氯氧镁水泥涂层钢筋混凝土长期耐久性及退化规律分析

针对氯氧镁涂层钢筋混凝土(coated reinforced magnesium oxychloride cement concrete,CRMOCC)长期耐久性尚无研究的问题,结合西部盐湖、盐渍土环境,对CRMOCC进行溶液浸泡试验研究其长期耐久性退化规律。采用电化学试验、超声波试验、质量检测试验和微观试验对不同浸泡的试件进行耐久性研究;以相对锈蚀评价参数(ω1)、相对动弹性模量评价参数(ω2)和相对质量评价参数(ω3)评价CRMOCC长期耐久性。结果表明:经过2160 d的溶液浸泡试验后,以ω1为耐久性评价指标,裸钢已达到锈蚀状态,涂层钢筋仍处于未锈蚀状态,以ω2、ω3为耐久性评价指标,涂层钢筋和裸钢试件均处于出现损伤未达破坏状态,涂层钢筋试件耐久性退化低于裸钢试件,表明涂层对钢筋具有良好的保护效果;以ω1、ω2、ω3作为退化参数,CRMOCC可靠度曲线分别在25000、20000和15650 d时为零。

氯氧镁水泥混凝土中涂层钢筋的锈蚀劣化模型研究

为了推进钢筋氯氧镁水泥混凝土(magnesium oxychloride cement reinforced concrete,MOCRC)在西部地区的深度应用,设计模拟西部地区盐渍土环境、气候环境的室内加速破坏试验,研究涂层在多因素破坏试验环境下对钢筋的保护效果。利用电化学工作站测试试件的极化曲线和腐蚀电流密度,选用腐蚀电流密度作为Wiener随机退化过程的退化指标,建立随机退化过程的可靠度函数预测模型。结果表明:涂层在多因素试验环境下对钢筋的保护效果弱于纯浸泡试验环境下对钢筋的保护效果;通过可靠度函数寿命预测模型能够确定,MOCRC在不同浓度2%、4%、6%、8%氯化钠盐溶液室内多因素加速破坏试验环境下达到中等腐蚀破坏的时间分别为4000、3500、1400、400d。

氯氧镁水泥耐水性能的改性研究进展

本文分析了氯氧镁水泥(MOC)耐水性能差的原因,介绍了国内外对MOC耐水性能的改性研究现状,综合整理了有机、无机与掺合料三类改性剂对MOC耐水性能的改善作用与改性机理。提出后续的研究重点应集中于MOC及其混凝土的耐水性能,并应以绿色、环保、科学的方式提高MOC性能。

基于PSO‑BPNN模型的氯氧镁水泥混凝土耐水性预测

为快速准确地获得具有优异耐水性氯氧镁水泥混凝土(MOCC)的配合比,设计了拓扑结构为4‑10‑2的粒子群优化(PSO)算法-反向传播(BP)神经网络(PSO‑BPNN)模型.该模型的输入层参数为n(MgO)/n(MgCl_(2))、粉煤灰掺量、磷酸掺量和磷肥掺量,输出层参数为MOCC的抗压强度和软化系数;模型数据集为144组,其中训练集数据为100组,验证集数据为22组,测试集数据为22组.结果表明:PSO‑BPNN模型在MOCC抗压强度预测中的评价参数——决定系数R^(2)=0.99、平均绝对误差S_(MAE)=0.52、平均绝对误差百分比S_(MAPE)=1.11、均方根误差S_(RMSE)=0.73;其在软化系数预测中的评价参数——R^(2)=0.99、S_(MAE)=0.44、S_(MAPE)=1.29、S_(RMSE)=0.62;与BP神经网络(BPNN)模型相比,PSO‑BPNN模型具有更强的双参数预测能力,可用于MOCC配合比的正向设计和反向指导.

