小尺寸压蒸试件的MgO水泥基材料微观结构研究

为促进MgO混凝土的推广应用,采用汞孔隙率法和扫描电子显微镜法对小尺寸压蒸试件的MgO水泥基材料(水泥砂浆和一级配混凝土砂浆)的微观结构进行了研究。结果表明:随着试件尺寸的变化,MgO水泥基材料的平均孔径由大到小的排序为微试件、小试件、标准试件;无害孔和少害孔占比由大到小的排序为标准试件、小试件、微试件;MgO掺量相同时,随着粉煤灰掺量的增大,与小试件和微试件相比,标准试件的平均孔径最小,而无害孔和少害孔占比最大。

氧化镁复合水泥固化硫酸盐渍土的力学、膨胀性能及微观机理

硫酸盐(渍)土易引发溶陷、膨胀、腐蚀地基等岩土灾害,而水泥固化会导致膨胀性矿物——钙矾石的生成,造成硫酸盐土体膨胀、强度损失和耐久性降低。为了避免上述问题,采用氧化镁(MgO)部分替代水泥(即MgO复合水泥),用于固化处理硫酸盐土(即石膏土)。通过开展垂直膨胀、无侧限抗压强度(UCS)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和核磁共振(NMR)试验,研究MgO与水泥配比对固化土膨胀特性和力学性能的影响规律,并揭示MgO复合水泥(MgO-水泥)固化硫酸盐土的微观机理。试验结果表明:随着MgO与水泥配比增加,固化土的总膨胀率先减小后增大,而UCS总体呈现为先增大后减小。在微观机理方面,加入适量MgO可减少钙矾石生成;而加入过量MgO后,水化硅酸镁(MSH)的形成抑制了水化硅酸钙(CSH)形成,削弱了CSH的影响。综上,MgO∶水泥(MgO∶C)=0.5∶9.5是固化硫酸盐土较优的MgO与水泥配比。

养护方式对活性氧化镁水泥水化硬化性能的影响

活性氧化镁水泥(RMC)由MgO与水和CO_(2)反应而凝结硬化,是一种近年来备受关注的新型胶凝材料。RMC样品水化、碳化过程受养护方式和含水率影响显著,本文对比研究了标准养护((20±1)℃、95%相对湿度)、水养((20±1)℃)和碳化养护((20±3)℃、70%相对湿度、20%(体积分数)CO_(2))对水灰比为0.5、0.6、0.7的RMC的性能的影响,探究了其水化、碳化反应产物物相种类、含量及微观形貌特征。结果表明,在标准养护和水养条件下,反应3 d时各水灰比样品中MgO剩余含量为10%~15%(质量分数),反应14 d时MgO几乎没有剩余。当水灰比为0.6时,标准养护和水养14 d时净浆抗压强度分别为7.7和3.2 MPa。碳化养护下净浆强度优于标准养护和水养下净浆(3 d时三者抗压强度分别为16.19、0.42和0.43 MPa,14 d时分别为22.34、7.46和7.23 MPa);定量分析结果显示,各水灰比净浆碳化养护产物主要是MgCO_(3)·3H_(2)O,水灰比为0.6时,样品中MgCO_(3)·3H_(2)O生成量比水灰比为0.5和0.7样品高12.12%和11.29%,这些针棒状MgCO_(3)·3H_(2)O相互搭接形成致密结构是该样品宏观抗压强度最优的主要原因。

含MgO膨胀剂的水泥砂浆在恒温和变温养护制度下的限制膨胀率

温度对MgO膨胀剂在水泥基材料中补偿效果的影响至关重要。本文通过测试不同养护制度下水泥砂浆的限制膨胀率、水化产物矿物组成、产物形貌和分布以及MgO膨胀剂的水化程度,揭示了MgO膨胀剂在水泥基材料中的温度敏感性。结果表明,随着养护温度升高,含8%(质量分数)中速型MgO水泥砂浆的限制膨胀率显著增加,特别是在50℃养护条件下,其28 d限制膨胀率是25℃下的1.7倍。不同养护制度对MgO膨胀性的影响规律存在差异,在高温升-慢冷却的变温养护制度中,含快速型MgO的水泥砂浆限制膨胀率最大,且降温过程膨胀率降低趋势明显,而在低温升-快冷却的变温养护制度下,体系水化持续进行,MgO膨胀效果可持续发挥。此外,MgO在水泥净浆中的反应程度也随养护温度的升高而增加,为25%~65%,水化产物Mg(OH)_(2)主要以凝胶状态存在,但随着温度升高到50℃,部分凝胶状的Mg(OH)_(2)转化为片状晶体,从而进一步优化了水泥基材料的微观结构和膨胀性能。该研究为理解和优化MgO膨胀剂在水泥基材料中的应用提供参考。

