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。

超高性能磷酸镁水泥混凝土的制备和力学性能研究

深入探讨超高性能镁磷水泥混凝土(UHPMPCC)中钢纤维掺量以及长径比等因素对其物理力学特性的影响,并详细阐述其增强原理和影响规律。试验证明,钢纤维的掺量和长径比在UHPMPCC的力学性能中起着关键作用。具体而言,引入25 mm的钢纤维能够提高其早期抗压强度,而13 mm的钢纤维则显著提升了其长期力学性能。具体而言,在13 mm钢纤维掺量为2.5%时,6 h抗压强度可超过60 MPa,抗折强度>25 MPa,并且经过28 d养护后,抗压强度可以达到120 MPa,抗折强度可以达到38 MPa。钢纤维的增强机制主要体现在其对UHPMPCC基体和钢纤维之间界面粘结的增强作用上。研究发现,UHPMPCC的MPC浆体呈酸性,可引起刻蚀,并在其内部形成鸟粪石等杂质。这些物质的存在可有效地改善UHPMPCC基体与钢纤维的界面粘结,从而改善其抗弯强度。

煅烧沸石粉对硫氧镁水泥耐水性的影响

为提高硫氧镁水泥(MOSC)的耐水性,以煅烧沸石粉为掺合料制备MOSC,研究了煅烧前后沸石粉对MOSC凝结时间、力学性能、耐水性、相组成、微观形貌和孔结构的影响.结果表明:掺入煅烧沸石粉提高了MOSC的力学性能,且煅烧前后的沸石粉均可在MOSC体系中反应形成水化硅酸镁(M-S-H)凝胶,降低了MOSC的总孔隙率,提高了MOSC的耐水性,但掺入煅烧沸石粉的MOSC耐水性更优;MOSC中掺入20%经200℃煅烧、升温速率15℃/min处理的沸石粉后,MOSC的耐水性最优,其28 d抗压和抗折强度保留系数分别可达0.91、0.95.

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.

粉煤灰掺量对轻烧氧化镁基制备3d打印用磷酸镁水泥性能的影响

以实现轻烧氧化镁为原料制备低碳磷酸镁水泥材料的3d打印为目标,采用自主研发的混搅挤功能一化建筑3d打印设备,探究了不同粉煤灰掺量对以轻烧氧化镁为基制备磷酸镁水泥材料性能与打印性能的影响规律,并结合XRD与SEM微观试验进一步分析粉煤灰对其水化产物及晶体样貌的影响。结果表明:与重烧氧化镁相比,由轻烧氧化镁制备磷酸镁水泥的凝结时间大幅缩短;粉煤灰的加入对材料凝结时间影响较小,均在2~3 min左右,但对抗压强度与界面粘结强度有负面影响,当粉煤灰掺量为磷酸镁水泥质量的30%时,抗压强度及界面粘结强度分别下降约34.24%、48.94%;粉煤灰掺量在20%以内时,可有效改善轻烧氧化镁基磷酸镁水泥材料的干缩率,提高体积稳定性;粉煤灰中的活性物质参与水化反应,生成的水化产物与磷酸镁水泥展现出良好的化学相容性,使结构内部更为密实;当粉煤灰掺量为20%~25%时,制备的3d打印用轻烧氧化镁基磷酸镁水泥具有良好的工作性能、体积稳定性能、挤出性能以及建造性能,且满足3d打印对水泥基材料的力学要求。

偏高岭土改性轻烧氧化镁基磷酸镁水泥的3D打印性能

本文采用自主研发的混搅挤功能一体化建筑3D打印设备,实现了轻烧氧化镁基磷酸镁水泥材料的3D打印,探究了不同掺量偏高岭土(MK)对3D打印轻烧氧化镁基磷酸镁水泥性能的影响规律,并结合XRD与SEM试验进一步分析MK掺量对3D打印轻烧氧化镁基磷酸镁水泥水化产物及晶体形貌的影响。结果表明:3D打印轻烧氧化镁基磷酸镁水泥的凝结时间与力学性能均随着MK掺量的增加呈先上升后下降的趋势;当MK取代氧化镁与磷酸二氢钾质量的4%~6%时,MK的加入有效改善了轻烧氧化镁基磷酸镁水泥浆体的打印性能,此时的轻烧氧化镁基磷酸镁水泥具有良好的挤出性能、建造性能与力学性能,能够满足3D打印应用要求;MK的加入不会改变轻烧氧化镁基磷酸镁水泥水化产物晶体的组成,但会产生大量无定形的非晶体水化产物,进一步填充水化产物与颗粒间的空隙,改善结构密实程度。

