严寒环境下磷酸镁水泥砂浆与混凝土的粘结强度及影响因素研究

在严寒环境下实施混凝土路面的快速修复,要求修复材料具有早期强度高且与混凝土粘结强度好的特点。磷酸镁水泥(MPC)早期强度高,采用MPC制备快速修复材料时有利于在无养护条件下实现冬季混凝土路面的快速修复。本文研究了在严寒环境下,镁磷质量比(M/P)、硼镁质量比(B/M)和水胶比(W/C)对MPC砂浆与普通混凝土的粘结强度的影响,分析了MPC砂浆与混凝土的界面粘结强度发展规律与粘结机制。结果表明,在严寒环境下,当M/P为4~5、B/M为0.02~0.03、W/C为0.12~0.14时更有利于提高MPC砂浆与普通混凝土的粘结强度,3 h粘结强度可达2.5 MPa,能满足严寒环境下混凝土路面的快速修复要求。

纳米二氧化硅对超硫酸盐水泥中石膏最佳掺量的影响

超硫酸盐水泥(SSC)中石膏存在最佳掺量,纳米二氧化硅(NS)虽然可以提高超硫酸盐水泥强度,但是对石膏与铝相水化反应具有抑制作用,导致石膏最佳掺量发生改变。因此,探究NS改性条件下的石膏最佳掺量,有望进一步提高SSC性能。本文通过改变掺入与未掺入3%(质量分数)NS的SSC中石膏掺量(5.0%~15.0%,质量分数),研究其对SSC力学性能及微观性能的影响。结果表明,未掺加NS时,SSC整体强度发展缓慢,反应1 d时,强度随石膏掺量的增加呈下降趋势,石膏最佳掺量为7.5%。掺入NS后,SSC强度显著提升,3~28 d强度增幅达100%~200%,石膏最佳掺量呈增加趋势,当石膏掺量为15.0%(本文设计最大掺量)时,强度最大。NS延缓石膏消耗,抑制钙矾石生成,但不影响最终石膏消耗量;加入NS后,SSC化学结合水含量、石膏消耗量呈增加趋势,表明体系对石膏的需求量增加。本文通过探究NS改性SSC中的石膏最佳掺量变化,为进一步降低矿粉用量、提高SSC绿色低碳性提供新思路。

养护方式对活性氧化镁水泥水化硬化性能的影响

活性氧化镁水泥(RMC)由MgO与水和CO_(2)反应而凝结硬化,是一种近年来备受关注的新型胶凝材料。RMC样品水化、碳化过程受养护方式和含水率影响显著,本文对比研究了标准养护((20±1)℃、95%相对湿度)、水养((20±1)℃)和碳化养护((20±3)℃、70%相对湿度、20%(体积分数)CO_(2))对水灰比为0.5、0.6、0.7的RMC的性能的影响,探究了其水化、碳化反应产物物相种类、含量及微观形貌特征。结果表明,在标准养护和水养条件下,反应3 d时各水灰比样品中MgO剩余含量为10%~15%(质量分数),反应14 d时MgO几乎没有剩余。当水灰比为0.6时,标准养护和水养14 d时净浆抗压强度分别为7.7和3.2 MPa。碳化养护下净浆强度优于标准养护和水养下净浆(3 d时三者抗压强度分别为16.19、0.42和0.43 MPa,14 d时分别为22.34、7.46和7.23 MPa);定量分析结果显示,各水灰比净浆碳化养护产物主要是MgCO_(3)·3H_(2)O,水灰比为0.6时,样品中MgCO_(3)·3H_(2)O生成量比水灰比为0.5和0.7样品高12.12%和11.29%,这些针棒状MgCO_(3)·3H_(2)O相互搭接形成致密结构是该样品宏观抗压强度最优的主要原因。

硼砂与蔗糖对磷酸钾镁水泥性能的影响及作用机制

在保证凝结时间可控前提下,提高磷酸钾镁水泥早期强度是其工程应用的关键。本研究以硼砂、蔗糖为缓凝组分调控磷酸钾镁水泥水化和硬化过程。结果表明,与凝结时间相同的单掺硼砂、单掺蔗糖组相比,二者复掺(硼砂、蔗糖分别占MgO质量的1.5%、6.0%)的磷酸钾镁水泥水化第二放热峰明显延迟,但放热速率、总放热量均增大,水化产物MgKPO_(4)·6H_(2)O生成量增多,3 h强度提高104.1%,且后期强度与单掺硼砂组样品相当。

