加速碳化条件下不同养护制度对碱矿渣混凝土钢筋锈蚀的影响

研究了加速碳化环境(CO_(2)浓度为20%)下,标准养护、饱和Ca(OH)_(2)溶液养护和蒸压养护对CaO+Na_(2)CO_(3)为激发剂的碱矿渣混凝土(CNC)中钢筋锈蚀的影响。结果表明,与标准养护相比,饱和Ca(OH)_(2)溶液养护不改变CNC的水化产物,但使其早期水化更加充分,因此平均孔径减小;蒸压养护使CNC水化产物由C-S-H凝胶转化为水榴石与11-?型的托勃莫来石,平均孔径和总孔隙率显著减小。在相同的加速碳化龄期下,与标准养护相比,饱和Ca(OH)_(2)溶液养护和蒸压养护的CNC碳化深度降低、CNC中钢筋发生高概率锈蚀时间延缓、钢筋失重率下降。与相同养护条件下的普通硅酸盐混凝土相比,标准养护和饱和Ca(OH)_(2)溶液养护的CNC中钢筋抗锈蚀能力远小于普通硅酸盐混凝土,而蒸压养护的CNC中钢筋抗锈蚀能力大于普通硅酸盐混凝土。

碳酸钙晶须对碱矿渣胶凝材料的减缩增强作用

针对碱矿渣胶凝材料易收缩开裂等问题,采用一种新型微米级纤维——碳酸钙晶须对碱矿渣胶凝材料进行减缩增强,研究了碳酸钙晶须掺量对碱矿渣胶凝材料流变性能、抗压强度和干燥收缩的影响,并探究其显微增强机理.结果表明:微米级碳酸钙晶须的掺入对碱矿渣胶凝材料流动性影响较小,当碳酸钙晶须掺量为3%时,其新拌浆体塑性黏度为12.33 Pa·s,较未掺碳酸钙晶须的对照组仅增长14.48%,其硬化浆体28 d抗压强度可达105.8 MPa;碱矿渣胶凝材料的干燥收缩率随着碳酸钙晶须掺量的增加而降低,当碳酸钙晶须掺量为5%时,其28 d干燥收缩率仅有0.87%,较未掺碳酸钙晶须的对照组降低32.56%;碳酸钙晶须与基体紧密结合,在基体受力破坏时分散其所受应力,提升了碱矿渣胶凝材料的力学性能;碳酸钙晶须在体系内部的桥接作用能够有效延缓碱矿渣胶凝材料微裂纹的形成与扩展,在一定程度上遏制了宏观裂纹的发展.

碱矿渣水泥早期反应产物微观结构演化过程

利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、27Al和29Si魔角旋转固体核磁共振(MAS NMR)以及1H-29Si魔角旋转交叉极化固体核磁共振(1H-29Si CPMAS NMR)研究了NaOH激发碱矿渣水泥早期反应产物的演变过程.结果表明:碱矿渣水泥在3~28 d龄期内均能观察到水化硅铝酸钙凝胶(C-A-S-H)、水滑石和单硫型水化硫铝酸钙(AFm),凝胶产物由复杂的端链硅氧四面体(Q^(1))、链状硅氧四面体(Q^(2))和Al取代的链状硅氧四面体(Q^(2)(1Al))或层状硅氧四面体(Q^(3)(1Al))构成,相对反应程度随龄期延长而增大;随着24 h内早期反应的进行,矿渣水化程度提高,铝硅比增大,铝氧四面体桥氧结构占比增大;矿渣铝氧多面体经历结构解聚、水滑石与AFm层状晶体的形成和Q^(2)(1Al)的形成过程;反应早期24 h内Q^(2)(1Al)迅速发展,水分子与硅氧四面体骨架交联,化学结合水形成,未发现聚合度更大的层状硅氧四面体(Q^(3))和Q^(3)(1Al)结构,因此0~24 h为C-A-S-H低聚态凝胶形成阶段.

