粉煤灰对氧化镁水泥膨胀的影响机理——探讨粉煤灰对膨胀源所处环境的结构和力学性能的影响

在外掺轻烧氧化镁的水泥净浆中掺入粉煤灰,通过膨胀率变化分析粉煤灰对氧化镁膨胀的影响及其机理。粉煤灰在早期促进了氧化镁膨胀,到后期却抑制了膨胀,而且随着粉煤灰掺量的增加上述作用增强。为了更好地分析膨胀机理,结合膨胀场理论和KELVIN粘弹性模型深入讨论了粉煤灰对膨胀源所处环境的影响,并从水泥石的结构和力学性能揭示了粉煤灰对氧化镁膨胀的影响机制。     

粉煤灰对氧化镁水泥膨胀的影响机理——探讨粉煤灰对膨胀源所处环境的结构和力学性能的影响

在外掺轻烧氧化镁的水泥净浆中掺入粉煤灰，通过膨胀率变化分析粉煤灰对氧化镁膨胀的影响及其机理。粉煤灰在早期促进了氧化镁膨胀，到后期却抑制了膨胀，而且随着粉煤灰掺量的增加上述作用增强。为了更好地分析膨胀机理，结合膨胀场理论和KELVIN粘弹性模型深入讨论了粉煤灰对膨胀源所处环境的影响，并从水泥石的结构和力学性能揭示了粉煤灰...     

磷酸镁水泥修补材料耐磨性影响因素研究

以重烧MgO和磷酸二氢铵为主要原料制备磷酸镁水泥修补材料,研究了氧化镁与磷酸二氢铵的比值(M/P)、水胶比(W/B)、硼砂掺量、粉煤灰掺量及龄期对磷酸镁水泥石耐磨性的影响,采用X射线衍射分析和扫描电镜探讨不同龄期水化产物的物相组成及结构。结果表明,M/P=4时磷酸镁水泥石耐磨性最强;7d内磷酸镁水泥石耐磨性随W/B增大而减弱;掺入硼砂和粉煤灰都会影响磷酸镁水泥石的耐磨性,且掺量越大耐磨性越差;磷酸镁水泥石耐磨性随龄期延长而提升。     

早强磷硅酸盐水泥的制备和性能

以MgO含量较低的镁砂和粉煤灰为主要原料，制备了磷硅酸盐胶凝水泥（MPSC），研究力学性能．结果表明，磷硅酸盐水泥凝结快，早期强度高．掺入30％-50％的粉煤灰可明显地提高MPSC的早期和长期抗压强度，其中以粉煤灰掺量为40％效果最好．使用MgO含量较高而且颗粒较细的镁砂，制备出的水泥具有较高的强度．水泥石的水化产物以无定形为主，伴以少量的六水水化磷酸镁钾晶体．硬化水泥石中有许多未水化的镁砂，可作微集料．粉煤灰填充了反应物之间的空隙，使基体的密实度提高；粉煤灰参与水化反应提高了材料的胶凝性能．     

粉煤灰掺量对轻烧氧化镁基制备3d打印用磷酸镁水泥性能的影响

以实现轻烧氧化镁为原料制备低碳磷酸镁水泥材料的3d打印为目标,采用自主研发的混搅挤功能一化建筑3d打印设备,探究了不同粉煤灰掺量对以轻烧氧化镁为基制备磷酸镁水泥材料性能与打印性能的影响规律,并结合XRD与SEM微观试验进一步分析粉煤灰对其水化产物及晶体样貌的影响。结果表明：与重烧氧化镁相比,由轻烧氧化镁制备磷酸镁水泥的凝结时间大幅缩短;粉煤灰的加入对材料凝结时间影响较小,均在2～3 min左右,但对抗压强度与界面粘结强度有负面影响,当粉煤灰掺量为磷酸镁水泥质量的30%时,抗压强度及界面粘结强度分别下降约34.24%、48.94%;粉煤灰掺量在20%以内时,可有效改善轻烧氧化镁基磷酸镁水泥材料的干缩率,提高体积稳定性;粉煤灰中的活性物质参与水化反应,生成的水化产物与磷酸镁水泥展现出良好的化学相容性,使结构内部更为密实;当粉煤灰掺量为20%～25%时,制备的3d打印用轻烧氧化镁基磷酸镁水泥具有良好的工作性能、体积稳定性能、挤出性能以及建造性能,且满足3d打印对水泥基材料的力学要求。     

