矿渣水泥基复合材料在杂散电流作用下的抗软水溶蚀机理研究

在轨道交通工程运营期间,复杂的服役环境导致混凝土结构耐久性下降。本文主要研究了在杂散电流与软水溶蚀耦合作用下,矿渣掺量、水胶比和杂散电流电压强度对矿渣水泥基复合材料微观结构的影响。结合X射线衍射、热重、扫描电子显微镜和压汞等方法,分析了矿渣水泥基复合材料经溶蚀90 d后的物相组成、Ca(OH)_(2)含量、微观形貌以及孔结构变化。研究结果表明:矿渣掺量越大,矿渣水泥基复合材料内部的Ca(OH)_(2)含量越少,材料的孔隙率越低,结构更均匀致密;随着杂散电流电压强度的增加,矿渣水泥基复合材料内部的Ca(OH)_(2)和AFt含量变少,且AFt和Ca(OH)_(2)等物相边界变得模糊不清;矿渣水泥基复合材料中C-(A)-S-H的含量略有增多,孔隙率略有下降;随着水胶比的增大,矿渣水泥基复合材料内部的Ca(OH)_(2)含量变少,剩余物相含量变少,微观结构变得松散多孔,孔径结构整体粗化,孔隙率增大。

钢渣-矿渣基胶凝材料的协同水化机理

通过胶砂强度试验及X射线衍射仪(XRD)、热失重分析(TG-DTG)、扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)等微观测试技术,对不同配合比钢渣-矿渣基胶凝材料的力学性能、水化产物及其水化硬化过程进行了研究.结果表明:当胶凝材料的n(CaO+MgO)/n(SiO2+Al2O3)=0.90时,其水化后期有较多的水化硅酸钙、水化铝酸钙凝胶生成,微观结构更加致密,力学性能表现最优,28 d抗压强度和抗折强度分别达到20.20、7.25 MPa;pH值的变化反映出协同水化效应的关键在于钢渣活性矿物的溶解和矿渣的二次火山灰反应,钢渣和矿渣的最佳配合比可以保证水化程度有较高的水平.

磷建筑石膏矿渣水泥的水化过程与耐水性能

通过凝结时间、流动度、孔溶液pH值、抗折强度、抗压强度、吸水率、软化系数、水化热和水化产物分析测试,探究了磷建筑石膏(CPG)掺量对石膏矿渣水泥水化过程与耐水性能的影响.结果表明:随着CPG掺量的增加,石膏矿渣水泥的凝结时间缩短,流动度减小,吸水率与3 d水化累计放热量均增大;水泥净浆孔溶液的pH值在水化早期快速下降,56 d时保持不变;当CPG掺量从40%增加到70%时,56 d水泥净浆孔溶液的pH值从11.02减小到10.62,水泥胶砂的软化系数从0.98减小到0.91,主要水化产物均为二水石膏和钙矾石,并且钙矾石的含量随着CPG掺量的增加而减少.

硅灰及矿渣粉对大掺量粉煤灰砂浆力学性能的影响及机理研究

以硅灰和矿渣粉(GGBS)为辅助胶凝材料,使用聚羧酸高性能减水剂,分别研究了硅灰和GGBS对大掺量粉煤灰砂浆抗压强度的影响。通过压汞测试(MIP)、扫描电子显微镜(SEM)以及X射线衍射(XRD)等方法对制备试件的孔结构、微观产物、物相组成进行分析,得到了硅灰和GGBS影响大掺量粉煤灰砂浆强度的机理。结果表明:单掺硅灰的大掺量粉煤灰砂浆的抗压强度随着硅灰含量增加先增大后减小,单掺GGBS的规律与硅灰类似;复掺硅灰和矿渣时,砂浆的强度较其他同龄期组均有一定的提高,二者表现出良好的协同作用;无论是单掺还是复掺,硅灰和GGBS都对大掺量粉煤灰砂浆强度有良好的提升作用。砂浆试件总孔隙率和大孔占比与抗压强度总体呈负相关,强度越高的砂浆试件微观结构越致密,但相比于总孔隙率,毛细孔和大孔占比表现出与抗压强度更好的相关性。当硅灰和GGBS质量分数分别为8%和6%时,砂浆28 d强度最大,为88.05 MPa。