含生活垃圾焚烧炉渣的碱矿渣水泥耐高温机理

为探究生活垃圾焚烧炉渣(MSWI-BA)对碱矿渣净浆耐高温性能的影响机理,将6%的矿渣等质量替换为MSWI-BA,制备碱矿渣水泥净浆(AASBp),研究不同温度对AASBp的质量损失率、干燥收缩率和强度的影响.以普通硅酸盐水泥净浆作为对照组,结合多种微观手段,揭示AASBp的耐高温机理,并与未掺MSWI-BA的碱矿渣水泥(AASp)进行对比.结果表明:随着温度的升高,AASBp中水化硅铝酸钙的钙硅比(C/S)先降低后升高;在400℃时,水化硅铝酸钙的聚合度最高,C/S最低;Al—O键在600℃断裂,而Si—O键在1000℃断裂;MSWI-BA可提高基体孔隙的连通性,高温处理后孔隙压力得到释放,因此AASBp比AASp具有更高的归一化抗压强度和耐高温性能.

碱矿渣再生混凝土单轴受压应力-应变关系研究

为获取碱矿渣再生混凝土(AASRAC)的力学性能参数,对18个混凝土试件进行单轴受压试验,分析再生骨料取代率对受压应力-应变全曲线的影响,并建立AASRAC单轴受压应力-应变曲线全曲线方程。研究结果表明,AASRAC试件均呈现明显脆性破坏特征,随着再生骨料取代率增大,混凝土峰值强度、弹性模量呈现先小幅增加后降低的趋势。由于碱性激发基体更为致密的孔隙结构以及再生骨料中未水化水泥颗粒在碱激发剂作用下的二次水化作用,当再生骨料取代率为75%时,AASRAC的抗压强度与未掺组强度基本相同。所建立的应力-应变关系方程的计算结果与试验结果吻合良好,该曲线方程能够较好地预测AASRAC在单轴受压荷载下的力学性能参数。

钢纤维碱矿渣混凝土梁受弯分形特性试验研究

为研究不同钢纤维掺量对碱矿渣混凝土梁表面裂缝的扩展规律的影响,制作了8根不同钢纤维掺量的碱矿渣混凝土简支梁,测试并描绘试验梁在荷载作用下的裂缝发展、分布情况,并采用分形理论对梁表面裂缝情况进行分析。结果显示:表面裂缝呈现出自相似性,有明显的分形特征,试验梁表面裂缝的分形维数范围在1.291~1.154之间;分形维数与试验荷载间呈线性关系,钢纤维掺量越多,分形维数降低;分形维数和挠度为二次增加关系,随着钢纤维体积掺量的增大,分形维数和跨中挠度关系曲线的上升速率逐步降低。

水玻璃模数对碱矿渣砂浆抗压强度及微观影响

为探讨水玻璃模数对碱-矿渣砂浆凝结时间、抗压强度和水化产物的影响,借助X射线衍射仪和扫描电镜对碱-矿渣砂浆物相组成与微观结构形貌进行表征。结果表明:模数在1.0~2.0时,随模数的增加,碱-矿渣砂浆的凝结时间呈先减后增的趋势,抗压强度呈先增后减趋势。其中水玻璃模数为1.4时,碱-矿渣砂浆的初终凝凝结时间最小,分别为28、38 min, 28 d抗压强度最大为85.6 MPa。由微观分析可知,碱-矿渣砂浆的水化产物为C-(A)-S-H凝胶,且模数为1.4时,碱-矿渣砂浆生成的水化产物较多,微观结构形貌结构致密。