固硫灰渣混凝土空心砌块遇水破坏原因研究

针对重庆某混凝土空心砌块企业产品遇水开裂、溃散现象,通过现场调查及化学分析、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜/X射线能谱(SEM/EDS)等手段对其原因进行研究后发现,该企业未对原材料特性进行系统分析,盲目地将循环流化床燃煤固硫灰渣替代煤粉炉灰渣用于砌块的生产。原材料中含有一定量的游离氧化钙、大量硬石膏,它们水化反应生成氢氧化钙、二水石膏、以及二者再与水泥水化产物反应生成钙矾石共同产生的膨胀,是导致该混凝土空心砌块开裂、溃散破坏的主要原因。

用电解锰渣制备免烧砖的试验研究

研究了电解锰渣-粉煤灰-石灰-水泥胶凝材料,掺入一定的骨料,经压制成型生产电解锰渣免烧砖,自然条件下洒水养护28d抗压强度在10MPa以上,并对影响强度的胶砂比和成型压力进行了分析。试验结果表明,配合料成型过程中的加压,为砖的强度的形成和发展奠定了基础,水泥、粉煤灰、石灰和电解锰渣等胶凝材料水化产生的胶凝物质使电解锰渣免烧砖的强度逐步增强;各原料的最佳配比总结为:电解锰渣50%、粉煤灰30%、生石灰10%、水泥10%,胶凝材料:砂=1.0∶0.9、水固比0.14、成型压力25MPa。

电解锰渣中硫酸盐性质的研究

电解锰渣是以碳酸锰矿为原料采用电解法生产金属锰过程中产生的滤渣,是一种含硫酸盐的硅铝质材料,电解锰渣中硫酸盐的性质对其资源化利用有较大影响。研究了5种不同来源的电解锰渣中硫酸盐的存在形式及主要性质。结果表明,电解锰渣中硫酸盐以二水石膏、硫酸铵、硫酸锰等多种形态存在,其中微溶性的二水石膏约占总硫酸盐含量的60%～70%。电解锰渣中硫酸盐溶出速度快,5min内溶出量与24h的溶出量相当。此外,电解锰渣中掺入生石灰不仅有利于其它形态硫酸盐转化为二水石膏,还能对其在资源化处置前进行无害化预处理。

电解锰渣的水泥固化与浸出毒性研究

针对电解锰渣产量大且渣中水溶性锰严重超标的问题,采用水泥作为固化剂对电解锰渣进行处理,研究了水泥掺量对破碎固化体(颗粒粒径d<5 mm)浸出毒性的影响,模拟了酸雨对固化体表面浸出率和破碎固化体浸出毒性的影响,并采用XRD分析了电解锰渣固化前后的矿物组成。结果表明,水泥质量分数为15%～45%的破碎固化体中锰的浸出质量浓度低于国家标准(2 mg/L);水泥质量分数为45%的固化体在pH>3.0的酸雨中的早期表面浸出率数量级仅为10^(-5)g(cm^2·d),后期则检测不到;水泥质量分数为25%～45%的破碎固化体在pH=1.0的酸性环境中的锰浸出浓度均不超标。电解锰渣水泥固化前后的矿物组成结果显示,电解锰渣水泥固化后的锰浸出率减小是由于其中的水溶性锰被水泥水化产物包容吸附,且固化后水溶性Mn^(2+)转化为不溶、低毒性的MnO_2也有利于消除锰对环境的危害。

可用于建筑材料的电解锰渣性能试验研究

电解锰渣是由锰矿(通常为碳酸锰矿)采用电解方法生产金属锰过程中产生的废渣,了解电解锰渣的基本性质有利于其资源化利用。采用X射线衍射、DSC、化学分析和筛分等手段对2种来源的电解锰渣的基本性能进行了分析。结果表明,电解锰渣中的主要结晶矿物为石英、二水石膏、莫来石及赤铁矿,电解锰渣有比较明显的石膏受热脱水峰,但峰值小;电解锰渣中SiO2、SO3、Al2O3、CaO和Fe2O3的总量占80%以上;电解锰渣中硫酸盐有二水石膏,也有含量较高的大溶解度硫酸盐。结果还表明,电解锰渣可归属于硅酸盐材料;由于电解锰渣存在多种硫酸盐,在利用石膏作为水泥缓凝剂等时还需深入研究。

电解锰渣对粉煤灰火山灰活性的硫酸盐激发

电解锰渣(EMR)是一种富含硫酸盐的惰性硅铝质材料,SO3含量高达15%～20%。粉煤灰-石灰-硫酸盐被作为粉煤灰活性激发的基本系统,而电解锰渣中的硫酸盐能否作为粉煤灰等火山灰质材料的硫酸盐激发剂是值得研究的课题。研究了电解锰渣中硫酸盐对粉煤灰火山灰活性激发的效果,结果显示:30%的电解锰渣对粉煤灰-石灰体系有较好的硫酸盐激发作用,能够加快粉煤灰活性的激发速度和提高粉煤灰活性的激发程度;电解锰渣中的硫酸盐转化为CaSO4.2H2O对粉煤灰-石灰体系的激发效果最好;电解锰渣中存在的易溶性硫酸盐使30%电解锰渣对粉煤灰火山灰活性激发的效果比等当量SO3含量的CaSO4.2H2O好,其作用效果接近于3%Na2SO4对粉煤灰激发的效果。