Ti含量对矿渣玻璃体结构及其水化活性的影响机制研究

本文选取几种Ti含量不同的矿渣,利用XRD、DSC、FT-IR、XPS等测试手段分析矿渣重熔处理前后无定型网络中Al—O、Ti—O和Si—O结构的变化情况。结果表明,随着钛含量增加,原矿渣中的Al^(3+)和Ti^(4+)倾向以稳定性较差的高配位形式存在,这会减弱其玻璃体结构对热变化的抵抗能力,表现为玻璃转变温度T_(g)和结晶温度T_(x)降低。经重熔急冷后,随着钛含量的增加,高钛矿渣中的Ti^(4+)和Al^(3+)会倾向以低配位的形式存在,这些网络形成体的增多会导致玻璃体结构稳定性增强,表现为矿渣后期活性明显减弱。这说明矿渣的性能除了受碱度以及玻璃体含量影响之外,还与无定型网络的结构变化紧密相关。

普通硅酸盐水泥对负温碱激发矿渣砂浆力学性能的影响

碱激发矿渣(AAS)在0℃下能持续水化,具有应用于冬季施工的潜力。为了进一步提升AAS砂浆作为寒冷修补材料的力学性能,掺入了5%、10%、15%和20%的普通硅酸盐水泥(OPC)作为AAS中粒化高炉矿渣(GGBS)的部分替代物。结果表明:在-10℃条件下,OPC含量为15%时,1 d龄期的抗压强度和抗折强度分别提高了31.3%和25.18%,28 d龄期的抗压强度和抗折强度分别提高了4.5%和7.2%。此外,对样品的水化热、生成产物和微观结构进行了对比分析。结果显示,在AAS中加入OPC可以提高水化热,增加C(-A)-S-H的生成率,优化微观结构。

含生活垃圾焚烧炉渣的碱矿渣水泥耐高温机理

为探究生活垃圾焚烧炉渣(MSWI-BA)对碱矿渣净浆耐高温性能的影响机理,将6%的矿渣等质量替换为MSWI-BA,制备碱矿渣水泥净浆(AASBp),研究不同温度对AASBp的质量损失率、干燥收缩率和强度的影响.以普通硅酸盐水泥净浆作为对照组,结合多种微观手段,揭示AASBp的耐高温机理,并与未掺MSWI-BA的碱矿渣水泥(AASp)进行对比.结果表明:随着温度的升高,AASBp中水化硅铝酸钙的钙硅比(C/S)先降低后升高;在400℃时,水化硅铝酸钙的聚合度最高,C/S最低;Al—O键在600℃断裂,而Si—O键在1000℃断裂;MSWI-BA可提高基体孔隙的连通性,高温处理后孔隙压力得到释放,因此AASBp比AASp具有更高的归一化抗压强度和耐高温性能.

加速碳化条件下不同养护制度对碱矿渣混凝土钢筋锈蚀的影响

研究了加速碳化环境(CO_(2)浓度为20%)下,标准养护、饱和Ca(OH)_(2)溶液养护和蒸压养护对CaO+Na_(2)CO_(3)为激发剂的碱矿渣混凝土(CNC)中钢筋锈蚀的影响。结果表明,与标准养护相比,饱和Ca(OH)_(2)溶液养护不改变CNC的水化产物,但使其早期水化更加充分,因此平均孔径减小;蒸压养护使CNC水化产物由C-S-H凝胶转化为水榴石与11-?型的托勃莫来石,平均孔径和总孔隙率显著减小。在相同的加速碳化龄期下,与标准养护相比,饱和Ca(OH)_(2)溶液养护和蒸压养护的CNC碳化深度降低、CNC中钢筋发生高概率锈蚀时间延缓、钢筋失重率下降。与相同养护条件下的普通硅酸盐混凝土相比,标准养护和饱和Ca(OH)_(2)溶液养护的CNC中钢筋抗锈蚀能力远小于普通硅酸盐混凝土,而蒸压养护的CNC中钢筋抗锈蚀能力大于普通硅酸盐混凝土。

