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。

圆中空夹层不锈钢管水泥砂浆短柱轴压性能研究

海洋工程平台塔架结构中,圆形截面中空双钢管是主要受力构件,工程界十分关注其受压性能和耐腐蚀性能。为研究圆中空夹层不锈钢管水泥砂浆短柱的轴压力学性能,以外不锈钢管壁厚、内碳素钢管直径和是否含夹层水泥砂浆为试验变量,共设计了12个短柱试件。分析各试件的破坏情况、荷载-位移曲线、承载力、变形能力及应变特征,研究不同变量对极限承载力的影响规律。结果表明:试件破坏形态为外钢管端部或中部局部屈曲破坏;随着不锈钢管壁厚的增大,试件的轴压承载力近似呈线性增长;夹层水泥砂浆对试件力学性能影响较大,可有效提高试件承载力,抑制外不锈钢管的变形,提高试件延性;对于含夹层水泥砂浆的试件,承载力随空心率增大而减小,不含夹层水泥砂浆的试件,承载力随空心率增大而增大。根据国内外规范以及相关学者提出的理论公式,计算了试件的极限承载力,并与试验承载力进行了对比分析,给出了设计建议。

石墨烯水泥砂浆抗碳化试验及预测模型分析

将两种不同尺寸的石墨烯(Peeling graphene, PG)料浆进行分散,制备出石墨烯水泥砂浆,通过快速碳化法对不同龄期的石墨烯水泥砂浆进行碳化试验,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及X射线能谱(EDS)等测试手段观察石墨烯水泥基材料的组成以及水化产物的微观形貌。试验结果表明,碳化龄期为56 d时,大尺寸石墨烯(PG1)和小尺寸石墨烯(PG2)水泥砂浆试件的碳化深度分别为3.7 mm、5.5 mm,相比空白组分别降低了58.4%、38.2%。使用R语言中的lm函数,建立了不同碳化时间时三种水泥砂浆试件的碳化深度非线性回归预测模型,研究碳化时间与碳化深度的关系,结果表明,模拟结果与试验实测值吻合度高。

硫酸镁侵蚀作用下高流态水泥砂浆的早期强度劣化特征

高流态早强(HFES)水泥砂浆被广泛应用于土木工程的各个领域。在复杂的工程环境下,HFES水泥砂浆的硫酸盐侵蚀不容忽视。尽管硫酸盐对水泥基材料性能的影响已有一些研究,但HFES水泥砂浆与传统水泥基材料相比有明显不同,其在硫酸盐侵蚀情况下的劣化机制尚不明确。本文研究了不同硫酸镁溶液浓度和侵蚀时间下HFES水泥砂浆的早期抗折和抗压强度,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)测试,分析了硫酸镁溶液浓度和侵蚀次数对HFES水泥砂浆微观结构和水化产物的影响,揭示了硫酸镁对HFES水泥砂浆早期强度形成的影响机制。

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。

粗糙度对磷酸钾镁水泥砂浆-混凝土界面剪切特性的影响

为研究粗糙度对磷酸钾镁水泥砂浆-混凝土黏结界面剪切强度与变形特性的影响,对磷酸钾镁水泥砂浆-混凝土试样开展了不同界面粗糙度和不同法向应力下的直剪试验,探讨了黏结界面的峰值抗剪强度、残余抗剪强度、剪切扩容、破坏模式以及强度参数等剪切力学特性。结果表明:粗糙度和法向应力决定了黏结界面的剪切变形特性和剪切破坏模式,当粗糙度大于0时,界面峰值抗剪强度与粗糙度呈二次关系,与法向应力呈线性相关;磷酸钾镁水泥砂浆-混凝土黏结界面剪切破坏体现为脆性破坏,当粗糙度大于0且法向应力大于1 MPa时,局部剪切破坏面发生在磷酸钾镁水泥砂浆内部,在随后的剪切过程中发生爬坡效应,并出现明显的剪胀现象。磷酸钾镁水泥砂浆-混凝土界面的黏聚力为6.5~7.5 MPa,内摩擦角为44.9°~49.0°,且随着粗糙度的增大,黏聚力和内摩擦角均呈先增大后减小的趋势。研究结果可为损伤混凝土的快速修补加固提供理论基础和技术支撑。

