基于电化学阻抗谱的石灰石粉硬化水泥浆体孔结构演化研究

为了研究大掺量(质量分数为20%以上)石灰石粉硬化水泥浆体的孔结构演化行为,本文基于电化学阻抗谱(EIS)、压汞(MIP)测试分析,探究大掺量石灰石粉对硬化水泥浆体EIS拓扑结构和孔结构参数的影响规律,并建立大掺量石灰石粉硬化水泥浆体的微观结构等效电路,研究等效电路中元器件和孔结构参数之间的关系。结果表明:随水化龄期的延长,石灰石粉掺量对EIS拓扑结构参数中Bode角和θ_(max)的影响规律显著,大掺量石灰石粉硬化水泥浆体的孔径分布整体由大孔和毛细孔向过渡孔和凝胶孔发展演化;另外,EIS等效电路中电阻随硬化水泥浆体中毛细孔含量的增加而减小,电容随硬化水泥浆体中凝胶孔含量的增加而减小。

交流电场养护对水泥浆体性能的影响

交流电场养护是一种绿色、可智能调控水泥基材料温度的快速养护方式。为研究交流电场对水泥浆体性能的影响,测试了水泥净浆试件在养护电压、试件长度、截面面积和水灰比4个影响因素作用下的温度变化,并测试了不同峰值温度条件下试件的力学性能。通过MIP测试的试件微观孔隙结构分析了峰值温度对孔隙结构的影响,讨论了交流电场能耗和电功率对峰值温度的影响。结果表明:交流电场的施加提高了水泥浆体的峰值温度和升温速率。各因素对试件峰值温度的影响由大到小依次是电压、试件长度、试件截面面积、试件水灰比。试件的抗压强度随着峰值温度的增加先上升后下降。这可能是由于试件峰值温度的提升会加速水泥的水化和产物的形成,密实了样品的孔结构,进而提升试件早期力学性能。但过高的温度也会导致试件产生热伤损,不利于微结构与性能的发展。此外,发现单位体积能耗和电功率与试件峰值温度成线性关系。

低水胶比水泥浆体静动态流变行为的经时变化

基于浆体流动度、静态屈服应力以及小振幅振荡模式下储能模量,研究不同水胶比以及减水剂用量对浆体静动态流变行为经时变化的影响机制,探讨低水胶比浆体的静动态流变行为。研究结果表明:通过调整减水剂用量获得的初始流动度相同但水胶比不同的浆体,流动性经时变化存在显著的差异。极低水胶比浆体的流动性经时损失更为显著;但高减水剂用量时,浆体的流动性经时损失较小。基于静态屈服应力和储能模量G′表征了浆体静态流变行为的发展,发现颗粒胶体作用力和水化产物的桥接作用共同决定了浆体微观结构强度发展。低水胶比浆体的静态屈服应力和储能模量随时间延长增长更加显著。增加减水剂用量,可增大颗粒间距,抑制早期水化,有利于延缓颗粒网络强度发展。影响静动态流变行为内在机制的不同导致了浆体的静动态性能经时变化存在显著差异,其中水化产物的桥接作用是关键因素。

偏高岭土对聚合物改性水泥浆体流变的影响

研究了偏高岭土掺量对不同水胶比的聚合物改性水泥浆体流动度、流变参数、触变性和粘弹性的影响.结果表明:掺入偏高岭土的复合浆体在新拌阶段的流变性能符合H-B模型,并且所有浆体均呈剪切稀化的流变特性.随着偏高岭土掺量的增大,浆体流动度、屈服应力和塑性黏度均增大.掺入20%偏高岭土后,水泥浆体的触变环面积由原来的1502 Pa·s^(-1)增加至6672.63 Pa·s^(-1),并且水胶比更低的浆体对应更大的触变面积.所有的复合浆体均存在明显的粘弹特性,并且当偏高岭土掺量越大时,浆体的临界点振幅和线性区的储能模量值均越大.

