高岩温环境下矿物掺合料对喷射混凝土强度和抗渗性的影响

针对高岩温隧道环境下喷射混凝土出现后期强度下降及耐久性劣化等问题,研究了80℃干热养护条件下不同矿物掺合料(粉煤灰、矿粉、硅灰)在单掺以及二元、三元复掺情况下对喷射混凝土长期强度稳定性、抗水渗透性能和抗氯离子渗透性能的影响,并通过分析硬化混凝土气泡结构参数揭示其提升机理。结果表明:单掺5%硅灰或复掺10%矿粉+5%硅灰可以明显改善喷射混凝土的长期强度稳定性及抗渗性,56 d抗压强度无倒缩,渗水高度分别降低至78、101 mm。三元复掺体系(10%粉煤灰+10%矿粉+5%硅灰)喷射混凝土的抗氯离子渗透性能最佳,其28、56 d氯离子扩散系数分别降低至6.4×10^(-12)、13.0×10^(-12)m^(2)/s。

铁尾矿基掺合料混凝土的抗压性能

为实现铁尾矿、钢渣和磷渣等固废资源化,减少水泥用量,并减轻铁尾矿单独做掺合料时对混凝土产生的不良影响,基于高硅型铁尾矿,引入磷渣、脱硫灰和钢渣3种掺合料,研究了铁尾矿-磷渣-脱硫灰(IPD)体系、铁尾矿-磷渣-钢渣(IPS)体系和铁尾矿-钢渣-脱硫灰(ISD)体系混凝土的抗压性能,利用压汞法和背散射电子成像技术分别对混凝土内部的孔隙、界面过渡区进行测试分析.结果表明:IPD体系、IPS体系和ISD体系28 d抗压强度分别达到纯水泥混凝土的80.1%、92.4%和82.5%;加入掺合料后,骨料与水泥的界面过渡区更加密实,孔隙率得到了不同程度的降低,掺合料的填充效应得到了较好发挥,减轻了内部孔隙对混凝土的不良影响.

矿物掺合料对MgO膨胀剂膨胀性能的影响及其机理

MgO膨胀剂具有良好的膨胀稳定性,与混凝土收缩相匹配,可以有效抑制混凝土收缩裂缝的产生。研究了矿物掺合料对MgO膨胀剂膨胀性能的影响及其机理。通过对不同配合比的8%MgO膨胀剂混凝土进行抗压强度、抗折强度和限制膨胀率的测试,探究了矿物掺合料对混凝土性能的影响。试验结果表明:随着粉煤灰掺量的增加,混凝土的抗压强度和抗折强度降低,而矿渣对其强度影响不明显。混凝土在水中养护的膨胀过程可以分为潜伏诱导期、快速膨胀期、缓慢膨胀期和稳定期。矿物掺合料的加入降低了MgO膨胀剂的膨胀效果,且掺量越高,影响越大,其中粉煤灰的影响更为显著。膨胀是由于MgO反应生成的Mg(OH)_(2)晶体填充孔隙所致,矿物掺合料通过降低MgO反应程度和增加孔隙率来减少膨胀现象。矿渣的活性较高,对MgO反应的阻碍较小。

纤维对复合矿物掺合料混凝土强度影响的研究

采用单掺与正交的方法,研究了玄武岩纤维与聚丙烯纤维对混凝土7 d和28 d抗压强度的影响,分析了两种纤维分别提升混凝土强度的机理。结果表明,玄武岩纤维与聚丙烯纤维限制早期混凝土内部微裂缝的产生,二者最佳掺量分别为0.1%和0.15%,此时抗压强度相较于对照组,分别提升了13%和9.5%。正交实验得出三因素对混凝土抗压强度影响顺序依次是玄武岩纤维>矿物掺合料>聚丙烯纤维,此时正交实验最佳配合比为:粉煤灰∶矿渣=1∶1.25(球磨15 min),玄武岩纤维掺量0.125%,聚丙烯纤维掺量0.175%,28 d混凝土的抗压强度为68.6 MPa。

氯盐结晶作用下掺合料对海工HPC性能的影响

通过6 mol/L的NaCl溶液半浸泡和干湿循环实验,对海洋环境氯盐结晶作用进行模拟,研究了氯盐结晶作用下矿物掺合料对海工HPC(高性能混凝土)性能的影响。结果表明:混凝土在氯盐结晶作用下,相对动弹模量和抗压强度后期均呈现下降趋势,其中干湿循环的盐结晶破坏作用最为严重;由于盐溶液毛细上升原因,混凝土在泛霜结晶区也产生明显的氯离子渗透。在28 d等抗压强度下,掺矿物掺合料明显有助于提高混凝土抗盐结晶破坏和抗氯离子渗透性能,其中干湿循环90次后的混凝土,氯离子渗透深度仅约为空白混凝土的2/5。通过微观分析发现,盐结晶破坏主要与混凝土中存在的大孔和毛细孔有关。

