矿物掺合料对复合胶凝材料浆体静态屈服应力的影响

复合胶凝材料浆体的静态屈服应力可用于表征浆体内部微观结构建立的特性,且对新拌水泥基材料的施工与3D打印过程有很大影响。本文研究了矿物掺合料的种类和掺量对复合胶凝材料浆体静态屈服应力变化规律的影响。研究发现,矿物掺合料的细度增大使颗粒表面的水膜层厚度减小,导致浆体的静态屈服应力增大。复合胶凝材料浆体的静态屈服应力在加水搅拌后的一段时间内缓慢增加,浆体结构建立速率较小。在加水搅拌后大约1.5 h,复合胶凝材料浆体的静态屈服应力迅速增大,表明浆体内部结构的连接程度已接近不可破坏的程度,浆体开始凝结,向固体状态转变。

基于响应面法设计与制备磷石膏矿渣基复合胶凝材料

为了促进磷石膏等固废材料的资源化利用,优化设计和制备了力学强度满足P·O 42.5级水泥规范要求的胶凝材料,基于响应面法对磷石膏-矿渣-石灰-锂渣-钢渣五元体系进行试验设计,分别以3 d、7 d和28 d抗压强度为响应值,探究磷石膏矿渣基复合胶凝材料力学性能的变化规律,建立了磷石膏矿渣基复合胶凝材料力学性能预测模型。结果表明最优配合比为磷石膏33.86%,矿渣39.13%,石灰2.28%,锂渣20.1%,钢渣4.65%,胶凝材料的3 d、7 d和28 d抗压强度分别达到18.8 MPa、32.3 MPa、50.3 MPa,满足P·O 42.5级水泥规范要求,并且实测值与预测值的相对误差绝对值均小于5%,说明基于响应面法优化设计磷石膏矿渣基复合胶凝材料具有可行性。

典型硫酸盐固废复合胶凝材料制备与微观特性研究

硫酸盐类工业固废造成的环境污染和资源浪费问题引起了国内外学者的广泛关注,当前中国两种典型的硫酸盐类固废(电解锰渣和磷石膏)堆存量巨大,造成严重的环境污染,其无害化与资源化利用刻不容缓。依据电解锰渣、磷石膏两种固体废弃物的特性,利用电解锰渣和磷石膏结合矿渣制备复合胶凝材料,探究了磷石膏和水泥不同掺量对复合胶凝材料硬化体力学性能的影响。通过XRD、SEM和EDS分析了硬化体的物相组成和微观形貌变化特征,同时对硬化体进行毒性浸出测试。结果表明:硬化体各龄期强度随着水泥掺量增加而增大,硬化体各龄期强度随着磷石膏掺量增加而减小。复合胶凝材料较优配合比(质量分数)为电解锰渣为50%、磷石膏为20%、矿渣为30%,水泥外掺12%的硬化体28 d抗压强度为27.1 MPa,硫酸盐固废复合胶凝材料的水化产物主要为水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和钙矾石(AFt)。养护至28 d的硬化体浸出液中可溶性Mn^(2+)、NH_(4)^(+)-N、PO_(4)^(3-)和重金属离子浓度稳定后满足GB 8978—1996《污水综合排放标准》的排放要求。

基于响应面法的石灰石煅烧黏土复合胶凝材料体系优化设计和试验研究

为探索石灰石煅烧黏土复合胶凝材料体系中石灰石粉和煅烧黏土的最优配合比,本文采用响应面法进行优化试验研究,以普通硅酸盐水泥、煅烧黏土和石灰石粉掺量作为控制变量,砂浆的28 d抗压强度及28 d抗折强度为响应变量进行力学性能测试,建立矿物掺合料复配比例与力学性能之间的回归模型。在矿物掺合料为15%、30%、45%(质量分数,下同)的条件下,采用回归模型对石灰石煅烧黏土复合胶凝材料体系中石灰石粉与煅烧黏土的配合比进行优化,优化结果分别为:煅烧黏土占比15%,不含石灰石粉;煅烧黏土占比25%,石灰石粉占比5%;煅烧黏土占比30.5%,石灰石粉占比14.5%。上述体系的28 d抗压强度预测值分别为63.26、58.57、48.10 MPa,试验实测值分别为63.74、57.21、47.02 MPa,预测值与实测值之间的相对误差均小于5%。本研究为石灰石煅烧黏土复合胶凝材料体系最优配合比问题提供了新的解决思路和试验参考。

