改性硫铝酸盐水泥砂浆力学性能及耐久性能研究

过快的流动度损失和后期不稳定的强度发展限制了硫铝酸盐水泥工程中的进一步应用。因此以葡萄糖酸钠作为缓凝剂,掺入硅灰制备成改性硫铝酸盐水泥砂浆,并对其工作性能、力学性能和抗氯离子渗透性能开展了系统研究。研究结果表明:葡萄糖酸钠掺量0.4%可有效延长硫铝酸盐水泥砂浆凝结时间,提高砂浆流动性和抗氯离子渗透性能;硫铝酸盐砂浆工作性能、力学性能和抗氯离子渗透性能均随硅灰掺量的增加先提高后降低,硅灰最优掺量为20%。

搅拌工艺对高掺量丁苯乳液改性硫铝酸盐水泥性能的影响

研究了搅拌速度与搅拌时间对高掺量丁苯乳液改性硫铝酸盐水泥砂浆的匀质性、含气量、流变性能、早期强度等宏观性能的影响,采用TGA、BET等微观手段研究了硬化砂浆的水化程度和孔隙特征。结果表明:延长搅拌时间、提高搅拌速率均可改善砂浆的匀质性和力学强度。但以176 r/min搅拌时,延长搅拌时间会提高新拌砂浆含气量,增大硬化砂浆“凝胶孔”含量,抑制水泥前1 h的水化。以108 r/min搅拌时,延长搅拌时间则促进水泥前1 h的水化。延长搅拌时间和提升搅拌速率阻碍砂浆絮凝,破坏水泥颗粒桥接,显著降低结构构筑速率。延长搅拌时间,砂浆屈服应力和塑性黏度降低。优化搅拌工艺,有助于为充填层修补砂浆的搅拌规范制定提供重要参数。

硅灰对硫铝酸盐水泥力学和电磁传输性能的影响

研究了硅灰掺量对硫铝酸盐水泥力学性能和电磁传输性能的影响.结果表明:随着硅灰掺量的增加,硫铝酸盐水泥的抗压强度和抗折强度均先增大后降低,硅灰的最优掺量为10%;硫铝酸盐水泥的电磁传输性能随着硅灰掺量的增加而增大,与未掺硅灰的样品相比,硅灰-硫铝酸盐水泥在3.94~5.99 GHz频段范围内电磁传输性能均有所提升,电磁透射率峰值最高提升了23.9%.

钛石膏不同方法制备的Ⅱ型硬石膏对硫铝酸盐水泥性能影响

目的为促进工业固废钛石膏资源再利用,了解硬石膏对硫铝酸盐水泥熟料性能的影响,方法以钛石膏为原料,采用加压水热法和酸浸法合成Ⅱ型硬石膏,研究不同方法合成的硬石膏对硫铝酸盐水泥熟料性能的影响。结果加压水热法和酸浸法合成的硬石膏因合成方法不同,对粒径、形貌、孔隙和表面积等微观性能影响也不同;在硫铝酸盐水泥熟料中添加不同方法合成的硬石膏或天然硬石膏,且不同种类的硬石膏掺量为15%时,硫铝酸盐水泥熟料的抗压强度均达到最大值;随着养护时间延长,硫铝酸盐水泥熟料的抗压强度均明显提高;与掺入天然硬石膏相比,掺入酸浸法合成硬石膏的抗压强度较低,但在硬石膏相同掺量和相同水化时间下,掺入加压水热法合成的硬石膏的硫铝酸盐水泥熟料的抗压强度均高于掺入其他两种硬石膏的。结论加压水热法合成硬石膏在水泥熟料中应用前景广阔,是钛石膏再利用的重要途径。

固体废弃物+贝利特硫铝酸盐水泥混凝土冻融循环作用下水化硬化性能研究

为探究在冻融循环条件下,掺加固体废弃物的贝利特硫铝酸盐水泥混凝土的水化硬化性能,通过物理性能测试和扫描电镜,研究抗压强度、抗拉强度、吸水率的变化及微观结构调整。研究结果表明,冻融循环显著影响了材料的力学性能和微观结构,主要表现为孔隙度的增加和孔隙分布的不均匀性。这些发现为掺加固体废弃物的水泥材料设计和制备工艺提供了技术支撑。

硫铝酸盐水泥基套筒灌浆料强度性能试验研究

以硫铝酸盐水泥作为套筒灌浆料的胶凝材料,在水胶比一定的情况下,研究掺入5%、10%、15%和20%的粉煤灰及养护温度为-5℃时该灌浆料的流动度和抗压强度。试验结果表明:粉煤灰掺量分别为5%、20%时,30 min后流动度分别为274 mm、293 mm;当粉煤灰掺量分别为5%、20%时,养护时间均为28 d时,灌浆料的抗压强度分别为80 MPa和98 MPa。由试验结果可知,随着粉煤灰掺入量的增加,灌浆料的流动性能逐渐增大,当掺量为20%时,套筒灌浆料的流动度性能最好;灌浆料的抗压强度随时间的推移呈上升趋势,粉煤灰的掺量为20%时,灌浆料的抗压强度最佳。

