改性干粉型聚合物水泥砂浆试验研究

本文研究两种不同的可再分散乳胶粉(醋酸乙烯-乙烯共聚物和醋酸乙烯/叔碳酸乙烯酯共聚物)对干粉型聚合物水泥砂浆力学性能、粘结强度、吸水率、干燥收缩的性能影响。结果表明,可再分散乳胶粉的掺量、类型对聚合物水泥砂浆的性能影响较大,力学性能较普通水泥砂浆有明显的提升和改善。可再分散乳胶粉的加入虽然降低了砂浆的抗压强度,但显著提高了抗折强度和折压比,改善了砂浆的柔韧性和抗裂能力;砂浆的干燥收缩、粘结强度和吸水率等性能均有较为明显的改善。

硅酸钠改善碱激发材料力学性能与凝结机理分析

为了进一步增强碱激发材料的力学性能,掌握碱激发材料的凝结规律,通过掺入不同种类与掺量硅酸钠进行增硅改性,增强矿渣碱激发材料反应活性,定期观测试件的力学性能并分析凝结规律,同时结合微观分析手段深入剖析硅酸钠的增硅增强机理。结果表明,固态与液态硅酸钠均能够显著提高试件的抗压强度,明显缩短初凝与终凝时间。随固态硅酸钠掺量的提升,试件抗压强度呈先上升后下降趋势,固态硅酸钠在试件内大量结晶是导致抗压强度下降的主要原因。随液态硅酸钠掺量的提升,试件抗压强度呈先显著上升后趋于平稳的趋势,这说明其增强作用具有最大限值,液态硅酸钠的激发效果明显优于固态。

粉煤灰改性磷酸镁水泥性能及机理分析

以粉煤灰、MgO和KH_(2)PO_(4)为原料制备磷酸镁水泥(MPC)。测定MPC在不同粉煤灰掺量下的抗压强度、抗折强度、凝结时间、孔隙率,并分析其微观结构。研究结果表明:MPC抗压强度随粉煤灰掺量的增加先升高后降低,掺量为20%时强度最大为34 MPa,抗折强度随粉煤灰掺量的增加而降低,韧性随粉煤灰掺量的增加而降低;粉煤灰改善了MPC孔结构,粉煤灰掺量为40%时MPC孔隙率降低了67.2%;粉煤灰延长了MPC凝结时间,粉煤灰掺量为40%时MPC凝结时间延长至13.7 min;随着粉煤灰掺量的增加水化产物MgKPO_(4)·6H_(2)O(MKP)生成量先增多后减少,粉煤灰掺量20%时MKP生成量最大。粉煤灰对MPC强度的影响主要取决于MKP生成量。

水泥窑协同处置MSW环境负荷与性能耦合评价

基于中国某水泥厂2022~2023年生产数据及近3年国家/行业统计数据进行生命周期评价,核算水泥窑协同处置城市生活垃圾(MSW)生产不同品种水泥的环境负荷;联合数据质量指标评估和蒙特卡洛模拟来综合评估最终结果的不确定度.与常规工艺相比,水泥窑协同处置工艺生产每吨熟料的综合环境负荷降幅为7.82%;4种水泥中,P·O 52.5水泥的综合环境负荷最大,但其单位强度的环境负荷相对较小.综合考虑,采用水泥窑协同处置工艺生产P·C 42.5水泥与采用常规工艺生产P·O 42.5水泥相比,其综合环境负荷降幅为16.87%.

载体保护下诱导碳酸钙对水泥砂浆微裂隙的修复作用

微生物诱导碳酸钙沉淀可有效填补和修复水泥浆凝结过程中难以避免的水化裂隙,提高水泥石力学强度和抗渗性能,从而可减少诱发的水泥微裂缝质量问题。文章以矿化性能良好的枯草芽孢杆菌为研究对象,通过菌种的活化与扩大培养、向水泥浆中不同方式的添加,测试和评价了不同工艺配方与养护条件下的水泥石力学和抗渗性能。结果表明:环境温度、pH值、钙源浓度分别是影响杆菌矿化能力的主要因素,水泥浆的碱性环境(pH值11~13)对杆菌的活性有明显的抑制作用,最大降低矿化能力达15.1%。多孔、吸附性好的页岩陶砂载体可有效降低碱性环境对杆菌活性的影响,相比于直接添加,载体附菌的添加方式可使水泥石抗压、抗折强度和抗渗压力分别提升11.5%、14.8%和33.3%。当菌液吸附率从0%增加到35%时,微生物水泥石的抗压、抗折强度和抗渗压力分别增加10.8%、47.0%以及25.0%。由此可知,研究的微生物微裂隙修复方法可有效提升水泥环力学和抗渗性能,结论可为固井水泥石质量提升和微生物水泥浆应用推广提供良好的指导和借鉴作用。

不同铝铁比铁相固溶体对硅酸三钙水化的影响

主要研究了不同铝铁比的铁相固溶体对硅酸三钙(C3S)水化性能的影响.结果表明,铁相固溶体对C3S的水化具有抑制作用,并且其铝铁比越低,该抑制作用越明显.借助等温量热仪、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)等测试手段发现,铁相固溶体水化后产生偏铁酸根离子和偏铝酸根离子,其中偏铁酸根离子会阻碍氢氧化钙的沉淀,从而抑制C3S的水化,而偏铝酸根离子可以减轻偏铁酸根离子对C3S水化的抑制作用.