有机膦酸盐对碱矿渣胶凝材料铅离子固化性能的提升作用

有机膦酸盐是一种极强的金属螯合剂,在溶液环境中可有效固化重金属离子。然而,目前关于有机膦酸盐改性水泥基材料重金属离子固化性能的研究较少。本工作研究了羟基乙叉二膦酸四钠(HEDP-4Na)和温、湿度交替变化的养护环境对碱矿渣胶凝材料(Alkali-activated slag-based materials,AASM)铅离子固化性能的影响,并分析了其物相组成、孔隙结构和微观形貌。结果显示:HEDP-4Na显著提升了AASM的铅离子固化性能,当其掺量为0.3%时,标准养护至28 d的AASM铅离子浸出浓度相比未掺入HEDP-4Na的对照组降低了34.6%,这与HEDP-4Na促进了AASM低钙硅比水化产物的生成,提升了水化产物吸附、封裹铅离子并形成C-Pb-S-H的能力,改善了其微观孔隙结构有关;温、湿度交替变化养护环境下,AASM的劣化加速,导致其铅离子固化性能下降,但掺HEDP-4Na的AASM铅离子浸出浓度仍显著低于未掺入HEDP-4Na的对照组。温、湿度交替变化养护时铅离子固化性能下降主要与AASM水化产物的生成受抑制,以及基体孔隙率的提高有关。

碱矿渣泡沫混凝土组分优化及孔结构特征研究

以碱激发矿渣为胶凝材料,研究了不同硅灰掺量、PVA纤维和胶粉掺量对AAS泡沫混凝土固化沉降率、强度和干密度、吸水率的影响,得出各组分的最佳掺量,并对不同泡沫掺量下AAS泡沫混凝土孔结构特征进行研究。结果表明:(1)适量掺入硅灰可以降低干密度和吸水率,适量的PVA纤维和胶粉对固化沉降率和强度有利,最佳硅灰掺量为4%,PVA纤维掺量为0.8%,PVA胶粉掺量0.6%。(2)当泡沫掺量为3.5L/kg时,制备得AAS泡沫混凝土固化沉降率约为4.3%,强度约为3.6Mpa,干密度约为650kg/m^(3),吸水率为43%。(3)不同泡沫掺量下AAS泡沫混凝土平均孔径主要集中于97~186 um之间,孔平均圆度介于1.53~1.75之间,合理的泡沫掺量为3~5L/kg。

氯化钡对高延性碱矿渣复合材料力学性能的影响

通过开展单轴拉伸与抗压力学性能试验,系统探究了Ba Cl_(2)对高延性碱矿渣复合材料(HDASC)力学性能的影响.结果表明:当Ba Cl_(2)掺量为3.0%时,HDASC的凝结时间延长至109 min;HDASC的初裂强度、抗拉强度及抗压强度随着Ba Cl_(2)掺量的增加逐渐降低,尤其是Ba Cl_(2)掺量为3.0%时,HDASC强度的下降率高达50.0%,但其拉伸应变基本维持在6.24%~9.66%的高延性区间;Ba Cl_(2)的掺入使得HDASC的水化程度逐渐降低、孔隙数目增多,降低了基体的密实度,削弱了纤维与基体的黏结.

MgO活性对碱矿渣砂浆抗碳化性能的影响

在碱矿渣砂浆(alkali-activated slag mortar,AASM)中掺入不同活性的MgO,研究其在加速碳化环境下的碳化深度和碳化后的抗压强度保留率.通过X射线衍射、热重法和压汞法等手段,研究AASM在碳化前后的水化产物和孔结构.试验结果表明,不同活性的MgO均可使AASM的碳化深度降低、抗压强度保留率提高;MgO活性越高,MgO在AASM中的反应越充分,CO_(2)向AASM内部的扩散速率越慢;类水滑石和未完全反应的MgO可以与CO_(2)发生反应,使碳化后的AASM保留更多的水化硅(铝)酸钙凝胶,其孔结构劣化程度更低,因而碳化后AASM的抗压强度和抗压强度保留率更高,碳化深度更小.