可完全循环水泥砂浆配料制备贝利特水泥熟料的性能研究

可完全循环混凝土是指废弃后可直接作为水泥生料煅烧制备熟料的混凝土,现有研究中目标熟料均为普通硅酸盐水泥熟料。本文制备了以高贝利特水泥熟料(HBC)与高铁相高贝利特水泥熟料(HFBC)为目标再生熟料的可完全循环水泥砂浆(CRM)。对比研究了以CRM与化学分析纯试剂(对照组)为生料时,相同率值、煅烧温度对水泥生料易烧性、熟料组成与性能的影响规律。结果表明,以CRM配料的生料具有更好的易烧性与更低的碳排放,但熟料强度对温度更加敏感,烧成范围变窄。以CRM为水泥生料制备的HBC中C_(3)S的生成受到较明显的抑制,早期水化活性与强度降低,但后期水化能力较强。由于多种杂质离子元素的存在,熟料中出现了α′-C_(2)S矿相。对于HFBC组,以CRM配料的实验组水化活性较对照组有了明显的提升。研究工作为可完全循环混凝土的设计提供一定的指导。

钢纤维增强聚合物水泥砂浆性能研究

研究了钢纤维的体积掺量(0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%)对聚合物水泥砂浆力学性能和韧性的影响,并进行了性价比评价。结果表明:随着钢纤维掺量的增加,试件的7 d和28 d抗折、抗压强度基本均呈先增大后减小的趋势,最佳掺量为1.5%,此时,试件的韧性得到显著提升,性价比也达到最高。

纤维素纤维对水泥砂浆湿度调控及性能影响研究

为探究亚麻纤维素纤维对水泥砂浆湿度及基本性能的影响,该文采用两种不同长度(0.5 mm、5 mm)和不同掺量(质量分数分别为水泥的0.5%、1%、1.5%、2%)的亚麻纤维素纤维进行水泥砂浆流变性、力学性能、自收缩性能和内部相对湿度发展情况的试验研究,并通过凝结时间、抗压强度、收缩率和相对湿度来评价纤维素纤维对水泥砂浆的性能改善效果。结果表明:0.5 mm长度单位质量亚麻纤维的吸液倍率为自身重量的3.45倍,而5 mm长度下的吸液倍率为6.03倍。亚麻纤维的内养生作用对水泥基材料湿度补偿、收缩抑制及裂缝阻滞具有显著优势。在各养护龄期下,纤维掺量越大,抗压强度越小,在相同纤维掺量下,短纤维组的抗压强度均高于长纤维组。与基准砂浆组相比,短纤维对自收缩的抑制效果更明显。亚麻纤维掺量越高,内部湿度补偿越显著,且相同纤维掺量下,长纤维比短纤维的湿度补偿效果更优,说明内养生水量是补偿内部湿度的关键。

钒钛磁铁矿尾矿砂制备水泥砂浆的力学性能研究

本文聚焦承德地区钒钛磁铁矿尾矿砂再利用,分析其成分、颗粒级配及特性。通过调整尾矿砂替代比例与木质纤维素量,对水泥材料进行力学、XRD、SEM测试并评估性能。研究显示,20%替代率与0.3 g木质纤维素为最优条件,水泥材料经28天养护后,抗折、抗压强度分别达到19.02 MPa与80.84 MPa,性能最佳。

