固废基胶凝材料混凝土增强剂的试验研究

针对固废基胶凝材料水化慢,导致混凝土凝结时间长、早期强度低影响施工的问题,研制了固废基胶凝材料混凝土增强剂ZS-10Z,并与市售的早强剂进行了混凝土性能对比试验。结果表明:掺入占胶凝材料质量1.0%的ZS-10Z能显著提高混凝土的3、7、28 d抗压强度,改善混凝土的施工性能,缩短混凝土的凝结时间,同时混凝土的抗碳化性能、抗水渗透性能、抗硫酸盐侵蚀性能明显提高;电通量测试和SEM分析表明,混凝土中掺入ZS-10Z能有效促进固废基胶凝材料的水化进程,生成更多的水化产物,进而提高混凝土结构的密实性。

白云石粉对水泥基材料性能影响的研究进展

白云石是一种天然的碳酸盐岩矿物,具有资源丰富、分布广泛和价格低廉等特点。将白云石粉作为新型辅助性胶凝材料(SCM)掺入水泥基材料中,不仅可以满足水泥基材料的低碳和低成本需求,还可以在一定程度上改善水泥基材料的性能,具有显著的技术效益和经济效益。通过查阅当前国内外对白云石粉在水泥基材料应用研究方面的最新研究成果,从工作性能、力学性能和耐久性能三方面系统总结了白云石粉对水泥基材料各性能的影响,并分析了白云石粉在水泥基材料中的化学反应。根据研究结果可知,白云石粉作为新型SCM应用水泥基材料,可以改善水泥基材料的工作性和体积稳定性,还会与水泥水化反应生成碳铝酸钙,促进水泥基材料的强度发展。此外,通过提高养护温度,掺白云石粉水泥还会反应生成Mg-Al水滑石,进一步提高水泥基材料的强度和耐久性,促进白云石粉在水泥基材料中的应用。目前,白云石粉应用于水泥基材料的研究还存在不足,未来在白云石粉的反应机制及其对水泥基材料性能的影响机制等方面还有待进一步研究与完善。

碳化养护钢渣制备建筑材料的研究进展

钢渣是炼钢过程中产生的固体废弃物,在我国排放量巨大,但利用率很低,大量钢渣被集中堆积,不仅占用了土地,而且造成了环境污染与资源浪费。近年来将钢渣作为水泥混合料、混凝土掺合料或者粗细集料用于建筑材料中使其得到一定程度的利用。然而,国内外研究学者一致认为钢渣中存在的游离氧化钙、游离氧化镁会在后期水化反应生成Ca(OH)2和Mg(OH)2而产生体积膨胀,导致含钢渣的建筑材料存在安定性不良的隐患。解决钢渣安定性不良的问题是钢渣大规模资源开发利用的关键。目前,许多国内钢铁企业通过优化冶炼技术,不断发展钢渣预处理方法,形成了多种钢渣处理工艺技术,提高了钢渣的综合利用率,但不同处理工艺得到的钢渣的安定性、均匀性、粒度和活性存在较大差异。除了采用传统钢渣预处理的方法来改善其安定性外,有学者提出高温重构的方法来消除钢渣中的游离氧化钙,提高其体积安定性,但是该方法对工艺要求比较高。有研究发现钢渣在富CO2环境中具有较高的碳化反应活性,通过加速碳化钢渣制备建筑材料是钢渣资源化利用的一种新途径。本文综述了碳化钢渣建筑材料的研究进展,介绍了钢渣的化学组成与矿物组成,分析了钢渣加速碳化的热力学与反应动力学过程,探讨了钢渣矿物成分、钢渣粒径与颗粒级配、原料配比、预养护和成型压力、水分、CO2浓度和压力、碳化温度和时间等因素对碳化钢渣建筑材料的组成、结构和性能的影响,分析了碳化对钢渣建筑材料力学性能及安定性的改善作用和机理。最后,针对研究现状和存在的问题提出了进一步深化开发和推广应用碳化钢渣建筑材料的研究方向。

粉煤灰对水泥浆体自收缩和抗压强度的影响

设计组装了水泥浆体自收缩测量装置,进行了不同粉煤灰掺量和水胶比的水泥浆体自收缩和抗压强度测试,采用压汞测孔仪(MIP)、扫描电镜(SEM)等测试技术研究了粉煤灰对水泥浆体孔结构、产物形貌等微观结构的影响,并对其影响机理进行了分析.结果表明:粉煤灰能够有效抑制水泥浆体的早期自收缩,在7 d前,其自收缩随着粉煤灰掺量的增加而减小;与纯硅酸盐水泥浆体相比,粉煤灰水泥浆体7 d后的抗压强度增幅较大,但自收缩增长速率也趋于增大;火山灰反应引起的孔径细化、水化产物结构致密是粉煤灰影响水泥浆体自收缩和抗压强度的根本原因.