碱激发矿渣粉煤灰地质聚合物力学性能改性及其混凝土性能

这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。碱激发矿渣粉煤灰地质聚合物(ASFG)具有早期强度高、耐酸碱等优异性能,但脆性大、韧性差等缺陷影响其推广应用。为改善ASFG的性能且拓宽可应用于ASFG改性的矿物掺合料种类,以偏高岭土、沸石粉、膨润土、硅灰石粉、轻质碳酸钙和硅灰六种矿物掺合料作为改性材料,研究了其对ASFG力学性能的改性效果,并确定了硅灰为较佳改性材料。为深入探索硅灰对ASFG力学性能的改善作用,研究了硅灰掺量对ASFG力学性能的影响,并确定了硅灰的较佳掺量。最后,制备了碱激发矿渣-粉煤灰-硅灰地质聚合物混凝土(ASFSGC),并研究了其工作性、准静态力学性能和抗渗性。结果表明:膨润土、硅灰石粉、轻质碳酸钙、硅灰四种矿物掺合料对ASFG的抗折强度具有明显增强效果。硅灰石粉、硅灰两种矿物掺合料对ASFG的抗压强度具有明显增强效果。对ASFG而言,硅灰是一种优质矿物掺合料。随着硅灰掺量的增大,ASFG的力学性能先增大后减小,硅灰的较佳掺量为4%。ASFSGC具有良好的工作性、优异的抗渗性能,且ASFSGC的延性较普通硅酸盐水泥混凝土提高了14.1%。

钢渣-矿渣复合矿粉对水泥水化的影响

为了促进钢渣的资源化利用,克服纯钢渣粉活性低的缺点,将钢渣粉与矿渣粉按不同比例进行复配,并取代30%的水泥制备净浆。测试各试验组的抗压强度、水化放热速率和放热量,并对硬化浆体进行XRD、SEM和MIP测试。结果表明,当钢渣粉与矿渣粉的质量比例为1∶1时,最有利于提升水泥的抗压强度,而单掺30%钢渣粉的抗压强度最低。水化热测试发现,掺入30%纯钢渣粉的试验组具有最大的水化放热速率和水化放热量。XRD、SEM和MIP测试发现,掺入复合矿粉后生成新的水化产物Al_(2)Mg_(4)(OH)_(12)(CO_(3))(H_(2)O)_(3),硬化体更为致密,并且孔隙率和平均孔径均降低。

碱激发矿渣液相环境中钢筋钝化膜形成及破坏规律

为探寻碱激发矿渣(AAS)液相环境中钢筋钝化膜的形成和破坏机制,本文制备了不同配合比的AAS胶凝材料体系,研究了AAS真实孔溶液pH值在不同激发剂种类、碱当量、水玻璃模数、粉煤灰掺量、养护时间等因素下的经时演变规律,并对模拟孔溶液中钢筋钝化膜的生成时间、组成成分、厚度和钝化膜破坏时的临界氯离子浓度进行了经时追踪检测及分析。结果表明,AAS真实孔溶液的pH值随养护时间的增加而下降,各样品28 d时的pH值均保持在12.8以上。模拟孔溶液中pH值的增加缩短了钢筋钝化膜的形成时间,增加了钝化膜厚度,并提高了其抗氯离子侵蚀能力。AAS真实孔溶液较高的pH值可为钢筋钝化膜的稳定存在提供更有利的液相环境,从而提高钢筋混凝土结构的长期服役性能。

矿渣微粉改良红层填料的力学特性及其机理分析

为研究矿渣微粉改良红层填料的力学特性及其作用机理,通过无侧限抗压强度、直剪等试验,对不同矿渣微粉掺量下的红层填料进行了强度特性分析,并采用X衍射、热重分析、红外光谱、激光粒度、核磁共振和扫描电镜等微观分析方法,围绕矿渣微粉改良土体的作用机理进行了研究。试验结果表明,矿渣微粉对红层填料的力学强度和水稳定性具有较好的改良作用,改良填料的无侧限抗压强度由0.76 MPa逐渐增大至3.10 MPa;黏聚力与内摩擦角也得到了显著提高。通过红外光谱、激光粒度和核磁共振分析发现,改良填料颗粒间Al^(3+)阳离子配位的振动峰增强,降低了黏土矿物的双电层厚度,土颗粒团聚性显著增强,孔隙分布得到优化;通过X射线衍射和热重分析证明了水化产物的生成过程;扫描电镜观测到改良填料的具体作用机理:主要为填充效应和胶凝效应,其胶凝效应包括水化作用和离子交换作用。对微观扫描图的定量化分析进一步表明土体结构复杂程度增大,颗粒粗糙程度及骨架性增强。

