泵送碱式硫酸镁水泥混凝土的制备和性能

碱式硫酸镁水泥混凝土是新开发出来不久的混凝土材料,具有高抗拉强度、抗冲击和耐腐蚀等优点,但由于其较小的塌落度,限制了其工程应用。本文试验研究了不同掺量萘系减水剂对泵送碱式硫酸镁水泥混凝土塌落度和强度的影响,确定强度等级C30、C40、C50和C60的萘系高效减水剂适宜掺量分别为2.0%、1.2%、1.5%和1.8%。分别研究了掺粉煤灰型和矿渣型泵送碱式硫酸镁水泥混凝土基本力学性能及在海水浸泡、淡水浸泡1280 d后的强度保留率并进行机理分析,发现粉煤灰型泵送碱式硫酸镁水泥混凝土抗海水腐蚀性较好,适合东部沿海地区应用;随着海水暴露时间的延长,泵送碱式硫酸镁水泥混凝土的Df值呈现幂函数的降低关系。本文还对大气中暴露2400 d的钢筋泵送碱式硫酸镁水泥混凝土小梁进行观测,未有锈涨现象。本文为碱式硫酸镁水泥混凝土在工程领域的应用具有重大意义。

碱式硫酸镁水泥的生命周期评价

为了评估碱式硫酸镁水泥对环境的影响,采用生命周期评价(LCA)方法,定量分析了碱式硫酸镁水泥的3种原材料在15项中点类别(致癌物质、非致癌物质、可吸入无机物等)和4项终点类别(人类健康、生态系统质量、气候变化、资源消耗)上的影响,并对比分析了不同镁质水泥的环境影响。结果表明:碱式硫酸镁水泥在水生生态毒性上的影响值最高,在臭氧层破坏上的影响值最低;氧化镁在致癌物质、非致癌物质和水生生态毒性上的影响占比较大,均超过85.00%;七水硫酸镁在电离辐射上的影响占比(53.67%)较大;柠檬酸在土地占有上的影响占比(68.80%)较大;在4项终点类别上,氧化镁的环境影响最大,七水硫酸镁次之,柠檬酸最小;与活性氧化镁水泥、磷酸镁水泥、氯氧镁水泥相比,碱式硫酸镁水泥在9项中点类别(致癌物质、非致癌物质、可吸入无机物等)和2项终点类别(气候变化、资源消耗)上优势明显。

矿物掺合料对含硼碱式硫酸镁水泥强度的影响

将Mg(OH)_(2)作为煅烧MgO的前驱体,同时以在MgO中掺入H_(3)BO_(3)的方式引入杂质硼,采用水化热、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和压汞仪(MIP)等测试技术,研究矿物掺合料对含H_(3)BO_(3)的碱式硫酸镁水泥(BMSC)凝结硬化过程的影响机理.结果表明:未掺加矿物掺合料时,含H_(3)BO_(3)的BMSC水化放热速率较控制组慢、凝结硬化时间延长,且对BMSC的早期强度影响较大;掺加矿物掺合料后,含H_(3)BO_(3)的BMSC后期强度提高,其中外掺H_(3)BO_(3)的BMSC强度提高更加显著,且进一步延缓了水化放热速率;掺加矿物掺合料后,含H_(3)BO_(3)的BMSC水化结晶相未发生改变,仍为5·1·7相和Mg(OH)_(2),孔隙率较低,原因是矿物掺合料发挥了微集料效应,填充了BMSC内部孔隙,使得内部结构更加致密.

基于改性剂调控517相改善碱式硫酸镁水泥耐水性能

现有研究表明不同改性剂对碱式硫酸镁水泥(BMSC)中517相的生长有影响。本工作使用六种不同羟基含量的改性剂,借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜、拉曼光谱仪和压汞仪研究了改性剂相同质量掺量下BMSC的力学强度、物相组成和微观结构。实验结果表明,添加富羟基的磷酸二氢钠和磷酸二氢钾试样中517相含量最高,长径比最大,抗压强度较对照组提升近一倍,软化系数接近1.00;BMSC中孔隙主要为晶间孔,长径比大的517相使孔径分布更集中、总孔隙率更低。BMSC耐水性能与517相含量、形貌有关,使用富羟基的改性剂能促进517相的结晶生成,从而提高517相含量及其长径比,改善其耐水性能。