沸石粉对磷酸镁水泥砂浆性能的影响研究

研究了沸石粉掺量对磷酸镁水泥砂浆力学性能、干燥收缩、凝结时间和流动度的影响。结果表明:沸石粉的掺入虽然使MPC砂浆的流动度和力学性能降低,但显著延长了MPC砂浆的凝结时间,并随着沸石粉掺量的增大先增长后降低,与此同时,MPC砂浆的干燥收缩与耐水性能也有较明显的改善。

石墨烯水泥基复合材料的分散工艺与性能研究进展

石墨烯水泥复合材料不但具有低密度和高比表面积等优点,同时也结合了二维碳纳米材料自身的柔软性和优良的力学、电学性能。由于石墨烯在水中的分散较为困难,易于团聚,导致其对水泥性能的提升作用有限,因此石墨烯的分散问题是优化水泥基材料性能的关键。本文主要阐述了石墨烯在水泥基材料中的分散工艺、对水泥基材料性能的增强,并总结概述了现阶段石墨烯水泥基复合材料在多个领域中的应用研究进展。

基于建筑垃圾再生微粉制备的免烧人造轻质骨料及其应用

针对建筑垃圾再生微粉利用率低的现状,本文将再生微粉替代水泥,研究了再生微粉替代水泥率和水灰比对人造骨料性能的影响规律,在上述基础上,将人造骨料应用到混凝土中,并研究泡沫掺量对人造骨料混凝土性能的影响规律。研究结果表明:(1)再生微粉代替水泥率50%,水灰比为0.41,制备出的人造骨料堆积密度983 kg/m^(3)、筒压强度8.3 MPa、吸水率15%;(2)随着泡沫掺量的增加,人造骨料混凝土的孔隙率显著上升,孔隙率的提高使得干密度、筒压强度、导热系数大幅度下降,吸水率大幅度上升。

磷酸镁水泥基帆布力学与微观性能研究

基于磷酸镁水泥(MPC)快硬早强和高粘结特性,研发了应急防护型MPC帆布。研究了不同镁磷物质的量比(M/P=3~8)和水灰比(W/C=0.15~0.5)对MPC帆布抗压和抗弯强度的影响规律,并结合XRD、SEM和X-CT分析MPC在帆布中的水化反应形貌、产物和孔结构变化规律,提出MPC帆布优化设计方法。实验结果表明:M/P显著影响MPC帆布的力学性能,M/P为6时,MPC帆布在28 d龄期的抗压和抗弯强度分别达到最佳值26.65 MPa和6.20 MPa。W/C决定MPC在帆布中的水化程度,低或过高的W/C均无法保证MPC在帆布中的整体性,MPC帆布的最佳W/C为0.35,在该条件下,MPC帆布在28 d龄期的抗压和抗弯强度分别达到最高值26.90 MPa和6.30 MPa,MPC水化产物(K-鸟粪石)最多且MPC与帆布纤维界面粘结密实,孔隙率最小(7.63%),MPC帆布整体性达到最佳。

磷酸盐水泥用于修补桥梁伸缩缝的可行性研究

为验证磷酸盐水泥(Magnesium Phosphate Cement,MPC)在桥梁伸缩缝修复中的可行性,通过MPC快硬高强砂浆的凝结时间、力学性能来评估其工作性能,通过压汞法检测MPC砂浆的孔隙结构,同时进行快速氯离子渗透试验,评估其耐久性。结果表明,MPC砂浆的抗压强度在12 h内达到最大值。其中,重烧氧化镁与磷酸二氢钾的质量比为4.0时,MPC砂浆的最大抗压强度为31.4 MPa,而普通硅酸盐水泥(Ordinary Portland Cement,OPC)制备的砂浆为4.2 MPa。同时,MPC砂浆与修补面的黏结性能更好,其拉伸黏结强度和弯曲黏结强度更高,分别为1.9 MPa和1.7 MPa,而OPC砂浆分别为1.5 MPa和1.2 MPa。除此以外,MPC快硬高强砂浆孔隙类型以空气孔隙为主,而不是毛细孔隙,因此相比OPC砂浆,MPC砂浆在电通量试验中表现出较低的渗透性。实际工程应用表明,MPC配制的快硬高强修补材料优于OPC配制的修补材料。

