产物MgKPO₄·6H₂O生成量增多,3 h强度提高104.1%,且后期强度与单掺硼砂组样品相当。     

缓凝剂对氯氧镁水泥水化历程的影响

为了拓展氯氧镁水泥(MOC)的使用范围,研究了缓凝剂(柠檬酸、硼酸、葡萄糖酸钠)对氯氧镁水泥凝结时间、抗压强度、电阻率、水化热和耐水性的影响,同时采用X射线衍射仪分析了氯氧镁水泥改性后的水化产物。结果表明,掺入缓凝剂会延长氯氧镁水泥的凝结时间,当缓凝剂掺量达到0.75%(质量分数,下同)时,各组试样的28 d抗压强度较空白组分别下降了19.3%、16.7%和20.2%。缓凝剂的掺入降低了水泥浆体电阻率速率曲线和内部温度曲线的峰值,推迟了水化放热速率曲线第二峰值出现时间,即降低了氯氧镁水泥的水化速率,改善了氯氧镁水泥放热集中的现象。缓凝剂能提高氯氧镁水泥的耐水性,当硼酸掺量为0.75%时,软化系数可达到0.79。     

富含重金属的焚烧飞灰对磷酸钾镁水泥体系性能的影响

为了研究富含Pb、Cd的模拟垃圾焚烧飞灰对磷酸钾镁水泥(MKPC)性能的影响,测试了含垃圾焚烧飞灰的MKPC体系的流动度、凝结时间、抗压强度和其中重金属Pb、Cd的浸出浓度,分析了MKPC体系的水化放热特性、物相组成和微观形貌,结果表明:复合缓凝剂和适量垃圾焚烧飞灰可有效延缓MKPC浆体的凝结时间.垃圾焚烧飞灰的加入和含量增加使MKPC浆体的早期抗压强度明显降低,随着水化龄期的延长,其抗压强度逐步提高,水化28 d时,掺50％飞灰的MKPC的抗压强度仍大于20 MPa.含垃圾焚烧飞灰的MKPC浆体中Pb、Cd的浸出浓度随垃圾焚烧飞灰含量的增加而增加、随水化龄期的延长而明降低.但含50％飞灰的MKPC硬化体(28 d)中Pb、Cd的浸出浓度均满足《危险废物鉴别标准》(GB5085.3-2007)要求.     

水灰比对磷酸钾镁水泥性能的影响

通过测试不同水灰比的含复合缓凝剂的新型磷酸钾镁水泥(MKPC)浆体的凝结时间、流动性和水化过程温度变化,测试其硬化体的抗压强度、分析硬化体的物相组成和微观结构,研究水灰比对MKPC浆体特性的影响.结果表明:水灰比对MKPC的抗压强度和微观结构有显著影响;存在最佳的水灰比范围(0.10,0.11),使MKPC硬化体的结构较完善和后期抗压强度较高.     

偏高岭土/粉煤灰-磷酸钾镁水泥体系早期水化研究

试验研究分析了偏高岭土/粉煤灰-磷酸钾镁水泥体系的早期水化特性,及其力学性能和微结构的发展.结果表明,磷酸钾镁水泥体系早期水化放热特征同硅酸盐类水泥相似.偏高岭土和粉煤灰的掺入加速了磷酸钾镁水泥体系的早期水化,降低了凝结时间,提高了体系的早期强度,其中,偏高岭土在体系中比粉煤灰具有更高的活性.结合低场核磁共振对水化早期微孔结构的分析,偏高岭土在体系中的化学效应大于物理效应,粉煤灰在体系中的物理效应大于化学效应,粉煤灰主要起填充密实作用.     

超效缓凝砂浆可塑性能试验研究

超缓凝砂浆是由水泥、复合缓凝剂、水和砂经适当配比而形成的，该种砂浆可塑性能的研究是其在工程上应用的重要依据。试验测定了A，B，C三种不同配比的缓凝砂浆静态塑性指数．分析了温度、龄期、复合缓凝剂的掺量及不同水泥品种对缓凝砂浆的缓凝时间的影响。结果表明：(1)三种缓凝砂浆各温度下的静态塑性指数都随龄期的增长而增大．说明缓凝砂浆在缓凝早期塑性指数小，触变性能好；(2)缓凝时间随复合缓凝剂的增加增长，随温度的升高缓凝时间会延长。(3)缓凝砂浆的凝结时间与水泥品种也有较大关系，同配比下早强型水泥凝结时间短，抗硫酸盐水泥凝结时间长。     