碳化对钢渣-水泥-CaO-MgO砂浆强度和微观结构的影响

以钢渣粉为主要胶凝材料,掺入MgO,CaO和水泥等材料制备砂浆试件,经碳化养护后测试其抗压强度及微观结构,并研究碳化后砂浆试件的强度变化机理.结果表明:经碳化处理后,砂浆试件抗压强度显著提高,碳化1d后即提高3.9~6.8倍,且砂浆试件碳化时间越长,碳化程度越高,其抗压强度也越高;CaO和MgO的掺入有利于碳化后砂浆强度的提高,当掺入5%(质量分数)CaO和15%(质量分数)MgO时,碳化14d后砂浆试件抗压强度最高,可达71.6MPa;碳化过程中生成了大量碳化产物——方解石CaCO3(碳酸钙镁CaxMg1-xCO3)和文石CaCO3,碳化产物填充孔隙、改善了颗粒界面结构,使得砂浆试件孔隙率降低,抗压强度得以提高.

约束条件下外掺MgO混凝土的强度与膨胀应力

研究了掺0%,5%,8%,12%(质量分数)MgO混凝土的自由膨胀、约束膨胀及其在约束条件下的抗压强度和膨胀应力.结果表明:混凝土的自由膨胀随着MgO掺量的增加而增大,560d龄期时,MgO掺量为0%,5%,8%和12%的混凝土其最大膨胀量分别为-33×10-6,90×10-6,230×10-6和320×10-6.MgO掺量相同时,三维约束试件强度>二维约束试件强度>自由试件强度.三维约束条件下,混凝土膨胀应力随MgO掺量的增加而增大;在三维方向上膨胀应力大小规律为pc,x>pc,z>pc,y;膨胀应力随养护龄期的延长而增加并在一定龄期内趋于稳定.

不同约束条件下掺轻烧MgO混凝土的力学性能

研究掺0%,5%,8%和12%(质量分数,下同)轻烧MgO混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、极限拉伸值和轴拉强度随龄期的变化规律,并用扫描电子显微镜和光学显微镜对混凝土微观结构进行分析。结果表明:掺轻烧MgO混凝土在不同约束条件下力学性能都有不同程度的提高,3维约束对混凝土力学性能提高程度最明显。掺5%,8%和12%MgO混凝土3维约束试件360 d时抗压强度分别比自由试件高16.9%,22.0%和16.0%,180 d时劈拉强度分别比自由试件高32.93%,31.03%和33.33%。掺5%和8%MgO混凝土3维约束试件极限拉伸值比自由试件分别提高9.5%和3.1%,抗拉强度分别提高5.7%和6.9%。自由条件下,MgO掺量较大时,MgO水化膨胀使得混凝土内部结构松散,基体呈疏松、多孔状,骨料与界面黏接较弱;约束条件下,混凝土基体的致密性得到提高,基体和集料界面的黏接能力加强,从而提高了混凝土的力学性能。

不同活性氧化镁膨胀剂对水泥浆体变形的影响

采用X线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和N2吸附表征不同活性的氧化镁膨胀剂(MEA)粉体,并研究掺不同活性MEA水泥浆体在不同养护条件下的变形性能.结果表明:MEA颗粒是由MgO晶粒黏结组成,内部孔径的增大和比表面积的减小都导致MEA活性的降低.在20和30℃水养护条件下,掺高活性MEA水泥浆体的早期膨胀比较明显,后期膨胀增长趋势减小,掺低活性MEA水泥浆体的早期膨胀比较小,后期膨胀增长趋势较大;MEA的掺量越大,水泥浆体的膨胀率越大;养护温度越高,掺MEA水泥浆体产生的膨胀越早.MEA能减小水泥浆体的干燥收缩,但不能完全补偿水泥浆体的收缩.