高放废物地质处置用低pH胶凝材料及其基本性能试验研究

pH值小于11的低pH胶凝材料是高放废物处置库建造所需的关键材料。为支撑我国北山高放废物地质处置地下实验室和未来处置库的建设,本文采用破碎溶出法,研究普通硅酸盐水泥掺入不同矿物掺合料后硬化体pH值的变化规律,得到了低pH胶凝材料的配比。通过渗透、浸泡和极限溶出试验评价了低pH胶凝材料的可靠性,借助X射线衍射和扫描电镜,结合室内试验,测定分析了其水化产物、抗压强度和流变参数,并评估了其对北山地下水环境的影响。结果表明:胶凝材料中CaO/SiO2(质量比)与硬化体pH值呈线性关系,低pH胶凝材料的基础配比为在普通硅酸盐水泥中掺入40%的硅灰,硬化体渗透水和浸泡水的pH值分别在约28 d和90 d降低至11以下,在万年尺度分解为松散颗粒时的最大pH值约为11.2,满足处置库要求。与普通硅酸盐水泥相比,低pH胶凝材料150 d水化产物中不含氢氧化钙,胶砂体28 d抗压强度更高,但相同水胶比时注浆浆液的黏稠度更大;按照水固比1∶1浸泡硬化体,浸泡水的主要离子浓度变化幅度不大,对北山地下水环境的影响更小。

水泥生命周期评价及其低环境负荷研究进展

水泥工业是仅次于钢铁的第2大碳排放行业,对实现“双碳”目标影响重大.生命周期评价(LCA)可以定量评估水泥生命周期内的环境负荷.阐述了LCA方法评估水泥综合环境负荷的研究现状,系统阐释了该方法的4个重要步骤:目标和范围的确定(功能单位和系统边界)、清单分析(输入数据、输出数据、分配方式)、影响评价(影响分类、特征化、归一化)及生命周期解释;综合分析了使用替代性燃料和原料、生产工艺改造、碳捕集技术及发展低碳胶凝材料等低环境负荷措施,探讨了环境负荷与水泥性能的协同优化;指出了LCA方法的局限性及未来发展方向.

冲击荷载下高温喷淋冷却碳纳米管混凝土破裂分形研究

在混凝土中掺入具有高强、高韧和良好热导性的多壁碳纳米管(multi walled carbon nanotubes, MWCNTs)对普通混凝土的耐高温性能进行了增强,并以分形维数为指标研究了高温喷淋冷却后碳纳米管增强混凝土在冲击荷载作用下的分形特征和能耗特性,建立了分形维数与动强度、能耗及冲击韧性之间的关系。研究结果表明:高温喷淋冷却后的混凝土在冲击载荷下,其冲击破碎块的分形维数随应变速率和温度的增大而增大;在同一温度下,混凝土的动态抗压强度、能耗和冲击韧性随着分形维数的增加而增加;在同一冲击气压下,混凝土的动态抗压强度、能耗和冲击韧性随着分形维数的增加而减小;相比而言,添加了碳纳米管后混凝土高温喷淋冷却后在冲击荷载下的破裂程度得到有效缓解,其分形维数减小,能耗、冲击韧性和动强度都得到明显提高。

PVA-FRCC中长柱抗震性能与损伤分析

以剪跨比、配筋率和轴压比为研究变量,对7根聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-FRCC)中长柱(以下简称PVA-FRCC柱)进行拟静力试验,研究了地震作用下试件的裂缝形态、变形、耗能和抗损伤能力。结果表明:PVA-FRCC柱具有优良的裂缝控制能力和卸载后裂缝闭合能力;PVA-FRCC具有较好的延性、较强的变形和耗能能力,其弹塑性极限位移角最大可达1/13;剪跨比较大的试件虽承载力较低,但由于PVA纤维的增韧作用,试件达到峰值荷载后具有优良的耐受变形能力和抗损伤能力;当配筋率提高时,柱的承载力、变形和抗损伤能力均提高;增大的轴压比明显降低了试件的变形、耗能和抗损伤能力。当PVA纤维体积分数为1%时,具有较小轴压比和适中剪跨比与配筋率的PVA-FRCC柱综合性能最优。本文提出的改进Park-Ang损伤模型符合边界条件,且反映的损伤发展趋势与试验现象相符,可较好地评价PVA-FRCC柱的损伤状况。

缓凝剂对PC-CSA-FDG三元胶凝体系修补砂浆性能的影响

利用硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥-脱硫石膏三元胶凝体系制备修补砂浆,研究了酒石酸、硼砂及六偏磷酸钠等缓凝剂及其复掺时对修补砂浆性能的影响.结果表明:酒石酸在修补砂浆中无明显的缓凝作用,并且显著降低了修补砂浆的流动度、力学性能和干燥收缩率;硼砂和六偏磷酸钠均能有效延长修补砂浆的凝结时间,改善其流动度;硼砂虽能提高修补砂浆的强度,但增大了干燥收缩率;六偏磷酸钠有利于修补砂浆的中后期强度,显著降低了干燥收缩率;3种缓凝剂均使得修补砂浆的拉伸黏结强度有所降低,复掺缓凝剂的影响介于单掺2种相应缓凝剂的作用效果之间.