磷酸镁水泥水化热的影响因素研究

采用八通道微量热仪研究了不同m(M)/m(P)(氧化镁和磷酸二氢钾质量比)比值、水胶比(W/B)、硼砂掺量、粉煤灰掺量和磷酸盐种类对磷酸镁水泥水化热的影响规律。实验结果表明,磷酸镁水泥的水化存在吸热和放热两个过程,包含一个吸热谷和两个放热峰,吸热谷产生于磷酸盐的溶解,放热峰与氧化镁溶于酸性溶液及产物的形成有关;提高m(M)/m(P)比值、水胶比、硼砂掺量和粉煤灰掺量都会降低磷酸镁水泥水化的放热速率和放热量;以磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾为磷酸盐所制备的磷酸镁水泥的水化放热峰峰值和放热量分别达到了0.430714,0.145677,0.194626 W和1198.949,452.798,902.872J,表明了磷酸盐种类对磷酸镁水泥水化热和放热速率有显著的影响,这与三者的溶解度和pH值有关。     

水泥品种对水泥基材料热膨胀性能影响的研究

针对不同品种水泥基材料在高温下体积稳定性问题,采用差示热膨胀仪对普通硅酸盐水泥、高铝水泥和硫铝酸盐水泥分别制成的水泥石的热膨胀性能进行了测试,并用DTA/TG对影响水泥石高温热性能的原因和机制进行了分析。结果表明:3种水泥石的热膨胀率均随着温度的升高先增加后显著降低,到达一定温度后趋于稳定。分析热膨胀随温度变化的规律获知,3种水泥在高温状态下应用时,高铝水泥体积稳定性最佳、硫铝酸盐水泥次之、普通硅酸盐水泥石最差。水泥石的热膨胀均是由其固相组分的受热膨胀与主要水化产物的脱水收缩共同作用的结果,而水泥品种不同,其水化产物中主要脱水组分截然不同。     

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。     

高浓度盐环境下偏高岭土对水泥石抗盐冻性能的影响

为研究高浓度盐环境下偏高岭土对提高水泥石抗冻性的使用效能,本工作通过探究偏高岭土掺量对冻融循环后水泥石强度损失率、水化产物含量、盐侵蚀产物含量的影响规律,建立了水化及侵蚀产物含量与抗压强度损失率间的线性回归方程,并计算出偏高岭土对提升水泥石抗盐冻性能的最佳掺入范围。结果表明：偏高岭土可有效提高水泥石的抗盐冻性能,且材料的强度损失率随掺量的增加呈线性降低趋势;高浓度盐环境下水泥石表层氢氧化钙会与钙离子和氯离子反应生成膨胀型晶体水合氯氧化钙;氢氧化钙和水合氯氧化钙的含量随偏高岭土掺量的增加呈下降趋势,且线性相关;以强度损失率作为评价标准拟合出水泥石免受破坏的氢氧化钙和水合氯氧化钙临界值分别为9.2%和7.1%。     

氧化石墨烯对水泥净浆流动度及水泥石结构和性能的影响

采用Hummers法及超声破碎分散法制备了氧化石墨烯(GO)纳米相分散液,研究了GO对水泥净浆流动度和水泥石微观结构的影响,用FT-IR、AFM、XRD及SEM对GO及水泥石结构进行了表征。结果表明GO的掺入降低了净浆流动性,每增加0.01%的GO需要增加0.02%的聚羧酸系减水剂(PCs)以保持水泥净浆流动度在3 h内在200 mm以上,GO的掺入能够使水泥石的微观结构发生明显的变化,当GO/PCs掺量为0.01%/0.24%~0.03%/0.28%时,水化龄期7 d的水泥石出现了大量分散均匀的花状微晶体,当GO/PCs掺量为0.05%/0.32%~0.07%/0.36%时,同龄期水泥石中出现大量的片状晶体,在水化龄期延长到28 d时有转化为密实结构的趋势,结果说明GO具有调控水泥水化产物形貌的能力及增强增韧的作用,此研究结果对于提高水泥基材料的力学性能具有重要意义。     

水泥混凝土中MgO来源与作用的研究进展

分析了混凝土中MgO的来源与形态,比较了不同条件下方镁石的水化动力学,讨论了方镁石在混凝土中的膨胀性能及其影响因素.分析认为方镁石水化动力学可以从理论上解释氧化镁混凝土的膨胀性能,可用于评价氧化镁混凝土的安定性和预测氧化镁混凝土的变形.采用不同方法得出的方镁石水化动力学方程差别很大,有必要对外掺轻烧氧化铗在水泥体系中的水化动力学进行研究.     

