海水和矿物掺合料对硫铝酸盐水泥砂浆性能的影响

本文研究了不同拌和水以及海水拌和时粉煤灰和硅灰掺量对硫铝酸盐水泥(SAC)砂浆力学性能和表观孔隙率以及净浆凝结时间、化学收缩、孔溶液pH值和氯离子结合能力等的影响,并通过XRD、SEM和EDS分析水泥水化产物和微观结构。结果表明,海水能加快SAC早期水化并提高其早期强度,但后期强度和淡水拌和时无明显差别。粉煤灰和硅灰均会延长SAC凝结时间,对早期抗压强度不利,而掺加质量分数为5.0%和7.5%的硅灰能提高SAC砂浆28 d抗压强度。硅灰掺量增加时会提高用水量和表观孔隙率,降低流动性,使水泥化学收缩增大,降低净浆pH值且减少氯离子结合量;粉煤灰能够提高砂浆流动性,减少水泥化学收缩,但掺量越大对SAC砂浆抗压强度和抗折强度越不利,掺质量分数为10%的粉煤灰可小幅提高氯离子结合量且减小表观孔隙率。     

养护条件对水泥基材料孔隙结构的影响

通过压汞法测量孔隙分布、孔隙率和体积、特征孔隙尺寸、孔隙比表面积和曲折度,研究了养护条件对密封养护净浆和砂浆试件的孔隙结构的影响。结果表明:密封养护对水泥基材料的比表面作用较小,但是能显著提高其孔隙率;密封养护加剧自干燥作用,导致水泥基材料在10～100nm和100～1000nm区间出现明显的孔隙分布峰,且峰强和最可几尺寸均随着水灰比的增加而增加;密封养护导致水泥基材料的临界孔隙尺寸减小但是对平均孔径均影响较小;净浆和砂浆的退汞残余和曲折度均随着水灰比的增加而降低,且曲折度与孔隙率的关系大致符合指数规律。密封养护条件下自干燥导致微结构变化的模型表明:水泥基材料在低含水量条件下水化不充分,孔隙压力大,容易出现连通的大毛细孔和微裂纹;水灰比越大,该现象越明显。     

常用外掺料对G级油井水泥体积稳定性及力学性能的影响*

针对G级油井水泥浆体体积收缩问题,对比研究了两种常用外掺料(矿渣和石英粉)对水泥浆体体积稳定性及力学性能的影响,并利用等温量热仪(ICC)、X射线衍射仪(XRD)、压汞仪(MIP)和扫描电镜(SEM)分别测试了两种外掺料对水泥水化放热速率,水泥水化产物、孔结构及水泥石微观形貌的影响。结果表明:80℃下水泥净浆体积收缩主要发生在水化早期,对应水泥石早期抗压强度、抗折强度增长迅速;掺入30%比表面积为340m2/kg的矿渣部分改善浆体体积收缩,150d线收缩率较净浆减小32%,早期抗压强度、抗折强度减小,后期强度增大并超过净浆;掺入30%比表面积为710m2/kg的石英粉加剧了浆体体积收缩,150d线收缩率较净浆增大40%,早期抗压强度、抗折强度远低于净浆及掺30%矿渣水泥。长期水养后部分超细SiO2参与反应,加之细颗粒的填充作用使其150d力学强度超过净浆及掺30%矿渣水泥,即水泥石力学强度不仅与外掺料活性有关,还与其粒径分布和养护龄期密切相关。     

超细熟料活性效应及充填效应对石灰石硅酸盐水泥性能影响

为提高水泥熟料的有效利用率,降低水泥生产成本,改善石灰石硅酸盐水泥性能。用超细熟料、石灰石粉配制了石灰石硅酸盐水泥,在此基础上,研究了超细熟料充填效应对石灰石硅酸盐水泥堆积密实度、净浆流动性和胶砂强度的影响,以及超细熟料活性效应对胶砂强度和水化产物的影响。结果表明:超细熟料-石灰石粉复合水泥的颗粒充填堆积密实度与净浆流动性有一定的关联性,即堆积密实度越大越能改善净浆流动性;与普通细度水泥熟料对比,超细熟料具有更高的水化活性,提高了复合水泥的抗压、抗折强度,超细熟料掺量为30%时各龄期的活性效应最为理想;超细熟料的填充密实效应提高了复合水泥胶砂强度,当超细熟料掺量为30%时填充效应对强度影响最显著;与普通细度水泥熟料对比,超细熟料中的C_3A与石灰石粉中的CaCO_3反应生成了更多的水化碳铝酸钙。     