磷酸镁水泥的研究进展

磷酸镁水泥凝结时间短、早期强度高，在机场跑道、隧道、矿井等民用建筑和国防工程的抢修等方面具有广阔的前景。但磷酸镁水泥水化极快，凝结时间非常短，导致工程施工无法进行。综述了现阶段磷酸镁水泥凝结时间受原材料、缓凝剂、掺合料等因素影响的新成果，以及提高磷酸镁水泥密实性、粘结性、抗冻性性能的新措施，展望了磷酸镁水泥的发展前景。     

新型化学结合磷酸镁水泥的制备和性能研究

化学结合磷酸镁水泥（MPC）是一种快硬、早强的新型胶凝材料,可用于混凝土结构的快速修补.通过三种不同细度1 700℃重烧氧化镁（M）和工业级KH2P04（P）制备钾基磷酸镁水泥,研究M/P摩尔比、MgO细度、硼砂掺量等因素对磷酸镁水泥凝结时间和力学性能的影响,以XRD和TG-DSC表征磷酸镁水泥的水化产物.实验结果表明,磷酸镁水泥最佳M/P在4～5之间,1d强度最高可达45.6 MPa; MgO粉末细度对磷酸镁水泥的凝结性能影响很大,MgO的细度应控制在2 000 ～3 000 cm2/g之间,符合该细度要求的M2具有最合适的凝结时间和最高的抗压强度;硼砂对磷酸镁水泥有一定缓凝作用,但对磷酸镁水泥早期强度影响很大,24 h后抗压强度几乎无差别.磷酸镁水泥的主要水化产物为MgKPO4·6H2O和水化凝胶,但在凝结较快的M3中有MgKPO4·H2O生成.     

超缓凝技术在混凝土中的研究应用

本文探讨了外加剂、矿物掺合料、环境温湿度等因素对超缓凝混凝土性能的影响，试验数据结果：混凝土凝结时间随着超缓凝剂掺量增加而延长；超缓凝剂相同掺量下，高水灰比时，超缓凝剂能有效抑制胶凝材料水化反应进程，增加了混凝土凝结时间；在同一基准下， 固定超缓凝剂掺量，提高矿物掺合料的掺量能延长凝结时间；在低温、高湿条件下有利于延长混凝土凝结时间。通过优化配合比参数，成功配制出凝结时间为72 h的超缓凝混凝土， 28 d抗压强度符合要求，60 d抗压强度无损失，能满足施工要求。     

偏高岭土改性磷酸镁水泥

磷酸镁水泥具有快硬早强特性,但使用缓凝剂延长凝结时间会导致早期强度下降。采用偏高岭土部分替代氧化镁对磷酸镁水泥进行改性,研究了偏高岭土取代量对磷酸镁水泥砂浆凝结时间、水化热、小时强度和粘结强度的影响,并采用扫描电镜对水化产物进行了分析。结果表明:偏高岭土部分取代氧化镁可显著延长磷酸镁水泥砂浆凝结时间,且大幅提高其1 h强度和粘结强度;偏高岭土中的活性Al_2O_3参与反应并形成AlH_3(PO_4)_2·H_2O和AlPO_4等非晶态凝胶,有效改善了其力学性能。     

Multi-scale characteristics of magnesium potassium phosphate cement modified by metakaolin

Workability and early-ages mechanical properties are important indicators of magnesium potassium phosphate cement (MKPC) as a repair material. The effect of metakaolin (MK) on the setting time, fluidity and early-ages strength of MKPC paste was studied, and its influence mechanism was analyzed through pore structure, microstructure and nanomechanical properties. The results show that 10% and 20% of MK prolong the setting time of MKPC paste, but excessive MK shortens the setting time of MKPC paste. Meanwhile, incorporating MK reduces the fluidity of MKPC paste, and the early-ages strength of MKPC specimens increases when the substitution ratio of MK is 10%. When 10% of MK is incorporated to the MKPC paste, the 30-d shrinkage of the sample is only 69% of the control group. Meanwhile, a proper amount of MK can improve the pore structure of the MKPC specimen and make its microstructure denser by generating amorphous aluminosilicate phosphate gel. It is observed from the nano-scale characteristics that incorporating 10% MK can reduce the content of pore phase and unreacted MgO phase, and increase the volume fraction of hydration products.     

