钢渣粉与硅灰复掺水泥基材料的流变、早期水化热与强度

为缓解大量存在且利用率很低的钢渣处理难题,将其研磨成微粉置换水泥,并掺入硅灰形成一种兼顾力学性能、绿色低碳水泥基材料。基于不同配比的复掺水泥基材料体系的流变行为、早期水化热、强度与吸水率试验研究,主要结果如下:钢渣粉颗粒微形貌棱角与片状较少,替代15%水泥时可有效改善基体稠度,略微降低强度,并显著降低早期水化放热(降幅8.8%),有利于控制早期温度裂缝。复掺硅灰可有效降低材料塑性黏度与泵送压力,对需要长距离泵送的大体积混凝土或高性能混凝土,硅灰掺量可控制在5%以内。且硅灰空间填充效应与火山灰反应会增强材料密实性,显著提高强度。综上,复掺15%钢渣粉和5%硅灰的水泥基材料,不仅可以改善泵送性能,提升强度和耐久性,还能降低早期水化放热量,具有良好的工程应用前景。

速凝剂对低水胶比浆体早期水化与微观结构的影响

低水胶比、高胶凝材料掺量的超高性能混凝土(UHPC)在常温养护条件下易产生凝结硬化不及时的问题。为促进UHPC在隧道初支、工程结构快速修复中的推广应用,拟采用有碱速凝剂(NA)和无碱速凝剂(AS)提升低水胶比浆体的早期凝结硬化速率。本工作通过水化热、水化溶出离子浓度、凝结时间和抗压强度试验研究速凝剂作用下低水胶比浆体的早期水化行为及凝结硬化规律,采用X射线衍射、SEM形貌观察和EDS能谱等手段对水化产物物相组成及微观结构演变规律进行了分析。结果表明,速凝剂的掺入加快了低水胶比复合胶凝材料浆体的早期水化速率,同时也促进了浆体的凝结硬化;NA对UHPC的促凝效果优于AS,其中NA-2%的1 d抗压强度为53.3 MPa,28 d强度比为94.9%,而AS-4%的1 d抗压强度为38.9 MPa,28 d强度比为92.3%;速凝剂促使低水胶比浆体快速生成大量水化产物,进而提高了浆体早期微观结构的致密性,且水化产物物相组成受速凝剂类型的影响较为显著。

不同侧链密度PCE制备的C-S-H/PCE结构及其对水泥早期水化的影响

装配式建筑的发展使得在预制件生产中使用早强剂的需求越发强烈,人工合成水化硅酸钙(C-S-H)作为一种新型晶种早强剂,能够显著提高水泥基材料的早期强度,但其较差的分散性限制了其应用。文中以不同侧链密度聚羧酸减水剂(PCE)作为分散剂,通过共沉淀法合成了一系列C-S-H/PCE晶种早强剂,利用X射线衍射分析仪(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、纳米粒度仪(DLS)等探究其对C-S-H晶种结构的影响,并深入研究了C-S-H/PCE晶种早强剂对水泥水化行为、硬化体强度和组成结构的影响。结果表明:PCE的侧链密度越小,C-S-H晶种分散得越好,粒径越小,中位粒径可达339.5 nm,晶种颗粒数量增多,可提供更多的成核位点;掺入C-S-H/PCE能显著加速水泥水化,使水化加速期放热峰提前1.3 h,8 h放热量增加10.8%;掺入C-S-H/PCE后,水泥净浆8 h和1 d龄期硬化体的孔隙率降低,抗压强度分别提高13%和15%。

偏高岭土对硅酸盐水泥早期水化进程的影响

文章重点探究了偏高岭土对硅酸盐水泥早期水化进程及力学性能的影响,测试了不同偏高岭土取代量的硅酸盐水泥的凝结时间、电导率和抗压强度,并通过扫描电镜进行了微观形貌分析。试验结果表明,偏高岭土的加入提高了硅酸盐水泥的凝结时间,在水化初期降低了溶液的电导率,延缓了水化产物的生成和沉淀。1 d龄期时,砂浆的抗压强度随偏高岭土取代量的增加而降低;3 d和7 d时,因为偏高岭土的火山灰效应,活性的SiO_(2)和Al2O3能够和氢氧化钙发生反应,促进大量C-S-H凝胶生成,从而改善硅酸盐水泥的微结构,促进抗压强度的发展。

低水胶比下粉煤灰对水泥早期水化的影响

提出可用等效结合水含量和水化影响因子来定性和定量分析粉煤灰对水泥早期水化作用的大小。若粉煤灰的水化影响因子 >1,则粉煤灰促进水泥水化 ,值越大 ,促进作用越显著 ;若粉煤灰的水化影响因子 <1,则粉煤灰延缓水泥水化 ,值越小 ,延缓作用越显著。