矿物掺合料和外加剂对超细水泥流变性能的影响

采用旋转黏度计和流动度仪分别研究了超细粉煤灰、硅灰、MgO膨胀剂、羟丙基甲基纤维素醚和黄原胶、聚羧酸系减水剂和萘系减水剂对超细水泥流变性能的影响规律。结果表明,W/C=0.6时超细水泥浆体的屈服应力和塑性黏度分别为11.32Pa和15.22×10-2Pa.s,掺加20%超细粉煤灰后屈服应力和塑性黏度分别增大为18.65Pa和23.71×10-2 Pa.s,掺加10%硅灰后增大为47.75 Pa和47.32×10-2 Pa.s;MgO膨胀剂的掺入增大了浆体的屈服力和塑性黏度,活性越高,流变性越差;羟丙基甲基纤维素醚的保水增稠效果优于黄原胶;掺加减水剂降低了浆体的屈服力和塑性黏度,聚羧酸系减水剂的减水效果优于萘系减水剂;通过减水剂和增黏剂的配合使用,可以得到流动性优良且不泌水的浆液。

粉煤灰抑制碱硅酸反应膨胀的机理研究

研究了粉煤灰对碱硅酸反应(ASR)膨胀的抑制规律,并用扫描电镜(SEM)和光学显微镜表征了集料的反应情况。采用高压装置提取孔溶液,并采用pH计和火焰光度计测试了孔溶液的pH值和K+、Na+浓度随复合水泥浆体初始组成和龄期的变化规律。结果表明:试件的宏观膨胀随集料反应程度的增加而增大。掺入粉煤灰降低了孔溶液的pH值和K+、Na+浓度,提高了复合水泥浆体吸附碱的能力,延缓了外部碱向浆体的扩散,集料ASR反应程度降低,进而抑制了ASR膨胀。

孔结构测试技术及其在硬化水泥浆体孔结构表征中的应用

分别概述了压汞测孔法、同步加速X射线层析扫描测孔法、核磁共振弛豫时间测孔法和核磁共振冷冻干燥测孔法。压汞测孔法能直接获取硬化水泥浆体孔结构第一手信息,孔隙结构换算时无需大量、复杂的模型和假定。利用此特点,结合新报道的测孔技术有望实现硬化水泥浆体孔结构表征技术的新突破;同步加速X射线层析扫描测孔法和核磁共振弛豫时间测孔法适合于表征介观尺度的孔隙结构,而核磁共振冷冻干燥法适合于表征微观尺度的孔隙结构。无论是核磁共振弛豫时间测孔法还是核磁共振冷冻干燥测孔法,水泥浆体中铁磁性物质的存在可能会对测定精度产生影响,需要进一步研究。

菱镁矿品位对MgO膨胀剂组成结构及性能的影响

通过对煅烧菱镁矿尾渣与二级菱镁矿所得MgO膨胀剂(MEA)组成、微观结构、活性及膨胀特性的研究,探讨了低品位菱镁矿制备MEA的可行性。结果表明,菱镁矿尾渣中方解石、白云石及铁元素等杂质的存在使MEA中f-CaO含量较高,方镁石含量较低;菱镁矿尾渣MEA中MgO晶粒为条状颗粒,而非二级菱镁矿MEA的球粒状,晶粒尺寸变大,晶粒间排列紧密,MEA颗粒表面有裂纹存在;柠檬酸法检测低品位菱镁矿所制MEA活性时应调整柠檬酸用量;有效膨胀组分含量低的情况下,800℃煅烧掺量为4wt%、6wt%和8wt%及850℃煅烧掺量为8wt%时,掺菱镁矿尾渣MEA水泥浆体的膨胀率比掺二级菱镁矿MEA水泥浆体的膨胀率大。可见,在一定条件下低品位菱镁矿所制MEA膨胀性能较高品位菱镁矿所制MEA好,有利于低品位菱镁矿矿产资源的有效利用。

高温养护和粉煤灰掺量对外掺氧化镁混凝土膨胀和劈裂抗拉强度的影响

主要研究了不同温度加速养护条件下,掺入不同量MgO膨胀剂和粉煤灰的混凝土试件的膨胀性能和劈裂抗拉强度,明确高温养护对外掺MgO混凝土膨胀与劈拉强度的影响规律。结果表明,随着养护温度的升高,混凝土的膨胀将加快,膨胀曲线趋于平缓的时间就越短;MgO掺量的增加不仅使混凝土的膨胀值增大,而且对其劈拉强度造成影响。适当掺量的MgO可能使混凝土劈拉强度有所增加,当MgO掺量过大时,则对混凝土劈拉强度没有贡献,甚至可能使其强度降低;粉煤灰对MgO的膨胀有明显的抑制作用,提高了高掺量MgO混凝土的劈裂抗拉强度。

粉煤灰水泥压实体早期水化和孔隙结构的演变

利用压实粉体的方法制备粉煤灰水泥压实体,通过毛细吸收法、压汞法、氮吸附法、电子显微分析、非蒸发水和抗压强度的测定,研究粉煤灰水泥浆体早期水化和孔隙结构的演变。结果表明:随着水化进行,3 d龄期浆体水化显著,抗压强度迅速提高,后期水化变慢,抗压强度增长变慢。浆体孔隙率逐渐降低,3 d龄期内尤为明显;早期浆体中的大孔逐渐减少,小孔增多,最可几孔径向小孔径移动,7 d龄期后孔径变化缓慢。