柠檬酸对硫氧镁水泥性能的影响

研究了柠檬酸对不同水灰比的硫氧镁水泥浆体性能的影响,柠檬酸的掺量分别为0.3%、0.5%、0.6%。测定了添加不同掺量的柠檬酸的硫氧镁水泥流动度、流变学参数、水化热、力学性能,并利用扫描电子显微镜(SEM)分析了硫氧镁水泥微观结构。结果表明:柠檬酸能够提高硫氧镁水泥的流动性,延缓硫氧镁水泥水化过程,改变硫氧镁水泥的流变参数,并且掺加柠檬酸可以改变硫氧镁水泥水化产物的组成。通过研究在90%的高湿度养护条件下柠檬酸掺量对抗压强度的影响发现,对于不同水灰比的硫氧镁水泥掺加柠檬酸的样品的抗压强度均可达到空白样品的2~3.5倍,说明柠檬酸的掺加能够显著提高硫氧镁水泥的耐水性,这对于其实际应用有重要的意义。

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。

磷酸镁水泥研究进展

磷酸镁水泥(MPC)具有凝结速度快,早期强度高,耐磨性高以及黏结性高等优点,使其在机场跑道、高速公路和市政道路的快速修补方面以及有害物质的固化等领域很受欢迎。但磷酸镁水泥水化极快,凝结时间非常短,导致工程施工无法进行。综述了磷酸镁水泥凝结时间受原材料、缓凝剂、掺合料、配合比等因素影响的新成果。其高脆性的特点限制了它的工程应用,对各种MPC基纤维复合材料的研究进展进行了梳理,讨论了磷酸镁水泥的发展前景。

粉煤灰改性磷酸镁水泥性能及机理分析

以粉煤灰、MgO和KH_(2)PO_(4)为原料制备磷酸镁水泥(MPC)。测定MPC在不同粉煤灰掺量下的抗压强度、抗折强度、凝结时间、孔隙率,并分析其微观结构。研究结果表明:MPC抗压强度随粉煤灰掺量的增加先升高后降低,掺量为20%时强度最大为34 MPa,抗折强度随粉煤灰掺量的增加而降低,韧性随粉煤灰掺量的增加而降低;粉煤灰改善了MPC孔结构,粉煤灰掺量为40%时MPC孔隙率降低了67.2%;粉煤灰延长了MPC凝结时间,粉煤灰掺量为40%时MPC凝结时间延长至13.7 min;随着粉煤灰掺量的增加水化产物MgKPO_(4)·6H_(2)O(MKP)生成量先增多后减少,粉煤灰掺量20%时MKP生成量最大。粉煤灰对MPC强度的影响主要取决于MKP生成量。

外加剂对硫氧镁水泥泡沫混凝土性能影响

该文研究磷酸三钠、葡萄糖、有机酸C、有机酸盐D四种外加剂复掺对硫氧镁水泥泡沫混凝土抗压强度和耐水性的影响。并采用XRD、SEM表征硫氧镁水泥泡沫混凝土试样的物相组成和微观结构。结果表明,适当掺量的四种外加剂都能提高硫氧镁水泥泡沫混凝土抗压强度及耐水性,有机酸C对硫氧镁水泥泡沫混凝土抗压强度影响较大,有机酸C掺量为0.6%时,试块28 d抗压强度达到1.91 MPa;磷酸三钠可以有效改善硫氧镁水泥泡沫混凝土耐水性,当磷酸三钠掺量0.6%时,试块软化系数达0.8;复掺外加剂试样强度与耐水性得到提升,其28 d抗压强度达到2.1 MPa,是不掺外加剂试样的1.58倍,其软化系数达0.92。

柠檬酸对竹屑-硫氧镁水泥物理性能的影响

硫氧镁(magnesium oxysulfate, MOS)水泥具有耐火性好、轻质、导热系数低和早强等优点,但其强度低,耐水性差。为了改善其性能,在MOS水泥中掺入竹屑和改性剂柠檬酸,研究了竹屑和柠檬酸对MOS水泥凝结时间、孔隙率、力学性能及耐水性的影响,并进行了X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)和电镜扫描(scanning electron microscope, SEM)。结果表明,竹屑的掺入缩短了MOS水泥凝结时间,增强了MOS水泥的力学性能和耐水性;柠檬酸的加入延长了竹屑-硫氧镁水泥(bamboo sawdust-MOS cement, BSMOSC)的水化诱导期,增长了水泥的凝结时间,并进一步提升了BSMOSC的力学性能和耐水性。竹屑和柠檬酸可分别作为填充剂和改性剂解决MOS水泥强度低、耐水性差的问题。