磷石膏掺量对PG-CS-SS-SL复合胶凝材料关键性能的影响

为提高工业固体废弃物在辅助胶凝材料中的利用,以工业固体废弃物磷石膏(PG)、电石渣(CS)、钢渣(SS)和矿渣(SL)为原材料制备磷石膏-电石渣-钢渣-矿渣复合胶凝材料(PG-CS-SS-SL)。研究了PG掺量对PG-CS-SS-SL流动度、强度特性、吸水率、软化系数和微观结构的影响。使用XRD、FT-IR、TG-DTG和SEM对PG-CS-SS-SL强度形成机理和性能发生变化的原因进行分析。结果表明,PG-CS-SS-SL的流动度随PG掺量的增加而增大;PG-CS-SS-SL的强度和软化系数均随PG掺量的增加而呈现出先略微增加后降低的趋势,当PG掺量为10%时PG-CS-SS-SL的28 d强度最高,其抗折和抗压强度分别为6.8 MPa和32.9 MPa,相应的耐水性能最优,其软化系数为0.904;PG-CS-SS-SL的吸水率随PG掺量的增加呈现出先略微降低后增加的趋势,当PG掺量为10%时PG-CS-SS-SL的吸水率最小。微观分析表明,适量的PG能够促进PG-CS-SSSL体系中C-(A)-S-H凝胶和AFt的形成,优化硬化浆体的微观结构,有利于硬化浆体的强度发展;但掺量过多会导致硬化浆体的微观结构变差,造成PG-CS-SS-SL性能变差。

基于镁渣-水泥-脱硫石膏复合胶凝材料的砌筑砂浆制备及其性能

镁渣高效利用对于金属镁冶炼行业的可持续发展和环境保护具有重要意义。本文以镁渣、水泥和脱硫石膏为主要原料,设计和配制复合胶凝材料,并以此制备高性能砌筑砂浆。三元体系胶凝材料试验结果表明,以高掺量镁渣制备的胶砂试件28 d抗压强度可达35.6 MPa,脱硫石膏对镁渣-水泥胶凝体系起到了活性激发作用,尤其对28 d强度具有明显的促进作用。以镁渣-水泥-脱硫石膏复合胶凝材料制备的砌筑砂浆28 d抗压强度最高达25.32 MPa,满足JGJ/T 98-2010《砌筑砂浆配合比设计规程》中M25等级的要求。研究成果可为镁渣大规模资源化利用提供参考。

振动搅拌对复合胶凝材料混凝土性能的影响

为研究振动搅拌对C50复合胶凝材料预制梁混凝土性能的影响,采用正交试验优化得到了混凝土最佳配合比,在最佳配合比下,对不同振动搅拌时间下混凝土的工作性、抗压强度和弹性模量进行了测试,并结合XRD、SEM分析了振动搅拌对混凝土力学性能的影响机理。结果表明:通过正交试验得到混凝土的最佳配合比为m_(水泥)∶m_(矿粉)∶m_(粉煤灰)∶m_(硅灰)∶m_(砂)∶m5~10 mm_(碎石)∶m10~20 mm_(碎石)∶m水∶m_(减水剂)=369∶27∶40.5∶13.5∶775∶214∶857∶144∶5.4;振动搅拌会使混凝土的流动性有所下降,当振动搅拌时间为90 s时,混凝土的出机坍落度和扩展度下降幅度最小;随着振动搅拌时间的增加,混凝土的抗压强度和弹性模量均呈先增加后降低的趋势,当振动搅拌时间为90 s时,混凝土的抗压强度和弹性模量达到最大;振动搅拌加快了水泥的水化速率,促进了C-S-H凝胶、Ca(OH)2晶体等水化产物的生成,水化产物能更充分地填充于混凝土界面过渡区的孔隙和裂缝处,增加了界面过渡区结构的致密性,从而提高了混凝土的强度。

基于复合胶凝材料体系的超高性能混凝土性能研究

针对桥梁伸缩缝过渡区频繁出现的混凝土破损问题,研发了一种用于桥梁伸缩缝过渡区修复的硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥胶凝材料体系超高性能混凝土(UHPC),并对其性能及微观结构进行了研究;优选了硫铝酸盐水泥的掺入比例,在某公路伸缩缝修复工程中进行了实际应用。结果表明:合适掺量的硫铝酸盐水泥能够有效提高UHPC的综合性能;当硫铝酸盐水泥质量为水泥总质量的10%时,所制备的UHPC在实际修复工程中的应用效果较好,养护24 h后抗压强度已经达到40 MPa。