温度对水泥-矿渣复合胶凝材料水化的影响（英文）

研究了温度对水泥-矿渣复合胶凝材料硬化浆体微观结构及净浆和砂浆后期强度的影响。利用背散射图像分析法测定了硬化浆体中水泥和矿渣各自的反应程度。探讨了水泥-矿渣复合胶凝材料水化程度、微观结构和力学性能之间的关系。结果表明:温度对纯水泥的水化程度影响很小,但高温(60℃)降低了纯水泥净浆的后期抗压强度。高温阻碍了复合胶凝材料浆体中水泥的后期水化,但促进了矿渣的水化,提高了矿渣的后期反应程度。高温下矿渣持续反应使硬化浆体的孔结构细化,使复合胶凝材料净浆的后期抗压强度与常温养护时相近。高温对水泥-矿渣复合胶凝材料砂浆后期抗压强度的不利影响大于净浆后期抗压强度。高温养护并不导致水泥-矿渣复合胶凝材料的后期水化程度降低。复合胶凝材料的水化程度与强度不呈线性相关。     

减水剂对硫铝酸盐水泥早期水化影响

研究了聚羧酸系高效减水剂(PCE)和萘系减水剂(FDN)对硫铝酸盐水泥净浆工作性能及力学性能影响,通过XRD和SEM检测手段对水化产物进行表征.结果表明:两种减水剂对硫铝酸盐水泥净浆流动度的影响存在饱和点;相比于FDN型减水剂,PCE型减水剂对硫铝酸盐水泥净浆具有更好的减水效率及分散能力.PCE型减水剂阻碍硫铝酸盐水泥净浆早期水化,并降低硫铝酸盐水泥净浆1 d抗压强度;FDN型减水剂能够加速硫铝酸盐水泥净浆早期水化,缩短初凝和终凝时间,提高硫铝酸盐水泥净浆1d抗压强度.两种减水剂对硫铝酸盐水泥净浆3d后抗压强度及水化产物种类均没有影响.     

纳米二氧化硅改性混凝土宏观性能及微观调控机理分析

系统研究了纳米SiO2对水泥净浆流动性、水泥砂浆强度、混凝土强度和动弹性模量、混凝土渗透性能的影响,并采用X射线衍射(XRD)分析了不同掺量纳米SiO2对混凝土不同水化阶段水化产物的影响规律,同时借助电镜扫描(SEM)分析了水化产物微观结构受到的影响,从宏观性能和微观机理两方面探讨了纳米SiO2对水泥基材料的影响.结果表明,纳米SiO2会影响水泥水化尤其是早龄期水化速度,从而提高混凝土和砂浆强度,提高混凝土的抗渗性能,降低混凝土的动弹性模量.一定范围内,随着纳米SiO2掺量的增加,水泥水化产物受影响的程度逐渐增大,通过XRD和SEM分析水化产物微观结构变化规律,发现与宏观力学性能和耐久性能吻合较好.纳米SiO2本身的特性(粒径大小、表面活性、分散性能等)决定其对水泥水化过程和产物的影响程度.     

建筑垃圾复合粉体材料对小型混凝土构件收缩性能和微观结构的影响

针对我国建筑垃圾堆积如山,再生利用率较低的现状,将建筑垃圾磨细砖粉与矿粉、粉煤灰和激发剂复合形成建筑垃圾复合粉体材料(以下简称CWCPM),从宏观和微观两方面研究了CWCPM对小型混凝土强度和收缩性能的影响.结果表明:掺CWCPM的混凝土具有较好的强度效应和收缩性能;当替代量小于30％时,混凝土早期强度有小幅度降低,而后期强度高于基准试样;60d龄期时,CWCPM的掺入提高了混凝土的收缩性能,随其掺量的增加收缩系数先减小后增大.DSC-TG、压汞试验结果表明:孔隙率并不是影响混凝土性能的决定性因素,混凝土各项性能与其内部孔径分布有密不可分的关系;CWCPM良好的填充效应和火山灰效应改善了水泥水化产物组成和内部孔结构,提高了混凝土密实度.     