粉煤灰掺量对磷酸钾镁水泥水化动力学的影响

使用等温微量热仪测定了粉煤灰掺量分别为0、5%、10%、15%、20%和25%的磷酸钾镁水泥((Magnesium potassium phosphate cement,MKPC)在20℃的水化放热速率和放热量。根据Knudsen和Kondo水化动力学公式计算了MKPC水化最终放热量Q_∞、各阶段的水化阻力N和反应速率常数K,研究了粉煤灰掺量对MKPC水化历程的影响机理。结果表明:对于不同粉煤灰掺量的MKPC最终放热量和动力学参数的计算,Knudsen和Kondo水化动力学公式都具有优异的适用性,拟合相关度很高。磷酸钾镁水泥的水化过程可分为6个阶段,水化反应始于第二阶段,水化进行至第四阶段时MKPC由结晶成核直接进入到扩散阶段。随着粉煤灰掺量从0提高到15%,MKPC体系中反应组分MgO和KH_2PO_4的含量减少,水化放热量降低,粉煤灰主要以物理填充作用参与MKPC水化,对磷酸镁水泥水化过程影响较小。当粉煤灰掺量为15%~25%、硼砂相对含量减少时,粉煤灰的火山灰效应显著,水化放热量增大,MKPC各水化阶段的N和K值的变化较大。     

粉煤灰对双膨胀水泥膨胀性能的影响

本文研究粉煤灰对双膨胀水泥水化和膨胀性能的影响。结果表明 ,粉煤灰对双膨胀水泥早期和后期膨胀都有显著的抑制作用 ,对早期膨胀的抑制作用与形成钙矾石的化学环境改变以及钙矾石形成提前结束有关 ,对后期膨胀的抑制作用与其抑制水泥浆体中水镁石的形成一致。     

富镁矿渣对油井水泥浆体膨胀性能的影响及水化机理

80℃水浴养护环境下,研究了不同掺量富镁矿渣对G级油井水泥浆体膨胀性能及其他基本性能的影响,考察了40%富镁矿渣掺量下水泥浆体的工程性能,同时研究了富镁矿渣的水化机理。实验结果表明,掺加富镁矿渣的水泥浆体具有微膨胀性能,其中掺40%富镁矿渣的水泥浆1d线膨胀率为0.0035%,28d线膨胀率为0.0255%;富镁矿渣掺量对水泥浆体凝结时间、流动度、密度影响不大;水化放热量和水泥石早期强度(3d前)均随富镁矿渣掺量的增加而降低,而后期强度(28d后)逐渐升高并高于净浆水泥石;硬化体中Ca(OH)2含量随富镁矿渣掺量增加和养护龄期的延长而降低;40%富镁矿渣掺量下,浆体各项工程性能基本满足固井施工基本技术要求。     

稻壳灰对固井水泥石性能影响研究

本实验通过在实验室制备稻壳灰并测试其相关性能,然后将稻壳灰按照实验设定的方案加入水泥中,待其水化硬化再从宏观和微观两个方面进行分析,以此来评价稻壳灰对固井水泥石的影响因素。结果表明:稻壳灰含有孔状结构,是一种多孔材料,同时它易磨,易制备,经过研磨后的稻壳灰比表面积较大,微集料填充效应良好。另外本实验探究得出稻壳灰掺量为12%时,养护得到的水泥石试样早期强度同比净浆一天增长15%~20%,两天增长25%~30%,因此可得出稻壳灰能改善固井水泥石的早期强度,最佳掺量为12%。利用XRD、SEM、EDS和TG等实验设备分析稻壳灰提高固井水泥石早期强度的原理为稻壳灰可以使水泥石中不同粒度的原料呈最密堆积,提高水泥石的致密度;稻壳灰中的高活性Si O2会与水泥的水化产物Ca(OH)2发生火山灰反应促进水泥的二次水化,生成了大量胶凝相即水化硅酸钙,提高水泥石的力学性能和改善水泥石微观结构。     