轻烧氧化镁反应活性对水泥石变形敏感性的影响

本文以两种水化反应活性的轻烧氧化镁为研究对象,系统研究了掺两种不同活性氧化镁的水泥石在不同养护湿度和养护温度下变形的湿度敏感性和温度敏感性规律,以期为轻烧氧化镁在实际工程应用中水化活性的选择提供参考依据。结果表明:活性反应时间短、水化活性高轻烧氧化镁M75在水泥石中膨胀变形的湿度敏感性相对较大、温度敏感性较小;活性反应时间长、水化活性低的轻烧氧化镁M190在水泥石中膨胀变形的湿度敏感性相对较小、温度敏感性较大。

MgCl_(2)·6H_(2)O溶液对方镁石-镁铝尖晶石耐火材料性能的影响

以电熔镁砂和电熔镁铝尖晶石为原料,以18°Be’、24°Be’、30°Be’三种不同浓度的MgCl_(2)·6H_(2)O溶液和酚醛树脂为结合剂,制备方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。以酚醛树脂为对照组,通过研究MgCl_(2)·6H_(2)O溶液对材料常温抗折强度、常温耐压强度、烧结性能、抗热震性能的影响,探明MgCl_(2)·6H_(2)O溶液对材料的作用机理。结果表明,在常温下MgCl_(2)·6H_(2)O溶液能与镁砂反应生成氯氧镁水泥(MOC),MOC在微观下表现为交错互锁的晶须结构,使得耐火材料在干燥后具有非常高的机械强度。当热处理温度为1 700℃、溶液浓度为24°Be’时,材料的常温耐压强度达到79.1 MPa,相较于酚醛树脂提高了58.2%;当热处理温度为1 700℃、溶液浓度为18°Be’时,材料的显气孔率达到16.8%,相较于酚醛树脂降低了13.4%。MgCl_(2)·6H_(2)O溶液浓度的增加有利于提高材料的断裂韧性。MOC和Mg(OH)_(2)在烧成过程中会分解产生活性MgO,促进材料的烧结。此外,分解产生的活性MgO呈类球状,它们分散填充在镁砂颗粒内部裂隙处,形成微孔结构,有利于减缓热震时的热应力冲击。

水泥浆废水对MgO激发矿渣胶凝材料水化特性的影响

研究了水泥浆废水(以下简称CWw)等质量替代0、20.0%、25.0%、33.3%、50.0%的水对MgO激发矿渣胶凝材料(以下简称WAAS)水化特性的影响,并测试了其抗压强度和孔结构。结果表明:掺入CWw有效促进了WAAS的水化进程,且CWw掺量越大,WAAS的主要水化放热峰越显著,热失重量越大,水化产物生成量越多;随着CWw掺量的增加,WAAS的抗压强度先增大后减小,最佳掺量为33.3%;WAAS的累计孔隙率随着CWw掺量的增加而减小,微观结构更密实。

活性MgO碳化固化土的抗硫酸盐侵蚀性研究

既有研究表明,活性MgO固化土经CO_2碳化几小时后其强度能达到甚至超过28 d的水泥固化土强度,碳化反应生成镁的碳酸化合物能有效降低固化土的含水率和孔隙率,提高土颗粒胶结能力。通过室内试验进一步研究碳化固化土的抗硫酸盐侵蚀特性。采用硫酸钠溶液、硫酸镁溶液浸泡碳化固化土,对浸泡不同龄期后的碳化固化土进行无侧限抗压强度试验和微观测试(XRD,SEM和MIP),并与硫酸盐侵蚀后的水泥固化土进行试验对比。结果表明:活性MgO固化粉土碳化3 h,试样的无侧限抗压强度可达5MPa左右,经硫酸盐溶液浸泡28d后其强度基本保持不变,试样质量变化也不大;而水泥土试样的早期强度(7d)则有一定增长,随龄期增长,强度大大降低,质量则明显增长。通过对硫酸盐侵蚀前后的碳化土的微观机制分析,发现活性MgO碳化固化土中的镁碳酸化合物的化学成分并未发生明显变化,孔隙结构也未明显改变,从而保证其强度稳定。因此,活性MgO固化粉土碳化后具有比水泥固化土更强的抗硫酸盐侵蚀能力。