纳米SiO2在水泥基材料中的应用研究进展

近些年来随着我国科技进步及现代化工程建设的进程加快,人们对水泥基材料的高性能及功能性提出更高的要求。纳米SiO2具有活性高,与水泥基材料匹配性高的特点,在提升水泥基体结构和性能方面的研究进展很快。本文介绍了纳米SiO2对水泥基材料水化、机械性能和耐久性影响,并提出影响机制。纳米SiO2发挥着纳米材料在水泥基材料中的作用机理,并协同作用,相互促进。同时,SiO2前躯体和低聚物尺寸小、粘度低和高活性等特点适合用于水泥基材料的表面处理,外界辅助作用可提升纳米SiO2在水泥基材料表面处理深度。在水泥基材料研究应用过程中,由于纳米SiO2的分散性问题会严重影响水泥基体的强度与耐久性,采用机械和载体作用方式可改善纳米SiO2在水泥基材料分散程度。最后介绍了纳米SiO2与功能性纳米材料协同作用,利用纳米SiO2提高水泥基体性能,同时加入功能性纳米材料赋予水泥基体新功能。

湿排粉煤灰活性影响因素试验

选用4种低钙粉煤灰,通过实验室模拟方法制备湿排粉煤灰,采用抗压强度比表示粉煤灰活性,研究了模拟湿排时间、温度、pH值以及海水湿排的粉煤灰活性变化。结果显示,随着湿排时间延长,粉煤灰活性呈早期降低快后期渐缓趋势;高温湿排的早期粉煤灰活性有一定提高;酸性环境能明显提高粉煤灰活性;海水湿排粉煤灰活性变化规律与淡水湿排粉煤灰类似。可以认为,湿排粉煤灰活性总体呈降低趋势,有些情况下湿排粉煤灰活性表现增加,是因为湿排溶蚀后暴露出更多的活性物质有利于粉煤灰活性的发挥。

湿排粉煤灰对混凝土性能的影响

通过实验室模拟研究不同湿法存放时间（1～60个月）的2种低钙粉煤灰的形貌、粒径和用于混凝土掺合料的性能变化。粉煤灰湿排后颗粒变粗，颗粒表面出现侵蚀，但颗粒形貌基本保持不变；湿排粉煤灰矿物减水效应明显降低，掺量为20％～40％的湿排粉煤灰混凝土坍落度比原状粉煤灰混凝土减少约20～40mm；掺加湿排粉煤灰的混凝土与外加剂适应性、抗渗和抗碳化无明显变化，坍落度经时损失有所降低；湿法存放3个月的粉煤灰掺量20％时混凝土28d和56d抗压强度比原状粉煤灰混凝土分别下降5．8％和3．7％，但掺量为20％的湿法存放36个月粉煤灰混凝土抗压强度比仍可以达到85％，湿法存放时间为3a和5a的粉煤灰混凝土强度无明显差别。研究结果表明，湿排低钙粉煤灰可以用作为混凝土掺合料。

纳米二氧化硅在水泥基材料中的分散研究进展

针对纳米二氧化硅颗粒在水泥基材料中极易团聚且难分散的问题,从火山灰效应、晶核效应和填充效应3个方面介绍纳米二氧化硅在水泥基材料中的应用基础,分析纳米二氧化硅在水泥基材料中难以分散的原因;综述现阶段国内外水泥基材料中纳米二氧化硅分散的研究进展,展望未来该领域的研究方向,即研究水泥基材料中影响纳米颗粒分散的因素,开发有效、直观的表征方法,以及设计开发专用高效减水剂等。

^(60)Co-γ射线辐照激发粉煤灰活性研究

研究了60 Co-γ射线对粉煤灰活性激发的可行性、影响因素及激发机理.结果表明:在粉煤灰中加入石灰和化学激发剂,60Co-γ射线才能有效激发粉煤灰活性6;0Co-γ射线辐照对粉煤灰活性激发不受粉煤灰种类的限制,但对化学激发剂有选择性,试验条件下辐照剂量应控制在100kGre以下6;0Co-γ射线和化学激发剂共同作用对粉煤灰活性激发具有超叠加效应6,0Co-γ射线辐照提供的有效能量可使粉煤灰中玻璃体网状结构处于高能状态,与此同时该网状结构又被化学激发剂所破坏,从而加快了活性SiO2和Al2O3的反应速度,对粉煤灰早期强度的激发效果明显.

