基于水合物层骨架重构的低温早强胶凝材料

针对于天然气水合物能源试采过程中出砂导致试采作业被迫终止的问题,在水合物第2次试采工作经验和层内加固、防砂理论的基础上,进行了水合物层骨架重构的低温早强胶凝材料体系构建研究。该研究对比了嘉华G级、超细水泥和早强水泥的低温早期强度和长期长度、粒径分布,基于满足层内加固骨架重构孔隙尺寸,进行了低温早强胶凝材料组分设计,以水泥浆流动度、早强性及成本为目标,尽可能提高固结体的早期强度,为后续增渗提供更多强度下降空间。通过研究超细油井水泥与嘉华G级水泥的配比、早强剂优选及加量优化,构建出了低温早强胶凝材料体系,该体系在15℃水浴下24 h抗压强度可达到12.86 MPa,具有良好的流动性、稠化时间和失水可控性,相较于文献的低温早强水泥浆体系具有更好的增渗高强特性。该研究为后续研究水合物层内骨架重构高渗透、高强度的工作液体系奠定了材料基础。

早强型钢渣基胶凝材料的制备及其水化机理研究

钢渣是炼钢过程中产生的主要废弃物,具有用途单一、产生量大、污染环境等特点。本文使用钢渣微粉、42.5普通硅酸盐水泥分别与增强剂Ⅰ、增强剂Ⅱ混合制备早强型钢渣基胶凝材料,通过测定原料化学成分、矿物组成,测试胶凝材料的力学性能,分析其热稳定性、微观形貌来揭示胶凝材料的水化机理。研究结果表明:胶凝材料的早期抗压强度大幅提高,后期抗压强度良好;这是因为增强剂能促进Ca(OH)2消耗并提高水化反应速率,Ca(OH)2水解出的OH-能促进钢渣微粉中玻璃体溶出硅酸盐,与Ca^(2+)生成C-S-H凝胶;增强剂含有的硫酸盐能与胶凝材料生成钙矾石AFt,并填充于凝胶孔隙中,增强了材料的密实度。早强型钢渣基胶凝材料的最优配比为钢渣微粉125 g、增强剂Ⅱ用量10 g。研究成果为早强型钢渣基胶凝材料的制备提供了新思路,也可为钢渣综合利用研究提供借鉴。

C-S-H晶核早强剂制备及性能研究

针对常规早强剂可能引起混凝土后期强度倒缩、泛霜等问题,采用聚羧酸减水剂作为分散剂,并以四水硝酸钙和五水合硅酸钠作为原料制备了C⁃S⁃H晶核早强剂,研究了不同反应条件对晶核早强剂稳定性能及强度性能的影响。结果表明:钙硅比为1.5、分散剂相对分子质量为17000时所制备的晶核早强剂具有良好的水泥适应性,其18、24 h的抗压强度比空白组分别提高160%、130%,对后期强度也有一定的促进作用。

超早强灌浆料的配制及性能研究

为制备6 h抗压强度不低于30 MPa且不掺早强剂的超早强灌浆料,使用硫铝酸盐水泥(SAC)取代部分普通硅酸盐水泥,研究SAC最佳掺量。在此基础上进行单因素试验和正交试验研究硅灰、微珠、胶粉掺量对超早强灌浆料流动度、力学性能的影响,并进行SEM微观分析。结果表明:随着SAC掺量增加,超早强灌浆料抗折、抗压强度均先提高后降低,最佳掺量为35%;在此基础上单掺硅灰、微珠、胶粉,随掺量的增加,超早强灌浆料抗折、抗压强度均先提高后降低,硅灰、微珠、胶粉最佳掺量分别为7.5%、1%、1%;正交试验中硅灰、微珠、胶粉最佳掺量分别为5%、5%、0.5%。SEM分析表明,水化6 h时,胶凝材料具有较高的致密性,达到30 MPa的抗压强度要求。