锂盐对硼砂在硫铝酸盐水泥中作用的影响

在硫铝酸盐水泥实际工程应用中,硼砂作为常用的缓凝剂,容易导致硫铝酸盐水泥过度缓凝,为了更好调控水泥的凝结时间,本文研究了锂盐对硼砂在硫铝酸盐水泥中作用的影响,主要从凝结时间、抗压强度、水化产物方面进行了分析。结果表明:当硼砂掺量为0.1%(质量分数,下同)时,氢氧化锂能明显缩短硫铝酸盐水泥的凝结时间,降低水泥的抗压强度;当硼砂掺量为0.5%,氢氧化锂掺量大于0.07%时,水泥的凝结时间大幅度缩短,早期抗压强度随氢氧化锂掺量增加而略微提高,后期强度略微降低;在掺加硼砂的硫铝酸盐水泥体系中,锂盐的掺入不会改变水泥水化产物的种类,当硼砂掺量为0.5%时,1 d水化产物钙矾石衍射峰强度显著降低,28 d钙矾石衍射峰强度变化不明显。     

早强型聚羧酸系减水剂对基准水泥早期水化的影响研究

探究早强型聚羧酸系减水剂(ES-PCE)对水泥水化的作用机制,有助于ES-PCE的研发设计与推广应用。本文通过对水泥水化进程、溶解速率、水化产物生长、凝结时间与抗压强度进行表征,分析了ES-PCE与普通聚羧酸系减水剂(PCE)对基准水泥早期水化的影响机理。结果表明:PCE与ES-PCE均会降低水泥悬浮液的溶解速率;PCE的掺入延缓了水泥水化的诱导期与加速期,降低了水化放热量;而ES-PCE仅略微延迟了水泥水化的诱导期,但缩短了加速期,水化放热量基本不变。与基准水泥相比,ES-PCE分别提早了水泥初凝时间10 min和终凝时间85 min。ES-PCE的掺入提高了水泥早期和后期强度,掺0.2%(质量分数)ES-PCE的水泥7 d抗压强度较基准组提高了14%,而同掺量的PCE强度提高仅为前者的一半。PCE与ES-PCE的掺入释放了水泥颗粒团状絮凝结构中的水分,有利于水泥水化,但二者对水化的影响截然相反;PCE分子结构中大量的羧基络合了溶液中的Ca²⁺,抑制了水泥颗粒表面晶核的形成,起到了一定的缓凝作用;然而,ES-PCE分子结构中羧基含量较低,Ca²⁺的络合作用较弱,缓凝效果并不明显,在体系中有效水分增多的情况下,反而促进水泥的水化,起到了早强效果。水灰比为0.4的水泥砂浆中,ES-PCE的掺量适宜控制在0.3%以下,在保证减水率的同时,对水泥早期和后期强度均起到一定的增强作用。     

缓凝剂对磷建筑石膏-普通硅酸盐水泥复合体系性能的影响及其机理研究

磷建筑石膏(β-HPG)力学性能差,凝结硬化快,已有研究表明用普通硅酸盐水泥(OPC)替代部分β-HPG可改善其力学性能,但对此复合体系工作性能的调控作用及机理研究尚不明确。本文探讨了三种缓凝剂对β-HPG-OPC复合体系性能的影响,通过测试凝结时间和抗压强度来表征性能变化,通过分析水化热曲线、电导率曲线、XRD谱和SEM照片来讨论作用机理。研究结果表明,三聚磷酸钠(STPP)对复合体系基本无缓凝作用,蛋白质类SC缓凝剂(SC)和柠檬酸(CA)的缓凝作用均较好,其中SC对初凝时间的延缓作用较好,CA对终凝时间的延缓作用更佳。CA使二水石膏晶体的形貌发生改变,导致体系抗压强度显著降低;SC对二水石膏晶体的粗化作用使体系形成相对致密的微观结构体,对抗压强度影响较小。研究结果将为β-HPG-OPC复合体系工程应用提供重要参考,有助于推进β-HPG在工程中的高附加值利用。     

定型相变材料对磷酸钾镁水泥性能的影响

利用实验室制备的癸酸/膨胀石墨定型相变材料、月桂酸/膨胀石墨定型相变材料和石蜡/膨胀石墨定型相变材料对磷酸钾镁水泥(MKPC)水化温升进行调控,同时研究了定型相变材料对MKPC水泥工作性能、水化热和强度的影响。结果表明:掺入癸酸/膨胀石墨定型相变材料、月桂酸/膨胀石墨定型相变材料后,MKPC的水化过程发生变化,磷酸钾镁水泥的性能改变:凝结时间缩短,流动度减小,水化温峰T_(max)和水化热降低,但强度有较大幅度减小。掺入石蜡/膨胀石墨定型相变材料后,MKPC水化温峰T_(max)随其掺量增加呈规律性降低。较癸酸和月桂酸,石蜡对MKPC水化过程影响较小,石蜡/膨胀石墨定型相变材料的MKPC工作性能更优。     