硫铝酸盐水泥水化产物-铝凝胶的研究进展

硫铝酸盐水泥作为我国第三系列水泥,既是一种低碳绿色水泥,又是一种海工修补加固水泥。铝凝胶(AH_(3))是其最重要的水化产物之一,可有效提升该系列水泥石的宏观力学性能。本文结合化工中AH_(3)的基础研究,阐述了硫铝酸盐水泥石中AH_(3)的形成过程,归纳了AH_(3)的一般性特征,对比了化工中AH_(3)与硫铝酸盐水泥石中AH_(3)的异同点,具体分析了各类因素对AH_(3)微纳结构及含量的影响,总结了目前AH_(3)研究的不足之处,提出了未来研究的方向和思路。

复合缓凝剂改性硫铝酸盐水泥注浆材料性能试验研究

为了改善硫铝酸盐水泥注浆材料(HSAC)的注浆效果,降低硼砂对HSAC强度产生的不利影响,测试和分析了单掺和复掺硼砂与柠檬酸钠的HSAC浆体凝结时间、流动度、强度以及微观结构。结果表明:单掺硼砂的缓凝效果显著,但会对HSAC强度产生不利影响。掺入适量的柠檬酸钠可以有效挽回硼砂导致的HSAC强度损失,且对浆体的流动度与凝结时间无不利影响。其中,硼砂掺量为0.15%时,复掺柠檬酸钠对HSAC强度的提升效果最明显;通过对水泥水化后期结石体中钙矾石(AFt)生成量的测定,发现硼砂掺量一定时,复掺适量的柠檬酸钠能够促进AFt的生成,减少六方板状的Ca(OH)2(CH)生成量,有效减缓HSAC水化速度,从而改善其工作性能。

硫铝酸盐水泥对硅酸盐水泥早期水化和力学性能的影响

装配式建筑推动了建筑行业的快速转型,实现构件的快速脱模是实现装配式行业快速发展的基础。本文研究了硫铝酸盐水泥(CSA)在低取代率(水泥质量的2.5%~7.5%)下对硅酸盐水泥早期水化性能和力学性能的影响规律,通过凝结时间、抗压强度、水化热、XRD、TG、SEM等测试手段揭示其作用机理,为实现装配式构件快速脱模提供解决思路。结果表明,CSA的掺入可以缩短硅酸盐水泥的凝结时间,促进水泥的早期水化,提高早期力学性能。当CSA从2.5%增加到7.5%时,水泥初凝时间分别降低了30%、43%和49%,终凝时间分别降低了24%、40%和46%;5%CSA掺量可使水泥样品12 h抗压强度从5.2 MPa提高到12.8 MPa,提高了169%;此外,CSA的掺入对水泥样品后期力学性能也有一定提升作用。

可溶性P_(2)O_(5)对超细硫铝酸盐水泥基双液注浆材料早期水化性能的影响及机理

为了指导磷石膏在超细硫铝酸盐水泥基双液注浆材料(SCBGM)中的高效应用,研究了可溶性P_(2)O_(5)对大水灰比下SCBGM早期水化性能的影响及作用机理。结果表明,可溶性P_(2)O_(5)的加入不显著影响SCBGM浆体的凝结时间。可溶性P_(2)O_(5)掺量为0%~1.5%时,随着其掺量的增加,SCBGM早期强度逐渐增大。在1.5%最佳掺量下,可溶性P_(2)O_(5)可显著提高早期SCBGM中钙矾石的生成量,还可以显著优化硬化体中钙矾石的分布特征,使其由团簇状转变为显著的搭接交错分布状态,进而充分发挥钙矾石晶体的强度骨架效应。

负温固井用锂盐-硫铝酸盐水泥浆体系

针对负温环境下固井常用水泥石强度发展缓慢甚至停止水化的问题,对锂盐(TSL)-硫铝酸盐水泥(SAC)浆体系开展了浆体性能及在4℃&-10℃下的水泥石力学性能研究,测试了水泥的水化温升及累计放热量。通过X射线衍射仪(XRD)、热重分析仪(TG/DTG)和扫描电子显微镜(SEM)对水泥的水化过程进行了分析,论证了TSL-SAC水泥浆体系在负温固井工程中应用的可行性。结果表明:TSL-SAC水泥浆体系浆体性能较好,在TSL掺量为SAC的3%时,在4℃环境下,48 h抗压强度可达23.01±0.47 MPa,在-10℃环境下,48 h抗压强度可达3.98±0.07 MPa,满足固井施工要求。同时,通过引入温控材料有效降低了水泥的水化温升及累计放热量,最大水化温升降低了27.62%,最大水化温升延迟320.67%出现。TSL促进SAC水化反应进行的机制在于增加了水泥石中凝胶态水化产物铁胶及铝胶的生成量,促进了AFt的生长结晶,形成低结晶度的CaCO_(3)保护层并减少CH被碳化。实验结果表明,TSL-SAC水泥浆体系具备在负温固井环境下应用的潜力。