激发剂模数对高延性碱矿渣复合材料拉压性能的影响

为探究高延性碱矿渣复合材料在不同激发剂模数下拉压性能的变化,对模数为0.5~1.6的高延性碱矿渣复合材料进行了单轴抗压和拉伸试验,同时利用烧失量法测定其水化程度,并通过三点抗弯和单裂缝拉伸等细观试验进行高延性机理分析。结果表明:随着激发剂模数增加,高延性碱矿渣复合材料的抗压与拉伸强度均呈现下降趋势;而拉伸应变则呈现先增后减,于0.8~1.1范围达到最佳;与强度变化趋势一致,化学结合水量随模数增加而逐渐减小;基体断裂韧度和基体断裂能同强度变化趋势相符,纤维最大桥接应力和纤维桥接余能同应变变化规律相似,应变硬化性能指标能够合理反映拉伸应变的大小。

石灰-高炉矿渣改良膨胀土强度特性试验研究

因膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩等不稳定性特征,使用高炉矿渣作为新型固化剂,并与无机材料石灰组合对膨胀土进行改良。对改良膨胀土开展自由膨胀率、液塑限、无侧限抗压强度和抗剪强度等指标的研究,探讨并分析了石灰-高炉矿渣(L-BLS)改良膨胀土在不同养护龄期以及不同改良剂掺量下的无侧限抗压强度变化规律。结果表明:使用L-BLS改良膨胀土能够显著提高膨胀土的早期强度;改良膨胀土的强度随养护龄期及改良剂掺量的增加而增强;当掺入6%石灰及9%高炉矿渣时,对应龄期的无侧限抗压强度最大,材料的有效利用率最佳。

铁尾矿-矿渣基地聚合物的制备及其性能

我国铁尾矿产生量较高,但利用率仍较低,为了高附加值资源化利用铁尾矿,将铁尾矿、高炉矿渣与粉煤灰混合后作为硅铝原料,通过机械粉磨和碱性激发剂来激发其反应活性,制备地聚合物胶凝材料。探讨了高炉矿渣与铁尾矿的配比、碱激发剂水玻璃的掺量对地聚合物试样抗压强度的影响,分析了地聚合物胶凝材料形成机理。结果表明:将铁尾矿和高炉矿渣采用机械粉磨活化时,粉磨时间超过60 min后其比表面积提高幅度变小,综合考虑原料活性和成本,机械粉磨时间定为60 min。当粉煤灰掺量为10%、高炉矿渣与铁尾矿的配比为5∶3、碱性激发剂水玻璃掺量为10%时,所制得的地聚合物试样3、7、28 d龄期的抗压强度分别为10.7、18.9、32.9 MPa。地聚合物试样在养护过程中,随着养护时间的延长,试样的结构越来越致密,尤其是28 d龄期的试样结构更加致密,生成的凝胶产物填充在原料颗粒之间的空隙,并将未反应的原料颗粒包裹,与相邻的凝胶产物相互胶结,形成一整体,从而有利于试样抗压强度的提高。

矿渣粉改良分散性土的工程特性研究

分散性土的抗冲蚀能力较低,易发生管涌、流土等破坏,作为建筑材料存在较大的工程隐患。通过对矿渣微粉改性分散性土进行分散性鉴定试验、单轴抗压试验以及压缩试验,来探讨其力学性质,以确保在工程中的使用效果。试验表明:随着矿渣微粉掺量的提高和养护龄期的增加,抑制了土体的分散性,提升了土体的力学性质,降低了其压缩性,矿渣微粉掺量达到7%,养护7 d以上,其改性效果较佳;从微观角度来看,矿渣微粉加入到分散性土样中,发生水化反应以及离子置换反应,通过降低双电层厚度,提供胶结物质使土颗粒变得紧密,填充土体孔隙降低土体的分散性,改善了土体的力学特性。

偏高岭土对碱矿渣水泥耐高温性能的影响

对比研究了不同掺量的偏高岭土(0、10%、30%)对碱矿渣水泥在20~1000℃高温作用下的外观形貌和抗压强度的影响,并进行了XRD、FT-IR和SEM分析。结果表明:当温度不大于400℃时,不同偏高岭土掺量试件的外观形貌和抗压强度均无明显变化;当温度升至600℃时,体系中的水化产物C-S-(A)-H凝胶脱水,试件内部结构出现微裂纹,抗压强度下降,但掺入适量偏高岭土能在一定程度上减少抗压强度损失;当温度达到1000℃时,未掺偏高岭土试件的固相反应产物主要为钙黄长石晶体颗粒,且颗粒之间较为松散,微观结构密实度较低,而掺偏高岭土试件的固相反应产物主要为钠长石,微观结构呈空间网状,密实度较高,耐高温性能相对较好。