纳米SiO2粉体在水泥液相中的分散性

针对纳米SiO2存在颗粒团聚现象,借助LS13320激光粒度仪、SEM和TEM测试手段,研究水泥液相中纳米SiO2粉体的粒度分布及其分散性。通过超声脉冲技术分散纳米SiO2粉体,并确定最优超声功率;研究表面活性剂添加顺序对水泥液相中纳米SiO2粒度分布的影响。结果表明:超声脉冲与表面活性剂协同作用为纳米SiO2最佳分散方式;获得纳米SiO2最佳粒度分布的实验条件为超声时间5 min、超声功率360 W;在纳米SiO2加入到水泥液相之后再加入表面活性剂,这种添加顺序更有利于提高纳米SiO2分散性。

膨胀剂对面板坝混凝土减缩抗裂性能的影响

为验证和提高堆石面板坝面板混凝土的抗裂性能,以云南省某水库堆石坝面板混凝土为例,对比研究了3种典型膨胀剂(Ⅰ型和Ⅱ型硫铝酸钙类膨胀剂、氧化镁膨胀剂)对面板混凝土强度发展、早期非接触收缩、早期抗裂、干燥收缩和限制膨胀率的影响。结果表明,3种膨胀剂在面板混凝土中的膨胀性能发挥差异较为明显,其中使用Ⅱ型膨胀剂的补偿收缩效果最显著,混凝土早期收缩率降低75.8%且未开裂、28 d干缩率减小50.9%、42 d限制收缩率减小83.3%,说明其膨胀历程与混凝土性能发展协调性较好(且混凝土56 d抗压强度提高23.6%)。该研究可为实际工程配合比优化、减少面板混凝土开裂风险提供借鉴。

纳米SiO_(2)对超硫酸盐水泥性能影响研究

为了克服超硫酸盐水泥(SSC)早期强度低的难题,探究了纳米SiO_(2)(NS)对SSC水化硬化性能的调控效果与机理。研究了NS对SSC力学性能、产物组成、微观结构和形貌,以及孔隙结构的影响规律。结果表明:掺入NS可显著提升SCC力学性能,其中3 d抗压强度提升了32%,3 d抗折强度提升了28%,90 d抗压强度提升了近一倍;同时,NS能够显著密实SSC孔隙结构,使其临界孔径从72.8 nm降低至6.5 nm。NS的增强机理主要为促进矿粉水化,增加产物中C-(A)-S-H凝胶的生成量和聚合度。本文证明了NS提升SSC水化硬化性能的可行性,为低碳SSC的性能提升提供了新思路。

TiO_2@SiO_2的制备及其对水泥基材料表层光催化和吸水性的影响

水泥基建筑材料量大面广,改善其表层质量并赋予其光催化功能可延长材料服役寿命并有效改善环境质量。利用Stober法在商用纳米TiO_2表面合成纳米SiO_2,制备TiO_2@SiO_2核壳纳米材料,在对其光催化性能进行表征的基础上用于硬化水泥砂浆表面处理,利用高火山灰反应活性的纳米SiO_2与硬化水泥砂浆表层反应,提高TiO_2光催化材料在水泥基材料表层的有效附着,并提高表层水泥基材料性能。结果显示,TiO_2@SiO_2对有机染料的光催化降解效能比商用P25约高20%,经TiO_2@SiO_2处理的硬化水泥砂浆的吸水率较空白样品降低约10%。研究表明,TiO_2@SiO_2在赋予水泥基材料表面光催化能力的同时,具有提高水泥基建筑材料表层质量和耐久性的潜能,为该材料表面功能化改性提供了新思路。

纳米SiO2对水泥粉煤灰胶凝材料早期水化硬化的影响

利用纳米SiO_2对水泥-粉煤灰体系早期水化硬化促进作用,可以显著弥补大掺量粉煤灰体系凝结时间长、早期强度较低的缺陷。结果表明,掺有占胶凝材料质量5%的纳米SiO_2的水泥-粉煤灰净浆(粉煤灰取代率为40%)凝结时间与水泥净浆相当。纳米SiO_2可显著提高水泥-粉煤灰砂浆早期(3-7d)强度,且粉煤灰取代率越高,增强作用越明显,5%纳米SiO_2掺量可提高40%和60%粉煤灰取代率砂浆7d强度达到50%和68%。拌合物中纳米SiO_2促进了水泥水化硬化过程,密实了水泥石结构。结果表明,纳米SiO_2的掺入有利于大掺量粉煤灰、绿色混凝土的开发和利用。