钢渣对硬化水泥浆体结构形成的影响研究

研究了钢渣对水泥强度及体积膨胀率的影响,采用SEM和EDXA分析了水化产物的形貌和微区化学成分,并用XRD对水化产物的矿物组成进行了分析研究。研究结果表明,钢渣的掺入会降低水泥净浆的早期抗压强度,但随钢渣水化的进行,掺钢渣的水泥浆体7d以后的强度增长较快,至120d时净浆抗压强度已与纯硅酸盐水泥相近。掺钢渣的水泥的体积膨胀率比纯硅酸盐水泥的体积膨胀率大,钢渣水泥的体积膨胀率主要取决于钢渣中的fCaO含量。掺钢渣水泥的主要水化产物组成和形貌与纯硅酸盐水泥无明显差别,所不同的是C-S-H凝胶中有较多的铁相。掺钢渣水泥的水化产物主要有C2SH(C)、AFt和Ca(OH)2。     

硅酸盐水泥对脱硫石膏基砂浆物理力学性能的影响

研究了硅酸盐水泥掺量变化对脱硫石膏基砂浆的稠度、体积密度、抗压强度、抗折强度、软化系数、黏结拉伸强度、干燥收缩性能等物理力学性能的影响规律.结果表明,硅酸盐水泥能显著提高脱硫石膏基砂浆稠度,增大流动性,使得新拌砂浆体积密度和硬化砂浆体积密度略微增大;显著提高脱硫石膏基砂浆的抗压强度、抗折强度和软化系数,尤其是后期强度;能明显提高黏结拉伸强度,显著降低干燥收缩率,改善干燥收缩性能,甚至使得砂浆早期具有微膨胀特点;硅酸盐水泥在脱硫石膏基中的掺量宜控制在20％以内.     

硬化水泥净浆微观强度测试与表征

采用精密切片及划片技术,制备边长分别为100μm和200μm的硬化水泥净浆微观立方体试件。采用纳米压痕仪,利用不同几何形状的压头,对制备的试件进行无侧限轴压及单边劈裂测试,在微观尺度上研究硬化水泥净浆的抗压和劈裂强度。为了表征硬化水泥净浆微观尺度的变异性,每组工况测试100个样品,建立数据库,进行统计分析。结果表明:硬化水泥净浆的微观强度概率分布可以用二参数Weibull分布函数进行表征;高水胶比的硬化水泥净浆的平均强度较低且变异性高;试件尺寸对测试结果具有显著影响,强度和变异性均随试件尺寸增大而降低。与已有研究结果对比,发现硬化水泥净浆的微观强度和离散性介于单一水化产物和混凝土之间。     

预养护对二氧化碳养护混凝土过程及显微结构的影响

研究了干硬性混凝土经干燥环境预养护后的剩余水灰比对其二氧化碳养护过程及显微结构发展的影响。用热重分析和Fourier红外光谱等方法对二氧化碳养护砂浆过程中形成的产物进行了定性和定量分析,并利用压汞测孔仪分别测试了二氧化碳养护3h和自然养护5h的砂浆的孔径分布。结果表明:剩余水灰比为0.16～0.20时二氧化碳养护程度及抗压强度最高;养护过程中反应物为水泥颗粒及少量水化产物,生成方解石及硅胶;养护程度较高的试件生成的碳酸钙结晶度较高;二氧化碳养护后混凝土孔隙率明显降低,50～1 000nm的毛细孔含量降低,养护程度越高的混凝土,孔结构改善程度越高。     

水蒸气等温吸附表征水泥基材料孔隙结构

采用水胶比0.45的净浆、砂浆和混凝土材料,以水蒸气等温吸附法和压汞法为试验方法,以GAB吸附模型为数据分析手段,通过等温吸附曲线、脱附曲线、滞回曲线和孔隙分布,研究使用水蒸气等温吸附法表征水泥基材料的孔隙结构。研究结果表明:骨料对水泥基材料的水蒸气等温吸附曲线几乎没有影响;水泥基材料吸附/脱附滞回曲线出现在整个湿度区域,并在湿度为80%达到最大值;考虑表面吸附层能够提高水蒸气等温吸附计算的孔隙分布精度;水蒸气等温吸附法得到的孔隙率和比表面积与压汞法得到的数值具有正相关性;微孔(r<3nm)中能量不稳定和显孔(r>3nm)中"墨水瓶"效应是水蒸气等温吸附过程滞回现象的主要原因。     