碱式硫酸镁水泥水化规律研究

利用水化热测定仪、XRD、红外、pH值跟踪等测试手段研究了碱式硫酸镁水泥的水化规律,研究表明碱式硫酸镁水泥的水化历程分为诱导前期、诱导期、加速期、减速期和稳定期。外加剂的加入,使活性氧化镁表面形成稳定的有机镁络合层,而延长了诱导期。有机镁络合层的形成,抑制氢氧化镁的生成,而促进5Mg(OH)2·MgSO4·7H2O相的形成。此外,研究了碱式硫酸镁水泥粉料存放时间和原料配比对水泥水化、凝结时间和抗压强度影响。研究表明,水泥存放时间越长,水化诱导期越长,凝结时间越长,早期强度降低。水泥粉料中活性氧化镁含量越高,水化放热量越高,强度越高,水泥胶砂的流动性越低。

碱式硫酸镁水泥混凝土力学性能试验研究

为了研究碱式硫酸镁水泥混凝土的基本力学性能,通过实验系统测定了强度等级C20-C60的碱式硫酸镁水泥混凝土的基本力学性能,建立了其轴心抗压强度（f（c,m））、劈裂抗拉强度（f（sp,m））、抗折强度（f（t,m））与立方体抗压强度（f（cu,m））之间的线性关系,弹性模量（Ec）与立方体抗压强度（f（cu,m））之间的双曲线关系及其回归计算公式,比较其与普通混凝土的差异。结果表明：在强度等级C20-C60的范围内,碱式硫酸镁水泥混凝土的f（c,m）和f（sp,m）值分别比普通混凝土相应强度高出22%-27%和27%-66%;在较低强度等级C20与C30,碱式硫酸镁水泥混凝土的Ec值比普通混凝土分别降低了17%和3%,当强度等级为C40-C60时其Ec值反而比普通混凝土高出9%-27%,而且随着强度等级的提高,两种混凝土之间的差距在扩大;碱式硫酸镁水泥混凝土与普通混凝土的f（t,m）值之间的差异规律与强度等级有关,在强度等级C20-C50的范围内其f（t,m）值比普通混凝土高出38%-1%,且随着强度等级的提高,提高的幅度在减小,对于高强度等级C60的碱式硫酸镁水泥混凝土,其f（t,m）值比普通混凝土反而降低了5%。

外加剂和粉煤灰对碱式硫酸镁水泥混凝土性能影响研究

利用碱式硫酸镁水泥制备了不同外加剂和粉煤灰掺量的碱式硫酸镁水泥(BMSC)混凝土。研究了外加剂和粉煤灰对BMSC混凝土抗压强度以及抗硫酸盐腐蚀性能的影响,并对BMSC混凝土物相组成和微观形貌进行了分析。结果表明:掺加外加剂后混凝土的强度有大幅度地提高。当外加剂掺量为水泥质量的0.5%时,混凝土的强度达到最大值;继续增加外加剂掺量,对混凝土的强度影响不大。掺加粉煤灰后,混凝土的强度有所下降。且水灰比一定时,粉煤灰掺量越多,对混凝土的强度越不利。掺加外加剂和粉煤灰后,混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能得到了明显的改善;且同等条件下,碱式硫酸镁水泥混凝土抗硫酸盐腐蚀性能优于普通硅酸盐水泥混凝土。

碱式硫酸镁水泥的研究进展及性能提升技术

碱式硫酸镁水泥(Basic magnesium sulfate cement,BMSC)是一种以外加剂技术为核心的新型镁质胶凝材料,主要由轻烧氧化镁、不同结晶水的硫酸镁、矿物掺合料与化学外加剂一起混磨而成,使用时与普通硅酸盐水泥一样加水拌和即可。碱式硫酸镁水泥具有氯氧镁水泥轻质、快凝、高强、耐磨的优点,且不易吸潮反卤。BMSC的主要水化产物5Mg(OH)2·MgSO 4·7H 2O相(5·1·7相)的溶解度仅为0.034 g/100 g水,与硅酸盐水泥基本处于同一量级,远低于氯氧镁水泥,在建筑保温材料等领域可以广泛取代氯氧镁水泥。碱式硫酸镁水泥的抗折强度约为同强度等级硅酸盐水泥抗折强度的2~3倍,且其耐久性能、护筋性能与普通硅酸盐水泥相当。同时,BMSC混凝土具有较大的刚度和良好的抗震性能,其抗弯拉及抗冲击荷载性能均优于同等级普通硅酸盐水泥混凝土,尤其是开裂荷载比同强度、同配筋的普通混凝土大10%,因此其在结构工程领域也有良好的应用前景。更重要的是,用于制备碱式硫酸镁水泥的轻烧氧化镁的煅烧温度较低,使BMSC满足了建筑节能和环境保护的要求,有望成为未来核心高性能生态友好型水泥,具有巨大的发展潜力。本文概述了碱式硫酸镁水泥的性能特点,综述了其制备方法及水化过程,对比分析了碱式硫酸镁水泥、氯氧镁水泥和硫氧镁水泥的微观结构与性能的差异,阐明了镁质原料中α-MgO的含量和活性、α-MgO/MgSO 4及H 2O/MgSO 4的配料物质的量比、化学外加剂种类及掺量对碱式硫酸镁水泥微观结构及性能的影响。在此基础上,从原料及制备工艺等方面提出了进一步提升碱式硫酸镁水泥性能的措施,并展望了碱式硫酸镁水泥未来的研究方向。