TiO2纳米颗粒对水泥-粉煤灰体系水化硬化及氯离子侵蚀的影响

利用微量热分析、X射线衍射(XRD)、差热分析(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、压汞测孔仪(MIP)等手段研究了TiO_2纳米颗粒对水泥粉煤灰体系水化硬化以及抗氯离子侵蚀的影响。研究发现:TiO_2纳米颗粒的异相晶核效应和微集料填充效应协同作用,促进了水泥熟料的水化,加快了粉煤灰的二次水化进程并降低了硬化水泥石的孔体积,使水泥粉煤灰材料的微观结构更加均匀密实,提高了水泥粉煤灰材料的力学性能和抗氯离子侵蚀性能。     

粉煤灰改性磷酸镁水泥性能及机理分析

以粉煤灰、MgO和KH₂PO₄为原料制备磷酸镁水泥(MPC)。测定MPC在不同粉煤灰掺量下的抗压强度、抗折强度、凝结时间、孔隙率,并分析其微观结构。研究结果表明：MPC抗压强度随粉煤灰掺量的增加先升高后降低,掺量为20%时强度最大为34 MPa,抗折强度随粉煤灰掺量的增加而降低,韧性随粉煤灰掺量的增加而降低;粉煤灰改善了MPC孔结构,粉煤灰掺量为40%时MPC孔隙率降低了67.2%;粉煤灰延长了MPC凝结时间,粉煤灰掺量为40%时MPC凝结时间延长至13.7 min;随着粉煤灰掺量的增加水化产物MgKPO₄·6H₂O(MKP)生成量先增多后减少,粉煤灰掺量20%时MKP生成量最大。粉煤灰对MPC强度的影响主要取决于MKP生成量。     

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.     

热还原氧化石墨烯在水泥水化介质中的分散及其增强砂浆的性能与机理研究

掺配纳米石墨烯能大幅度提升水泥基材料的各项性能,但如何改善石墨烯纳米片层在水泥水化的高钙高碱性环境中的稳定分散是一个难点。本工作以一种聚多芳香环类减水剂(JS)作为分散剂,通过测定吸光度研究了高温热还原法制备的还原型氧化石墨烯(rGO)在用于模拟水泥水化高钙高碱性环境的饱和氢氧化钙(CH)溶液中的稳定分散性。研究表明,当JS分散剂与胶凝材料质量比为1. 5%时,rGO在CH溶液中有相当好的分散效果。石墨烯掺配水泥砂浆的力学性能测试表明,当rGO掺量为0. 05%时,3 d抗折、抗压强度分别提高了9. 5%、11. 1%,28 d抗折、抗压强度分别提高了6. 74%、26. 5%。化学结合水试验及微观测试表明,JS分散剂能使rGO有效均匀地分布在水泥石中,加速水泥水化进程,进而调控水化产物晶体生长。     

淀粉基水化温升抑制剂对水泥-粉煤灰复合胶凝材料水化的影响

本实验主要研究了淀粉基水化温升抑制剂( TRI)对水泥-25%粉煤灰、水泥-50%粉煤灰复合胶凝材料凝结时间、抗压强度、水化放热历程的影响,并与纯水泥进行比较.通过对比TRI在水泥和粉煤灰上的吸附性能和水化产物的变化,对其影响机理进行了分析.结果表明:随TRI掺量增加,凝结时间都延长,早期强度都降低,复合体系后期(60 d)强度存在损失,但不影响纯水泥后期强度,水化放热速率峰值都大幅度降低,缓解了集中放热.水泥对TRI的吸附能力更强,导致复合体系中单位水泥吸附的TRI更多,使得降峰效果更好,同时也导致凝结时间延长更多,增大早期强度损失. TRI不影响纯水泥最终水化程度,但会延缓粉煤灰的火山灰反应,因此降低了复合体系60 d强度.