环境扫描电镜用于硅酸盐水泥早期水化的研究

采用环境扫描电镜对硅酸盐水泥的早期水化过程进行了连续观察。将硅酸盐水泥早期水化过程分为预诱导期、诱导期、加速期、减速期和稳定期个阶段加以描述。预诱导期阶段水泥开始水解,释放出离子,硅酸三钙(C3S)颗粒表面形成低n(Ca)/n(Si)层,第一批水化产物产生,水泥颗粒表面生成一层水化物的保护膜,使水化反应速度降低。诱导期阶段保护膜逐渐推进直至覆盖整个颗粒表面,膜内外产生渗透压力差。当渗透压力大到足以使薄膜在薄弱处破裂,缺钙的硅酸盐离子就被挤入液相,并和钙离子结合,生成各种不定形的CSH。加速期阶段钙离子和硅酸盐离子浓度相对于CSH来说达到过饱和,CSH高速生长,在颗粒表面附近形成类似于网状形貌的产物(高密度CSH),而在颗粒间的原充水空间里形成近球状形貌的产物(低密度CSH)。减速期阶段水化产物继续生长,由不定形富水的凝胶状转变为不定形的颗粒状,显微结构继续发展。稳定期阶段水化产物颗粒个数几乎保持不变,但单个颗粒均逐渐生长变大,显微结构逐渐致密化。保护膜的形成和破裂分别可以解释诱导期的产生和结束。CSH的生长速度是加速期水化反应速度控制的主要因素。

减缩剂对水泥基材料早期水化及收缩变形性能的影响

采用非接触式电阻率测定仪和半绝热实验方法分别研究了减缩剂对常温和半绝热条件下的水泥浆体早期水化的电阻率和温升的影响,对比研究了减缩剂对水泥砂浆在干燥条件和常温水中养护时的线性长度变化与强度发展情况的影响,应用五路裂缝测定仪研究了减缩剂在水泥砂浆中的抗裂效果.结果表明:在常温条件下减缩剂会延缓水泥早期水化,而在半绝热条件下则会加速水泥早期水化;减缩剂主要提高干燥环境下的水泥砂浆的抗裂性能,降低其线性收缩值与强度增长,推迟其约束收缩初始开裂时间,而对水中养护的砂浆无补偿收缩效应,因此不利于控制热裂缝.分析表明,减缩剂在水泥基材料中应用时不仅具有物理作用,而且具有化学作用.

掺煅烧石膏水泥早期水化过程的研究

利用DTA,XRD,IR测定水泥水化浆体的化学结合水和Ca(OH)2的生成量,研究了煅烧石膏、二承石膏对硅酸盐水泥早期水化过程的影响。结果表明:在水化龄期相同时,掺煅烧石膏水泥浆体中水化产物同掺二水石膏相比,Ca(OH)2生成量大;在1 d前无钙钒石(AFt)生成;结合水量在1 d前,前者高于后者,而1 d后则相反。指出了煅烧石膏加快水泥早期水化产物形成的机理在于:由于它的溶解度较低,在水泥水化初期(1 d前),存在于水泥中的铝酸盐相不能形成AFt,从而减缓了AFt对水泥水化的延缓作用,加速了整个熟料矿物相的水化。

用电阻率法研究氯氧镁水泥早期水化行为

本文采用无电极电阻率测量仪系统研究了氯氧镁水泥早期水化行为,测定了不同原料以及掺合料氯氧镁水泥水化电阻率-时间曲线,测试了1d抗弯拉与抗压强度.试验结果表明:电阻率曲线发展特性能够表征氯氧镁水泥早期水化行为;根据电阻率曲线规律及其微分曲线特征点,氯氧镁水泥早期水化过程分为四个阶段:溶解期,诱导期,加速期,减速期;采用轻烧白云石粉作为氯氧镁水泥主要原料会大幅度降低氯氧镁水泥水化速度和早期强度;粉煤灰掺入延缓了氯氧镁水泥水化各阶段的反应速率,延长了氯氧镁水泥的诱导期和加速期,降低了氯氧镁水泥早期强度.