活性MgO含量对碱式硫酸镁水泥强度及水化产物的影响

为了研究活性MgO含量对碱式硫酸镁水泥强度及水化产物的影响,采用不同活性MgO含量的轻烧氧化镁制备水泥试样,进行抗压强度和抗折强度试验,并对水泥水化产物进行X射线衍射分析。结果表明,当改性剂掺量为活性MgO质量的1%时,活性MgO含量为60%的轻烧氧化镁制备的水泥试样在室温条件下养护28 d的抗压强度最高,水化产物的主要物相为5·1·7相和少量Mg(OH)_2相;活性MgO含量为70%的轻烧氧化镁配制的水泥试样在同等条件下的抗压强度仅为活性MgO含量为60%时的60%,水化产物的主要物相为Mg(OH)_2相和少量5·1·7相;活性MgO含量为43.2%的轻烧氧化镁制备的水泥试样强度最低,水化产物中以Mg(OH)_2相为主,5·1·7相含量较少,以及剩余MgO相和未分解的Mg CO_3相。采用活性MgO含量为70%的轻烧氧化镁制备水泥试样时,增加改性剂掺量为活性MgO质量的2%时,试样各龄期强度有较大提高。

碱式硫酸镁水泥钢筋混凝土梁静力荷载和疲劳性能试验研究

为了研究碱式硫酸镁水泥钢筋混凝土梁的静力和疲劳性能,分别制备了C30、C40和C50三种强度等级的碱式硫酸镁水泥(BMSC)和普通硅酸盐水泥(PO·C)钢筋混凝土梁试件。试验结果表明,钢筋混凝土梁试件跨中挠度随着静力荷载的增加而增加。C40_((BMSC))和C50_((BMSC))的极限承载力分别为33 k N和38 k N,相比C40_((PO·C))、C50_((PO·C))的19 k N和21 k N分别提高了73.7%和81%。说明,高强度等级的BMSC试件具有较高的承载能力。在疲劳荷载的作用下,试件挠度值随着疲劳次数的增加呈下降趋势。高强度等级的BMSC试件疲劳循环寿命要多于PO·C试件,且强度等级越高,越为明显。此外,BMSC试件跨中挠度小于PO·C试件。说明,BMSC试件的刚度较大,抵抗变形的能力好。BMSC试件裂缝宽度发展包括三个阶段:快速发展阶段、稳定阶段和破坏阶段。碱式硫酸镁水泥完全能够用于制作钢筋混凝土构件,且性能更加优异,本文为碱式硫酸镁水泥混凝土能够大规模应用于结构工程提供了重要理论依据。

混凝土外加剂与碱式硫酸镁水泥适应性

研究了普通混凝土减水剂与碱式硫酸镁水泥(MOSC)的适应性,通过消泡剂复配改善M OSC体系的力学性能.采用X射线衍射、扫描电子显微镜分析混凝土外加剂对M OSC力学性能、水化产物和微观结构的影响.实验结果表明,三聚氰胺(SM)、萘系(FDN)、氨基磺酸盐(ASP)和脂肪酸磺酸盐(SAF)均对MOSC产生减水效果,减水率分别为8. 02%,12. 35%,16. 12%和11. 77%.但减水剂会降低M OSC力学性能,FDN-M OSC体系1,28 d抗压强度分别为基准试样的64. 5%和80. 5%.消泡剂能够有效提高MOSC及减水剂-MOSC体系的早期强度,减少减水剂-MOSC体系的后期强度损失.单掺消泡剂A10-MOSC体系1,28 d抗压强度分别为基准试样的132. 7%和95. 7%,减水剂和消泡剂复合FDN-NXZ-MOSC体系1,28 d抗压强度分别为基准试样的120. 8%和90. 3%.普通混凝土外加剂没有改变MOSC水化产物组成,消泡剂能够有效提高MOSC和减水剂-MOSC体系的力学性能.

