传统水硬性灰浆性能的影响因素综述

水硬性灰浆是性能优良的传统建筑材料,其相比于气硬性灰浆,有更好的防水性、透气性、耐冻性、耐盐结晶性和机械强度等,适合作为古建筑的修复材料。本研究对影响传统水硬性灰浆性能的因素进行归纳综述,探讨无机物(胶凝材料、骨料、水)、天然有机物(多糖类、蛋白质类、油脂类)、养护条件等对水硬性灰浆性能的影响。其中,无机物对水硬性灰浆的性能影响一方面取决于胶凝材料的特性,另一方面取决于灰浆中不同无机组分间的比例;在水硬性灰浆中加入多糖类有机物可提高灰浆力学性能,加入蛋白质类有机物可提高防水性和孔隙率,加入油脂类有机物可大幅提升防水性、耐久性;在高相对湿度条件下养护水硬性灰浆可提高其机械强度,而低湿度条件下养护的灰浆则更具耐久性。本研究成果可为认知、揭示传统水硬性灰浆的科学价值,研究、开发新型古建保护修复材料提供参考与启示。

硅藻土调质污泥制备水硬性胶凝材料试验研究

为了改善水硬性凝胶材料的力学性能,提高污泥的处置率,选用硅藻土等材料对污泥进行调质处理,利用张家口充足的太阳能及风能自然干化调质污泥。对干化后的污泥焚烧并粉磨制灰,通过胶砂强度对比试验及火山灰活性试验,分析调质污泥灰的火山灰活性。通过分别掺加同等质量的硅藻土、粉煤灰、页岩和沸石调质的污泥灰,测试其火山灰活性并进行水泥技术性能试验及胶砂收缩率试验,结合XRD及SEM进行微观的活性产生机理分析。对硅藻土调质污泥灰进行水泥技术性能试验及胶砂收缩率试验等试验,分析其取代部分水泥作为水硬性胶凝材料后的各项性能指标。试验结果表明:随硅藻土掺量的增加,污泥灰的火山灰活性先增加后趋于平缓,当掺量为9%,抗压强度比达到最高为87.3%;污泥中掺9%的硅藻土可获得较好的干化效果和最佳的火山灰活性;同掺量情况下硅藻土较粉煤灰、页岩、沸石调质的污泥灰具备更高的火山灰活性,且调制后的污泥灰制备水硬性胶凝材料其部分性能优于水泥,收缩率也较纯水泥更小。X射线衍射分析可见,未煅烧硅藻土含有石膏、石英及白云母晶体,煅烧过的硅藻土的石膏衍射峰消失,石英的各衍射次峰得到削弱。硅藻土与污泥混合搅拌干化煅烧后,石英晶体程度变弱。整体来看单烧及与污泥混合煅烧的硅藻土衍射图中尖锐的衍射峰较少,平整度高,活化程度高。SEM分析可见未煅烧硅藻土藻体壁上分布着排列整齐,大小均匀的微孔。经煅烧后其表面变得粗糙,覆盖着的无定形物质变得分散,增大了硅藻土与氢氧化钙反应时的接触面积,利于其火山灰活性的发挥。与污泥混烧的硅藻土藻体破坏程度较重,所见多为硅藻碎片,火山灰活性得以充分发挥。

不同养护湿度对高水硬性石灰复合材料的性能影响

为研究不同养护湿度下水硬性成分含量对水硬性石灰性能的影响,使用20%、40%、60%的白水泥对天然水硬性石灰材料进行成分替代制备复合材料,探究了室内条件和养护箱条件两种不同湿度环境下固化28 d后试样的物理力学性质并使用红外光谱对材料内部矿物组成进行分析。

偏高岭土在人造水硬性石灰修复砂浆中的应用研究

为研制一种适用于历史建筑修复的绿色无机修复材料,本文基于青岛多栋砖砌体结构历史建筑黏结材料的XRD测试结果,通过掺偏高岭土制备了基于人造水硬性石灰的修复砂浆,测试了人造水硬性石灰砂浆的流动度、凝结时间、质量损失率、干燥收缩率以及力学性能等指标,研究了偏高岭土对人造水硬性石灰砂浆的影响。结果表明:偏高岭土可降低人造水硬性石灰砂浆的流动度,缩短凝结时间,降低收缩率,提高抗压强度及黏结强度。当掺量为5.0%和7.5%(质量分数)时,人造水硬性石灰砂浆的56 d抗压强度分别提升了66.8%和94.3%,黏结强度分别提升了22.2%和25.9%。采用XRD和SEM对材料的微观结构进行测试分析发现,偏高岭土能使人造水硬性石灰砂浆性能提升的主要原因是偏高岭土中的活性SiO_(2)和Al_(2)O_(3)与石灰发生直接反应并消耗Ca(OH)_(2),促进了水泥水化,增强了水化产物与骨料间的黏结力。