高贝利特硫铝酸盐水泥在免拆钢筋桁架楼承板中的应用

装配式叠合楼板是由预制混凝土底板和现浇钢筋混凝土层叠合而成的装配整体式楼板。对比分析了装配式叠合楼板、钢质楼承板、纤维水泥板楼承板、细石混凝土免拆钢筋桁架楼承板的生产工艺与性能特点。重点分析了采用高贝利特硫铝酸盐水泥制作的细石混凝土免拆钢筋桁架楼承板的工艺特点及性能。高贝利特硫铝酸盐水泥细石混凝土底板吊装速度快、脱模时间短、低温免蒸养、免拆模;底板密度较小、收缩变形量小、抗压强度高、吸水率小、跨度大。

硫铝酸盐水泥混凝土高温劣化规律及机理研究

为了探究高温下硫铝酸盐水泥混凝土的劣化规律及机理,研究了高温对不同水灰比、不同龄期的硫铝酸盐水泥混凝土抗压强度、剩余质量比率、试件爆裂率、红外温升、超声波脉冲速度的影响。结果表明:400℃及以上时,试件表面产生明显的裂缝,并发生爆裂现象,温度越高,爆裂率越高;试件的抗压强度和质量均随着温度的升高而降低,水灰比越低,龄期越长,抗压强度损失越大,但质量损失越小;试件的超声波脉冲速度、红外升温速率和抗压强度的线性回归结果较好。

西北大温差环境下温度对硫铝酸盐水泥砂浆抗压强度的影响

为研究西北大温差环境下温度对硫铝酸盐水泥砂浆作为浅层病害混凝土修补材料的抗压强度影响规律,设计了改性前后三个不同配合比、三个温度梯度(-25、25和80℃)和三个时间长度(6、12和24 h)的试验,测试了试样的抗压强度,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)的方法测试了试样的微观性能。结果表明,改性后的试样破坏模式均优于未改性试样。-25℃时,随着时间延长,改性后试样的抗压强度增大幅度均大于未改性试样;25℃时,三个配合比试样抗压强度变化规律相似,均轻微下降;80℃时,掺入0.3%(质量分数)水玻璃、0.1%(质量分数)聚丙烯纤维和0.4%(质量分数)膨胀剂试样的抗压强度下降幅度最小。同时,本文还建立了该配合比试样在不同温度下,随时间延长的相对抗压强度变化率计算公式,可为西北大温差环境下硫铝酸盐水泥砂浆作为浅层病害混凝土修补材料提供参考。

基于低标硫铝酸盐水泥熟料的高水材料物理力学性能及应用

为解决高水材料充填成本高、物理力学性能差等问题,选用低标硫铝酸盐水泥熟料为主要原料,通过物理试验探究了低标硫铝酸盐水泥熟料高水材料在不同外加剂剂量、水灰比、水温下的物理力学性能,并通过工艺性试验测试了实际应用效果。研究结果表明:(1)不同条件下高水材料物理力学性能不同的主要原因在于其钙矾石的生成速率及生成量受到影响;(2)以低标型硫铝酸盐水泥熟料作为高水材料原料时,使用一定量外加剂能够改善其样貌并显著提升其强度;(3)降低水灰比能够显著提升高水材料的早期强度及峰值强度,且每提高0.1的水灰比,平均各龄期强度下降约11%;(4)水温对于高水材料初凝时间的影响高于终凝时间,对早期强度起促进作用,水温每上升2℃, 1d强度增加约6.8%;(5)影响高水材料强度的各项因素排序为:外加剂>水灰比>水温;(6)现场应用低标型硫铝酸盐水泥熟料高水材料后,巷道变形量较小,取得较好的留巷效果。

硫铝酸盐水泥混凝土湿度场试验与模型计算

文中基于湿度场试验研究开发了一种可以同时计算硫铝酸盐水泥(CSA)混凝土自干燥和湿润环境下的综合水分分布模型,在建模中利用混凝土中的含水量与混凝土内部相对湿度的协同关系来模拟水泥水化和水分扩散引起的自干燥,同时,基于此模型求得湿润阶段的等效水分扩散系数。该模型可以将湿润阶段CSA混凝土内部的水分传输分为两个过程:混凝土内部的气态水由于浓度梯度向外扩散的进程和外部的液态水由于毛细作用快速地进入混凝土内部的过程。该模型可用于任何给定养护策略下CSA混凝土湿度场计算。