碱式硫酸镁水泥胶砂流动性及强度试验研究

为了研究碱式硫酸镁水泥胶砂的流动性及强度性能,对不同材料配比的碱式硫酸镁水泥胶砂的流动度及硬化体的抗压、抗折强度进行了测试,讨论了材料配比对碱式硫酸镁水泥胶砂的流动性及强度性能的影响。结果表明,适当配比的碱式硫酸镁水泥胶砂在不掺入高效减水剂时就能够获得较好的流动性。FDN萘系高效减水剂对碱式硫酸镁水泥胶砂流动性具有更好的改善效果,而聚羧酸高效减水剂对碱式硫酸镁水泥胶砂流动性无明显改善作用。与复合硅酸盐水泥胶砂(32.5级)相比,碱式硫酸镁水泥胶砂3d前抗压和抗折强度发展非常快速,能达到28 d时强度的50%以上,28 d时抗压和抗折强度远高于复合硅酸盐水泥胶砂强度。

水热环境下碱式硫酸镁水泥强度变化机理

为了进一步研究镁水泥在油井堵漏中的应用,本文分别对掺加粉煤灰和矿渣的碱式硫酸镁水泥进行水热环境下的强度试验,研究其在50℃和80℃水热环境中强度变化规律。利用XRD与SEM技术手段,分析碱式硫酸镁水泥在50℃和80℃水热环境中的物相组成和显微形貌,研究碱式硫酸镁水泥强度在水热条件下的衰退机理。研究结果表明碱式硫酸镁水泥水化产物的物相匹配和显微形貌发生不利转变并使强度衰退,其强度随水热温度的升高而降低。在50℃水热环境下水泥石1 d强度由66.9 MPa提高到77.1 MPa,3 d强度保留98.1%,7 d强度仍能保持77.6%左右;在80℃水热环境下其强度随养护时间衰退较快,1 d、3 d、7 d强度保留率分别为79.7%、70.1%、62.5%。

钢筋碱式硫酸镁水泥混凝土梁抗弯性能试验研究

为了探讨碱式硫酸镁水泥混凝土梁受弯状态下的力学性能与普通混凝土梁的异同,本文通过对16根不同配筋率、不同强度等级的碱式硫酸镁水泥混凝土梁进行抗弯试验,研究其正截面受力全过程和破坏形态。试验结果表明:平截面假定仍然适用;碱式硫酸镁水泥混凝土梁的破坏形态及承载力-挠度曲线与普通硅酸盐混凝土梁相似;碱式硫酸镁水泥混凝土梁开裂弯矩比普通混凝土梁高约20%;本文的碱式硫酸镁水泥混凝土梁抗弯承载力计算模型,考虑了受拉区混凝土的贡献,按构件整体截面在受荷过程中抗弯性能的降低来考虑梁的承载力;最大裂缝宽度计算公式需将现行计算公式乘以修正系数1. 5,挠度计算公式应乘以1. 1的修正系数。碱式硫酸镁水泥混凝土可代替普通混凝土用于梁正截面抗弯。

MgO活性和摩尔比对碱式硫酸镁水泥强度的影响机理

利用Mg(OH)_(2)煅烧分解的不同活性MgO制备了不同摩尔比(n(MgO)/n(MgSO_(4)))的碱式硫酸镁水泥(BMSC),分析了其抗压强度发展规律;结合水化放热、液相电导率、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和压汞仪(MIP)等测试手段,分析了其影响机理.结果表明:当摩尔比为5时,随着MgO活性的升高,BMSC早期1 d抗压强度呈现先增后减趋势,原因是MgO活性越高,水化越快,但MgO活性过高不利于水化强度相(5·1·7相)的形成;BMSC后期抗压强度随着MgO活性的降低而增大,原因是低活性MgO制备的BMSC中5·1·7相结晶程度较高.当摩尔比为7时,BMSC水化过程中出现Mg(OH)_(2)成核和生长的第3放热峰,导致水泥抗压强度出现倒缩.高强度BMSC中孔的类型主要为晶间孔,且水化产物结晶程度越高,孔径越大.

碱式硫酸镁水泥混凝土在硫酸盐溶液中的损伤过程研究

采用干湿循环的试验方法研究碱式硫酸镁水泥(BMSC)混凝土抗硫酸盐腐蚀性能。以质量变化和相对动弹模量作为评价指标,研究了不掺加矿物掺合料(BMSC)、掺加30%粉煤灰(BMSC-F)碱式硫酸镁水泥和普通硅酸盐水泥(POC)混凝土抗硫酸盐腐蚀性能。结果表明:干湿循环前期,混凝土的质量缓慢增加;后期,混凝土的质量损失比较明显。在干湿循环的环境下,BMSC混凝土的E_(rd)变化包括以下4阶段:上升段,缓慢下降段,线性上升段,加速下降段;POC混凝土的E_(rd)随着干湿循环次数的增加,呈现先升高后下降的趋势。同等条件下,BMSC混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能优于POC混凝土;掺加粉煤灰有利于提高BMSC混凝土的抗硫酸盐腐蚀能力。