青稞秸秆灰改性氯氧镁水泥砂浆防护钢筋混凝土的损伤特性

为了探究青稞秸秆灰改性氯氧镁水泥砂浆防护混凝土的耐久性损伤特性及劣化规律,制备了不同防护层厚度的钢筋混凝土试件,通过在盐卤侵蚀环境下恒电流通电加速锈蚀试验对钢筋的锈蚀劣化进行了测试分析。采用混凝土裂缝缺陷探测仪对混凝土侵蚀过程中的裂缝开展情况进行监测,基于交流阻抗分析与极化曲线拟合所得电化学参数,用以表征混凝土内部钢筋的锈蚀劣化情况。采用Weibull分布函数建立了氯氧镁水泥砂浆防护混凝土的耐久性损伤劣化数值模型。结果表明,在盐卤侵蚀环境下掺入青稞秸秆灰的氯氧镁水泥砂浆防护钢筋混凝土在通电648 h后,钢筋的腐蚀电流密度仍小于0.2μA·cm^(-2),处于低锈蚀状态,锈蚀发展较为缓慢;Weibull分布函数可以有效地用于青稞秸秆灰改性的氯氧镁水泥砂浆防护混凝土中钢筋锈蚀劣化的损伤程度预测。

柠檬酸对氯氧镁水泥水化过程及性能的影响

研究了不同掺量(0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%)的柠檬酸对氯氧镁水泥(MOC)凝结时间、抗压强度、电阻率、体积稳定性和耐水性的影响,并通过XRD和SEM分析了其作用机理。结果表明:掺入柠檬酸会延长MOC的凝结时间和水化诱导期,延缓水化进程,降低抗压强度,但能有效改善MOC的体积稳定性和耐水性;掺入柠檬酸会使MOC水化产物5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O(相5)的含量增加,晶体形态改变;空白组浸水28 d后,其内部生成了大量片状Mg(OH)2;掺柠檬酸的试件浸水28 d后,其内部疏松多孔的Mg(OH)2较少,大量絮状相5相互搭接,使MOC的内部结构更加致密,耐水性得到提升。

丙烯酸乳液改性氯氧镁水泥的性能及其机理研究

基于有机聚合物乳液的吸附及络合作用,采用丙烯酸乳液(AE)对氯氧镁水泥(MOC)进行改性,对改性后的MOC工作性能、力学性能、耐水性能及微观结构进行研究,揭示AE对MOC的改性机理.结果表明:AE在MOC中的分散作用可增大MOC的流动度;AE在水泥颗粒及水化产物表面形成的膜结构在抑制5·1·8相晶体生长的同时,还改变了晶体形态,对MOC的凝结时间及强度产生了影响;AE不仅降低了MOC内部有害孔的体积分数,还在MOC内部形成了膜结构,在这两者共同作用下,5·1·8相晶体的水解得以延缓,Mg(OH)_(2)晶体的生成量减少,从而改善了MOC的耐水性能.

磷酸及磷酸盐对木屑/氯氧镁水泥复合材料的性能影响研究

木屑/氯氧镁水泥复合材料由氯氧镁水泥为基体、木屑为增强材料制成。本文通过在木屑/氯氧镁水泥添加磷酸(H3PO4)、磷酸二氢纳(NaH2PO4)、磷酸氢二钠(Na2HPO4)与磷酸钠(Na3PO4)。研究了不同掺量的磷酸及其可溶性磷酸盐对木屑/氯氧镁水泥的抗压强度,抗折强度及耐水性的影响。结果表明:磷酸、磷酸二氢纳、磷酸氢二钠的加入会降低木屑/氯氧镁水泥的强度,且随着掺量的增加强度降低;0.5%掺量的磷酸钠会使木屑/氯氧镁水泥抗压强度增强8.87%,2.0%掺量的磷酸钠会使木屑/氯氧镁水泥抗压强度降低17.28%;磷酸和磷酸二氢纳对木屑/氯氧镁水泥的耐水性有明显的改善,0.5%掺量的磷酸和1.0%掺量的磷酸二氢纳的改善效果最为明显,软化系数分别为0.91和0.96;磷酸根阴离子会改变5相晶体的形貌、阻碍5相的水解、生成难溶性磷酸盐的保护作用等多因素协同改善木屑/氯氧镁水泥的耐水性。

氯氧镁水泥结构胶研制及界面高温性能研究

首先对氯氧镁水泥的配比进行优化设计,通过考察改性氯氧镁水泥的力学性能、耐水性能和耐高温性能,辅助微观测试手段进行分析,从而确定氯氧镁水泥的最优配比,结果显示:当采用MgO/MgCl_(2)/H_(2)O摩尔比为9∶1∶10.9,氯氧镁水泥胶的力学性能最优;当羟基乙酸掺量为2%时,软化系数提高到0.88,明显改善氯氧镁水泥的耐水性能,能够满足加固工程需要;加入2%的硼酸镁晶须能够有效降低体积收缩率,提高抗压强度;然后对25~500℃高温处理后的氯氧镁水泥作为胶黏剂的界面黏结性能进行单面剪切试验,结果表明:25℃下氯氧镁水泥胶的界面黏结强度比环氧树脂为胶黏剂低10%,当温度升高至200℃时,界面黏结强度仍为25℃下的84.06%,300℃黏结强度下降为25℃的68.20%。