硅灰对磷酸镁水泥基注浆材料早期力学性能及微观结构的影响

利用硅灰作为矿物掺合料,研究硅灰对磷酸镁水泥基注浆材料(MPCG)早期力学性能及微观结构的影响。结果表明,MPCG的主要水化产物为K型鸟粪石(KMgPO4·6H2O),掺6%硅灰能减少基体内微裂纹的产生,使MPCG基体更致密,从而提高MPCG的早期抗压强度和耐水性,此时,在空气中养护7 d的抗压强度达到11.7 MPa。

P/M和W/C对磷酸镁水泥强度的影响分析

为探究磷镁比(P/M)及水灰比(W/C)对磷酸镁水泥强度的影响和作用机理,对其力学性能进行测试,并结合XRD、SEM和FT-IR等测试手段对其物相组成及微观形貌进行表征和分析。研究结果表明:W/C=0.15时,磷酸二氢钾掺量的降低会使磷酸镁水泥的各龄期抗压强度增强,P/M=1:4时其3 h强度超过30 MPa,而当掺量过高时,3 h强度低于20 MPa,其产物MgKPO_(4)·6H_(2)O(K-struvite)的生成量减少且试件存在开裂区域;W/C=0.25时,减少MgO的掺量可以提高磷酸镁水泥的强度,P/M=1:1.5时,3 h的抗压强度接近30 MPa,磷酸镁水泥的水化产物K-struvite形貌结晶完好且排列紧密。

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。

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。

粉煤灰对粉末3D打印磷酸镁水泥基材料耐水性能的影响

磷酸镁水泥基材料具有快硬早强的特点,适用于水泥基粉末3D打印技术。为解决粉末3D打印磷酸镁水泥耐水性能差的问题,本文开展了粉末3D打印磷酸镁水泥基材料耐水性能优化研究,研究了镁磷比对材料耐水性能的影响,优选了镁磷比(摩尔比,下同),探究了粉煤灰掺入对粉末3D打印磷酸镁水泥基材料打印性能和耐水性能的影响规律,并结合微观表征手段揭示了粉煤灰对材料耐水性能改善机理。结果表明:粉末3D打印磷酸镁水泥基材料在水养护条件下的抗压强度降低;随着镁磷比的增加,材料耐水性能相应提高;添加粉煤灰可有效提高粉床密度和打印精度,增加材料的水化产物生成量,使微观结构更加致密,提高其耐水性能;材料浸水28 d后掺入20%(质量分数)粉煤灰可使材料的抗压强度最大提高89.00%,这为改善粉末3D打印磷酸镁水泥基材料的耐水性能及拓展水泥基粉末3D打印技术的应用提供了有力支撑。

纤维增强磷酸钾镁水泥砂浆工作性、力学性能与韧性研究

为了改善磷酸钾镁水泥(MKPC)砂浆的脆性,研究了聚甲醛(POM)纤维的掺量(0~2.0%)对MKPC砂浆工作性、力学性能和韧性的影响,并进行了SEM分析。结果表明:随着POM纤维掺量的增加,砂浆的流动度和抗压强度均降低,抗折强度和折压比均先增大后减小,韧性提升;POM纤维在砂浆基体中主要发生拔出破坏,其桥连作用有效抑制了裂缝的产生和扩展。

基于正交试验的磷酸镁水泥配比及早期性能研究

基于正交试验的方法,分析了M/P、水胶比、粉煤灰掺量和微碳铬铁粉渣掺量对磷酸镁水泥(MPC)流动度、1 d和3 d抗压强度的影响规律,获得MPC的最佳配合比,并对其组成及微观结构进行了研究。结果表明:掺矿物掺合料的MPC的最优配合比为M/P=8、水胶比0.18、粉煤灰掺量为25%、微碳铬铁粉渣掺量为10%,其中水胶比是影响流动度的重要因素,M/P是影响抗压强度的重要因素;复掺粉煤灰和微碳铬铁粉渣的MPC的主要物相组成为未反应的MgO和MgKPO_(4)·6H_(2)O;矿物掺合料的掺入可以有效地密实MPC基体的内部结构,使其早期强度得到提高。