外加剂对碱激发胶凝材料干燥收缩性能的影响

为了进一步改善碱激发胶凝材料的收缩特性,探索了单掺有机减缩剂(聚乙二醇和乳胶)、无机膨胀剂(CaO、MgO和石膏)对矿渣粉煤灰复合碱激发(AASF)体系水化产物组成、孔隙结构和收缩特性的影响。结果表明,在所有的外加剂中,聚乙二醇减缩效果最显著,外掺1%(质量分数)聚乙二醇的AASF试样的91 d干燥收缩仅为1 683με,相较于对照组最大降低29.7%,这主要归因于孔隙结构的显著粗化。聚乙二醇和乳胶对AASF的抗压强度有一定的负面影响,主要源于水化反应程度的降低和整体孔隙率的增加。三种无机膨胀剂在AASF体系中发挥出的收缩补偿效果不强,但对抗折强度有显著的增益效果。

石灰石-煅烧黏土-水泥(LC^(3))体系的水化动力学模型

石灰石-煅烧黏土-水泥(LC^(3))是一种新型复合建筑材料,在满足水泥可持续生产和节能减排方面具有优良的应用前景。本工作通过考虑煅烧黏土和石灰石矿物掺合料的稀释效应、成核作用和火山灰反应等影响作用,提出了一种评估LC^(3)混凝土化学和力学性能的水化动力学模型。根据动力学模型,分析计算了不同掺量情况下LC^(3)胶凝体系的累计水化热、氢氧化钙含量和结合水总量。通过将模型分析结果与试验结果相比较,证明了所建立的模型可较好地模拟LC^(3)水泥胶凝体系的水化进程。结果表明,在一定掺量范围内,LC^(3)水泥胶凝体系的水化程度与掺量成正比,而氢氧化钙含量、结合水总量和累计水化热与之成反比,LC^(3)材料用于水泥辅助胶凝材料时的推荐掺量为25%~35%。

农作物秸秆低碳墙体材料研究现状

综述了近年来国内外关于农作物秸秆在建筑墙体材料中的应用及研究进展,从生产技术、制备工艺、配合比设计等方面出发,重点介绍了农作物秸秆低碳墙体材料的力学性能、保温隔热性能、阻燃性能等优良特性,并对农作物秸秆低碳墙体材料现阶段所存在的缺陷和不足给出了合理建议,对其未来发展方向及应用前景做出了展望。

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。

水泥浆拌和固化二氧化碳对水泥性能的影响

为研究水泥浆拌和固化二氧化碳对水泥性能的影响,将不同状态二氧化碳以不同掺量加入新拌水泥,测试水泥浆的固碳效果和强度,并采用TG-DTG、MIP、SEM等表征方法,探究二氧化碳对水泥浆体强度和微观结构的影响机理。结果表明,当水灰比为0.50、气态二氧化碳掺量为1.5%(质量分数)时,水泥的抗压强度和二氧化碳固化效果最佳,3、7 d抗压强度提升100%,28 d抗压强度提升139.6%。掺入二氧化碳后,100~600 nm的孔几乎消失,100 nm以下的孔明显增多,水泥内部的有害孔减少,水泥硬化浆体内部孔结构得到改善。二氧化碳加速水泥早期水化反应,水化产物的生长状态和结合方式得到优化,实现水泥基材料的固碳强化。

黄麻纤维增强偏高岭土水泥砂浆性能研究

掺入纤维是改善水泥基材料脆性,提高其强度和韧性的常用手段。将黄麻纤维掺入水泥基砂浆,制备黄麻纤维增强水泥砂浆(JFRC),研究黄麻纤维掺量和长度对砂浆抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度的影响。考虑到植物纤维在高碱性基体环境中易腐蚀失效,采用偏高岭土部分替代水泥以降低基体碱度。结果显示,JFRC的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度随着黄麻纤维掺量和长度的增大均呈现先增大后减小的趋势,黄麻纤维最佳掺量为0.75%,最佳长度为10 mm,加入适量的处理过的黄麻纤维可以很好地改善水泥砂浆的力学性能和韧性;采用最佳掺量时,JFRC的单位强度碳排放量和成本分别降低了21.48%和19.16%。研究结果表明,JFRC是一种具有较高环境效益和经济效益的植物纤维增强材料。