碱激发矿渣基泡沫混凝土的制备及其封存CO_(2)可行性研究

随着工业化进程的不断推进,工业固体废弃物的排放量逐年增加,以工业固废为主要原料制备泡沫混凝土并将其用于CO_(2)封存,对实现工业固废的资源化利用和CO_(2)的经济、高效封存具有重要意义。本文以高炉矿渣为原料,选用NaOH为碱激发剂,硬脂酸钠为稳泡剂,十二烷基硫酸钠(C12H25NAO4S,SDS)为发泡剂,制备了高孔隙的泡沫混凝土。探究了不同NaOH用量对矿渣基泡沫混凝土综合性能及封存CO_(2)性能的影响。实验结果表明,随着NaOH用量的增加,泡沫混凝土的干密度逐渐增加,抗压强度先增大后减小。泡沫混凝土的内部孔隙分布不均匀,孔隙率大。SEM结果表明,当NaOH用量过高时泡沫发生破裂连通。XRD结果表明,矿渣基泡沫混凝土水化产物主要是C—S—H凝胶和Ht物相,Ht物相的层状结构使得材料的孔壁不够致密,从而影响材料的力学性能。TGA结果表明,碳化过程中水化产物有效吸收CO_(2)转化成以CaCO3为主的碳酸盐,NaOH用量12%时,CO_(2)的封存量最高为89.74 kg/m^(3)。

碳酸钙晶须对碱矿渣胶凝材料的减缩增强作用

针对碱矿渣胶凝材料易收缩开裂等问题,采用一种新型微米级纤维——碳酸钙晶须对碱矿渣胶凝材料进行减缩增强,研究了碳酸钙晶须掺量对碱矿渣胶凝材料流变性能、抗压强度和干燥收缩的影响,并探究其显微增强机理.结果表明:微米级碳酸钙晶须的掺入对碱矿渣胶凝材料流动性影响较小,当碳酸钙晶须掺量为3%时,其新拌浆体塑性黏度为12.33 Pa·s,较未掺碳酸钙晶须的对照组仅增长14.48%,其硬化浆体28 d抗压强度可达105.8 MPa;碱矿渣胶凝材料的干燥收缩率随着碳酸钙晶须掺量的增加而降低,当碳酸钙晶须掺量为5%时,其28 d干燥收缩率仅有0.87%,较未掺碳酸钙晶须的对照组降低32.56%;碳酸钙晶须与基体紧密结合,在基体受力破坏时分散其所受应力,提升了碱矿渣胶凝材料的力学性能;碳酸钙晶须在体系内部的桥接作用能够有效延缓碱矿渣胶凝材料微裂纹的形成与扩展,在一定程度上遏制了宏观裂纹的发展.

粉煤灰-矿渣再生混凝土抗压强度及尺寸效应研究

以粉煤灰和矿渣掺入方式和掺量为变量,设计24组C30再生粗骨料混凝土,对再生混凝土的抗压强度进行了研究。试验结果表明,粉煤灰或矿渣单掺时,再生混凝土的抗压强度随矿物掺料的掺量增加呈现先上升后下降趋势,同等掺量下矿渣单掺优于粉煤灰单掺;双掺时保持粉煤灰或矿渣掺量20%不变,再生混凝土立方体和轴心抗压强度随另一种微细矿物掺量的增加同样呈现先上升后下降趋势,双掺较单掺方式对再生混凝土抗压强度的提升效果更佳,且再生混凝土的抗压强度存在明显的尺寸效应。单掺粉煤灰或矿渣时再生混凝土轴心抗压强度和立方体抗压强度换算系数随其掺量增加而增大,双掺则稳定保持在0.85±0.02。此外,论文还建立了不同微细矿物掺料条件下再生混凝土抗压强度换算系数的修正公式,验证结果表明公式预测误差较小。建议实际工程再生混凝土配制采用粉煤灰和矿渣双掺方式,且掺量控制在25%以内。