采用城市生活垃圾焚烧飞灰制备绿色水泥砂浆的可行性研究

城市生活垃圾焚烧飞灰(MSWIFA)是城市生活垃圾焚烧产生的副产品之一,处理不当会导致严重的环境问题。采用MSWIFA部分替代水泥制备绿色水泥砂浆(GM)能够实现MSWIFA在建筑材料中的资源化利用。本工作主要研究不同替代率的MSWIFA对GM工作性能、力学性能和耐久性能的影响。此外,本工作还表征了GM的微观孔结构和微观形貌。最后,本工作通过分析1 m 3GM的能耗、碳排放、生产成本,评估了MSWIFA替代水泥制备GM的经济、社会和生态效益。研究表明:(1)MSWIFA的掺入导致GM的抗折强度、抗压强度分别降低了10.54%~29.97%、18.74%~39.54%;(2)硅酸盐水泥可以固化MSWIFA,GM的重金属浸出满足国家规定限值;(3)当MSWIFA的替代率为15%时,1 m 3GM的能耗、碳排放、生产成本分别降低14.90%、14.63%、10.36%,而其工作性能、力学性能、耐久性依然能够满足建筑砂浆要求,表明采用MSWIFA制备GM能够实现该固体废弃物的资源化利用,具有巨大的经济、社会和生态效益。

CO_(2)矿化改性高钙粉煤灰对水泥砂浆力学性能和微结构的影响

为改善高钙粉煤灰在混凝土中的体积安定性和水化活性,本文对高钙粉煤灰进行了CO_(2)矿化改性,研究了不同CO_(2)矿化反应时长下高钙粉煤灰的固碳量和游离氧化钙含量,及CO_(2)矿化改性高钙粉煤灰对水泥砂浆水化热、力学性能和孔隙结构的影响。结果表明,经12 h CO_(2)矿化改性处理,高钙粉煤灰固碳量可超过10%(质量分数),高钙粉煤灰中的游离氧化钙含量明显降低。随着矿化反应时间的延长,掺高钙粉煤灰的水泥浆体水化诱导期缩短,早期水化放热量明显降低。CO_(2)矿化改性处理还能减轻高钙粉煤灰对水泥砂浆强度的负面影响,改善水泥砂浆孔隙结构,降低孔隙率和大孔含量,促进水泥的早期水化和水化硅酸钙的成核结晶。

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。

海砂的淡化及其对水泥砂浆性能的影响

本文采用淡水冲洗法处理海砂,探究淡水冲洗次数以及阻锈剂用量对海砂水泥砂浆试样性能的影响。结果表明,淡化海砂水泥砂浆试样性能随着水洗次数及阻锈剂用量的增加呈现先增加后下降的趋势,当水洗次数为5次时,试样对氯离子的抗渗透性能最佳,具有较好的耐久性和抗腐蚀性能。水洗次数为3次时试样的抗压强度最佳为11.373MPa,达到M10等级,抗折强度最佳为4.844 MPa。当阻锈剂用量为1%时,水泥砂浆试样对氯离子的抗渗透性、抗压性能和抗折性能最佳,其中抗氯离子渗透性和抗折强度相较于未加阻锈剂的试样得到了较为显著的增强。

基于低场核磁共振的水泥砂浆终凝前水化特征研究

为探究水泥砂浆终凝前的水化及水分布特征,减少水化过程对水泥基材料性能的不利影响,采用低场核磁共振(NMR)设备实时观测水泥砂浆凝固过程中孔径和水分分布变化,并基于核磁共振T2谱定量表征了水泥砂浆水化程度以及水化速率,揭示了水泥砂浆终凝前微观孔隙结构、水分分布及水化反应规律。研究结果表明:毛细孔随水化程度的提高逐渐转变为更小孔径的过渡孔和胶凝孔;试件内部孔隙中存在水的传输及转移,前3 h内物理束缚水主要转化为沁水覆盖在试件表面,部分传输到胶凝孔中;3 h后,有更多小孔隙生成,在毛细孔压力作用下,毛细孔中的水传输到过渡孔和胶凝孔中;水化程度随水化时间增加而逐渐增大,但水化速率以倒“S”形变化,初始阶段逐渐减小,当减小到休眠阶段后基本保持不变,随后又加速反应一段时间后保持稳定。