高贝利特铁铝酸盐水泥的制备工艺探究

本研究旨在分析高贝利特铁铝酸盐水泥制备工艺,提升水泥性能。研究人员着重考察了天然石膏掺量,对铁铝酸盐水泥的凝结时间、水化放热、抗压强度以及膨胀率的影响。研究结果表明,熟料煅烧条件的优化对水泥质量具有直接影响。本研究不仅深化了对高贝利特铁铝酸盐水泥水化过程的理解,也为优化其制备工艺提供了实验基础,对于提高水泥的性能,拓展其应用领域具有积极作用。

煅烧凝灰岩对水泥水化产物和硬化体孔结构的影响

为探明煅烧凝灰岩对水泥水化产物的影响,借助X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等测试方法,分析了700℃下煅烧不同时间后凝灰岩的矿物组成及其对水泥水化产物和硬化体孔结构的影响.结果表明:煅烧后凝灰岩中的沸石水、结构水和吸附水被脱除,斜发沸石等沸石矿物架状结构发生破坏,形成无定形的SiO_(2)和Al_(2)O_(3);煅烧凝灰岩有助于水泥中的水化硅酸钙(C-S-H)、钙矾石(AFt)和单硫型水化硫铝酸钙(AFm)形成,且降低了C-S-H的钙硅比(n(Ca)/n(Si)),消耗了Ca(OH)_(2),水泥更易发生碳化;水化28 d后,煅烧凝灰岩水泥的孔隙率降低,孔径分布更细,从而提高了水泥强度.

不同活化方式锂渣地聚物性能研究

为揭示不同活化方式锂渣制备碱激发地聚合物可行性,对比分析了未活化、微波活化和热活化锂渣基地聚合物物理力学性能。结果表明,热活化和微波活化可以显著提高锂渣活性,增强锂渣基地聚合物放热速率和放热量,且热活化锂渣活性高于微波活化锂渣。掺2%NaOH和4%Na_(2)SiO_(3)时地聚物放热速率和放热量最佳,在Na_(2)SiO_(3)掺量相同的情况下,NaOH掺量过多会导致放热速率减慢,累计放热量降低。热活化和微波活化可以显著提高锂渣基地聚合物的抗压强度。掺加2%NaOH和4%Na_(2)SiO_(3)时,微波活化锂渣基地聚合物3 d抗压强度最高,较未活化锂渣基地聚合物增加9.3%。热活化锂渣基地聚合物28 d抗压强度最高,较未活化锂渣基地聚合物增加18.69%。掺加4%NaOH和4%Na_(2)SiO_(3)时,热活化锂渣基地聚合物3 d抗压强度最高,较未活化锂渣基地聚合物增加23.75%。微波活化锂渣基地聚合物28 d抗压强度最高,较未活化锂渣基地聚合物增加9.73%。热活化和微波活化活性增强,锂渣地聚合物碱激发反应生成的钙矾石、水化硅铝酸钙或硅铝酸钠((N)C-A-S-H)凝胶等含量高于原始锂渣地聚物,在Na_(2)SiO_(3)掺量相同的情况下,锂渣基地聚合物的活性随NaOH掺量的增加而降低。

微波激活锂渣复合胶凝体系水化性能研究

为提高锂渣在水泥基材料中的利用率,对比了不同微波功率对锂渣火山灰活性的影响。结果表明,微波处理促进了锂渣中的石膏与锂辉石等矿物相的分解,提高了锂渣的火山灰活性,致使锂渣-水泥复合体系形成更多的水化产物。随着微波功率的增加,锂渣复合水泥水化第二放热峰提前出现,且峰值增加,水化放热总量也显著增加。相较原始锂渣,采用40%功率微波激活后的锂渣复合水泥胶砂3 d、7 d及28 d的抗压强度分别增加15.2%、5.0%、13.1%。