碱激发铜渣-粉煤灰复合胶凝材料的力学性能及水化机理研究

旨在探讨利用碱激发剂制备铜渣-粉煤灰复合胶凝材料的可行性及其性能表现。选择铜渣和粉煤灰作为主要原料,通过实验确定其最佳配比和激发剂种类及浓度,发现以7.5%的水玻璃为激发剂时,材料的力学性能最佳。过量的碱激发剂会导致返碱现象、增加与模具的粘合度及拆模困难,甚至降低成品强度,因此在生产过程中需严格控制激发剂的掺量。通过实验分析不同变量对材料性能的影响,包括原材料细度、激发剂浓度、养护条件等,确定了优化的制备工艺。实验结果表明,优化后的复合材料在28 d内的强度可达71 MPa,显著优于普通硅酸盐水泥。在早期强度发展迅速的同时,后期强度虽然增长缓慢,但整体性能依然优越。这种表现为其在实际工程应用中提供了理论依据和实践支持。结合微观结构分析和实际应用研究,揭示了硅铝酸盐凝胶的形成机制,进一步优化了配方和工艺。研究结果证明,该材料具有显著的环保效益和经济潜力。其广泛的应用前景不仅可以部分替代传统水泥,还能实现工业废弃物的高效资源化利用,推动建筑行业的可持续发展。通过不断优化技术和降低成本,碱激发铜渣-粉煤灰复合胶凝材料将在绿色建筑和环保材料领域发挥更大的作用。

磷石膏矿渣基复合胶凝材料的改性研究

文章主要研究了偏铝酸钠和苯丙乳液对磷石膏矿渣基复合胶凝材料流动度、凝结时间、抗压强度和耐水性的影响。结果表明:偏铝酸钠可以显著缩短浆体的凝结时间,提高3d抗压强度,但会导致浆体的流动性降低。综合考虑上述结果,偏铝酸钠掺量为6%时所得磷石膏矿渣基复合胶凝材料的综合性能相对较佳。此时浆体流动度可保持在165mm,初凝和终凝时间可控制在320min和430min,3d和28d抗压强度分别可达19.8MPa和50.6MPa。苯丙乳液的加入可以改善浆体的流动度和抗压强度,显著提升硬化浆体的耐水性,但会导致浆体凝结时间延长。当其掺量为2%时,所得磷石膏矿渣基复合胶凝材料的综合性能相对较佳。此时浆体流动度可保持在180mm,初凝和终凝时间可控制在330min和470min,3d和28d抗压强度分别可达23.4MPa和53.6MPa,浸泡42d后其强度保留率可保持在85%以上。

低碳复合胶凝材料对水泥和混凝土性能的影响

将粉煤灰和矿粉按不同质量比(m_(粉煤灰)∶m_(矿粉)=7∶3、6∶4、5∶5)制备成了低碳复合辅助性胶凝材料,研究了其等质量替代15%、30%的水泥对胶凝材料需水量比、流动度比和活性指数的影响,优选出了最佳m_(粉煤灰)∶m_(矿粉)。在此基础上,研究了低碳复合辅助性胶凝材料等质量替代0、10%、15%、20%、30%的水泥对胶凝材料标准稠度用水量和凝结时间的影响,以及等质量替代0、10%、20%、30%、40%的水泥对C50混凝土工作性和力学性能的影响。结果表明:在水泥中掺入适量低碳复合辅助性胶凝材料有效改善了胶凝材料体系的工作性,延缓了早期(3 d)水化速度,提高了胶砂7 d、28 d抗压强度,最佳m_(粉煤灰)∶m_(矿粉)为5∶5;随着低碳复合辅助性胶凝材料掺量的增加,胶凝材料的标准稠度用水量变化很小,凝结时间延长;C50混凝土的坍落度随着低碳复合辅助性胶凝材料掺量的增加而增大,7 d和28 d抗压强度先增大后减小,最佳掺量为30%。

钢渣-矿渣-脱硫石膏复合胶凝材料的制备及水化机理

加速钢渣水化过程、胶凝活性激发对钢渣综合利用率的提高有重要意义。以矿渣和脱硫石膏为复合激发剂,基于交叉试验的设计方法,对复合胶凝材料的组成进行了优化,分析了复合胶凝材料的综合性能,采用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electronic microscopy,SEM)、傅里叶变换红外光谱(Flourier transform-infrared spectroscopy,FT-IR)等测试方法表征了复合胶凝材料的组成及结构,并以此揭示复合胶凝材料协同优化的机理。复合胶凝材料配合比的交叉试验结果表明:钢渣30%、矿渣60%、脱硫石膏10%,水灰比为0.5,28 d抗压强度为40.4 MPa,其他各项性能指标满足GB/T1346—2011要求。通过多项测试手段可以判断出,矿渣在脱硫石膏的激发作用下不断水解,缩短了水化诱导前期和延长了诱导期,提升早期水化反应程度,释放大量热量,生成了generates ettringite(AFt)和C—S—H凝胶。而浆体的pH值上升,促进钢渣水化反应,加速了浆体由液相反应转为固相反应,证明了各原料之间存在协同反应。