再生砂浆粉纤维增强水泥基复合材料拉伸及开裂性能研究

将建筑垃圾研磨筛分成再生粉(再生砂浆粉、再生混凝土粉等)并替代胶凝材料制备水泥砂浆基体,是建筑垃圾再利用的有效途径。通过扫描电子显微镜对再生砂浆粉(RMP)的微观结构进行观测并利用X射线荧光对RMP的矿物组成进行了测定,将RMP替代水泥(替代率分别为12.5%、25%、50%)制备纤维增强水泥基复合材料(FRCC),研究其单轴拉伸应力应变行为及不同应变状态下裂缝宽度及分布情况。结果表明:相较于水泥,RMP的SiO 2含量较多,而CaO含量相对较少,一定程度上降低了胶凝材料的水化反应和基体强度;RMP粒径分布比水泥更广,较小粒径的颗粒可有效填充基体缝隙,因此当RMP替代率较大时,其对基体强度的影响较小;3种再生砂浆粉纤维增强水泥基复合材料(RMP-FRCC)试件均表现出了优异的应变硬化特性和多缝开裂控制能力,极限应变均达到了8%以上,裂缝分布均匀,极限应变状态下的平均裂缝宽度均在100μm以下;25%的RMP替代水泥可显著增加FRCC的应变硬化特性,但较大的替代率(50%)则会降低其力学性能及应变指标。

纤维水泥土强度特性及耐久性研究现状

纤维水泥土作为一种新型高性能水泥土复合材料,以其优越的性能被广泛应用于实际工程中。从纤维水泥土抗压强度、抗拉强度及抗剪强度等力学特性和干湿循环、冻融循环及抗渗透性能等耐久性能两大方面综述了近些年来国内外学者关于纤维水泥土相关相究,分析并总结了纤维对水泥土的力学性能和耐久性能方面的影响,并针对下一步的研究方向作出展望。

聚乙烯醇纤维水泥基复合材料柱恢复力模型

为研究聚乙烯醇纤维水泥基复合材料(PVA-FRCC)柱恢复力模型,以纤维体积率、PVA-FRCC设置范围、配箍率、轴压比及纵筋配筋率为研究参数,对10根PVA-FRCC柱进行拟静力试验。通过对试验数据进行分析,得到退化四线型骨架模型刚度计算方法;根据压弯构件正截面承载力理论,推导出PVA-FRCC柱骨架曲线特征点水平承载力及水平位移计算公式;理论骨架曲线与试验骨架曲线吻合较好,且骨架模型以构件参数表达,实用性较高。采用修正的Park-Ang损伤模型计算损伤指数,并确定了各阶段考虑损伤累积的加、卸载刚度计算方法;结合试验滞回曲线特征及骨架模型,提出PVA-FRCC柱滞回规则。建立的恢复力模型计算结果与试验结果吻合度较高,能较好地表征PVA-FRCC柱在地震作用下的滞回特性。

低周反复荷载作用下PVA-FRCC柱曲率与塑性铰长度研究

为研究柱端掺加聚乙烯醇纤维(PVA)的水泥基中长柱在地震作用下柱端截面绝对曲率与塑性铰长度,对11根PVA纤维水泥基复合材料(PVA-FRCC)柱进行低周反复荷载试验。结果表明,掺入PVA纤维后,柱的裂缝控制能力明显提高,PVA纤维在改善柱裂缝形态方面的作用明显优于纵筋与箍筋;增大纤维体积掺量、PVA-FRCC设置高度、体积配箍率及纵筋配筋率,试件的曲率延性系数增大,下部截面的转动能力提高,此提高作用在加载后期表现得更加充分;纵筋配筋率一定时,采用掺加纤维并设置较少箍筋的方式比单纯设置较多箍筋的方式对提高构件截面延性和改善裂缝形态更有效。最后通过线性回归分析,给出曲率延性系数和塑性铰长度的拟合公式。实际设计中,根据结构抗震等级,PVA-FRCC柱端箍筋加密区或PVA纤维加强区的长度可取为(1.0~1.5)h、柱净高的1/4及500mm三者的最大值。