高强石膏3D打印浆体材料的制备与性能研究

使用预先混合的高强石膏浆体材料进行3D打印的工艺具有制品强度高、打印周期短等优点,但仍存在石膏初凝时间过短、浆体可堆叠性不足等问题。在此基础上研究了植物蛋白类缓凝剂和多聚磷酸盐缓凝剂对材料抗压强度、流动性和可打印时间的影响,并研究了增塑剂羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)对浆体流变性能和3D打印构件体积稳定性的影响。结果表明,两种缓凝剂对石膏水化的延缓机理不同,植物蛋白类缓凝剂可以延长流动度的稳定时期,多聚磷酸盐缓凝剂则不能很好地增加可打印时间,浆体在初凝前8~12 min就已失去流动性。HPMC的加入可显著提升浆体材料的表观粘度和屈服应力并消除缓凝剂造成的泌水现象,但对塑性粘度增幅不大,且会降低材料的抗压强度。高HPMC掺量下的高强石膏3D打印构件的体积稳定性较好,在0.020%(质量分数)植物蛋白类缓凝剂和0.60%(质量分数)HPMC掺量下3D打印构件的体积变形率为0.09。     

白糖和葡萄糖酸钠二元复合对长螺旋咬合桩用超缓凝混凝土性能的影响

为解决咬合桩施工现场超缓凝混凝土的制备问题,探究缓凝剂的作用机理,采用白糖和葡萄糖酸钠按质量比7∶3配制复合缓凝剂,对比一次搅拌和二次搅拌工艺,制备超缓凝混凝土。采用抗压抗折一体化试验机、环境扫描电子显微镜(ESEM)、总有机碳分析仪和等温量热仪测试分析超缓凝混凝土的力学性能、微观形貌、吸附量和水化性能。结果表明,混凝土的凝结时间随着缓凝剂掺量的增加而延长。当缓凝剂掺量为0.38%(质量分数)时,一次搅拌组初、终凝时间分别为31 h和46 h,二次搅拌组初、终凝时间分别为34 h和50 h;当缓凝剂掺量为0.50%(质量分数)时,一次搅拌组初、终凝时间分别为61 h和78 h,二次搅拌组初、终凝时间分别为65 h和84 h。两种掺量下,混凝土56 d抗压强度均达到40 MPa以上,满足两种工况的施工要求。采用二次搅拌工艺制备超缓凝混凝土有助于进一步延长混凝土的凝结时间,改善混凝土拌合物的流动性,但会略微降低混凝土的抗压强度。不同缓凝剂在水泥颗粒表面的吸附能力强弱顺序为:葡萄糖酸钠>白糖-葡萄糖酸钠>白糖>白糖-葡萄糖酸钠后掺。缓凝剂的掺入起到降低水化放热,抑制水泥水化的作用,从而延长混凝土的凝结时间。     

早龄期磷酸钾镁水泥砂浆的抗冻性评价

为了研究早龄期磷酸钾镁水泥(MKPC)砂浆的抗冻性,测试了在水和5%(质量分数)Na₂SO₄溶液中快速冻融早龄期MKPC砂浆试件的强度、体积变形和吸水率,分析了其物相组成和微观形貌,并将其与水化28 d的MKPC砂浆试件相比较。结果表明,快速冻融循环环境下,早龄期MKPC砂浆试件(水化龄期超过1 d)的强度衰减程度低于水化28 d的MKPC砂浆试件,经受225次冻融循环后,早龄期MKPC浆体试件的剩余强度与28 d水化龄期的MKPC砂浆试件接近,在硫酸盐冻融循环环境下MKPC砂浆试件的强度衰减程度低于水冻融循环环境下的MKPC砂浆试件。早龄期MKPC砂浆试件(水化龄期超过1 d)在冻融循环环境下有较好的抗变形能力,且明显优于水化龄期28 d的MKPC试件。水冻融循环环境下MKPC砂浆试件的抗变形能力优于硫酸盐冻融循环环境下的MKPC砂浆试件。冻融循环过程对水化28 d的MKPC砂浆硬化体孔结构的劣化作用强于水化1 d的MKPC砂浆硬化体。经受硫酸盐冻融循环的MKPC砂浆硬化体的开口孔隙率低于同条件的水冻融循环MKPC硬化体。     

磷渣对水泥浆体水化性能和孔结构的影响

通过对水泥浆体凝结性能、水化放热、力学性能和孔结构的测定,以及扫描电镜分析和差热-热重分析,研究了不同掺量磷渣对水泥浆体水化性能和微观结构的影响.结果表明:随着磷渣掺量的增加,浆体的凝结时间延长,水化热减少,早期抗压强度下降.但掺磷渣水泥浆体的后期抗压强度已接近或超过了纯水泥浆体的,磷渣掺量的增加对水泥浆体的后期抗压强度影响不显著.浆体中的Ca(OH)2量随龄期的延长而增加并随磷渣掺量的增加而降低.磷渣的活性效应和填充效应的发挥有效地改善了浆体水化后期的微观结构和孔结构,从而使浆体的力学性能有所提高.