硼酸对硫铝酸盐基复合胶凝材料性能的影响

本文研究了不同硼酸掺量下的硫铝酸盐基复合胶凝材料的标准稠度用水量和凝结时间及安定性,抗压、抗折强度变化规律,并利用XRD和SEM测试方法对复合胶凝材料的水化机理进行分析。结果表明:硼酸的掺入不影响胶凝材料的安定性,但使标准稠度用水量增加,且标准稠度用水量与硼酸掺量成反比;硼酸掺量越大,初、终凝时间延长越明显;当硼酸掺量为0.20%(质量分数)时,硫铝酸盐水泥占比高的试验组早期强度提高,且后期强度不倒缩;硼酸可使钙矾石的形态更粗壮。掺加硼酸可使复合材料的干缩率降低,质量变化率呈下降趋势。

电石渣对复合胶凝材料力学性能和微观结构的影响

电石渣作为一种Ca(OH)_(2)含量较高的工业副产品,可协同Na_(2)CO_(3)加速碱激发复合胶凝材料的水化过程。本文采用粉煤灰和矿粉作为复合胶凝材料的前驱体,探究不同电石渣(CCR)和Na_(2)CO_(3)质量比对复合胶凝材料的孔溶液pH值和力学性能影响。此外,通过水化热、X射线衍射、热重分析和扫描电子显微镜,探讨了CCR和Na_(2)CO_(3)协同激发作用对复合胶凝材料的水化过程和微观结构的影响。研究结果表明,随着CCR掺量的增加,复合胶凝材料的孔溶液pH值和力学性能均呈先增加后递减的趋势。当CCR和Na_(2)CO_(3)的掺量分别为6%和9%(质量分数)时,碱激发复合胶凝材料的3 d孔溶液pH值和28 d抗压强度分别达到最大值12.95和26.8 MPa。微观结构分析表明,在CCR和Na_(2)CO_(3)的协同激发作用下,碱激发复合材料能够生成更多的水化硅(铝)酸钙(C-(A)-S-H)凝胶,使得结构更加密实。

硅钙渣-水泥复合胶凝材料水化程度时变规律预测与分析

硅钙渣是高铝粉煤灰提取Al2O3时产生的固体废弃物,将其掺入水泥中,研究复合胶凝材料水化程度时变规律对其资源化利用具有重要意义。基于ARIMA模型建立了硅钙渣掺量为0、10%、20%、30%、40%的硅钙渣-水泥复合胶凝材料水化程度时变规律预测模型,各掺量下模型预测误差均小于5%,说明ARIMA模型在预测水化程度方面具有较好的精度和通用性。预测结果显示:复合胶凝材料的水化程度随龄期的增加而提高,硅钙渣对复合胶凝材料的最终水化程度影响不大;相同龄期下复合胶凝材料的水化程度随着硅钙渣掺量的增加而降低;水化反应主要发生在前期,硅钙渣可以减缓复合胶凝材料的前期水化反应速率,提高后期水化反应速率;水化终止时间随硅钙渣掺量的增加而延长。

水泥-矿渣粉-粉煤灰复合胶凝材料设计与性能研究

文章采用单纯形格子设计方法,对水泥-矿渣粉-粉煤灰复合胶凝材料进行配料设计,分析了各组分对复合胶凝材料硬化浆体抗压强度和干燥收缩率性能影响。试验结果表明:矿渣粉可以弥补粉煤灰单独与水泥复合时造成的早期低强度缺陷,粉煤灰可以弥补矿粉单独与水泥复合时后期强度不高的缺陷。通过单纯形格子设计方法建立了复合胶凝材料硬化浆体抗压强度、干燥收缩率与各组分之间回归模型,可以用于复合胶凝材料性能的分析和预测。其对抗压强度的预测比较精准,相对误差可控制在±10%以内。确定了水泥-矿渣粉-粉煤灰复合胶凝材料的配料区域在三角等高线图的中上部偏左区域,为复合胶凝材料的设计提供参考。