PSAG复合水泥的凝结性能与强度

水泥复合化能提高和改善水泥自身的性能。为了使硫铝酸盐水泥既能保持较高早期强度,又能具有稳定发展的后期强度,将硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥复合,并掺加石膏形成PSAG复合水泥进行改善性能的试验研究。结果表明:硅酸盐水泥掺量在小于70%时,复合水泥的凝结时间都更接近于硫铝酸盐水泥的凝结时间,且当硅酸盐水泥掺量为40%时,复合水泥的凝结时间为最短,初凝时间为10 min,终凝时间为13 min;硅酸盐水泥的掺量为70%时,复合水泥的标准稠度用水量最大(39%),70%之前标准稠度用水量与之呈正相关性,之后呈负相关性;较之硫铝酸盐水泥,复合水泥1 d强度有所下降,但28 d时抗折强度有较大程度的提高;石膏的掺入提高了复合水泥的早期强度,但对后期强度却有降低影响;掺入0.1%的聚丙烯纤维可以提高复合水泥的各龄期强度,其中对早期抗折强度的提高尤为明显。

基于响应面法的地热钻采碳纳米管复合水泥基材料的研究

针对现有导热固井水泥存在的性能不足问题,本文研制了一种新型地热钻采碳纳米管复合水泥基材料(CNTs-CC)。首先,选用石墨、氮化硅作为主要导热填料,硅微粉作为热稳定材料,碳纳米管作为协同增强填料,初步研制出纳米复合水泥材料基础液;其次,基于响应曲面法Box-Behnken试验设计,开展17组配比优化试验,构建了以2 d抗压强度和导热系数为响应指标的二次多项式预测模型,结合方差分析和响应曲面考察了各因素对响应指标的影响,并得到胶凝材料最优配比;最后,对复合水泥基材料的工程性能进行评估,并结合XRD与SEM研究了材料的水化机理。结果表明:复合水泥基材料的导热性能与抗压强度受多因素交互作用影响,其中早强剂与减水剂交互影响显著;CNTs-CC水泥石28 d抗压强度达8.15 MPa,导热系数为2.236 W/(m·K);导热填料不参与水化过程,碳纳米管粉可发挥“填充”及“桥连”效应,外加剂调控水化进程。

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。

尾泥微粉-粉煤灰-水泥复合胶凝体系性能研究

为了探究尾泥微粉在水泥基材料中应用的可行性,提高提锂尾渣资源利用率,利用提锂过程中产生的尾泥微粉与粉煤灰复掺后部分替代水泥,对尾泥微粉-粉煤灰-水泥复合胶凝体系的性能进行研究。结果表明:复掺适量提锂尾泥微粉与粉煤灰对复合胶凝体系流动性能有一定改善作用;复掺提锂尾泥微粉与适量粉煤灰部分替代水泥使得复合胶凝体系早期抗压强度略有降低,后期强度有明显增长。复掺5%(质量分数)提锂尾泥微粉与10%(质量分数)粉煤灰试验组的90 d抗压强度达到55.15 MPa,相比对照组提高了9.75%;复掺提锂尾泥微粉与粉煤灰在水化后期能够有效发挥复合活性效应与填充效应,促进水化产物生成并使其填充到大孔中,增加水泥浆体中毛细微孔(<10 nm)的比例,从而细化水泥浆体孔隙结构,提高体系致密度,宏观上表现为抗压强度增大。

硫酸亚铁对铝酸盐水泥浆体性能及水化产物的影响

铁相对水泥混凝土耐久性具有显著的积极作用,为拓宽铁相来源,本文研究了铁盐对铝酸盐水泥性能及水化产物的影响。通过将铝酸盐水泥和硫酸盐(二水石膏和硫酸亚铁)复合,使铝酸盐水泥水化生成以钙矾石为主的产物,在此基础上,研究了硫酸盐中硫酸亚铁比例对铝酸盐水泥浆体凝结时间、抗压强度以及体积稳定性的影响规律,并采用XRD和SEM分析水化产物类型以及微观形貌,阐明硫酸亚铁对水泥浆体性能的影响机理。结果表明:适量的硫酸盐可提升铝酸盐水泥浆体的抗压强度;硫酸亚铁对铝酸盐水泥表现出轻微的促凝作用,对膨胀率具有显著的抑制作用;硫酸亚铁对钙矾石的形成具有明显的抑制作用,适量的硫酸亚铁使得所生成的钙矾石尺寸较小,且分布均匀,有利于提升硬化浆体的抗压强度。