掺MgO膨胀剂水泥净浆变形性能研究

通过对含镁尾矿的处理,采用一定工艺制备了MgO膨胀剂,研究了不同煅烧温度下的MgO膨胀剂的膨胀性能,并进一步研究MgO膨胀剂的掺量和细度以及粉煤灰对不同养护条件下水泥净浆自由变形性能的影响。结果表明:煅烧温度1050℃时膨胀剂膨胀性能较好;水泥净浆的自由变形随掺量的增加和龄期的延长以及养护温度的升高而增大;在早期细度较小的膨胀剂具有较好的膨胀效果,而后期细度大的膨胀剂的膨胀效果高于细度小的膨胀剂;粉煤灰对膨胀剂早期膨胀和后期膨胀都有显著的抑制作用。

掺MgO膨胀剂水泥浆体膨胀机理研究述评

综述了氧化镁膨胀剂的研究起源、MgO水化膨胀机理的研究现状及养护温度、煅烧制度和水泥品种等对掺MgO膨胀剂水泥浆体膨胀性能的影响;并讨论了掺MgO膨胀剂水泥浆体的膨胀机理,认为目前理论的不足在于混淆了MgO在水泥浆体中的水化膨胀机理和掺MgO膨胀剂水泥浆体的膨胀机理两个概念,这严重影响了膨胀机理研究的进展和对实际工程的指导作用。只有掺MgO膨胀剂水泥浆体的膨胀机理对实际工程才具有较为全面的指导作用,而对该机理的研究则需要深入探讨水泥中MgO的水化膨胀机理及水泥浆体的特性对掺MgO膨胀剂水泥浆体膨胀性能的影响。

外掺MgO水泥基材料的微观结构研究

为了促进外掺MgO混凝土的推广应用,以压汞法和扫描电镜为检测手段,对压蒸后的外掺MgO水泥基材料的微观结构进行研究。研究结果表明,无论是哪种水泥基材料,掺入适量MgO后试件的孔隙结构均有所改善。但当MgO掺量超过极限掺量后,试件的孔隙结构劣化,微观结构出现裂纹。MgO水泥砂浆试件中掺入粉煤灰后孔隙结构得以优化,微观结构更加致密。粉煤灰的掺入不会改变MgO水泥基材料的膨胀变形规律,MgO掺量超过极限掺量后,结构仍然会因为MgO膨胀过大而破坏。

粉煤灰对氧化镁微膨胀水泥膨胀性能的影响及其机制

在氧化镁微膨胀水泥中掺入不同数量的粉煤灰,通过测定净浆膨胀以及分析水化产物和水泥石微结构,研究了粉煤灰对氧化镁微膨胀水泥膨胀性能的影响及其机制。结果表明:随着粉煤灰掺量的增加,水泥膨胀率减小,在掺量大于20%时,氧化镁膨胀几乎完全被抑制;粉煤灰使水泥石孔隙率增加、平均孔径降低,并分布大量的玻璃微珠;粉煤灰使水泥水化产物中CH减少。粉煤灰对氧化镁微膨胀水泥的膨胀性能的抑制作用,与粉煤灰使水泥石中细孔和玻璃微珠增加、水化产物中CH减少是一致的。为了更好理解粉煤灰对膨胀性能的影响机制,还提出了膨胀场理论。

纳米MgO对高强水泥基材料力学与收缩性能的影响

高强水泥基材料通常表现出收缩量大和容易开裂等问题,为此,采用纳米MgO制备高强水泥基材料,探析纳米MgO对高强水泥基材料力学性能和收缩性能的改性作用.结果表明:纳米MgO掺量越大,高强水泥基材料的初凝时间和终凝时间越短,终凝时间的缩短量相对较大,流动性降低.0.5%~4.0%纳米MgO能提高高强水泥基材料的抗折强度与抗压强度,且抗折强度约为抗压强度的1/5~1/7;掺量为1.0%时,抗折强度和抗压强度达到最大.干燥收缩与质量损失随纳米MgO掺量的增加不断降低;且两者之间存在呈线性关系.综上发现,纳米MgO能改性高强水泥基材料的和易性、力学性能和收缩性能.

掺MgO膨胀剂水泥浆体早期变形的拟合与分析

研究了不同温度(20、40℃水中养护)对掺MgO水泥净浆早期膨胀率与掺量相关性的影响,并对试件不同龄期的膨胀率进行了拟合分析。结果表明,MgO水泥净浆在40℃和20℃水养护时,其膨胀率与掺量都具有较好的线性相关性;试件在40℃和20℃水养护时,不同掺量MgO的水泥净浆的膨胀率满足不同的曲线函数,相关性均在0.97以上;试件在40℃水养护时,随着掺量的增加浆体早期膨胀速率较大,后期膨胀趋于缓和,20℃时的变化与之相反。