碳酸化预处理对钢渣-水泥复合胶凝材料体积安定性及水化活性的影响

钢渣水化活性差,体积安定性不良限制了其作为辅助性胶凝材料的应用,但钢渣具有很好的碳酸化活性。本文在对钢渣进行预处理的过程中通过调整CO_(2)浓度及碳酸化时间,调控钢渣的碳酸化程度,分析了碳酸化对钢渣微观结构及固碳效果的影响,同时评价了碳酸化钢渣作为辅助性胶凝材料的可行性。结果表明:含30%(质量分数)钢渣的水泥砂浆试块3、28 d抗压强度较未掺钢渣水泥砂浆分别降低了43.2%和30.0%,净浆试块经压蒸试验后由于膨胀过大而溃散;CO_(2)浓度对钢渣的固碳量有显著的影响,高浓度(体积分数为99.9%)CO_(2)进行碳化养护3 min时钢渣固碳量就达到了3.67%。钢渣的体积安定性与碳酸化程度呈正相关,而过度碳酸化处理会降低其水化活性,掺加30%(质量分数)碳酸化预处理3、10 min钢渣的砂浆3 d抗压强度较掺加30%原始钢渣的砂浆分别提高了28.3%和15.8%。

超细镁渣微粉-水泥复合胶凝材料的性能及水化机理

镁合金被誉为“21世纪绿色工程金属结构材料”,我国皮江法炼镁所得镁渣规模庞大、亟待解决,制备建筑材料是消纳镁渣的重要渠道,但国内外相关研究屈指可数,且普遍以镁渣耦合其他固废及水泥制备复合胶凝材料为主,鲜有针对镁渣-水泥简单体系的细致研究,故镁渣水化及其对水泥水化的影响机制尚未明确。本工作通过探究超细镁渣微粉-水泥复合胶凝材料(MS-C)新拌浆体和硬化浆体的性能、组成及结构演化规律,分析超细镁渣微粉对MS-C水化进程的影响机制,进一步揭示镁渣-水泥的协同水化机理。镁渣中的硅酸二钙以低活性γ-C_(2)S为主,超细粉磨是发挥其填充效应的关键途径,掺入30%的超细镁渣粉使水泥中1000 nm以上孔含量由7.98%降低至6.83%。在减水剂作用下,MS-C浆体的流动性随超细镁渣微粉掺量的增大而增大,在无减水剂时其作用相反。低掺量超细镁渣微粉的水化及弱胶凝作用可增大其填充效应对强度的贡献,并促进Ca(OH)_(2)和C-S-H凝胶的生成,使得低超细镁渣微粉掺量的MS-C获得优于纯水泥的28 d力学性能。本研究获得了超细镁渣微粉-水泥水化特性的基础结论,为提高镁渣资源化利用价值及利用率提供理论依据。

高贝利特硫铝酸盐水泥—普通硅酸盐水泥复合胶凝材料体系性能研究

为进一步提升高贝利特硫铝酸盐水泥(HBSAC)与普通硅酸盐水泥(P·O)的性能,获得性能优异、经济性较好的新型胶凝材料,开展了HBSAC和P·O的复配研究。研究了不同复配合比例HBSAC-P·O复合胶凝材料的物理性能、力学性能和干缩性能,结合水化产物的形成分析,阐明了HBSAC-P·O复合胶凝材料体系的水化机理。结果表明:在HBSAC中加入P·O,复合胶凝材料的标准稠度用水量减少,凝结时间延长,干缩率增加,后期强度增加的同时早期强度降低;在P·O中加入HBSAC,复合胶凝材料的标准稠度用水量减少、凝结时间缩短,干缩率降低,但是其早期强度并未得到提升;HBSAC-P·O复合胶凝材料的水化机理在于削弱了硫铝酸盐矿物的早期水化作用,降低了早期强度;增强了硅酸盐矿物的后期水化作用,提高了后期强度。

基于响应面法的混杂纤维-复合胶凝材料体系优化设计

为克服大掺量复合胶凝材料体系力学性能差的缺点,采用响应面法对混杂纤维复合胶凝材料体系进行优化,以钢纤维掺量、聚丙烯纤维掺量和脱硫石膏掺量为变量因素,以胶砂28 d抗折强度和抗压强度为评价指标,建立预测模型,并进行胶砂及混凝土试验验证。结果表明:当钢纤维体积掺量为0.4%、聚丙烯纤维体积掺量为0.116%和脱硫石膏质量掺量为8%时,复合材料的工作性能和力学性能均达到最优,28 d抗折强度和抗压强度预测值分别可达7.0和37.4 MPa;抗折强度和抗压强度的预测值和试验值相对误差仅为2.86%和1.32%,抗折强度和抗压强度试验值的标准差分别为0.1488和1.3459,该响应面法预测模型预测精度高,具有准确性和科学性。本研究印证了复合胶凝材料体系的优化效果,为复合材料多目标优化问题提供新的解决思路和试验依据。