氧化钙-碳酸钠复合激发矿渣砂浆的自收缩机制

为探究氧化钙和碳酸钠复合激发矿渣对碱激发水泥自收缩的影响机制,采用氧化钙和碳酸钠(摩尔比1∶1)为复合激发剂制备碱矿渣砂浆(AM),研究复合激发剂Na_(2)O质量分数(CaO和Na_(2)CO_(3)反应生成的Na_(2)O质量与矿渣质量比,为2.5%、4.5%、6.5%和8.5%)对AM自收缩的影响;通过XRD、TG-DTG、MIP和NMR分析其水化产物与微观结构。结果表明:随着Na_(2)O质量分数的增加,激发剂反应耗水量增加,孔结构细化,孔隙压力增大;Al^(3+)对C-(A)-S-H中Si^(4+)的取代量增多导致Na^(+)的吸附量增多,C-(A)-S-H滑移增大;水化程度提高,水化产物数量增多,AM的自收缩增大。Na_(2)O质量分数为6.5%的AM为最优组,其力学性能高于普通硅酸盐水泥砂浆(OM),但由于较低的晶体含量和致密的孔结构,其自收缩大于OM。

基于响应面分析法的碱矿渣砂浆强度和收缩性能影响因素分析

研究了不同影响因素以及因素交互作用对碱矿渣砂浆的抗压强度和收缩性能的影响,通过设定膨胀剂掺量、减缩剂掺量、玄武岩纤维体积掺量等3个因素的不同水平,采用响应面分析法设计试验并建立抗压强度和干燥收缩的预测模型,并对优化结果进行试验验证。结果表明:模型失拟项不显著,试验数据与模型不相关程度不显著,模型可信,且试验的精确度和可信度高;3个因素对抗压强度的影响敏感程度为:膨胀剂>玄武岩纤维>减缩剂;3个因素对碱干燥收缩率的影响敏感程度为:减缩剂>膨胀剂>玄武岩纤维。对比模型最优化预测结果与验证试验结果发现,二者的抗压强度和干燥收缩率相对误差分别为2.2%和2.5%,说明使用响应面分析法进行理论分析获得的预测结果与碱矿渣砂浆的抗压强度和干燥收缩率实测结果相匹配。

白泥掺量对碱矿渣/白泥砂浆干燥收缩的影响

为了高效利用造纸工业固废白泥,以硅酸钾和碳酸钾为复合激发剂,白泥和矿渣为复合前驱体,研究不同白泥掺量对碱矿渣/白泥砂浆(ALM)干燥收缩的影响,并通过X射线衍射分析、热重-微商热重分析和压汞法解释其机理。结果表明:随着白泥掺量的增大,ALM的水化硅酸钙凝胶(C-(A-)S-H)量减少,类水滑石量保持不变,文石、球霰石和方解石量增多,凝胶孔(3.12~10 nm)和中孔(10~50 nm)减少,大孔(>50 nm)增加,ALM吸水率增大,水分损失率增大,名义晶胶比增大,ALM的抗压强度和干燥收缩降低。白泥掺量为20.0%的ALM具有较好的28 d抗压强度和较低的干燥收缩。

碱激发矿粉-硫铝酸盐水泥砂浆力学性能研究

硫铝酸盐水泥作为一种早强快硬型水泥,其后期强度发展缓慢,甚至会出现强度倒缩的问题,为此提出将矿粉和碱激发剂与硫铝酸盐水泥复合的方法,分别研究了不同掺量的碱激发剂以及不同取代率的矿粉对硫铝酸盐水泥砂浆力学性能和干缩性能的影响。结果表明:在水泥砂浆中添加适量的碱有利于强度发展,在碱与矿粉的协同作用下,水泥砂浆的各龄期强度均有提升,尤其是后期强度,28 d最高强度可达61.3 MPa。碱与矿粉的掺入不仅可以减少水泥的用量,而且矿粉取代水泥带来的强度损失问题也可以通过碱激发剂与矿粉在水化后期发生的二次反应来弥补,且体积稳定性良好。