水玻璃固硫灰复合改善氯氧镁水泥强度特性研究

研究固硫灰和水玻璃对氯氧镁水泥强度的影响。研究表明,固硫灰的加入对水泥体强度起到促进作用,固硫灰掺量从0%升至5%,水泥体的抗压和抗折强度分别提升了21.4%和47.2%。水玻璃的添加量在2%以内对抗压和抗折起到一定的促进作用,但当掺量高于2%后,水泥体强度有明显下降,影响7 d和28 d强度因素的主次关系为固硫灰>水玻璃,而当水玻璃的掺量高过一定值后,其作用效果强于固硫灰。研究确定了一般墙体工程的强度设计要求,为研究水玻璃和固硫灰复合外加剂改性氯氧镁水泥在实际工程中的应用提供理论依据和数据支持。

氯氧镁水泥对油泥砂固化/稳定化研究

为实现油泥砂的资源化,以氯氧镁水泥(MOC)固化油泥砂用作建筑材料。考察了MOC组成(MgO与MgCl_(2)物质的量比R_(n))和油泥砂与MOC质量比(R_(m))对固结体的平衡抗压强度的影响。结果表明:MOC可有效固化油泥砂,抗压强度随油泥砂含油量增大而降低,随R_(n)和R_(m)增大呈先增大后降低趋势,在R_(n)=2.0~3.0和Rm=1.2~1.6时出现最大值,在所研究条件下固结体的最大平衡抗压强度可达11.20 MPa以上,满足《非烧结垃圾尾矿砖》(JC/T 422—2007)MU10级力学强度要求,MOC可将油泥砂中95%以上的油分稳定在固结体中,可有效降低油泥砂对土壤的二次污染,为油泥砂用作建筑材料提供了理论基础。

用于基层的氯氧镁水泥稳定碎石胶凝材料组成分析

为确定氯氧镁水泥稳定碎石应用在路面基层结构中合理的胶凝材料组成,解决击实试验中变量不恒定的问题,采用相理论推导和正交设计试验,利用矩阵分析法,对影响氯氧镁水泥稳定碎石力学性能的因素进行了分析和验证。结果表明,相理论配比结合正交试验所得的配比最优组合与击实试验所得的配比结果一致,确定了氯氧镁水泥稳定碎石胶凝材料的最佳配比范围为轻烧粉掺量3.5%~4%,MgO/MgCl_(2)摩尔比6~7,MgCl_(2)浓度20%~22%。氯氧镁水泥稳定碎石混合料可以通过相理论配比来进行材料组成正交设计,解决了通过击实试验无法解决的MgCl_(2)浓度的问题,为氯氧镁水泥稳定粒料基层的后续研究奠定了理论基础。

氯氧镁水泥基流态固化土的改性与性能研究

采用3种磷酸盐和2种聚合物乳液改性矿渣-氯氧镁水泥基固化土,探讨其工作性、力学性能、耐水性能和耐久性能等,应用Zeta电位和SEM测试分析其内部微观结构及形成机理。结果表明:除磷酸二氢钾使固化土流动度略有增大外,使用其他磷酸盐及聚合物乳液的改性固化土的流动度降低;掺磷酸二氢铵、聚丙烯酸酯乳液改性后的固化土的抗压强度较高,分别为5.13 MPa和4.04 MPa,远远高于高速公路及一级公路路基0.8 MPa的要求,其软化系数分别为0.98和0.95,超过耐水材料0.85的要求;在干湿循环试验后,改性固化土的质量和强度损失率显著降低。通过进一步机理研究发现,磷酸盐、聚合物乳液改性提高了土颗粒表面的负电位值,其中,磷酸根形成复合磷酸镁,抑制5相晶体水解,并与5相、3相及M-S-H凝胶等相互粘结形成了更加紧密的结构,聚合物在固化土孔隙界面形成保护膜,阻止了水的渗透,提高了固化土的强度。