5℃时掺低温早强剂水泥的早期水化及微观结构EI北大核心CSCD

以溴化钙(CaBr2)、溴化锂(LiBr)和三异丙醇胺(TIPA)三组分制备低温早强剂,研究低温下,早强剂对净浆强度、凝结时间、流动度的影响,并从水化热、产物微观结构等角度出发,探讨其作用机理。结果表明:5℃低温时,低温早强剂的掺入使净浆初、终凝时间均略有所缩短,可明显加快试件的强度发展,掺低温早强剂净浆1、3、7、28 d抗压强度较对比样分别提高291%、78%、62%和40%,3 d后各龄期强度已超对比样20℃时强度。低温下,低温早强剂使水泥水化诱导期缩短、加速期提前,最大放热速率较对比样增大78%,12 h、7 d累计放热量则分别增大227%和52%。低温早强剂可促进水泥初期水化反应,使试样中Ca(OH)2含量增加、水化程度增大,水化12 h产物中即有大量Ca(OH)2生成,且生成了含溴C-S-H凝胶和水化溴氧铝酸钙[Ca4Al2O6Br2·10H2O]产物。水化产物相互堆积,细化了水化初期(7 d前)试件的孔径,大孔数量明显减少,净浆1、7 d总孔隙率较对比样分别减小16%、31%,试样微观结构更加致密。     

5℃时掺低温早强剂水泥的早期水化及微观结构

以溴化钙(CaBr2)、溴化锂(LiBr)和三异丙醇胺(TIPA)三组分制备低温早强剂,研究低温下,早强剂对净浆强度、凝结时间、流动度的影响,并从水化热、产物微观结构等角度出发,探讨其作用机理。结果表明:5℃低温时,低温早强剂的掺入使净浆初、终凝时间均略有所缩短,可明显加快试件的强度发展,掺低温早强剂净浆1、3、7、28 d抗压强度较对比样分别提高291%、78%、62%和40%,3 d后各龄期强度已超对比样20℃时强度。低温下,低温早强剂使水泥水化诱导期缩短、加速期提前,最大放热速率较对比样增大78%,12 h、7 d累计放热量则分别增大227%和52%。低温早强剂可促进水泥初期水化反应,使试样中Ca(OH)2含量增加、水化程度增大,水化12 h产物中即有大量Ca(OH)2生成,且生成了含溴C-S-H凝胶和水化溴氧铝酸钙[Ca4Al2O6Br2·10H2O]产物。水化产物相互堆积,细化了水化初期(7 d前)试件的孔径,大孔数量明显减少,净浆1、7 d总孔隙率较对比样分别减小16%、31%,试样微观结构更加致密。     

不同pH值碱性电解水对砂浆工作性能和强度的影响

碱性电解水具有强碱性、高活性、离子性和吸附性等优点,本文利用不同pH值(9.5、10.5、11.5)的碱性电解水制备粉煤灰砂浆,并在粉煤灰取代率为0%、15%及30%(质量分数)的条件下,系统研究了不同pH值碱性电解水对粉煤灰砂浆的工作性能、力学性能以及Ca(OH)₂等水泥水化产物含量的影响规律,并利用XRD、SEM等微观试验对比分析了不同pH值的粉煤灰净浆的结构组成和微观形貌特征。试验结果表明:随着pH值的提高,相较于普通自来水粉煤灰砂浆,碱性电解水粉煤灰砂浆的流动度、抗压强度和抗折强度逐渐提高,水化产物Ca(OH)₂含量逐渐降低。当碱性电解水pH值为10.5,粉煤灰取代率为15%时,碱性电解水粉煤灰砂浆的早期强度和流动度的改善效果达到最佳,28 d的抗压强度和抗折强度较普通水砂浆分别提高了8.4%和12.5%。同时,相较于普通自来水净浆,不同pH值的碱性电解水净浆的团簇化和颗粒化均表现得更加明显,这对于促进水泥水化进程,提高砂浆流动性,激发粉煤灰早期活性起到了积极作用,除了生成更多的C-S-H凝胶体和Ca(OH)₂等水化产物以外,还生成了钾长石等其他水化产物。     