亚硝酸钙与富铝矿相协同调控碱矿渣氯离子固化能力研究

胶凝材料的氯离子固化能力是影响海工混凝土结构服役寿命的关键影响因素。选用亚硝酸钙作为额外钙相,偏高岭土或纳米氧化铝作为额外铝相,探究了钙相和铝相对碱矿渣胶凝材料水化产物、氯离子固化能力和宏观性能的影响。结果表明:亚硝酸钙和铝相的掺入有效促进了胶凝材料的化学反应和氯离子固化能力,胶凝材料的固氯量相较对照组提高了11.5%~34.8%;体系中的m(Ca)/m(Al)值对氯离子固化能力有重要影响,m(Ca)/m(Al)值的降低导致AFm相、C-(A)-S-H凝胶等产物生成量增加;亚硝酸钙的掺量存在极值,若掺量过高会对材料强度造成不利影响,但纳米氧化铝的加入可在一定程度上弥补这一缺陷。

纤维增强碱矿渣轻骨料混凝土宏细观力学性能

对碱矿渣轻骨料混凝土(AAS-LWAC)的宏观力学性能及微观结构特征进行了研究。设计并完成了54个AAS-LWAC试件,研究了轻骨料种类及纤维类别对AAS-LWAC抗压强度、劈裂抗拉强度及抗折强度影响规律,分析了微观结构对宏观力学性能影响。研究结果表明:相比页岩陶粒及黏土陶粒,以粉煤灰陶粒为粗骨料的AAS-LWAC整体力学性能更优;相比聚丙烯纤维及玄武岩纤维,掺入钢纤维可显著提高AAS-LWAC基本力学性能。相比未掺纤维混凝土,钢纤维掺量0.6%时AAS-LWAC抗压强度、劈裂抗拉强度及抗折强度分别提高35%、59%及42%。微观分析结果显示:玄武岩纤维相比聚丙烯纤维分散性差是导致玄武岩纤维碱矿渣轻骨料混凝土力学性能劣于聚丙烯纤维碱矿渣轻骨料混凝土的根本原因。

盐耦合侵蚀下碱矿渣水泥相演变的热力学模拟

推导了分别含氯离子和硫酸根的水滑石热力学参数,并采用热力学模拟研究了单一氯化钠或单一硫酸镁侵蚀,以及二者耦合侵蚀下碱矿渣水泥的相演变过程.结果表明:碱矿渣水泥在单一氯化钠侵蚀下生成Friedel盐,在单一硫酸镁侵蚀下生成单硫型水化硫铝酸钙(AFm)、钙矾石(AFt)、石膏、水化硅酸镁和含硫酸根水滑石;氯化钠与硫酸镁耦合侵蚀不仅具有单一氯化钠或单一硫酸镁侵蚀的特点,还显示出耦合效应,促使含氯离子水滑石生成,抑制Friedel盐和水化硅酸镁的生成;提高硫酸镁耦合比例会降低碱矿渣水泥固化氯离子的能力.

低密度碱矿渣发泡混凝土的制备及基本力学性能

采用化学发泡方法,以双氧水作为发泡剂,水玻璃作为激发剂,研究了激发剂初始温度、催化剂掺量、稳泡剂种类、孔结构对碱矿渣发泡混凝土基本力学性能的影响。结果表明,通过调控激发剂初始温度和催化剂掺量可以使气体的产生速率和浆体的凝结硬化达到一个较好的平衡,配合加入合适的稳泡剂能成功制备出密度约为250 kg/m 3且内部结构良好的碱矿渣发泡混凝土。对比不同稳泡剂制备的同一密度等级下碱矿渣发泡混凝土的抗压强度,发现植物蛋白作稳泡剂制备碱矿渣发泡混凝土的性能最好。