浸水环境下改性氯氧镁砂浆黏结强度变化规律

为了研究经青稞秸秆灰(HBSA)改性的氯氧镁水泥砂浆(MOCM)作为西部盐湖地区普通混凝土的外防护层,抵御盐湖区卤水侵蚀从而延长混凝土服役寿命的可行性,开展了浸水环境下掺入HBSA的MOCM的黏结强度等试验研究.采用普通混凝土作为黏结基层,以混凝土基层涂刷界面剂、MOCM中掺入HBSA以及砂浆层厚度等影响因素为变量,通过黏结拉拔试验分析各因素对MOCM黏结强度的影响规律,确定最优的设计参数,通过多项式模拟以及MATLAB中网格化处理等数值模拟方法,建立氯氧镁水泥黏结强度时变模型,进一步分析了浸水环境下改性MOCM黏结强度的损伤退化规律.采用微观测试技术分析了MOCM的物相组成、官能团结构、微观形貌、元素映射等特征,揭示了HBSA对MOCM黏结性能的影响机理.结果表明,HBSA中有较多的活性SiO2,能够与MOCM中的水化产物发生二次水化反应,生成水化硅酸镁(M―S―H)凝胶,填充MOCM内部孔隙,增强密实性,提高黏结性能.厚度为18 mm、掺入HBSA,且涂刷界面剂的MOCM黏结强度最高,其在浸水环境下的黏结强度退化速率最慢,基于三次多项式的数值模型能较好地反映其黏结强度的退化规律,最优组YY-18的相关性系数R2达到0.98.

干湿循环作用下氯氧镁水泥基多相胶凝材料改性固化淤泥的水力-力学特性

为探明以绿色氯氧镁水泥为基、以工业副产品粉煤灰和矿渣为辅的多相胶凝材料对已初步固化的淤泥进一步改性而得的“改性固化淤泥”用作路基填料的长期性能,以武汉东湖段的改性固化淤泥为研究对象,通过系列试验得到其经历不同次数干湿循环作用(N_(DW))的土-水特征曲线(SWCC)以及非饱和状态下的回弹模量(M_(R))、无侧限抗压强度(q_(u))、刚度参数(E_(1%)和S_(u1%))和累积塑性应变(ε_(p))。结果表明:(1)干湿循环使改性固化淤泥试样产生大量的宏观裂缝和微观裂隙,显著地降低了其在低吸力段的持水能力,但对高吸力段的持水能力基本无影响;(2)q_(u),E_(1%),S_(u1%)和M_(Rrep)均随着N_(DW)的增加而衰减,其衰减机理具有相似性,依此建立了衰减因子(χ_(DW))-N_(DW)关系模型:(3)经历干湿循环后,M_(R)对围压(σ_(c))变化的敏感性有所增加,而对偏压(σ_(d))则有两种不同的反应;(4)未经历干湿循环改性固化淤泥试样的ε_(p)表现为塑性稳定型,而经历干湿循环后,在高σ_(d)和低σ_(c)水平下,试样ε_(p)转变为塑性过渡型。

长期低温环境对氯氧镁水泥微观结构及力学性能的影响

为揭示氯氧镁水泥(MOC)在长期低温环境下的耐久性能,采用SEM、MIP、XRD、TG-DSC、FT-IR以及微机电液伺服压力试验机考察了冷冻时间对MOC试样微观结构、物相组成以及力学性能的影响。结果表明:MOC试样具有良好的长期低温抗冻性能,经过12个月的冷冻处理后,MOC试样的质量仅增加了0.9%;微观形貌由较细的针棒状与凝胶状转变为较粗的针棒状与凝胶块状,微孔孔径为38~48 nm,0.01~0.1μm的微孔体积比例为70%~80%;相组成无明显变化,主要强度相5Mg(OH)_(2)·MgCl_(2)·8H_(2)O(5·1·8相)含量仅减少了3%;力学性能仅略有降低,其中抗压和抗折强度分别降低了3.4和2.6 MPa。