硫酸盐环境下水泥砂浆的腐蚀产物及孔结构研究

采用激光拉曼光谱和压汞法研究了硫酸盐环境下水泥砂浆的腐蚀产物及孔结构,并引入分形维数,建立了水泥砂浆的抗折强度与平均孔径和分形维数的关系。结果表明:不同浓度的Na2SO4溶液浸泡下,砂浆表层腐蚀产物有所不同,且腐蚀产物在砂浆表层分布是不均匀的;砂浆的抗折强度与平均孔径r成反比,与分形维数d成正比,通过三种公式拟合可知,d/r2和抗折强度具有较好的相关性。

消泡剂与减缩剂对聚合物改性水泥砂浆干燥收缩和质量损失的影响

研究了单掺消泡剂、单掺减缩剂及二者复掺对聚合物改性水泥砂浆的干燥收缩率和质量损失率的影响。结果表明,单掺消泡剂时,砂浆的干燥收缩率与质量损失率均会降低,且降低幅度与掺量成正比;单掺减缩剂时,砂浆的干燥收缩率降低且降幅与掺量成正比,质量损失率整体降低,但随着掺量的增加,减缩剂对质量损失的抑制作用逐渐降低;二者复掺对砂浆的干燥收缩与质量损失的抑制作用大于各自单掺时,具有明显的协同效应。砂浆的质量损失率与干燥收缩率之间存在幂函数关系,曲线参数受外加剂种类及掺量影响。

聚合物改性水泥砂浆综合力学性能指标正交试验研究

聚合物改性水泥砂浆综合力学性能指标相比传统压折比可更加全面地反映复合材料改性后强度和韧性的改善。通过正交试验研究聚合物改性水泥砂浆的综合力学性能指标。考察水胶比、聚胶比、砂胶比及水泥矿硅比四个因素,采用L_(16)(4^(5))正交进行试验。结果显示:极差分析和方差分析结果表明各因素对聚合物改性水泥砂浆综合力学性能指标的影响显著程度次序不尽相同,且无重复试验方差分析所对应因素显著程度低于重复试验;重复试验的方差分析表明,砂胶比和聚胶比是综合力学性能指标的显著影响因素。

不同类型聚合物对水泥砂浆粘接性能的影响研究

研究了丙烯酸酯聚合物(AC)、聚乙烯醇(PVA)、丁苯橡胶(SBR)和乙烯醋酸乙烯酯(EVA)对聚合物改性水泥砂浆(PCM)力学性能的影响。使用了一种聚合物剂量(3%),并将该剂量对相变材料(PCM)的影响与含有0%聚合物的对照砂浆混合物进行了比较,测量了抗压强度和粘接强度,分析了聚合物的添加对改善聚合物改性水泥砂浆粘接性能的影响。结果表明,含有EVA的相变材料表现出最好的性能,28 d后抗压强度提高了33%。相比之下,AC、PVA和SBR在28 d后粘接强度的提高较小。含有EVA的PCM在7 d时表现出最高的粘接强度;28 d后,粘接强度最高的是含有SBR的PCM,高出对照砂浆约29%。

碱激发矿粉-硫铝酸盐水泥砂浆力学性能研究

硫铝酸盐水泥作为一种早强快硬型水泥,其后期强度发展缓慢,甚至会出现强度倒缩的问题,为此提出将矿粉和碱激发剂与硫铝酸盐水泥复合的方法,分别研究了不同掺量的碱激发剂以及不同取代率的矿粉对硫铝酸盐水泥砂浆力学性能和干缩性能的影响。结果表明:在水泥砂浆中添加适量的碱有利于强度发展,在碱与矿粉的协同作用下,水泥砂浆的各龄期强度均有提升,尤其是后期强度,28 d最高强度可达61.3 MPa。碱与矿粉的掺入不仅可以减少水泥的用量,而且矿粉取代水泥带来的强度损失问题也可以通过碱激发剂与矿粉在水化后期发生的二次反应来弥补,且体积稳定性良好。