碱激发矿粉-硫铝酸盐水泥砂浆力学性能研究

硫铝酸盐水泥作为一种早强快硬型水泥,其后期强度发展缓慢,甚至会出现强度倒缩的问题,为此提出将矿粉和碱激发剂与硫铝酸盐水泥复合的方法,分别研究了不同掺量的碱激发剂以及不同取代率的矿粉对硫铝酸盐水泥砂浆力学性能和干缩性能的影响。结果表明:在水泥砂浆中添加适量的碱有利于强度发展,在碱与矿粉的协同作用下,水泥砂浆的各龄期强度均有提升,尤其是后期强度,28 d最高强度可达61.3 MPa。碱与矿粉的掺入不仅可以减少水泥的用量,而且矿粉取代水泥带来的强度损失问题也可以通过碱激发剂与矿粉在水化后期发生的二次反应来弥补,且体积稳定性良好。

磷石膏-低碱度硫铝酸盐水泥胶凝体系及其水化机理研究

研究了在低碱度硫铝酸盐水泥(L-SAC)中添加10%~50%改性磷石膏(WHPG)的混合胶材材料体系的凝结时间、胶砂强度、pH等性能,并分析了WHPG在体系中对强度、pH及凝结时间的作用机理。结果表明:WHPG自身缺陷和快速水化等特性会导致标准稠度用水量增加,也会缩短胶凝体系的凝结时间;少量WHPG的添加会降低L-SAC的实际水灰比,也会促进钙钒石的生成,提升坯体的密实性,增加强度;WHPG呈弱酸性,随着WHPG掺量的增加,pH随之降低,WHPG不断消耗L-SAC水化生成的碱性物质,导致后期pH更低;磷石膏-低碱度硫铝酸盐水泥胶凝体系各项性能非常适用于喷射植生混凝土。

矿渣硫铝酸盐水泥流态固化土的力学性能与固化机理

疏浚工程产生的大量淤泥含水率高且含有重金属等有害物质,对环境构成严重威胁。使用固化剂固化淤泥制备流态固化土是资源化利用淤泥的有效方法。目前常用的普通硅酸盐水泥(Ordinary Portland Cement,OPC)固化淤泥存在强度低、能耗高、碳排放高等问题,而矿渣硫铝酸盐水泥(Slag Calcium Sulfoaluminate Cement,G-CSA)是一种低碳高强的新型胶凝材料,在固化淤泥方面具有潜在的应用前景。采用G-CSA制备流态固化土并设置OPC流态固化土对照组,研究高贝利特硫铝酸盐水泥(High Belite Sulfoaluminate Cement,HB-CSA)熟料对G-CSA流态固化土力学性能的影响,并进行水化产物与孔结构表征,进而深入分析G-CSA的固化机理。结果表明,G-CSA流态固化土的强度随着HB-CSA熟料掺量的增加呈先增大后减小的趋势,在掺量为10%时G-CSA流态固化土力学性能达到最优,其28 d抗压强度和抗折强度分别为OPC流态固化土的2.35倍和2.06倍;G-CSA中的柱状AFt形成了骨架结构,C-S-H凝胶则将土颗粒粘结成一个整体,从而有效填充G-CSA流态固化土内部孔隙;适量的HB-CSA熟料能够减小G-CSA流态固化土的孔隙率,细化孔隙结构,进而提升其力学性能。

高抗折矿渣硫铝酸盐水泥混凝土抗疲劳性能研究

传统水泥混凝土公路路面面临的主要问题是路面易开裂劣化和抗疲劳性能较差,这些问题大大缩短了路面的使用寿命,严重制约了水泥混凝土路面的发展和推广应用。矿渣硫铝酸盐水泥(Slag-Calcium Sulfoaluminate Cement,S-CSA)是一种具有高抗折强度的新型胶凝材料,利用该水泥制备的混凝土路面具有解决现有路面抗疲劳性能差的潜力。通过三点弯曲疲劳试验和声发射试验,对比分析了高抗折S-CSA混凝土和普通硅酸盐水泥(Ordinary Portland Cement,OPC)混凝土的抗疲劳性能。研究结果表明:相同荷载作用下,高抗折S-CSA混凝土粗骨料断裂数量更多;不同强度等级下,高抗折S-CSA混凝土的疲劳寿命均高于OPC混凝土,且提升幅度随着强度等级的提高而显著增加,最高可达到约7.2倍;钙矾石的生成有效改善了界面过渡区,从而提升了高抗折S-CSA混凝土的抗疲劳性能。