高原地区纤维混杂微膨胀混凝土大尺寸面板

西藏某机场在使用近40a后其道面板接缝出现严重破损,减少了机场的服役寿命.为了降低道面接缝破损引起的耐久性问题,采用纤维混杂微膨胀混凝土技术,将道面板尺寸由4m×4m增大至4m×8m(大板),并通过在大板内部埋设混凝土应变计测量了其应变变化规律.结果表明:大尺寸面板早期未出现开裂,在其内部出现了不同程度的微膨胀效应;新型道面作用机理为氧化镁膨胀剂水化产生的膨胀能与纤维的物理约束共同作用,从而提高了混凝土自身抗变形能力.

颗粒级配对水泥浆体强度和自收缩的影响

通过实验室球磨机制备出比表面积分别为280、370和670 m2/kg三种不同细度的水泥,与不同掺量矿粉配制成不同颗粒级配的复合水泥,并进行了复合水泥干粉压实体孔隙率、复合水泥浆体的抗压强度、孔隙率、自收缩和BSEM测试。结果表明:随着水泥细度的增加,压实体的孔隙率逐渐增大。细水泥对复合水泥浆体早期孔隙的细化效果显著,提高了大掺量矿渣复合水泥浆体早期强度。矿粉的掺入减小了复合水泥体系的自收缩,矿粉掺量越大,水泥浆体自收缩越小。

石英岩尾砂的表面改性及其对砂浆强度和干燥收缩的影响

采用电石渣对石英岩尾砂进行煅烧改性,利用X射线衍射仪、背散射扫描电镜和能谱分析等分析方法对改性石英岩尾砂矿物组成和微观结构进行表征,并测定了掺改性石英岩尾砂的水泥砂浆强度和干燥收缩。通过背散射扫描电镜和压汞仪研究了掺改性石英岩尾砂水泥砂浆的微观结构。结果表明,改性石英岩尾砂颗粒表面生成了具有水化活性的β-C_2S,水化生成CSH凝胶,可以改善石英岩尾砂与水泥浆体的界面结构,降低了水泥砂浆的孔隙率和干燥收缩,提高了掺改性石英岩尾砂水泥砂浆的抗压强度。

高海拔地区新型养护技术对道面混凝土早期性能影响

高海拔地区日夜温差大及季节性干湿显著等气候特点，使得该地区道面混凝土出现早期开裂、剥落、位移及翘曲变形等多种耐久性问题。采用薄膜加土工布养护和喷撒减蒸剂等养护措施，研究提高新型机场道面混凝土（掺入钢纤维、聚丙烯腈纤维硬新型镁质膨胀剂）的早期性能。结果表明：喷洒减蒸剂能有效减少早期的塑性裂缝；采用薄膜养护的新型面板内部面层间温度雎显著降低，60d回弹强度与普通相比提高了5～7MPa，抗渗性能有了较大幅度的提高。

改性石英岩尾砂对水泥浆体强度和干燥收缩的影响

采用掺入电石渣并在850℃高温条件下煅烧石英岩尾砂1 h,对石英岩尾砂进行表面改性,利用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对改性石英岩尾砂的矿物组成和化学成分进行表征,并测定掺入改性石英岩尾砂的水泥浆体的干燥收缩和抗压强度。结果表明:改性石英岩尾砂颗粒表面生成了具有水化活性的β-C2S,水化生成水化硅酸钙(CSH)凝胶,改善了复合水泥浆体中石英岩尾砂颗粒与水泥浆体的界面黏结,提高了水泥浆体的强度,降低了干燥收缩。

Na_2SO_4侵蚀下粉煤灰对砂浆开裂的抑制作用

将不同粉煤灰掺量的砂浆浸泡在5%Na2SO4溶液中养护,利用表面观察和超声波测试等无损测试技术跟踪浸泡过程中砂浆表面裂纹和内部裂纹的变化,通过热分析对侵蚀产物相进行分析,并采用激光共聚焦显微镜(LSCM)和扫描电子显微镜(SEM)对浸泡360 d的样品进行内部微观结构分析。结果表明:钙钒石是导致开裂的主要原因,掺入粉煤灰能够提高砂浆的抗渗性、阻止外部SO2-4的持续侵入,减少钙钒石的生成从而抑制砂浆表面和内部裂纹的形成,且粉煤灰掺量越高抑制效果越明显。