微观表征法研究煤矸石改性水泥砂浆水化机理

在水泥胶砂中掺入适当配比的煤矸石可以增加水泥砂浆的强度,尤其是早期强度.与不添加煤矸石的基准砂浆相比,煤矸石的掺量为9%时,砂浆3 d抗压强度提高1.0 MPa,28 d抗压强度提高2.0 MPa.XRD、TGA-DTA和SEM分析证实:加入煤矸石促进了水泥砂浆7 d早期水化反应,生成水化产物钙矾石、C-S-H凝胶、AFm和氢氧化钙,且水化产物的数量亦不同,各产物的晶型结构也不相同,改性后水化产物增多,水化速率加快,因而影响砂浆的宏观力学强度.     

三元复合水泥浆体水化进程及其与干缩的关系

采用选择性溶解法和非蒸发水法分别测量了粉煤灰-硅灰和水泥的反应程度;通过复合浆体中有效水胶比的计算和非线性拟合的方法,得出复合浆体中水泥的反应程度,研究了粉煤灰-硅灰-水泥三元体系中矿物掺合料对水泥水化程度的影响.根据矿物掺合料和水泥的反应程度数据,并结合强度数据分析了复合水泥浆体干燥收缩的规律.研究发现:在相同龄期,随着硅灰的逐渐增多,粉煤灰的逐渐减少,复合浆体的干燥收缩逐渐增大;在不同龄期,复合浆体的干燥收缩值随着龄期的延长,干燥收缩曲线由陡逐渐变得平缓;当粉煤灰和硅灰总掺量为50％,而其中的硅灰为5％时,可以得到干燥收缩较小,抗压强度较高的三元复合水泥浆体.     

CoFeMgAl-LDHs/CNTs复合材料对水泥水化及微观结构的影响

通过进行水化热测试、非蒸发水含量测试、X射线衍射分析、扫描电镜分析、压汞测试及强度试验,研究了钴铁镁铝水滑石-碳纳米管复合材料(CoFeMgAl-LDHs/CNTs)对水泥水化过程、硬化水泥净浆孔结构及强度的影响。结果表明,CoFeMgAl- LDHs/CNTs复合材料通过成核作用显著提升了水泥3 d内的水化程度,从而显著提高了水泥净浆3 d内的抗压强度,3 d后强度提高效果逐渐减小,7 d后复合材料对硬化水泥浆体强度没有明显的提高作用。掺入CoFeMgAl-LDHs/CNTs复合材料的水泥净浆与空白净浆相比,胶凝孔和毛细孔含量明显增多,大孔含量有所降低,同时复合材料的桥联作用进一步优化了水泥净浆的微观结构,从而提高了水泥基体薄弱部位的应力承载能力。因此在同一龄期,复合材料掺入后硬化水泥净浆的强度有所增大。由于复合材料掺量的变化对孔径分布没有明显的影响,改变复合材料的掺量对同龄期硬化水泥净浆强度提升影响较小。     

絮凝剂对硅酸盐水泥砂浆性能的影响

机制砂残留的不同浓度的絮凝剂会对混凝土相关性能产生不利影响。本文研究了三种絮凝剂(阴离子聚丙烯酰胺(APAM)、非离子聚丙烯酰胺(NPAM)和聚合氯化铝(PAC)),四种掺量(0%、0.015%、0.030%、0.050%,质量分数)对硅酸盐水泥流动度、凝结时间及力学性能的影响,并使用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)技术分析絮凝剂对硅酸盐水泥性能的影响机理,研究了减水剂、缓凝剂和分散剂在改善絮凝剂对砂浆流动度和力学性能产生的不利影响方面的作用。结果表明:APAM对净浆流动度的影响较大,NAPM的影响次之,PAC的影响不明显;APAM和NPAM均能小幅缩短净浆凝结时间,而PAC会小幅延长净浆凝结时间;三种絮凝剂均能小幅降低砂浆强度,且整体上掺量越高,下降幅度越大;三种絮凝剂基本不改变硅酸盐水泥水化产物,但APAM和PAC能促进水泥的水化,而NPAM抑制水泥的水化。共同使用减水剂和缓凝剂能显著提高掺有絮凝剂砂浆的流动度和抗压强度。