凝灰岩粉比表面积对水泥浆体性能的影响

采用不同比表面积的凝灰岩粉取代30%水泥(按总胶凝材料质量计),研究了不同比表面积凝灰岩粉对水泥净浆流动度、胶砂强度、水化热的影响,以及凝灰岩粉取代水泥对碳排放量的影响。结果表明:比表面积381 m^(2)/kg的凝灰岩粉取代水泥可提升净浆初始流动度,但随着凝灰岩粉比表面积增大,净浆初始流动度明显降低;不同比表面积凝灰岩粉对3 d胶砂抗压强度的贡献与粉煤灰、矿渣粉相近,但对28、56 d胶砂抗压强度的贡献低于粉煤灰和矿渣粉;凝灰岩粉比表面积增大有利于提升胶砂抗压强度,但比表面积由495 m^(2)/kg增至700 m^(2)/kg时,对胶砂抗压强度的提升效果有限,综合考虑经济性和抗压强度,作矿物掺和料时凝灰岩粉宜磨细至比表面积495 m^(2)/kg;粉煤灰、矿渣粉和凝灰岩粉取代水泥均能降低水化放热速率峰值和72 h累计放热量,比表面积700 m^(2)/kg的凝灰岩粉对水泥水化进程的加速效果强于粉煤灰、矿渣粉和其他比表面积凝灰岩粉;495 m^(2)/kg比表面积的凝灰岩粉取代30%水泥后制成的复合胶凝材料,碳排放量降低29.5%。

水泥浆体Zeta电位与流变参数的相关性分析

为探究新拌水泥浆体中Zeta电位与其主要流变参数之间的相关性,通过减水剂及剪切速率的调控,对浆体的流变特性和Zeta电位值进行同步实验。结果表明:水泥浆体中主要流变参数(屈服应力及塑性粘度)与Zeta电位之间相关度较高,但受到不同减水剂作用机理及剪切速率的影响;萘系减水剂下,屈服应力与Zeta电位线性相关;聚羧酸减水剂下,因“空间位阻”效应两者呈多项式关系,且Zeta电位对屈服应力的影响权重随聚羧酸减水剂掺量的增加逐渐降低;在低剪切速率下,水泥浆塑性粘度与Zeta电位相关性较差,但随着剪切速率的增加,两者呈强线性相关。

再生微粉和矿物掺合料对水泥浆体微观结构的影响研究

为推动建筑垃圾资源化利用的发展,本文利用核磁共振和压汞两种试验方法研究再生微粉和矿物掺合料以不同比例掺配后对水泥净浆、水泥砂浆微观结构的影响规律。结果表明:水泥净浆单掺再生微粉时,随着掺量的增加,净浆的孔隙度增加,内部无害孔和少害孔数量变少,有害孔和多害孔数量变多,净浆内部结构致密性较差;砂浆单掺再生微粉时,随着掺量的增加,砂浆的平均半径和总孔隙率增大,相比于S0,S3的总孔隙率增加44.2%,平均半径提高50.3%;相对于单掺砂浆,复掺粉煤灰和硅灰后总孔隙率和平均半径呈降低趋势,相比于S0,FS1的总孔隙率降低18.1%,平均半径降低7.8%。复掺再生微粉与矿物掺合料能有效改善水泥浆体孔结构,从而减少水泥用量。

HVFA水泥浆体孔结构的实验分析

本文对 HVFA水泥浆体 (高掺量粉煤灰水泥浆体 )的孔结构进行了实验分析 ,实验方法采用 MIP法 ,并进行对比处理 ,提出了

粉煤灰-水泥浆体的孔体积分形维数及其与孔结构和强度的关系

采用压汞法对不同龄期粉煤灰-水泥浆体的孔分形结构进行了实验研究,测定了复合浆体孔体积分形维数,探讨了孔体积分形维数与孔隙率,孔表面积、平均孔径、孔分布及宏观力学性能的关系。实验结果表明:粉煤灰-水泥浆体的孔结构具有明显的分形特征,孔体积分形维数在3.3～3.5之间;孔体积分形维数越大,浆体的孔径越小、孔隙率越低,孔表面积越大,小于20 nm的微孔越多,大于100 nm的大孔越少,而且复合体系的抗压及抗折强度也越高。

