纳米SiO_2对硫铝酸盐水泥基材料物理力学性能的影响

研究了不同掺量的纳米SiO_2(NS)对硫铝酸盐水泥基材料力学性能和流动性的影响。结果表明:随着NS掺量的提高,新拌砂浆流动性逐渐降低。与未掺NS的砂浆相比,掺3.0%NS的砂浆在90d的抗折/抗拉强度分别提高了104.2%和90.2%,间接反映出硬化砂浆的韧性得到了改善。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和微分热重分析(DTG)揭示了强度产生机理,即NS早期的微集料填充效应、结晶成核效应以及后期微弱的火山灰效应,使得硬化浆体的微观结构更加致密,从而显著提高了硫铝酸盐水泥砂浆的强度。     

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。     

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。     

纳米SiO2与粉煤灰协同改性水泥基材料性能研究

通过调整纳米SiO_2与粉煤灰的比例,研究了两者协同作用对水泥基材料性能的影响。结果表明,纳米SiO_2(NS)和粉煤灰协同作用效果优于NS单一掺加,3%(质量分数,下同)纳米SiO_2和不大于30%的粉煤灰同时掺加可以补偿粉煤灰引起的早期强度降低,且砂浆28d抗压强度不降低。随着NS掺量增加水泥基材料的干燥收缩增大,粉煤灰可以改善纳米SiO_2对干燥收缩的不利影响。随着NS掺量的增加,试件的抗冻性和抗氯离子渗透性能均得到提升,掺加3%NS与30%粉煤灰使水泥基材料达到最佳耐久性能。NS可以缩短水泥水化诱导期,加速水泥水化进程,且使胶凝体系总放热量增加。在水泥粉煤灰体系中掺入NS后,非蒸发水含量在早期明显增多,但在后期增长缓慢。     

有机纤维与聚合物复掺改性水泥砂浆力学性能研究

要 在固定水灰比为0.35条件下,分别研究了聚酯纤维、聚合物丁苯乳液单掺与复掺时对水泥混凝土抗压抗折强度、折压比的影响.结果表明:单掺聚酯纤维在一定掺量下可以不同程度地提高水泥砂浆的抗压抗折强度,折压比随着聚酯纤维含量的增加呈先减小后增加的趋势;单掺聚合物乳液降低了水泥砂浆的抗压强度,而折压比则随聚合物乳液掺量增加呈现逐步变大的趋势;聚酯纤维与聚合物乳液复掺时,聚合物乳液的掺入使聚酯纤维混凝土的抗压强度出现小幅降低,增强了其抗折强度,提高了其折压比,当纤维体积掺量为0.1％、聚灰比为15％时,聚酯纤维聚合物水泥混凝土的柔性最大;纤维-聚合物复掺能够使其性能得到进一步改善,效果优于两者的单掺效果.并通过扫描电镜探讨了聚酯纤维与聚合物乳液在水泥砂浆中的作用机理,表明两者复掺有效填充了水泥基材料内部的宏观与微观缺陷,提高了界面过渡区的密实程度.     

硫铝酸盐水泥混凝土力学性能影响因素分析

本文研究了水灰比,掺和料及其复合（矿渣：粉煤灰=2：1复掺）、引气剂对硫铝酸盐水泥（SAC）混凝土各龄期抗压强度的影响,并与普通硅酸盐水泥混凝土（OC）进行了对比,结果表明：水灰比的增加．引气剂和掺和料的掺入都会使混凝土的早期,后期强度明显降低,但是,对于普通硅酸盐水泥混凝土,由于显著的二次水化作用,在一定的掺量范围内,掺和料的加入使混凝土的早期强度降低,但后期强度增长甚至超过未加掺和料的混凝土。     

玄武岩纤维对水泥砂浆性能及水泥石微观结构的影响

以聚丙烯纤维为对比研究了新型材料玄武岩纤维（BF）对水泥砂浆的抗压、抗折强度和干缩的影响,并采用XRD、SEM及MIP现代检测技术对纤维微观作用机理进行了分析。结果表明：玄武岩连续纤维具有替代聚丙烯纤维的可行性;BF的加入提高了水泥砂浆的早期强度,但使28d强度有所降低;对早期砂浆的收缩有明显的改善效果,但28d以后对砂浆收缩的影响作用不显著;微观分析显示早期水化浆体中由于纤维-水泥石界面结合紧密和纤维乱向作用阻止了裂缝的引发与扩展,提高了水泥基材料早期力学性能。28d掺加纤维的水泥浆体在纤维-水泥石界面上产生弱界面,界面的弱化与总空隙率增加的共同作用导致掺加纤维水泥砂浆的长期力学性能下降。     