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。

基于大掺量复合掺合料的高强混凝土性能研究

以较大掺量应用于高强混凝土的复合矿物掺合料为研究对象,通过对矿渣粉、石灰石粉等组分进行粉磨,结合各组分材料独特效应,以矿渣粉占比为70%固定值,与其他粉体材料按照一定比例进行复配,研发出两种以高活性、易流、降黏为特点的高强混凝土用复合掺合料(无硅灰型和含硅灰型)。两种复合掺合料以30%、40%、50%、60%掺量分别应用到C60、C70、C80、C90高强混凝土中,研究不同掺量的复合掺合料对高强混凝土性能的影响。结果表明:随着高强混凝凝土用复合掺合料掺量的提升,高强混凝土倒置坍落度筒排空时间明显降低,证明混凝土黏聚性明显改善。高强混凝土用复合掺合料在30%、40%掺量时,早期强度较高,且后期强度发展较大;达到50%掺量后,早期强度较低,长龄期强度仍可以满足要求。

矿物掺合料在活性粉末混凝土(RPC)中应用研究

矿物掺合料作为一种重要材料在混凝土中应用,为研究矿物掺合料对活性粉末混凝土(RPC)性能影响,以及应用的可行性,将矿物掺合料复配到C120 RPC中,研究对RPC的性能影响规律及得到最佳胶凝材料体系。结果表明:(1)最小基本需水量、标准稠度需水量试验得到矿物掺合料最佳掺量,水泥∶超细矿粉∶硅灰∶粉煤灰=0.7∶0.1∶0.1∶0.1。(2)超细矿粉对RPC 3 d、7 d强度影响明显,分别最大提高6 MPa、13.5 MPa;硅灰对RPC 28 d强度影响明显,最大提高2.2 MPa;粉煤灰对RPC扩展度影响明显,最大提高71 mm。(3)研究确定RPC中四元胶凝体系,即水泥∶超细矿粉∶硅灰∶粉煤灰=0.7∶0.1∶0.1∶0.1,RPC坍落度370 mm,扩展度615 mm,28 d抗压强度128.47 MPa,抗硫酸盐侵蚀等级KS90。

矿物掺合料对全机制砂灌浆料的影响研究

试验采用普通硅酸盐水泥与快硬硫铝酸盐水泥的复合胶凝体系,选用石灰石机制砂作为细集料,制备全机制砂灌浆料。选用硅灰、粉煤灰与石粉作为矿物掺合料,研究矿物掺合料对全机制砂灌浆料流动度、抗压强度与竖向膨胀率的影响,并利用SEM电镜对全机制砂灌浆料进行微观机理分析。研究结果表明:矿物掺合料复掺有利于提高灌浆料的流动性能与力学性能,改善灌浆料的界面过渡区,通过正交试验优化机制砂灌浆料配方,得到的最优矿物掺合料掺量为硅灰5%、粉煤灰6%、矿粉8%。

高地温对超细复合掺合料胶凝体系的影响

通过实验室近似模拟高海拔地区高地温环境,研究超细复合掺合料对水泥基胶凝材料力学性能、体积稳定性、孔结构的影响,分析在不同温度下超细复合掺合料对水泥的最优取代率,结合微观手段分析超细复合掺合料最优掺量时胶凝体系的反应机理。结果表明:掺加超细复合掺合料能提高水泥基胶凝材料的力学性能,随着养护龄期的延长,最优取代率的抗压强度能够提高10%~21%,在高温下强度增长缓慢;超细复合掺合料体系的收缩率表现优于纯水泥体系,在适当高温环境下可保持体系稳定,但80℃的养护温度会增大体系的体积收缩率;超细复合掺合料能降低体系的平均孔径,提高密实度,生成更多钙矾石、水化硅酸钙等水化产物。