粉煤灰对碱激发矿渣砂浆性能的影响研究

为了改善掺碱激发胶凝材料砂浆的性能,得到粉煤灰替代矿渣的较优掺量,文章在基础砂浆配合比中分别掺入0~30%的粉煤灰以取代矿渣,进行流动度、抗折强度、抗压强度的试验研究,并通过SEM、红外光谱分析试验,分析砂浆的微观结构及水化产物的组成成分。研究发现:粉煤灰取代量为15%时,砂浆的流动度最大,较基准组提升18.5%,其3 d、7 d、28 d的抗折强度分别提升了8.5%、2.9%、5.7%,3 d、7 d的折压比分别提升了40.1%、12.9%;随粉煤灰取代量的逐渐增加,砂浆的各龄期抗压强度逐渐降低;适当掺量的粉煤灰可以明显改善砂浆的流动度和抗折强度,但对其抗压强度的增强作用不明显,且长期性能仍有待进一步研究。经微观结构分析发现,粉煤灰的掺入不仅可以改善砂浆的内部孔结构,还可以使水化产物的品种减少、硅钙石类产物增加,从而使其结构致密,性能改善。

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.

Nano-SiO_(2)和镍渣掺量对碱矿渣砂浆强度和自收缩的影响

为改善碱矿渣砂浆自收缩大的缺陷,将Nano-SiO_(2)和镍渣掺入其中,研究两者掺量对抗折强度、抗压强度和自收缩的影响。研究结果表明:在镍渣掺量一定时,随着Nano-SiO_(2)掺量的增加强度值先提高后降低,掺量为1%时强度值最高,对强度的提高幅度也最大;当Nano-SiO_(2)掺量一定时,随着镍渣掺量的增加强度值逐渐降低,掺量为30%时强度降低幅度最小;当镍渣掺量为30%,随着Nano-SiO_(2)掺量的增加,自收缩值先降低后提高,掺量为1%时,自收缩值最小,对自收缩的降低幅度也最大;当Nano-SiO_(2)掺量为1%时,随着镍渣掺量的增加自收缩值逐渐降低,掺量为30%时降低幅度最大。

不锈钢渣掺量对碱矿渣-不锈钢渣砂浆抗裂性能的影响

将不锈钢渣应用于碱激发水泥,对其资源化利用起到了重要作用。采用氧化钙、碳酸钠和水玻璃作为复合激发剂,固定总碱当量为6%(即氧化钙+碳酸钠的碱当量为4%,水玻璃的碱当量为2%),研究不锈钢渣掺量(0%、10%、20%、30%和40%,即不锈钢渣与(矿渣+不锈钢渣)的质量比)对碱矿渣-不锈钢渣砂浆(ASLm)抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度、内钢环应变、环向拉应力和抗裂性能的影响,并通过抗裂评价指标A_(cr)(t)来表征ASLm的抗裂性能。研究发现:随着不锈钢渣掺量从0%增加到40%时,ASLm的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度、内钢环应变和环向拉应力均降低,抗裂性能先提高后降低;当不锈钢渣掺量为30%时,ASLm的A_(cr)(t)最大,即抗裂性能最优。

碱-矿渣水泥砂浆的干缩特性

从收缩可逆性的角度,通过测试标准干燥养护后再水养护的砂浆试件收缩值的变化情况,对碱-矿渣水泥砂浆的干缩特性进行了系统的研究。结果表明:碱-矿渣水泥砂浆的干缩明显大于同条件下普通水泥砂浆的干缩,水玻璃-矿渣水泥砂浆、NaOH-矿渣水泥砂浆14d干缩值分别为普通水泥砂浆的5.5倍和2.2倍;碱矿渣水泥砂浆干缩中绝大部分是不可逆的,标准干燥养护14d再水养护的水玻璃-矿渣水泥砂浆、NaOH-矿渣水泥砂浆不可逆收缩分别占总干缩的86%和68%。