车桥耦合扰动对硫铝酸盐水泥混凝土修补材料性能的影响

本研究针对硫铝酸盐水泥混凝土材料在公路桥梁修复工程中、在开放交通施工条件下,受车桥耦合扰动作用易产生性能损伤及开裂现象等问题展开。首先通过实地检测确定半幅通车施工条件下车桥耦合扰动的具体参数范围,并在此基础上利用电磁扰动台模拟桥梁扰动,研究了扰动对硫铝酸盐水泥混凝土修补材料性能的影响规律。实验结果表明,在实测确定的扰动参数范围内,扰动频率在6 Hz以下的扰动对硫铝酸盐水泥混凝土的抗压、抗折强度无明显影响,当扰动频率在9 Hz以上、扰动振幅超过1.0 mm时,扰动使混凝土早期抗压强度稍有提高,但会明显降低硫铝酸盐水泥混凝土的抗折强度。通过电通量测试表明扰动会使硫铝酸盐水泥混凝土内部结构造成损伤。通过孔结构测试表明,扰动会增大混凝土有害孔与多害孔的比例,进而影响其力学性能。     

混杂纤维增强水泥基复合材料的力学性能

研究了化学改性聚丙烯（PP）纤维以及掺加聚丙烯纤维和芳纶纤维混杂比例和混杂效应对水泥基复合材料力学性能的影响,并构建了纤维增强水泥砂浆界面层的物理模型,描述了纤维对水泥砂浆的增强机制。实验表明,聚丙烯纤维经改性后使水泥砂浆前期抗折强度明显提高,聚丙烯纤维和芳纶纤维的混杂使水泥砂浆的后期抗折强度显著提高。改性聚丙烯纤维掺加体积分数为0.56%,芳纶纤维的体积分数为0.24%时,混杂纤维增强水泥砂浆试样较空白试样,3天、28天抗折强度分别提高了18.48%、31.17%,3天、28天抗压强度分别提高了7.16%、5.19%。     

不同减水剂对氧化石墨烯掺配水泥胶砂力学性能及微观结构的影响

氧化石墨烯(GO)极易在高钙高碱性水泥浆中发生聚沉。研究了不同聚羧酸系(PC1、PC2、PC3)、氨基磺酸系(A1)以及脂肪族系(B1)等几种减水剂对GO的分散效果,并考察了不同减水剂对GO复配水泥砂浆抗压强度、抗折强度、流动度的影响。结果表明,GO掺量都为0.03%情况下,PC2型减水剂对于GO掺配的水泥胶砂试件力学强度的提升最大,3d抗压强度和抗折强度相比基准试件分别提高了45.26%,50.66%;28d抗压强度和抗折强度也相比基准组提升了27.24%,9.3%。流动度方面,与基准试件相比,除PC1外,其余几种减水剂均可使GO掺配砂浆的流动度几乎保持不变。硬化水泥石的X射线衍射谱(XRD)和扫描电镜(SEM)测试结果表明加入PC2,能有效的促进早期水泥水化产物Aft晶体的生长,大幅度提升了水泥胶砂早期抗折和抗压强度。红外光谱(FT-IR)和拉曼光谱(Raman)的结果表明,减水剂PC2能使GO在模拟的水泥浆中分散性更好,且GO中的环氧基团可参与水泥水化反应,使得GO与水泥水化产物之间有较强的界面作用力。     

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%。     

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.     

改性小麦秸秆/水泥复合材料的强度

为了加强小麦秸秆/水泥复合材料的性能,采用NaOH溶液对小麦秸秆进行改性,研究NaOH溶液浓度、改性时间对水泥砂浆强度的影响。结果表明,质量分数为4%的NaOH溶液改性处理24h时,秸秆质量损失率较大,可以减缓其对水泥的缓凝作用。此改性处理秸秆与水泥拌合的胶砂试样3d、28d抗折强度和抗压强度都大幅提高,与未改性秸秆胶砂强度相比,3d的抗压、抗折强度分别提高了3.12倍和4.16倍,28d的抗压、抗折强度分别提高2.21倍和3.58倍。电镜分析表明改性后的小麦秸秆与水泥胶体结合情况较好。     