矿物掺合料对氯氧镁水泥早期水化行为的影响

研究了矿物改性氯氧镁水泥前期水化行为,绘制了各矿物掺合料氯氧镁水泥水化电阻率-时间曲线,测试终凝时间以及1 d抗弯与抗压强度。结果表明,矿物掺合料能够延缓氯氧镁水泥水化速度,并随着矿物掺合料掺量的提高,其水化速度逐渐变慢。同等掺量下硅灰延缓反应时间的作用最为明显,其次是石粉与粉煤灰。硅灰的掺入延缓氯氧镁水泥水化速度,大幅度提高其初终凝时间,降低早期强度,其掺量不宜超过20%。粉煤灰与石粉氯氧镁水泥初终凝时间均在规范要求以内,对早期抗弯拉强度与抗压强度影响幅度相对较小。添加粉煤灰与石粉试样晶体较掺硅灰试样结晶程度更高。

聚羧酸减水剂侧链密度对水泥早期水化特性的影响

通过对减水剂作用下水泥浆体的流动性、凝结时间、Ca2+浓度、化学收缩、XRD的研究分析,讨论了减水剂侧链上羧基(—COOR)和聚氧乙烯基(—OC2H4—)的相对密度对水泥早龄期水化特性的影响。结果表明,随着侧链上聚氧乙烯基密度的增大,凝结时间延长,水泥浆体的流动性增大,分散效果增强,而分散保持性逐渐减小;当n(—COOR)∶n(—OC2H4—)=1∶3时,水化1min和1h的水泥塑性浆体溶液中的Ca2+浓度呈现较高值,水泥净浆早期化学收缩相对最大;1d及28d的硬化浆体的XRD分析结果也显示,当n(—COOR)∶n(—OC2H4—)=1∶3时,Ca(OH)2衍射峰最明显,水泥颗粒水化充分。因此,合理地控制—COOR与—OC2H4—的摩尔比,可以提高聚羧酸减水剂的分散性及分散保持性,调整水泥的凝结时间及早期的化学收缩特性。

碱激发煤矸石胶凝材料的早期水化过程

随着采煤业的不断发展,煤矸石的堆积情况在我国日益严重,引起了煤矿周边区域的环境问题,治理和综合利用煤矸石已成为环境保护的一项主题工作。本文利用XRD、NMR、ESEM等测试手段,对用复合激发剂激发煤矸石体系的早期水化过程进行了研究。研究结果表明,G2(烧煤矸石+氢氧化钙+水玻璃)体系水化过程中存在一个诱导期,生成的水化产物比G1(烧煤矸石+氢氧化钙+NaOH)体系密实。NMR测试结果显示G2体系具有六配位铝的水化产物要少于G1体系,水化产物中硅酸盐结构的聚合度要低于G1体系。

石膏对铝酸盐水泥基混合体系早期水化的影响

采用量热仪、X射线衍射仪、环境扫描电子显微镜、压汞仪分析了无水石膏及α-半水石膏对铝酸盐水泥为主的铝酸盐-硅酸盐混合水泥体系早期水化放热、浆体微结构演变等水化进程的影响.结果表明:无论何种石膏掺入后,三元体系的早期水化均有所加速,且集中于钙矾石的生成及其向单硫型水化硫铝酸钙的转变——水化30min内,浆体中均生成了一定量长度为1μm左右的短粗钙矾石晶体,并伴随首个水化放热峰的产生;而随后的8h内,另产生两个水化放热峰:掺无水石膏时,第2个水化放热峰源自无水铝酸钙和无水石膏的溶解以及少量钙矾石晶体的生成,第3个水化放热峰源自钙矾石的增长及其向单硫型水化硫铝酸钙的转变;而掺α-半水石膏时,这两个水化放热峰均与钙矾石的生成及增长有关.相比而言,α-半水石膏因溶解速度较快,与无水铝酸钙等的溶解速度相匹配,所以水化早期生成更多的钙矾石晶体,所得硬化浆体的孔隙率更低.

环境扫描电镜用于阿利特-硫铝酸钡钙水泥早期水化的研究

采用场发射环境扫描电子显微镜对阿利特-硫铝酸钡钙水泥的早期水化过程进行了连续观察,研究结果表明:阿利特-硫铝酸钡钙水泥的水化过程可分为诱导期前期、诱导期、加速期、减速期和稳定期5个阶段。水化初期,在水泥颗粒表面即可观察到大量的短柱状钙矾石,并形成保护膜,产生诱导期;在水化早期C-S-H凝胶数量较少,在加速期才大量形成,最终成为花朵状结构。该水泥在水化24 h后,其硬化浆体致密度较高,水化趋于稳定。

自然养护条件下水泥-粉煤灰复合胶凝材料体系早期水化的研究

在自然变温条件下,采用水化热,XRD,TG-DSC手段研究了水泥-粉煤灰复合胶凝材料体系在水灰比一定的条件,粉煤灰掺量和亚硝酸钠掺量对早期水化的影响规律。研究结果表明:在水化热测试中,温度对胶凝材料的早期放热速率影响较大,粉煤灰掺量和亚硝酸钠掺量对其放热速率影响较小,但三者都会影响胶凝材料早期水化放热量;在XRD分析中,随着粉煤灰的掺量增加,水化产物CH在晶体产物中的比例是逐渐下降的,随着亚硝酸钠的增加,水化产物CH在晶体产物中的比例逐渐增加的;在TG-DSC产物分析中,水化产物CH随着粉煤灰掺量和亚硝酸钠掺量的逐渐增大,水化产物CH的含量是逐渐减少的。这表明:亚硝酸钠一方面促进的胶凝材料的水化,生成较多的CH,另一方面激发了粉煤灰的火山灰效应,消耗了部分的CH,生成了不易形成晶体的水化硅酸钙。