碱矿渣水泥砂浆抗碳化性能研究

研究了碱当量(以氧化钠当量计)、水胶比和胶砂比对碱矿渣水泥砂浆抗碳化性能的影响,并与硅酸盐水泥砂浆进行了对比试验。结果表明:在相同水胶比条件下,碱矿渣水泥砂浆比硅酸盐水泥砂浆更易碳化,且水胶比越大,胶砂比越小,碳化越严重。在3%～6%范围内,随着碱当量的增加,碱矿渣水泥砂浆的碳化程度减小。扩展度相当时,水玻璃为碱组分的碱矿渣水泥砂浆的抗碳化能力强于硅酸盐水泥砂浆。

玄武岩纤维对碱矿渣水泥砂浆性能的影响

研究了不同掺量及长度的玄武岩纤维对碱矿渣水泥砂浆性能的影响。研究表明,6mm玄武岩纤维掺量为0.04%时,纤维可以改善砂浆的流动度,掺量为0.04%～0.2%时,随着纤维掺量的增加,砂浆的流动度降低。当掺入6 mm玄武岩纤维,掺量为0.07%时,砂浆的28 d抗压强度提高了7.1%,掺量为0.2%时,砂浆的28 d抗折强度增加了29%,砂浆的折压比提高了39%。当掺入12 mm玄武岩纤维,掺量为0.2%时,砂浆的28 d抗压、抗折强度分别提高了6.0%和34%,且其折压比提高了28%。因此,适当长径比、掺量的玄武岩纤维能改善碱矿渣水泥砂浆的工作性,提高其力学性能,并有效地改善砂浆的韧性。

碱矿渣陶粒混凝土砌块砌体受压本构关系

为考察碱矿渣陶粒混凝土砌块砌体的受压本构关系及基本力学性能,完成了126个用碱矿渣陶砂砂浆和碱矿渣陶粒混凝土砌块砌筑的砌体试件的轴心抗压试验。研究结果表明:当砌块抗压强度和砌筑砂浆抗压强度相同时,由于碱矿渣陶砂砂浆收缩大,该类砌体的峰值压应变、极限压应变均低于普通混凝土砌块砌体。建立了以砌体抗压强度、砌块抗压强度和砌筑砂浆抗压强度为自变量的这类新型砌体峰值压应变、极限压应变以及弹性模量计算公式。

聚丙烯纤维增强碱矿渣水泥砂浆性能的研究

研究了不同长度及掺量的聚丙烯纤维对碱矿渣水泥砂浆性能的影响。结果表明：6mm 和12mm 聚丙烯纤维掺量为0.04%~0.16%时，能提高碱矿渣水泥砂浆的流动度，改善碱矿渣砂浆的工作性，但随着纤维掺量的增加，流动度增加幅度减小。掺入6mm 聚丙烯纤维0.12%时，砂浆的早、后期抗压强度都有所降低，但28d 抗折强度提高25.5%，折压比提高33.3%；当掺入12mm 聚丙烯纤维0.12%时，28d 抗压、抗折强度分别增加11.8%和30.6%，且28d折压比提高25%。相比而言，在同等掺量时，掺入12mm 的聚丙烯纤维对碱矿渣水泥砂浆抗压、抗折强度的贡献优于掺入6mm 的聚丙烯纤维。

碱激发矿渣混凝土空心砌块砌体抗压强度试验

为考察碱激发矿渣陶粒混凝土空心砌块(alkali-activated slag ceramsite concrete hollow block,简称AASCHB)砌体的轴心受压性能,完成了由强度等级为MU7.5、MU10、MU15的AASCHB和强度等级为Mb20、Mb25、Mb30的碱激发矿渣陶砂砂浆(alkali-activated slag mortar with pottery sand,简称AASM)砌筑的36个砌块砌体试件的轴心受压试验.试验结果表明:AASCHB砌体的抗压强度随AASCHB抗压强度的增大而增大;而AASM抗压强度对砌体抗压强度的影响相对复杂.用AASCHB和AASM砌筑的砌块砌体轴心抗压强度试验值普遍低于按GB 50003—2011《砌体结构设计规范》砌体轴心抗压强度计算公式的预估值.在《砌体结构设计规范》砌体轴心抗压强度计算公式的基础上,通过引入AASM特性系数,调整砂浆强度影响修正系数,建立了以AASCHB抗压强度和AASM抗压强度为关键参数的这类新型砌块砌体的轴心抗压强度计算公式.