煅烧工艺与钙硅比对水硬性石灰组成及性能的影响

煅烧工艺、原料钙硅比是影响天然水硬性石灰(NHL)矿物组成及性能的关键因素。本文以不同化学组成泥质石灰石尾矿为原料,采用不同煅烧工艺制备了NHL。采用正交试验与单因素试验相结合的方式对所制备NHL的矿物组成及抗压强度进行研究,分析了煅烧工艺与钙硅比对其性能的影响规律。研究结果表明:随着煅烧温度升高,NHL中气硬性矿物CaO含量减少,水硬性矿物硅酸二钙(Ca_(2)SiO_(4),C_(2)S)含量增加;煅烧温度对NHL的矿物组成及抗压强度影响最为显著,保温时间与升温速率次之;在煅烧温度1 000~1 100℃范围内,利用给定的泥质石灰石尾矿制备的天然水硬性石灰满足NHL2、NHL3.5强度等级要求;当钙硅比在3.55~6.76范围内,NHL抗压强度随钙硅比的增大先降低后升高,而CaO含量呈增大趋势。

纳米二氧化硅对水硬性石灰胶凝性能的影响

天然水硬性石灰(NHL)是同时具有水硬性及气硬性的无机胶凝材料,主要用作古建筑加固及壁画修复的粘结剂。低等级NHL因其相对较慢的水化或反应速率,存在开裂、耐水性差、Ca(OH)_(2)浸出等问题。系统地研究了气相纳米SiO_(2)(粉末状)对水硬性石灰物理性能及微观内部结构的影响。基于天然水硬性石灰和纳米SiO_(2)的特性,在天然水硬性石灰中加入纳米SiO_(2),既可改善NHL的活性,增加胶凝材料的水化硅酸钙含量,又不改变石灰原有颜色。实验研究表明,纳米SiO_(2)的添入可以使NHL2的等级提升至NHL3.5甚至NHL5。利用XRD、XRF、FT-IR及SEM等表征方法对样品进行微观分析,发现在天然水硬性石灰胶凝材料中生成大量的硅酸钙胶凝材料,使试件结构致密,揭示了天然水硬性石灰材料力学性能提升的原因。

聚羧酸减水剂对原位吸水树脂改性天然水硬性石灰流变特性的影响

原位超吸水树脂(SAP)改性天然水硬性石灰(NHL)复合材料(SAP/NHL)是一种新兴的石窟寺裂隙灌浆修复材料,但作为灌浆材料其仍存在流动性差的缺点,难以满足施工要求.高效减水剂的使用不仅可以增加浆体的流动性,还可提高强度和耐久性,其中聚羧酸减水剂因其优异性能,近年来被广泛使用.以聚羧酸减水剂(PCE)作为外加剂对SAP/NHL进行改性,通过TOC、Zeta电位仪对PCE的吸附进行了测试,通过流动性测试表征了浆体流动性,通过旋转流变仪、超景深显微镜对浆体流变特性和微观结构进行了表征,使用万能试验机对固化浆体抗压强度进行了测试.结果表明,PCE能通过静电斥力和空间位阻的协同作用有效改善浆体流变特性并最终改善流动性(>337 mm).此外PCE在小剂量掺加后会提高固化浆体的抗压强度(28 d强度从4.8 MPa至5.9 MPa),过量添加会降低强度.

粒化高炉矿渣水硬性及对混凝土强度影响分析

为探究粒化高炉矿渣的潜在水硬性,设计了五因素三水平正交试验,通过极方差分析及因素指标分析法,分析了不同因素对粒化高炉矿渣潜在水硬性及混凝土强度的影响。结果表明:碱含量及颗粒级配是影响粒化高炉矿渣棱柱体抗压强度的主要因素,通过碱激活及调整颗粒级配能有效激发粒化高炉矿渣的潜在水硬性;随着龄期的增长,粒化高炉矿渣潜在水硬性发挥较明显,混凝土抗压强度增长率较高。

论治理桥头跳车病害的复合水硬性材料运用

公路路桥结合部位,因路基与桥台之间存在差异性沉降,使路面与桥面存在一定高差,形成桥头跳车现象,严重威胁行车安全。鉴于此,文章对桥头跳车病害成因进行分析,提出了复合水硬性材料处治桥头跳车的技术,并从原材料、配合比、施工工艺、施工过程控制、施工质量检查验收等环节总结了其技术控制要点。同时,从施工工艺、工程造价、节能环保等角度,阐述了其应用优势,为后续推广应用提供理论依据。