矿物掺合料对混凝土抗复合侵蚀的影响

为明确矿物掺合料对混凝土抗复合侵蚀的影响,在混凝土中分别掺加粉煤灰和硅灰,以明确矿物掺合料对混凝土抵抗硫酸盐-氯盐复合侵蚀能力的影响。研究分析了混凝土在历经若干次干湿循环后的抗压强度、质量损失率和动弹性模量损失变化,结合XRD、SEM和工业CT等表征方法,揭示了两类矿物掺合料对抗复合侵蚀性能的影响机理。结果表明粉煤灰和硅灰的掺加在复合侵蚀条件下可以显著改善混凝土的微观结构和宏观性能,降低有害孔的数量,从而提高材料耐久性。矿物掺合料通过物理填充和化学反应双重机制,有效地提升了混凝土在硫酸盐-氯盐复合侵蚀环境中的性能。研究结果为混凝土抵抗硫酸盐-氯盐复合侵蚀的性能研究提供了理论指导和依据。

复合掺合料在混凝土中的应用研究进展

在工业生产过程中会排出大量固体废弃物,若采用填埋、堆存等低资源化方式处理,将导致环境污染等问题,然而通过加工处理可将固体废弃物制成矿物掺合料。在混凝土中加入矿物掺合料不仅能够改善混凝土各项性能,还可以减少水泥用量,降低碳排放。近年来的工程实践表明,复合化是矿物掺合料的重要发展方向,通过复合化手段可充分利用掺合料各项性能实现效应叠加。论文首先介绍了单一种类矿物掺合料的物理化学性质及其对混凝土性能的影响;然后从复合掺合料的配伍方式入手,综合评述了复合掺合料在混凝土中的应用研究;最后讨论了三种配伍方式的特点,并对复合掺合料的下一步研究提出建议。

钢渣掺合料用于混凝土的研究进展及应用

钢渣是钢铁行业在炼钢中产生的固体废弃物,由于其活化程度低、易磨性差、游离氧化钙(游离氧化镁)含量较多,目前仍未得到有效应用。本文研究了钢渣的基本理化性能,通过对钢渣矿物组成及化学成分的分析,发现其内部含有结晶程度较好的C3S和C2S,这使得钢渣具备作为混凝土掺合料的应用潜力,并详细论述了钢渣对混凝土性能的影响,包括增强混凝土的力学性能、改善工作性能、耐久性等,指出了钢渣作为掺合料在混凝土中的优势和潜在的应用价值。最后,提出了未来钢渣掺合料在混凝土中的研究方向,以期为我国钢渣的综合利用提供一个新的思路。

高镁磷尾矿作为矿物掺合料应用于混凝土性能研究

高镁磷尾矿是磷矿反浮选过程产生的固体废弃物,主要矿物相为白云石、少量氟磷灰石和石英。将磷尾矿烘干粉磨后制成磷尾矿粉,分析了磷尾矿粉粒径分布、毒害性,参照GB/T51003—2014《矿物掺合料应用技术规范》测定了磷尾矿粉相关性能指标。以水泥、磷尾矿粉、粉煤灰为凝胶材料,制备了不同强度等级C30、C40、C50及C60混凝土,测定了混凝土工作性能、力学性能,并分析了掺磷尾矿粉水泥浆不同水化龄期的矿物组成。结果表明,经过烘干粉磨后,磷尾矿粒径D_(90)由133.1μm降至63.4μm,烧失量为39%、28d活性指数为70%、亚甲蓝值小于1.4、流动度比大于100%。当磷尾矿粉占总凝胶材料10%时配制的C60混凝土,坍落度为230mm、28d强度为64.1MPa、90 d强度为78.6 MPa;在养护龄期为90 d时,磷尾矿粉水泥硬化体中出现新矿物相水滑石,有利于混凝土后期强度增长。磷尾矿粉可作为矿物掺合料用于制备混凝土。

石灰石粉作为矿物掺合料对机制砂混凝土力学性能及耐久性的影响

石灰石粉可作为机制砂细粉料或矿物掺合料两种途径掺入混凝土中,然而两种不同掺入途径对混凝土的配合比设计及其性能影响截然不同。基于我国某桥梁工程机制砂混凝土的实际应用需求与服役环境特征,通过测试不同石灰石粉掺量下的机制砂混凝土工作性、抗压强度与氯离子扩散系数,对石灰石粉作为单一矿物掺合料制备承台、挡土墙和索塔用机制砂混凝土的可行性进行了分析。研究结果表明:随着石粉掺量增加,机制砂混凝土的抗压强度性能呈现下降趋势,可降低水胶比以保障混凝土强度;石粉会提高C30机制砂混凝土的氯离子迁移系数,但对C50机制砂混凝土的氯离子迁移系数影响较小。初步认为石粉作为矿物掺合料用于不同类型机制砂混凝土具有可行性,更高掺量的石粉对机制砂混凝土耐久性的影响有待进一步探究。