OPC-MCA固化剂对盾构废泥的固化性能及其微观作用机制研究

通过添加高炉矿渣(GGBS)、脱硫石膏(FGDG)、铝酸钙粉、生石灰和明矾到普通硅酸盐水泥P.O42.5(OPC)中,制备一种新型盾构废泥改良材料OPC-MCA。首先,通过正交测试法确定OPC-MCA中各原料的最优配比。然后,使用该材料和OPC在10%~40%的掺量下处理芜湖市城南过江隧道工程产生的盾构废泥,并检测不同固化时间(3、7、28 d)下的抗压强度。最后,采用扫描电镜(SEM)、工业CT系统和X射线衍射(XRD)观察和分析固化后废泥试样的微观形貌、孔隙和裂纹特征以及矿物成分变化。研究结果表明:OPCMCA的最优材料配比为51%OPC、32%GGBS、8%FGDG、5%铝酸钙粉、3%生石灰、1%明矾;OPCMCA对芜湖盾构废泥的固化能力比OPC的强,在低掺量情况下更是如此;固化剂掺量和固化时间的增加会导致试样强度增加、脆性增强,并使部分试样转变为拉伸破坏;在OPC-MCA固化的试样中检测到了OPC固化试样中未检测到的水化硅铝酸钙(C-A-S-H)和单硫型硫铝酸盐(AFm),并且钙矾石(AFt)含量也更高;在同等掺量下,OPC-MCA固化试样中大尺寸孔隙的比例以及孔隙的总体积均比OPC固化试样的小。

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。

牡蛎壳微粉改性水泥基复合材料性能及微观结构研究

以牡蛎壳粉部分替换传统水泥基材料,在实现牡蛎壳废物利用的同时可有效降低建材成本。利用牡蛎壳粉作为普通硅酸盐水泥掺合料,探讨其不同掺杂量及不同粉磨方式对水泥胶砂强度及安定性的影响,确定了牡蛎壳粉的适宜添加量,并用XRD、SEM及EDS等测试分析手段表征不同掺量下胶凝试块的结构及性能变化。实验结果表明,牡蛎壳的球磨方式对水泥胶砂强度有明显影响,掺加湿法球磨牡蛎壳粉的胶凝材料的强度高于相应的掺加干法球磨的样品。牡蛎壳粉的掺加量为5%时,试样的抗压强度和抗折强度分别达到49.2 MPa和7.55 MPa,显著高于未掺加的空白样品。通过安定性实验制得的试样经过预养、沸煮之后,表面均光滑、无裂纹,体积无明显膨胀或收缩,表明掺杂牡蛎壳粉的胶凝材料安定性良好。微观结构表征结果显示牡蛎壳粉在水泥胶凝材料中独立存在,主要起惰性填充作用。利用牡蛎壳微粉部分替代水泥基材料是可行的,既可以改善水泥基材料综合性能,又能节约材料成本、减少环境污染,具有良好的应用前景。

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。

水泥生料共热耦合原位加氢制合成气

水泥工业是世界第三大能源消耗行业和第二大CO_(2)排放行业,占全球CO_(2)排放的7%。水泥生料(CaCO_(3)、Fe_(2)O_(3)、Al_(2)O_(3)和SiO_(2)的混合物)通过高温(>900℃)煅烧得到水泥熟料,此过程能耗高且释放大量CO_(2)。基于双碳背景,通过球磨法制备水泥生料,采用碳酸盐共热耦合原位加氢还原的创新策略,实现在700℃下水泥生料原位加氢生成CO,其选择性可达94.8%,CO生成速率达0.76 mmol/min,显著降低了碳酸盐的热解温度并抑制了CO_(2)排放,同时获得了均匀多孔的CaO颗粒。采用X射线粉末衍射(XRD)、比表面及孔径分析(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)及原位漫反射傅里叶变换红外光谱(In situ DRIFTS)等表征手段,重点探究了反应温度和水泥不同组分(Fe、Si和Al)等因素对碳酸盐加氢性能的影响。结果表明,Fe元素有助于提升CO产物选择性且生成少量甲烷,Si和Al元素的加入降低了碳酸盐加氢反应速率。In situ DRIFTS表明水泥生料加氢生成CO可能遵循甲酸盐中间物种机制。本研究通过水泥生料共热耦合原位加氢制备合成气,实现水泥工业源头降耗与减排增效,为低碳水泥熟料的制备技术提供了新策略与理论依据。