氢氧化钙对碱矿渣材料硫酸盐结晶破坏的抑制机理

通过外观变化和质量损失的发展研究了Ca(OH)_(2)对碱矿渣材料硫酸盐结晶破坏的抑制效率,结合抗压强度、毛细孔隙率、X射线衍射、综合热分析和扫描电子显微镜,揭示了Ca(OH)_(2)对碱矿渣材料硫酸盐结晶破坏的抑制机理.结果表明:质量分数为5%的Ca(OH)_(2)使碱矿渣水泥石的微结构变得致密,降低其毛细孔隙率和毛细吸水系数,显著减小碱矿渣材料的硫酸盐结晶破坏;质量分数为10%的Ca(OH)_(2)使碱矿渣水泥石内部的微裂纹增多,毛细孔隙率和毛细吸水系数增大,对抑制硫酸盐结晶破坏不利.

碱矿渣水泥基材料的干燥收缩及减缩技术研究进展

碱矿渣(AAS)水泥是以矿渣为原料在激发剂作用下形成的具有高强、高耐久性、环保的胶凝材料,被认为是普通硅酸盐水泥的潜在替代品,但其较大的干燥收缩是制约其应用和推广的主要原因。如何通过合理有效的减缩技术将AAS水泥基材料的干燥收缩控制在合理范围内,是实际工程应用中需要解决的问题。本文系统地回顾了国内外学者关于减轻AAS水泥基材料干燥收缩技术的研究现状。然后,综述了纤维,外加剂,激发剂种类、掺量和模数,矿物掺合料,养护条件和内养护等对AAS水泥基材料干燥收缩的减缩效果。最后,提出了目前对AAS水泥基材料减缩研究中存在的不足以及后续的研究方向。

稳泡剂对低密度碱矿渣泡沫混凝土基本性能的影响

以双氧水为发泡剂,植物蛋白、茶皂素、硬脂酸钙为稳泡剂制备了密度低于250 kg/m^(3)的碱矿渣泡沫混凝土。研究了这3种稳泡剂单掺和复掺的稳泡能力,及对碱矿渣泡沫混凝土试件干密度、抗压强度、吸水率的影响,测试分析了具有代表性试件的孔结构参数。研究结果表明,单掺植物蛋白作稳泡剂制备的试件基本性能最优,植物蛋白复掺0.06%的硬脂酸钙后,同密度等级下的试件抗压强度提高到0.21 MPa,质量吸水率降低至56%。

碱矿渣泡沫混凝土研究进展

碱矿渣泡沫混凝土是一种以水淬矿渣为胶凝材料的新型泡沫混凝土,结合了传统泡沫混凝土和碱矿渣水泥的优势,不仅具有传统泡沫混凝土轻质、保温、吸声的特点,还具有节能、绿色、环保等新优点,符合绿色建材的发展理念。对比碱矿渣泡沫混凝土与传统泡沫混凝土的性能,研究基本配比参数对碱矿渣泡沫混凝土的影响,外加掺合料对碱矿渣泡沫混凝土的影响,孔结构对碱矿渣泡沫混凝土的影响,从制备方法、发泡剂、配比参数、掺合料、孔结构几个方面对碱矿渣泡沫混凝土的研究进展情况进行综述,并对其未来的发展方向进行展望。

碱矿渣固化土性能试验研究

研究了碱矿渣固化土的强度、抗氯离子侵蚀和硫酸盐侵蚀性能,通过EIS、孔隙率、XRD和SEM分析了碱矿渣固化土的微观特征和作用机理,并与水泥固化土进行了对比。结果表明:碱当量为7%时碱矿渣固化效果最佳;碱矿渣固化土早期强度发展较慢,而后期发展较快,远高于水泥固化土的强度;随着碱矿渣掺量的增加,碱矿渣固化土的抗氯离子和硫酸根离子侵蚀性能远高于水泥固化土;碱矿渣固化土的阻抗随着龄期的延长逐渐增大,但随碱矿渣掺量的增加先增大后减小;碱矿渣与土体发生化学反应生成CS-H和C-A-H等水化产物,孔隙率减小,耐久性提高。