合成钙矾石-水化硅酸钙复合晶种的水泥早强效应

【目的】解析钙矾石-水化硅酸钙晶种的协同效应,改善普通硅酸盐水泥的早期力学强度。【方法】以溶液法合成的超细钙矾石和纳米水化硅酸钙为复合晶种,在微观结构表征基础上,探究钙矾石和水化硅酸钙的掺量以及水灰比对水泥净浆试块1、3 d抗压强度的影响与作用机制。【结果】溶液法合成的超细钙矾石和纳米水化硅酸钙的纯度高,结晶完整,在水中可长时间保持稳定悬浮状态,适合作为复合晶种使用。当纳米水化硅酸钙质量分数固定为5%情况下,随着超细钙矾石掺量的增大,水泥净浆试块的早期抗压强度先升高后降低,在钙矾石掺量(质量分数,下同)为0.6%时,试块的1 d抗压强度提高125%;当钙矾石掺量为0.4%时,水泥净浆试块的3 d抗压强度提高57%。在超细钙矾石掺量一定情况下,水泥净浆试块早期强度随水化硅酸钙掺量的提高而明显增长,但掺量高于5%会导致泌水现象的发生。【结论】超细钙矾石与纳米水化硅酸钙作为复合晶种具有明显的协同效应,可有效提高普通硅酸盐水泥的早期力学强度,早强效果明显优于单独使用的钙矾石或水化硅酸钙晶种。

纳米SiO_(2)增强高流态早强水泥灌浆材料的水化机理

为了满足民用基础设施日益增长的功能要求,水泥灌浆材料必须具有高流态、早强和低收缩的特定性能。本文采用正交试验方法研制了纳米SiO_(2)增强的高流态早强水泥灌浆材料(HECM),通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热(DSC)测试分析了在不同养生龄期和纳米SiO_(2)含量情况下,纳米SiO_(2)对HECM微观结构和水化产物的影响机制。结果表明:HECM在养护1 d时的弯曲强度和抗压强度分别高于3.5 MPa和12 MPa,流动性和收缩率分别小于11s和0.15%;与普通水泥基材料相比,随着HECM中水化速率的加快,纳米SiO_(2)对强度的影响将提前发生。

早强水泥基砂浆增强H型钢节点承压能力试验研究

装配式钢结构支护体系在基坑支护中被逐步推广。针对H型钢围檩的局部承压能力低的难题,使用早强水泥基砂浆填充承压节点区。试验研究表明,填充早强水泥基砂浆可以有效约束H型钢翼缘和腹板的屈曲及变形,增强H型钢承压节点的局部承载能力。

装配式PC构件节能增效用早强水泥的制备与应用

为了让装配式PC构件在免蒸养的条件下在一定时间内达到脱模强度,本文以早强早凝硅酸盐熟料为基础,研究了混合材和甲酸钙掺量对水泥物理力学性能的影响,制备出早强水泥并成功应用于装配式PC构件的生产。此外,利用等温量热仪、X射线衍射(XRD)、同步热分析(TG-DTG)对早强水泥和市售P·O 42.5R水泥的早期水化热和水化产物进行了对比研究。结果表明:早强水泥的配比为:熟料80%,混合石膏5%,石灰石7.5%,高钛矿渣7.5%,外掺2‰甲酸钙。早强水泥早龄期水化速率快于P·O 42.5R水泥,水化产物多,导致水泥石的密实度高,水泥强度相应提高。在较低温度养护时,早强水泥可大幅度提高混凝土12 h强度;在养护温度为20~30℃时,早强水泥制备的混凝土养护12 h即可满足脱模要求,可实现装配式PC构件生产节能增效。

新型早强混杂纤维增强水泥基复合材料抗压性能试验研究

以硫铝酸盐水泥、硅灰及粉煤灰为主要胶凝材料,通过掺入玄武岩纤维与聚乙烯醇(PVA)纤维,制备出具备早强性和延性的新型早强混杂纤维增强水泥基复合材料(ES-HFRCC)。采用正交设计方法优选出抗压性能最优的材料配合比,研究了该材料在早龄期阶段的抗压性能,并采用极差分析和方差分析对ES-HFRCC抗压强度的主要因素及影响显著性进行了研究。试验结果表明:随着硅灰掺量及玄武岩纤维与PVA纤维体积掺量比值的提高,ES-HFRCC抗压强度表现为先降低后升高,但玄武岩与PVA纤维体积掺量比值对ES-HFRCC抗压强度的影响更显著。

高海拔地质复杂地区喷射混凝土超早强材料应用研究

将纳米早强功能材料、增强型无碱速凝剂及混凝土稳态保塑剂进行有机结合,开发了高海拔地质复杂地区喷射混凝土超早强材料,以解决高海拔地质复杂地区喷射混凝土的超早强性能与工作性能保持、长龄期强度增长的矛盾。研究水胶比、减水剂掺量、纳米早强功能材料、增强型无碱速凝剂及混凝土稳态保塑剂对喷射混凝土的工作性能及抗压强度的影响,通过水化热和水化产物形貌测试探究了其超早强性能和工作性能保持的作用机制,并在某工程进行了工程应用评价。结果表明,8h, 24h和28d的抗压强度分别达到11.9,25.6,53.3MPa。