两种不同形态纳米SiO_(2)对水硬性石灰性能的影响

采用纳米SiO_(2)制备水硬性石灰材料,利用SEM、XRD和力学测试等技术手段对水硬性石灰材料的水化产物、微观结构和宏观性能等进行表征。研究了掺加0%,3%,6%,9%的纳米SiO_(2)的力学性能和表观形态;掺加的纳米SiO_(2)两种不同形态为气相型纳米二氧化硅粉状及凝胶态纳米硅溶胶。研究结果表明,粉状-凝胶状两种形态纳米SiO_(2)填充至水硬性石灰内部后,纳米SiO_(2)均可与水硬性石灰中的Ca(OH)_(2)发生水化反应,生成C-S-H凝胶并有效填充水硬性石灰砂浆内部;气相型粉状纳米二氧化硅相较于凝胶态纳米硅溶胶填充后力学强度要高,表观形态更好,更适合掺入至水硬性石灰中。

钙基液态水硬性加固剂用于潮湿土遗址的加固保护

通过对钙基液态水硬性加固剂的研制,对潮湿环境土遗址的加固保护进行了探索性研究。X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析结果表明,已成功制出了潮湿土样水硬性加固所需的纳米材料。同时,研究发现,氢氧化钙在650℃下用马弗炉煅烧1.5 h后,可得到直径约50 nm、长度约200 nm的针状二次生石灰;这种二次生石灰经水消化后,会成为粒径在200～300 nm左右、大小十分均匀的扁平椭圆状纳米氢氧化钙颗粒;氧化钙在密封陈化一段时间后,也可使氢氧化钙的粒径达到纳米级。土样加固试验的结果显示,纳米石灰的乙醇分散液的渗透性优于分析纯氢氧化钙,钙基水硬性加固剂对潮湿土样的加固效果较为明显,有望成为一种适合于潮湿环境土遗址加固的新型材料。

利用铅锌尾矿制备天然水硬性石灰可行性研究

本文研究了以陕南铅锌尾矿为主要原料制备天然水硬性石灰的可行性。实验选用可配成与天然水硬性石灰化学组成接近的铅锌尾矿,采用两种方法制备天然水硬性石灰:其一,压块成型后经900℃×3 h、1000℃×3 h煅烧制备;其二,湿法成球后经1100℃×5 h煅烧制备,并对利用铅锌尾矿制备的天然水硬性石灰的矿物组成及其抗压强度进行了测试分析。研究结果表明:经900℃×3 h煅烧的天然水硬性石灰没有生成所需的水硬性胶凝材料C2S;经1000℃×3 h和1100℃×5 h煅烧制备的天然水硬性石灰均能生成C2S。压块成型经1000℃×3 h煅烧的天然水硬性石灰中C2S含量比湿法成球经1100℃×5 h煅烧的天然水硬性石灰中C2S含量高,前者抗压强度比后者高。压块成型经1000℃×3 h煅烧方法优于湿法成球经1100℃×5 h煅烧方法,更容易生成所需的水硬性胶凝矿物C2S。煅烧的天然水硬性石灰28 d强度均达到NHL5的要求。以铅锌尾矿为原料,配制煅烧天然水硬性石灰是可行的。

流化床燃煤固硫灰渣水硬性机理研究

经固硫的流化床燃煤灰渣有明显的早期水硬性,甚至可在与水混合几小时后即凝结硬化,而未经固硫的灰渣则不明显。本文采用X射线衍射、红外光谱和化学方法对固硫灰渣早期水硬性机理进行研究,结果表明:固硫灰渣基本不含水泥熟料成分,矿物主要以无定形态存在;固硫灰渣中[SiO4]及[AlO6]的聚合程度均低于未经固硫的流化床灰渣及粉煤灰;进一步的化学测定结果证实,固硫灰渣早期水硬性主要来源于一定数量水化性能较快的无定形矿物组分。

改性水硬性石灰基材料的制备与耐久性

为了得到更加适宜于岩土文物保护加固的水硬性石灰材料,研究了掺加矿粉、外加剂和聚乙烯醇纤维的改性水硬性石灰的配合比优化设计、力学性能、水化硬化机理和耐久性.研究发现:矿粉、外加剂和聚乙烯醇纤维能显著提高水硬性石灰的力学性能以及耐久性;经改性后的水硬性石灰试样D,其抗折强度、抗压强度和拉拔强度分别能达到3.27、15.45、0.61 MPa,而且,经过耐水、耐盐和干湿循环试验后,仍然保持较高的力学性能,这对于岩土质文物的保护修复具有重大的意义.