氯氧镁水泥固化淤泥力学性能试验与微观机理研究

绿色低碳的氯氧镁水泥(MOC)在淤泥固化中具有较好的应用前景.目前,MOC固化淤泥领域对于MOC净浆中认为的较优水氯比区间(n(H_(2)O)/n(MgCl_(2))=12~21)研究较少,相关反应机理尚不明确.选取5组满足该区间的水氯比(n(H_(2)O)/n(MgCl_(2))=16,17,18,19,20),通过无侧限抗压强度(UCS)、酸碱度(pH)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等试验,研究了水氯比、MgO掺量以及养护龄期对MOC固化淤泥力学性能以及微观机理的影响.结果表明:MOC固化淤泥的最优水氯比为17;MOC固化淤泥早强显著,但14 d后无侧限抗压强度会有所下降;相同水氯比下,MgO掺量越高,生成的产物越多,无侧限抗压强度越大,pH也越高;MOC固化淤泥的产物以三相(3Mg(OH)_(2)·MgCl_(2)·8H_(2)O)为主,并含有少量五相产物(5Mg(OH)_(2)·MgCl_(2)·8H_(2)O).研究成果可为MOC在淤泥固化领域中的应用提供理论支撑.

纳米羟基磷灰石对氯氧镁水泥降解性和体外生物活性的影响

氯氧镁水泥(MOC)具有强度高、粘结性好和无细胞毒性等优点,可应用于骨修复材料领域。本工作将生物活性纳米羟基磷灰石(n-HAp)与MOC复合,研究了n-HAp掺量对MOC耐水性、降解性和生物活性的影响。结果显示n-HAp的最佳掺量为MgO质量的10%。在模拟体液(SBF)中浸泡28 d后,10%n-HAp-MOC的抗压强度((29.9±1.8)MPa)和软化系数(0.39)均高于未改性组MOC,质量损失率(34.5%)低于未改性组MOC,说明n-HAp的掺入增强了MOC的耐水性,从而有效地减缓了其降解速率。通过SBF的Ca^(2+)、PO_(4)^(3-)浓度变化和XRD图可知,MOC表面可沉积生成HAp晶体,即MOC具有生物活性,且n-HAp的掺入促进新生HAp晶体在MOC表面矿化沉积,增强了MOC的生物活性。

生物质硅改性氯氧镁水泥的力学性能与孔隙特征

一定条件下煅烧及研磨处理制备的青稞秸秆灰(HBSA),是一种生物质硅源活性掺合料,对氯氧镁水泥(MOC)的力学性能会产生影响。为了研究HBSA掺入MOC中对其力学性能的影响规律,将不同HBSA掺量的MOC砂浆试件分别在干燥及饱水状态下进行抗折、抗压强度试验,采用强度损失率和软化系数来表征MOC在饱水状态下的力学性能损伤程度,并通过低场核磁共振技术和气体吸附法对MOC砂浆试样的孔隙结构进行测试与表征。研究结果表明,掺入5%HBSA的MOC在干燥及饱水状态下的抗折、抗压强度最大,掺入10%HBSA的MOC在饱水状态下的强度损失率最低、软化系数最高。当HBSA掺量为10%时,MOC的孔隙结构中有害孔和多害孔的比例显著减少、最可几孔径减小,优化了MOC的孔隙结构,增强了饱水状态下的力学性能。

青稞秸秆灰对氯氧镁水泥砂浆粘结强度的影响

本工作研究了经青稞秸秆灰(HBSA)改性的氯氧镁水泥砂浆(MOCM)作为普通混凝土(NC)的防护层,来抵御西部盐湖地区卤水侵蚀的过程,本工作以普通混凝土作为粘结基层,分别研究了MOCM中掺入HBSA、混凝土基层涂刷界面剂以及不同MOCM厚度等因素对其粘结强度的影响。通过粘结拉拔试验确定最优的设计参数,进一步分析了盐卤侵蚀环境下HBSA改性MOCM粘结强度的损伤劣化规律。采用微观测试技术分析了MOCM的物相组成、官能团结构、微观形貌特征,揭示了HBSA对MOCM粘结性能的影响机理。结果表明,厚度为18 mm、掺入HBSA且涂刷界面剂的MOCM粘结强度最高,抵抗盐卤侵蚀的能力也最强。HBSA中有较多的活性SiO_(2),活性SiO_(2)能够与MOCM的水化产物发生二次水化反应,生成水化硅酸镁(M-S-H)凝胶,填充MOCM内部孔隙,增强其密实性,提高其粘结强度。