超高早强瓷砖胶性能研究

陶瓷行业的产品革新与发展对瓷砖黏结材料提出了更高的要求。通过试验,研究了无机胶凝材料组成、化学和矿物型早强剂、保水增稠剂、超塑化剂、减缩膨胀剂等对瓷砖胶工作性能、早期和长期力学性能、早期和长期体积稳定性能的影响,成功制备出兼具超高早强和超高长期强度且适用于铺贴超大尺寸、低吸水率瓷砖的瓷砖胶,以期为行业内相关实践提供参考。

超早强半柔性复合式路面材料在公路工程中的应用

为探索有效的公路沥青路面车辙病害处治措施,首先,在现有研究成果及实践经验的基础上,对超早强半柔性复合式路面材料在处治车辙病害方面的效果展开试验分析,确定出最佳的普通硅酸盐水泥掺量、矿物掺合料配合比、早强剂类型及掺量。然后,以某公路为例,对主要施工步骤及应用效果展开分析评价。结果表明,道路交叉路口使用超早强半柔性复合式路面材料进行车辙病害处治后,路面整体承载力显著提升,能达到快速开放交通、延长路面使用寿命的目的,具有广阔的应用前景。

早强砂浆预应力锚杆在水电站地下厂房围岩支护中的应用

依托某引水发电系统水电站地下厂房工程,通过预应力长锚杆支护施工,采用高强砂浆进行锚固,减少了与其他作业间的干扰,缩短了支护工期,迅速有效的抑制了因大跨度洞室开挖后引起施工过程中的围岩变形,恢复围岩的整体受力状态,提高了洞室开挖后的整体稳定性,有效保障了施工及运营期安全。

CRM早强快通修补剂混凝土在大跨径悬索桥护栏改造中应用

随着城市建设水平提高和经济发展步伐加快,老旧桥梁越来越多,而交通建设发展至今,桥梁的功能提升和升级改造已经迫在眉睫。国内大跨径桥梁护栏改造工程-重庆市万州长江二桥应急抢险工程已顺利完工,万州长江二桥为全长1141.46米的悬索桥,此类型大跨径悬索桥整体更换桥梁防撞护栏,在国内尚属首例,无设计与施工经验可借鉴。在桥梁保通条件下进行混凝土浇筑施工,常规混凝土性能指标无法满足施工条件,对CRM快通修补剂混凝土进行研究,使其在保证桥梁通行的条件下满足混凝土质量要求。工程实际论证老旧桥梁防撞护栏改造提升中CRM早强混凝土的使用条件与施工要点,并应用于万州长江二桥护栏改造施工。

快凝早强型双液固化搅拌桩关键技术研究

水泥土搅拌桩是软土地基处理常用方法,但在处理高含水率及高水位软土层时常出现水泥浆逸散、浆液沿钻杆溢出、水泥土抱杆等问题,严重影响水泥土搅拌桩桩身质量及处理效果,同时水泥土强度增长缓慢使得搅拌桩的应用受到限制,针对上述问题,基于双液注浆法理论,通过理论分析、室内试验与现场试验相结合的方法,提出快凝早强型双液固化搅拌桩技术,研发快凝早强型双液固化剂及双液输浆系统,深入研究快凝早强型双液固化搅拌桩的应用效果、施工扰动及其复合地基固结特性,从而解决高含水率软土及高水位软土层处理难题,并可提升水泥土搅拌桩技术发展水平。

早强快凝型水泥基缺损修补材料性能试验研究

采用P·O 52.5硅酸盐水泥为主要胶凝材料,通过添加工业固废、专用快硬剂制备一种速凝、早强、粘结性好的早强快凝型水泥基路面缺损修补材料,研究了水胶比、胶粉、消泡剂对修补材料工作性能、力学性能、粘结性能的影响,同时采用精密仪器进行微观结构研究。结果表明,水胶比影响修补材料的工作性能与力学性能,水胶比0.3时工作性良好,6h抗折、抗压强度分别为5.7MPa与34.8MPa;胶粉可提高修补材料与修补基层之间的紧密粘结,掺量宜控制在3‰~4‰之间;消泡剂可以改善材料的致密程度,提高材料强度,掺量宜控制在3‰~5‰之内;微观结构分析表明纤维与基体材料紧密结合,可显著提高材料的抗裂能力。