古建水硬性石灰材料的制备与耐久性能

以气硬性石灰、白水泥、活性微粉、添加剂、纤维等为主要原料,设计制备了水硬性石灰砂浆作为古建修补材料;探究了加速碳化对水硬性石灰砂浆力学强度发展的影响,并以相对动弹性模量、质量损失率为主要评价指标,系统研究了水硬性石灰砂浆在单一因素(冻融、硫酸盐)与多因素耦合(干湿循环-硫酸盐)作用下的耐久性能.结果表明:加速碳化能显著提高水硬性石灰砂浆的力学强度,传统石灰砂浆加速碳化3d的抗压强度是自然养护条件下的7.5倍;掺加质量分数为0.1%的聚丙烯纤维能显著提高水硬性石灰砂浆的抗冻性,经历116次冻融循环后水硬性石灰砂浆未出现明显的冻融破坏;掺加质量分数为1%的铝制外加剂能明显改善水硬性石灰砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能.

古建筑用水硬性石灰的合成及力学性能研究

为了合成古建筑修复材料水硬性石灰,以天然姜石为原料,通过煅烧方式制备了水硬性石灰,利用XRD、SEM、伺服万能试验机和白光数字散斑相关方法等测试了水硬性石灰的成分、微观形貌、抗压强度和变形场演化等。结果表明:在900℃煅烧8 h时姜石中CaO、2CaO·SiO_2和2CaO·Al_2O_3·SiO_2的含量与欧洲水硬性石灰NHL5的成分相近;随养护时间的增加,水硬性石灰中CaO和2CaO·SiO_2的含量逐渐降低,CaCO_3和1.5CaO·SiO_2·x H_2O(C-S-H)的含量逐渐增加,而2CaO·Al_2O_3·SiO_2的含量基本不变;养护1~5 d阶段收缩率随养护时间迅速增加,养护6~17 d阶段收缩率随养护时间缓慢增加,养护18 d后收缩率保持恒定;抗压强度随养护时间的增加而增加,养护28 d时抗压强度达到6.75 MPa,达到NHL5的标准;随着载荷的增加,局部区域的应变值逐渐变大,相邻的局部变形区合并成应变局部化带,在峰值载荷处应变局部化带演变成微裂隙,微裂隙扩展成宏观裂纹使试件发生破坏;随养护时间的增加,Ca(OH)_2和2CaO·SiO_2发生反应的数量增加,形成的CaCO_3和C-S-H相互交织构成空间网络结构,水硬性石灰的孔隙率减少,力学强度显著提高。

水硬性矿物磷铝酸钙晶体的形成过程研究

采用溶胶-凝胶法及固相反应法合成水硬性矿物三元磷铝酸钙晶体(CAP),不同温度与保温时间制得样品分别采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、能量色散X射线谱进行分析,研究煅烧条件对CAP晶体形成的影响,对CAP在最佳煅烧温度时的形成动力学进行初步研究。结果表明,当煅烧温度为1 590℃,保温时间超过0.5 h时,CAP可以大量合成,所得矿物样品中的CAP结晶度高,晶粒尺寸较大,形貌较为完整;形成动力学方程显示,煅烧温度为1 590℃时CAP形成受混合控制,其描述方程为经验方程,同时Glinstling方程(球形模型)也可对其进行描述。

水硬性硅酸钙生物材料的研究

水硬性硅酸钙具有良好的生物活性、细胞黏附性和优异的骨传导性能,在生物医学领域有着广泛的应用。本文从水硬性硅酸钙的应用、制备方法和生物活性机理方面介绍了水硬性硅酸钙的最新研究进展。

协同水化制备水硬性材料及其水化产物的研究

按钢渣、矿渣和粉煤灰以5∶3∶2的比例组成复合废渣,在改性水玻璃等激发剂的协同作用下,制备得到的浆体28 d抗压强度高达53.56 MPa,凝结时间及安定性均合格。通过X射线衍射(XRD)分析、电子扫描电镜(SEM)形貌观察等对浆体中的水化产物进行分析,结果表明,在协同水化作用下,水化产物中存在网络状的水化硅酸钙(C-S-H)。

古建筑修复材料水硬性石灰合成及力学性能

为合成水硬性石灰,用于修复风化后的古建筑,以石灰石和黏土为原料,通过煅烧制备了不同的水硬性石灰,利用XRF、XRD、SEM、膨胀率测试仪和伺服万能试验机等表征了水硬性石灰的成分、微观形貌、收缩率和抗压强度.结果表明,950℃煅烧8 h时试样成分与欧洲水硬性石灰NHL5的成分相近;龄期增加,CaCO_3和1.5CaO·SiO_2·x H_2O(C-S-H)的含量增加,CaO和2CaO·Si O_2(C_2S)和2CaO·Al_2O_3·SiO_2(C_2AS)的含量逐渐降低;收缩率随养护时间的增加先迅速增加后缓慢增加,养护7 d后收缩率保持恒定;抗压强度随龄期的增加而增加,养护28 d时抗压强度达到7.73 MPa,达到欧洲水硬性石灰NHL5的标准;龄期增加,C-S-H和CaCO_3相互交织构成空间网络结构,使孔隙率降低力学强度显著提高.