熟料氧化镁含量与冷却条件对氧化镁形态的影响

为研究熟料中氧化镁膨胀的本质,烧制含氧化镁熟料,其氧化镁含量从1.5%至9%,冷却条件为炉内慢冷、空气快冷和液氮急冷,采用化学方法(硝酸铵提取方镁石)对各熟料方镁石进行定量,通过XRD、SEM/EDS等手段分析熟料矿物组成、形貌及固溶情况,对熟料中氧化镁存在形态及机制进行讨论。结果表明:熟料中氧化镁含量提高,方镁石含量也随之提高,但氧化镁含量较高时,方镁石随氧化镁含量而增加的速率转慢;熟料冷却速度加快,方镁石含量减少,反之则增加。熟料中玻璃相是影响氧化镁形态的重要因素,氧化镁含量的增加以及冷却速度的加快,使熟料中玻璃体的含量增加,分布在玻璃体中的非晶态氧化镁比例增加,从而减少以方镁石存在的氧化镁比例。

菱镁矿煅烧制备高活性MgO工艺

主要对高活性MgO及镁基水泥的制备工艺进行研究。利用小库容回转炉煅烧菱镁矿制备轻烧MgO,通过柠檬酸显色法和修正水化法测定菱镁矿在不同条件下煅烧产物的活性,分析煅烧过程中煅烧温度、保温时间、升温速率等因素对煅烧产物活性的影响。再以煅烧产物轻烧MgO作为基本原料之一配制镁基水泥并制备水泥试块,探究镁基水泥的强度特性以及不同养护方式对其产生的影响。结果表明镁基水泥在标准养护条件下强度较低,但碳化养护可以很大程度提高镁基水泥的强度,达到普通硅酸盐水泥的强度水平。同时根据水泥试块在碳化养护过程中的增重情况,分析使用含高活性MgO的镁基水泥作为CO2捕集与封存材料的可行性。

氧化镁在不同水泥基中的水化和膨胀

本文探讨了MgO在硅酸盐水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥、碱-矿渣水泥、铝酸盐水泥、石膏矿渣水泥和硫铝酸盐水泥浆体中的膨胀特性,并借助于DTA-TG和XRD对MgO的水化现象进行了研究.结果表明,MgO在前四种水泥浆体中水化所产生的膨胀近似呈指数规律发展,而在铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥浆体中水化缓慢,膨胀较小,且不遵循指数规律;膨胀起因于Mg(OH)_2晶体的生成,浆体孔隙液的碱度促进MgO水化产生的膨胀;粉煤灰和矿渣能抑制膨胀;水中养护时,提高温度有利于膨胀.

不同活性氧化镁膨胀剂对水泥浆体变形的影响

采用X线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和N2吸附表征不同活性的氧化镁膨胀剂(MEA)粉体,并研究掺不同活性MEA水泥浆体在不同养护条件下的变形性能.结果表明:MEA颗粒是由MgO晶粒黏结组成,内部孔径的增大和比表面积的减小都导致MEA活性的降低.在20和30℃水养护条件下,掺高活性MEA水泥浆体的早期膨胀比较明显,后期膨胀增长趋势减小,掺低活性MEA水泥浆体的早期膨胀比较小,后期膨胀增长趋势较大;MEA的掺量越大,水泥浆体的膨胀率越大;养护温度越高,掺MEA水泥浆体产生的膨胀越早.MEA能减小水泥浆体的干燥收缩,但不能完全补偿水泥浆体的收缩.

高镁水泥制备及其膨胀性能

制备MgO质量分数分别为6%、9%、12%和15%的高镁水泥,通过扫描电镜(SEM)、扫描电镜/能谱联合仪(SEM/EDS)、X射线衍射(XRD)等检测方法和膨胀性试验分析MgO质量分数对熟料煅烧和净浆膨胀性能的影响.结果表明:随着MgO质量分数增加,熟料煅烧时液相量增加,熟料密实度提高.当熟料中MgO质量分数为12%时,养护温度由20℃增加到38℃,试件90d龄期膨胀率由0.120%增加到0.244%;38℃养护时,掺入35%粉煤灰的试件90d龄期膨胀率由0.244%降至0.070%.当MgO质量分数高于12%时,尽管存在粉煤灰的抑制作用,但高镁水泥依然能产生一定膨胀,可以有效地补偿混凝土的温降收缩.

Cr_2O_3及MgO对贝利特-硫铝酸钙水泥性能的影响

研究了Cr2O3、MgO共存时对贝利特－硫铝酸钙水泥生能的影响。结果表明，Cr2O3、MgO使C2S以高温型的α-C2S及α＇-C2S存在；同时掺加适量的Cr2O3、MgO有利于熟料矿物水化活性的提高，从而使各龄期强度显著提高。