粉煤灰-水泥浆体的流变性能

采用回转型粘度计测定了粉煤灰水泥浆体的流变参数 ,并探讨了粉煤灰品种、掺量、颗粒群特征等参数与粉煤灰 水泥浆体流变性能的关系 .结果表明 :新拌水泥浆体的流变性属于宾汉姆体 ,粉煤灰的掺入并未改变其流变特性 ;粉煤灰的圆度和体积比表面积影响着粉煤灰水泥浆体的屈服应力、塑性粘度和触变性的大小 ;粉煤灰 水泥浆体的触变性表现为剪切稀化 ,拆散常数B和破坏面积A这 2个参数均可用作水泥浆体触变性的定量表征 .

混合材料与水泥浆体间界面的形貌特征

用ＳＥＭ和ＥＤＳ研究了矿渣、钢渣、粉煤灰、石灰石、大理石和石英等混合材料和水泥浆体间所形成界面的形貌特征；讨论了水泥水化初期和后期混合材料颗粒界面状态的模型。

磷渣对水泥浆体水化性能和孔结构的影响

通过对水泥浆体凝结性能、水化放热、力学性能和孔结构的测定,以及扫描电镜分析和差热–热重分析,研究了不同掺量磷渣对水泥浆体水化性能和微观结构的影响。结果表明:随着磷渣掺量的增加,浆体的凝结时间延长,水化热减少,早期抗压强度下降。但掺磷渣水泥浆体的后期抗压强度已接近或超过了纯水泥浆体的,磷渣掺量的增加对水泥浆体的后期抗压强度影响不显著。浆体中的Ca(OH)2量随龄期的延长而增加并随磷渣掺量的增加而降低。磷渣的活性效应和填充效应的发挥有效地改善了浆体水化后期的微观结构和孔结构,从而使浆体的力学性能有所提高。

锂渣粉的组成及在水泥浆体中的物理与化学反应特性

利用XRF、ICP、XRD、TG/DTG、FTIR、SEM-EDS和氮气吸附等手段,分析了典型锂渣粉的组成及锂渣粉在水泥浆体中的物理与化学反应特性。结果表明:锂渣中含有层块状锂辉石、棒状石膏、多孔状硅藻土、球形锂辉石与饼状碳酸钙等;锂渣属于多孔材料,其孔主要为2~50 nm的中孔,主要由锂辉石、炭黑、硅藻土等引起;锂渣的BET比表面积为P·II52.5水泥的5倍,总孔体积为水泥的4倍,但平均孔径小于水泥;锂辉石、石膏、硅藻土与炭黑等的存在是导致锂渣含水率较高的主要原因;此外,锂渣混凝土需水量大,还与石膏、硫酸钠、碳酸钠和碳酸锂等可与水泥中的铝酸盐矿物反应形成较多钙矾石等有关。锂渣属于酸性渣,掺加到水泥中会降低水泥浆体的碱度;锂渣中影响水泥水化的元素主要为S、Ca、Si、Al和K等,而Li的影响较小;锂渣具有较高活性,不仅与其中的石膏有关,还与硫酸钠、碳酸钠和碳酸锂有关。

水泥浆体的热分析动力学

以差示扫描量热法为手段,进行了水化硅酸盐水泥浆体热分析动力学的研究.采用Kim-Park,Flynn-Wall-Ozawa和Friedman法计算了升温过程水泥浆体各阶段吸热反应活化能和反应级数.结果表明:升温过程中水泥浆体呈现3个吸热反应阶段,随温度升高各反应阶段活化能逐渐升高;Kim-Park,Flynn-Wall-Ozawa和Friedman三种方法较好地分析了前2个反应阶段的反应活化能和反应级数,第一阶段的反应活化能小于第二阶段,但反应级数n却大于后者;对于前2个吸热反应阶段,Kim-Park和Flynn-Wall-Ozawa均能较好地进行动力学分析,但Friedman法对于第三阶段即C-S-H发生脱水过程的反应活化能计算误差较大.