冲击荷载下高韧性水泥基复合材料动态力学特性与微结构演化研究

为提升水泥基材料静态力学性能、抗冲击特性及为减少温室气体排放而降低水泥用量,以硅粉为矿物掺合料(掺量为10%,质量比)、钢纤维为功能组分(掺量为2%,体积比),并匹配高效减水剂(掺量为1.5%～2.0%,质量比)制备高韧性水泥基复合材料,通过准静态抗压/抗折强度、分离式霍普金森压杆试验和采用水化微量热仪、热重分析仪,分别研究了高韧性水泥基复合材料准静态/动态力学特性及其微结构演变特征。结果表明：冲击荷载下(冲击速率为0.5 MPa/s)水泥基材料典型破坏过程分为三阶段,高韧性水泥基复合材料受作用后仅出现局部浆体剥落、飞散现象,而基准组体系均发生显著破坏直至整体破碎;硅粉在10%掺量下有效提升了水泥基复合材料体系早期和后期的准静态力学性能,1 d天龄期下抗压强度和抗折强度最高可达61.4 MPa、23.9 MPa,也显著提升了动态抗压强度至123.3 MPa(28 d天龄期)。微结构演变结果表明：硅粉和减水剂复合作用下浆体水化放热速率主峰提前,且主要水化产物——氢氧化钙含量减少,降低了浆体内部氢氧化钙分布的取向性,有助于改善浆体微结构。     

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。     

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。     

甲酸钙对硫铝酸盐水泥早期水化过程的影响

利用维卡仪、水化放热速率、XRD、TG-DSC和SEM等测试手段,研究了甲酸钙(Ca(HCOO)2)对硫铝酸盐水泥凝结时间、水化历程和水化产物及微观形貌的影响。结果表明,Ca(HCOO)2可明显促进硫铝酸盐水泥的凝结,并缩短初凝和终凝时间间隔;显著缩短了硫铝酸盐水泥的水化诱导期,且使水化加速期提前,使第一水化热峰值提高32%,但对水化稳定期的水化放热速率无明显影响;Ca(HCOO)2可以提高硫铝酸盐水泥水化环境的碱度,在早期提高了水化产物钙矾石(AFt)的结晶度,水化早期生成的水化产物结构致密,但并不改变水化稳定期的水化产物和微观形貌。     

纳米TiO_2对硫铝酸盐水泥早期水化的影响

通过维卡仪、等温量热仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等测试手段,研究了纳米TiO_2对硫铝酸盐水泥凝结时间、早期水化过程和水化产物的影响。结果表明,加入纳米TiO_2可以显著改善硫铝酸盐水泥早期凝结硬化过程,缩短水化诱导期,提前进入加速期和减速期,但是对稳定期的水化速率无明显影响。加入纳米TiO_2影响了晶体的形成速率和结晶度,但是不改变水化过程的类型,加入纳米TiO_2使水化产物结构密实,并导致其含量和微观结构发生一定程度的变化。     

普通硅酸盐-硫铝酸盐水泥复合凝胶体系的制备及性能研究

根据设计配比,制备了普通硅酸盐-硫铝酸盐水泥复合凝胶体系。通过改变普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的质量比、水胶比和减水剂用量等参数,采用净浆流动度、凝胶时间、结石率、抗压强度和竖向膨胀率等实验,探究了普通硅酸盐-硫铝酸盐水泥复合凝胶体系的性能影响因素。结果表明,当硫铝酸盐水泥的用量为70%(质量分数)、水胶比为0.5、减水剂用量为0.5‰(质量分数)时,复合胶凝体系的流动度最大,达320 mm,可注性好;其初凝和终凝时间分别为6和14 min,凝胶时间短;其结石率为100%,28 d竖向膨胀率约为0.14%,无需二次注浆;其28 d抗压强度为43 MPa,加固强度高。适量的硅灰和硅渣的掺杂可以提高复合胶凝体系后期的抗压强度、抗折强度和流动度,当硅灰掺量为10%(质量分数)时,复合胶凝体系3和28 d的抗压强度、抗折强度出现了峰值;当硅渣掺量为15%(质量分数)时,复合胶凝体系28 d的抗压强度和抗折强度达到最高;当硅渣掺量为10%(质量分数)时,复合胶凝体系流动度达到334 mm。     

可再分散沥青粉与纳米SiO_2复合制备刚性自防水混凝土的研究

为提高混凝土结构的自防水性,将可再分散沥青粉(RAP)与纳米SiO_2复合制备了刚性自防水混凝土。研究了RAP与纳米SiO_2掺量对混凝土工作性、力学强度、折压比、接触角及渗水高度的影响,并结合XRD和SEM对混凝土微观机理展开分析。结果表明:掺加适量的RAP对混凝土工作性并无不利影响; RAP可在略微降低混凝土抗压强度的同时大幅提高其抗折强度和折压比;加入RAP后混凝土憎水性、抗渗性及韧性均显著增加。RAP与纳米SiO_2复合时,随着纳米SiO_2掺量的增加,混凝土强度与韧性有更明显的提高; RAP与纳米SiO_2最优掺量分别为10. 0%和1. 0%。微观分析表明,纳米SiO_2可加快乳化沥青破乳成膜,同时促使更多的C-S-H凝胶产生,使混凝土更密实和均匀化。