混凝土复合掺合料专业化生产技术

通过调查混凝土掺合料的研究、生产、使用情况,发现目前混凝土掺合料应用中存在着许多不足,认为只有通过专业化生产混凝土复合掺合料才能从根本上解决,并提出了生产混凝土复合掺合料可行的几个做法。

矿物掺合料混凝土抗碳化性能及预测模型

通过快速碳化试验,结合SEM微观形貌观测和EDS化学组成分析,研究粉煤灰和矿渣对混凝土抗碳化性能的影响,探讨了影响机理,并基于指数函数建立了矿物掺合料混凝土碳化深度预测模型。研究结果表明:掺入矿物掺合料使混凝土强度和抗碳化性能均有所降低。在总掺量一致的条件下,单掺粉煤灰较复掺粉煤灰和矿渣对混凝土性能的影响更大。当粉煤灰掺量超过40%后,混凝土碳化深度增长速度极快,单掺60%粉煤灰的56 d碳化深度已达到18.5 mm,而复掺粉煤灰和矿渣总量60%组56 d碳化深度仅为6.5 mm。SEM-EDS分析结果表明,矿物掺合料掺量较小时,净浆试样微观结构比较致密,掺量超过40%后,混凝土微观结构松散,孔隙和缺陷增多,佐证了混凝土力学性能和抗碳化性能试验结果。建立的矿物掺合料混凝土碳化深度模型曲线与试验结果吻合较好,拟合相关系数均在0.89以上。

低掺量矿物掺合料对喷射混凝土抗渗性的影响

研究不同矿物掺合料(粉煤灰、矿渣粉、硅灰)在低掺量条件下(5%~10%)单掺和复掺对喷射混凝土抗渗性的改善效果,同时考虑其对掺速凝剂净浆凝结时间和喷射混凝土早后期抗压强度的影响。结果表明:粉煤灰和矿渣粉对掺速凝剂净浆凝结时间影响较小,硅灰可以明显缩短凝结时间;不同矿物掺合料在低掺量条件下单掺或复掺均会一定程度上降低喷射混凝土的1 d抗压强度,但影响较小,矿渣粉和硅灰后期通过火山灰效应和微集料效应明显提高了28 d抗压强度;通过渗水高度、吸水率、电通量、氯离子扩散系数分别表征喷射混凝土的抗水渗透性能和抗氯离子渗透性能,其中硅灰无论单掺还是与粉煤灰或矿渣粉复掺均具有明显的改善效果,而粉煤灰或矿渣粉单掺效果一般。研究成果可为矿物掺合料在喷射混凝土中的应用提供借鉴和参考。

不同掺合料提升磷石膏基材料耐水性方法研究综述

磷石膏作为湿法磷酸的工业废弃物,主要应用于建筑材料、化学工业、农业等领域。因磷石膏内部含有未完全分解的磷矿、残余的磷酸、氟化物、酸不溶物、有机质等杂质,使其在建筑材料领域利用率较低,通常掺入其他水硬性材料对磷石膏进行改性,而改性后的磷石膏基复合胶凝材料的耐水性较差。针对磷石膏基复合胶凝材料耐水性较差的问题,本文综合前人已有的研究,论述了掺加不同掺合料对磷石膏基材料耐水性的影响,包括掺加水泥、粉煤灰、硅灰、矿渣、减水剂、含氢硅油、石蜡、有机硅、聚乙烯醇、三乙醇胺、碱性激发剂等,以及改善水胶比、粒径和养护方式、合理安排组分设计等辅助方法,总结分析了不同掺合料对磷石膏基复合胶凝材料耐水性的影响机理,阐述了掺合料对磷石膏基材料的的作用机理,确定了合理的掺合料掺加范围。

不同掺合料对喷射钢纤维混凝土性能的影响

依托某重点工程隧道穹顶支护用高性能喷射混凝土的性能要求,配制了C40喷射钢纤维混凝土,研究了掺合料的种类(粉煤灰、专用掺合料、抗裂剂)对喷射钢纤维混凝土工作性、力学性能和耐久性能的影响。结果表明:掺不同掺合料喷射钢纤维混凝土的坍落度均满足(180±20)mm的要求,表观密度稳定在2530 kg/m3左右,抗压强度均满足设计强度等级要求,耐久性能均较好;另外,与掺粉煤灰的喷射钢纤维混凝土相比,掺专用掺合料或抗裂剂的喷射钢纤维混凝土的保水性和黏聚性均较好,力学性能和耐久性能基本均较优,抗渗等级分别达到了P11和P10,28 d碳化深度均小于12.0 mm。