粉煤灰和硅灰对白云石基碱式硫酸镁水泥影响的研究

在白云石基碱式硫酸镁水泥(DBMSC)中掺加不同掺量的粉煤灰、硅灰,并通过研究其凝结时间、力学性能、流动度、水泥放热速率、孔径分布等,结合XRD观察其水化产物组成,分析粉煤灰、硅灰对DBMSC的影响。试验结果表明,在DBMSC中掺加适量粉煤灰有助于提高其后期强度,改善胶砂流动度;适量硅灰有助于提高其早期强度,但对改善其胶砂流动度的效果不明显;粉煤灰和硅灰均对DBMSC具有缓凝作用,降低水泥水化热。

重钙粉、滑石粉掺合料对碱式硫酸镁水泥强度影响的研究

研究了重钙粉、滑石粉掺合料对碱式硫酸镁水泥抗压、抗折强度的影响。结果表明,掺入重钙粉对碱式硫酸镁水泥后期抗压强度影响不大甚至有所提高,但抗折强度降低;掺入滑石粉能大幅提高碱式硫酸镁水泥的抗折强度,但对抗压强度不利,高掺量则对抗压强度影响较小。正交试验结果进一步证实,重钙粉的掺量对碱式硫酸镁水泥的抗压强度影响显著,而滑石粉的掺量对抗折强度影响显著。结合SEM及XRD进行机理分析,发现重钙粉在碱式硫酸镁水泥体系中化学性质较稳定,晶体结构完整,方菱晶体的重钙粉填充在针状结晶之间,起到填充料、形成结构骨架的作用,使碱式硫酸镁水泥结构更加密实。这是掺入重钙粉依然能保持水泥抗压强度的主要原因。从掺加滑石粉碱式硫酸镁水泥体系中,可明显观察到滑石粉的晶体结构大都不完整,与碱式硫酸镁水泥相结合,生成了融合为一体的强度相,因此,滑石粉掺入碱式硫酸镁水泥中不仅起到填充料、形成结构骨架的作用,还参与或促进了碱式硫酸镁水泥的反应生成了517晶相,属于活性掺合料。这是滑石粉掺合料提高碱式硫酸镁水泥抗折强度的主要原因。

碱式硫酸镁水泥混凝土基本力学性能研究

为了研究碱式硫酸镁水泥混凝土的基本力学性能,利用普通混凝土力学性能试验方法,研究了混凝土立方体抗压强度(f_(cu))、轴心抗压强度(f_c)、劈裂抗拉强度(f_(sp))以及弹性模量(E_c)等基本力学参数。结果表明:(1)在一定范围内,碱式硫酸镁水泥混凝土立方体抗压强度随水灰比的降低而提高。(2)碱式硫酸镁水泥混凝土立方体抗压和劈裂抗拉强度、轴心抗压强度存在着线性关系。(3)碱式硫酸镁水泥混凝土具有更高的劈裂抗拉强度和轴心抗压强度,抗裂性能优异。(4)在C30~C60,碱式硫酸镁水泥混凝土的弹性模量随着抗压强度的增长而增长。高强时,弹性模量明显高于普通硅酸盐混凝土。碱式硫酸镁水泥混凝土在结构设计方面优于普通硅酸盐混凝土。

碱式硫酸镁水泥粘贴碳纤维布加固混凝土梁试验研究

为了探究碱式硫酸镁水泥外贴碳纤维布对混凝土梁加固效果的影响因素及可行性,制作6根混凝土梁,标准养护28 d后,利用不同的粘结材料对其中的5根进行外贴碳纤维布加固。之后进行3点弯曲试验,分别获得各试验梁的破坏形态、破坏荷载、变形情况及裂缝发展情况,以评价不同粘结材料的加固效果。结果表明:碱式硫酸镁水泥中,氧化镁与七水硫酸镁的摩尔比会对碳纤维布与梁体的粘结效果产生显著影响;在碱式硫酸镁水泥中掺入硅灰,对碳纤维布与梁体的粘结有一定的改善作用;此外,碱式硫酸镁水泥中氧化镁的活性也会对加固效果产生一定影响。利用碱式硫酸镁水泥外贴碳纤维布加固混凝土梁能有效提升其承载能力,通过调整胶凝材料组分,可获得与利用有机胶外贴碳纤维布加固相近的加固效果。