早强型基层再生混合料路用性能及施工特性研究

添加早强水泥能够有效提高乳化沥青再生混合料的早期强度,并减少其强度形成时间。通过室内试验来确定再生混合料的最佳级配、最佳含水量及最佳乳化沥青含量,并对冷再生混合料的力学性能、水稳定性及低温抗裂性能进行研究,最后分析了早强型基层再生混合料的施工工艺及质量控制指标。研究结果表明:(1)冷再生混合料的新旧骨料质量比为2∶8时,最佳含水量为6%,最佳乳化沥青含量为5%。(2)添加早强水泥,能够有效改善冷再生混合料的力学性能。随着水泥含量的增加,冷再生混合料的强度先快速增加、后趋于平缓。添加2%早强水泥时,冷再生混合料早期劈裂强度的增加幅度最大,3 d劈裂强度即可满足下面层要求。(3)相较普通水泥,添加早强水泥对冷再生混合料的水稳定性及低温抗裂性能的改善效果更好。

新型早强高性能喷射混凝土胶材的力学性能及微观分析

针对目前喷射混凝土普遍存在强度低、耐久性差等问题,通过正交试验确定矿物掺合料用量,在此基础上,进一步研究了粉煤灰、硅灰、复掺硫铝酸盐水泥、无碱速凝剂对胶凝材料力学性能、孔结构和水化产物的影响规律,并揭示了新型混凝土早强高性能的作用机理。结果表明:采用内掺8%硅灰、10%粉煤灰和5%硫铝酸盐水泥,外掺4%无碱速凝剂的配比能够有效降低多害孔的占比,提高无害孔的占比,减少了胶凝体系的总孔隙率,可有效提高胶凝体系抗压强度。硫铝酸盐水泥和无碱速凝剂促进AFt微观骨架的快速形成,硅灰和粉煤灰促进C-S-H凝胶生成,对骨架孔隙进行填充,提高胶材的密实度,优化胶材的孔隙结构,进而提高胶材的力学性能。研究为制备具有早期强度增长速度快和高密实度的新型早强高性能喷射混凝土提供支持。

水泥基材料中的早强剂及其作用机理综述

早强型外加剂的研究主要集中在水泥基材料强度发展早期阶段的水化速率变化、产物变化、液相离子变化等方面,但对其作用机理和效果等缺乏系统性的总结。本文归纳了三类早强剂(无机、有机和复合)的早强机理及在各水化阶段的作用,得出以下结论:无机系早强剂通过提高体系碱度、压缩双电层、提供晶核以降低成核势垒等作用,破坏了水化阻滞膜或液相离解平衡,从而加速离解期的离解速率、增大液相中的离子浓度;此外,还通过加速诱导期水化产物的消耗,破坏水化反应平衡以加快水化产物钙矾石或钙铝水滑石形成,提高早强固相体积含量和体系致密度,从而提高早期强度。有机早强剂主要通过分散作用来促进离解速率,通过络合作用或水化作用破坏反应平衡,但掺量影响其早强效果和凝结速度。复合早强剂则协调多种机理来加快水化的整体进程,需注意避免新产物的生成阻碍原有活性组分正常的水化进程。总而言之,早强剂的选择应与胶凝材料体系相匹配,结合其作用机理促进各水化阶段强度发展。为满足尽可能早强的需求,阴离子宜选择硫酸系和硅酸系,阳离子宜选用Ca^(2+)、Al^(3+),或较高活性成分且无耐久性隐患的Li^(+),有机系早强剂宜考虑该物质的分散作用和络合作用,但应注意避免长期性能的降低,以及它们对应的促凝和缓凝阈值。

初凝超30 min超早强UHPC制备及其机理

针对既有交通线路快速抢通和抢通后寿命确保的需要,研发了具有足够施工时间的超早强(数小时达到开放强度)超高性能混凝土(UHPC)。基于最大密实度理论的UHPC配方,试验研究了普通硅酸盐水泥(OPC)替代率对硫铝酸盐-硅酸盐复合体系(SAC-OPC体系)混凝土力学性能与施工性能的影响,确定了OPC替代率;通过正交试验确定影响SAC-OPC体系混凝土力学性能和工作性能的早强组分(硫酸锂、硫酸铝)、增强组分(纳米碳酸钙)、调凝组分(粉体缓凝剂、四硼酸钠),制备了初凝时间36 min、3 h抗压/抗折强度41.4/17.0 MPa的超早强UHPC,以及初凝时间40 min、3 h抗压/抗折强度36.2/13.9 MPa的超早强UHPC。通过SEM和XRD分析,探究了具有足够施工时间超早强UHPC的性能形成机理。结果表明:随OPC替代率增大,UHPC的凝结时间先减后增,扩展度持续增大,早期力学性能大致呈下降趋势,后期力学性能大致呈上升趋势;超早强与初凝时间延长主要源于协同水化作用与早强组分、增强组分和调凝组分的累加效应。