无熟料超细金属尾矿基固结材料的早期水化与液相特性

为探明超细金属尾矿粉在石灰-石膏体系中的早期水化固结特性,以生石灰、石膏和铁尾砂为原料,采用超细粉磨制备了无熟料铁尾砂粉固结材料,提取水化浆体3 min~24 h的液相并测试了其离子浓度及电导率,结合水化放热速率曲线及扫描电镜(SEM)、X-ray衍射分析(XRD)、热重-差热分析(TG-DSC)等测试结果,研究了固结浆体早期水化行为与液相特性变化的关系.结果表明:固液混合后液相各离子浓度快速上升,在10~30 min达到峰值后快速下降,180 min之后以较缓的速度继续下降;液相电导率与Ca^(2+)、OH-和SO_(4)^(2-)离子总浓度变化有较高的一致性;固结材料水化过程中有两次放热行为,起止时间分别为0~15 min和20~180 min;水化产物物相分析显示浆体中90 min可见AFt特征峰及C-S-H吸热峰.实验证明:在石灰-石膏-水体系中,铁尾砂粉表面的非晶态SiO_(2)和Al_(2)O_(3)能够快速溶解并发生水化反应,生成AFt及C-S-H,水化产物对未水化铁尾砂颗粒胶结固化,使固结体产生强度;延长粉磨时间可显著提高铁尾砂表面非晶态硅铝成分含量及石灰、石膏的溶解速率,加速浆体的水化并增加水化产物的生成量.

硅铝原料预处理对地聚合物早期水化反应行为的影响

采用低活性高硅尾矿预处理后作为硅铝原料(基质)与铝校正料偏高岭土复合,在碱硅酸盐溶液激发作用下制备地聚合物。通过ESEM和ATR-FTIR表征地聚合物净浆的早期水化反应机理,并对地聚合物砂浆试样后期的抗压强度及微观形貌进一步分析。结果表明:通过碱熔融与机械研磨复合的方式对尾矿进行预处理,可以有效促进地聚合物体系的早期水化反应进程,有利于铝硅酸盐凝胶相的形成,进而改善地聚合物后期的微结构及强度性能。本研究说明有可能通过改变硅铝原料性质的方式对地聚合物早期水化反应行为进行控制,从而调整地聚合物的后期性能(如强度性能、施工性能等),使其满足特定的工程应用需求。

液体速凝剂对水泥早期水化的影响研究

通过凝结时间、早期抗压强度、水化热、水化产物形貌等研究了液体速凝剂对水泥早期水化反应历程的影响。结果表明,使用液体速凝剂的水泥浆体在水化的初始阶段形成了大量的水化铝酸钙晶体及针棒状的钙矾石,从而促进了水泥浆体的凝结。液体速凝剂增加了水泥早期产物中铝酸盐与硫酸盐的比例,加快了钙矾石(AFt)转化为单硫型硫铝酸钙(AFm)的转化速度,缩短了诱导期,使水化加速期提前到来,从而促进了水泥砂浆早期抗压强度的发展。

石灰石粉对水泥早期水化作用的影响研究

储量丰富的石灰石粉能作为混凝土原材料广泛地应用于工程实践中。为了研究石灰石粉对水泥早期水化作用的影响,选用五种不同的石灰石粉做掺合料制成水泥胶砂试块和同条件下空白样水泥胶砂试块组成六组试样,开展了水泥胶砂试块7 d和28 d抗压强度及抗折强度试验研究。研究表明:各种石灰石粉7 d的活性指数均大于其28 d的活性指数。石灰石粉能促进水泥的早期水化,即石灰石粉7 d的活性指数均大于粉煤灰7 d的活性指数。为石灰石粉在混凝土中的进一步应用研究提供了新的依据。

循环流化床固硫灰复合胶凝材料的早期水化特点

研究了大掺量循环流化床固硫灰复合胶凝材料的物理力学性能,以及其早期水化放热特点和水化产物。研究结果表明:利用掺量为30%～60%固硫灰制备的复合胶凝材料满足32.5、42.5强度等级水泥标准;固硫灰复合胶凝材料的标准稠度比水泥的标准稠度大,且随着固硫灰用量的增加标准稠度增加,同时凝结时间变长;与P.O42.5水泥相比,循环流化床固硫灰复合胶凝材料水化的诱导期较长,水化放热速率明显变小,水化热较低。