矿物掺合料对新拌水泥浆体密实性能的影响

采用浆体相对密实度 (d/d0 )指标 ,定量分析了超细磨粉煤灰、磨细矿渣及硅粉这三种矿物掺合料对新拌水泥浆体密实性能影响的规律 ,研究了掺矿物掺合料的水泥浆体流动性与相对密实度的关系以及新拌水泥浆体相对密实度对水泥胶砂抗压强度的影响 ,并进一步阐明了矿物掺合料对水泥浆体的物理填充作用 .

石灰石粉对水泥浆体填充效应和砂浆孔结构的影响

用环境扫描电镜和压汞测孔法观察了石灰石粉对水泥浆体和砂浆显微结构的影响。试验结果表明:石灰石粉比水泥颗粒更细,能够很好地填充水泥浆体中的孔隙,改善浆体的颗粒级配,使浆体更为密实;当砂浆含有石灰石粉时,由于石灰石粉具有填充效应,能有效地改善砂浆的孔结构,降低其孔隙率。

粉煤灰对水泥浆体早期水化和孔结构的影响

通过硬化水泥浆体力学性能、交流阻抗和孔结构等性能的测试,以及扫描电镜分析,研究了不同掺量的粉煤灰对硬化水泥浆体早期水化和孔结构的影响。结果表明:随着粉煤灰掺量的增加,水泥的凝结时间增加.抗压强度降低,熟料矿物的水化速率提高,但水泥-粉煤灰体系的水化速率降低.水泥浆体中孔溶液电阻和阻抗相应降低,硬化水泥浆体中大孔数量减少,微孔数量增加。

水泥浆体中自身相对湿度变化与自收缩的研究

研究了水胶比、硅灰与磨细矿渣粉对由水泥浆体自干燥效应引起的自身相对湿度(autogenousrelativehumidity,ARH)变化与自收缩(autogenousshrinkage,AS)的影响,以及两者之间的相互关系.结果表明,水胶比是影响水泥浆体ARH变化与AS的主要因素,随水胶比的降低,水泥浆体ARH下降、AS增大;硅灰使得水泥浆体早期的ARH下降程度及AS增大,而磨细矿渣粉使得后期的ARH下降程度及AS增大;水泥浆体的ARH变化与相应的AS大小具有显著的线性相关性.

高温诱致水泥浆体微观结构劣化现象的研究

通过扫描电镜观测及压汞试验等微观测试手段,对高温下水泥浆体微观结构劣化进行试验研究。研究表明:随着温度不断升高,水泥浆体表面热开裂由表及里不断延伸、发展,水泥水化产物持续分解,使得水泥浆体内部孔不断粗化,微观结构劣化越来越严重,承载能力持续下降。水泥浆体微观结构劣化从50℃开始萌芽,300℃以后劣化加剧,500℃是水泥浆体的极限承载温度。在温度影响下水泥浆体内部发生的一系列物理化学变化是导致水泥基材料微观结构劣化的本质原因,300℃以后硅酸钙凝胶的持续分解、胶结能力的不断下降以及氢氧化钙的高温分解等化学劣化作用是导致水泥浆体劣化加剧的主要原因,其中硅酸钙凝胶的分解是关键因素。高温对氢氧化钙的劣化影响在300℃就已经开始。

改善水泥浆体结合氯离子性能的试验研究

研究了一种外加剂与矿渣、粉煤灰对水泥净浆结合氯离子性能的改善作用。研究结果表明,与粉煤灰、矿渣相比,该外加剂能显著提高单位水泥浆体结合氯离子的性能,且浆体结合氯离子的能力随外加剂掺量的增加而增强;外加剂与矿渣双掺可进一步提高单位浆体结合氯离子的能力;单位浆体结合氯离子量受环境温度以及氯离子浓度等因素的影响。