硫酸盐浸泡环境下CaO-Na_(2)CO_(3)激发矿渣砂浆性能退化及机理研究

以Na_(2)SO_(4)和MgSO_(4)溶液为侵蚀介质,研究了在浸泡环境下CaO-Na_(2)CO_(3)激发矿渣(CNS)砂浆和普通硅酸盐水泥(OPC)砂浆经硫酸盐侵蚀前后的抗折强度、抗压强度及不同深度处的SO^(2-)_(4)浓度,结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、压汞法(MIP)等测试方法分析了CNS砂浆和OPC砂浆的侵蚀产物及孔结构,对比讨论了Na_(2)SO_(4)和MgSO_(4)对CNS砂浆和OPC砂浆的侵蚀机理。结果表明:CNS砂浆的水化产物主要是低Ca/Si比的水化硅铝酸钙(C-A-S-H),不存在氢氧化钙,碳酸钙的填充作用使其孔结构优于OPC砂浆,并且在相同侵蚀环境下,CNS砂浆的抗硫酸盐侵蚀能力大于OPC砂浆;MgSO_(4)侵蚀环境下CNS砂浆的侵蚀产物主要是水镁石(腐蚀后期会带动试件表面的砂浆一起剥落)和无黏聚力的水化硅铝酸镁(M-A-S-H);与Na_(2)SO_(4)相比,MgSO_(4)对CNS砂浆的腐蚀性更强。

碱-盐复合激发煤气化粗渣的水泥胶砂强度特性

采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析了煤气化粗渣的微观结构、元素分布及物相组成;优选碱-盐复合激发剂,制备了掺煤气化粗渣水泥胶砂试件,分析了碱-盐激发剂对胶砂抗压、抗折强度的影响,并探讨了碱-盐激发下煤气化粗渣水泥胶凝硬化产物的微观结构和物相组成。结果表明:煤气化粗渣以层片状、不规则粒状颗粒居多,富含C、O、Si、Al、Ca、Fe等元素,存在火山灰活性的硅氧、铝氧或铝-硅-氧相;复合激发效果优于各自单掺的激发效果,其中掺硫酸钙与氢氧化钠组合激发效果最佳;激发剂有助于发挥煤气化粗渣的火山灰活性,促进煤气化粗渣水泥胶凝体系中水化产物的生成,提升了胶凝材料的结构强度。

含玻璃砂的高性能碱激发矿渣砂浆性能研究

采用玻璃砂代替部分细骨料制备碱激发矿渣(AAS)砂浆后,研究了玻璃砂含量(0%、10%、20%、30%,质量分数)对AAS砂浆抗压强度、抗折强度、干燥收缩、导热系数和碱-硅酸反应(ASR)膨胀率的影响,并通过扫描电子显微镜(SEM)对微观机理进行了分析。结果表明:掺10%~30%的玻璃砂能显著提高AAS砂浆的早期抗压强度,但会略微降低28 d抗压强度;AAS砂浆的抗折强度随玻璃砂掺量的增加先增大后减小,10%掺量时最有利于3 d抗折强度,20%掺量时最有利于28 d抗折强度;AAS砂浆的干燥收缩、导热系数和ASR膨胀率均随玻璃砂掺量的增加而减小,与对照组相比,掺30%玻璃砂的AAS砂浆导热系数降低14.4%,56 d干燥收缩率降低27.6%,14 d ASR膨胀率降低39.6%,28 d ASR膨胀率降低34.5%;SEM分析发现玻璃砂表面有水化产物生成,其与胶凝材料的结合比石英砂更紧密,使AAS砂浆的微观结构更加致密。

碱激发矿渣陶砂砂浆砌筑的砌体弯曲受拉性能试验

为研究碱激发矿渣陶粒混凝土空心砌块(alkali-activated slag ceramsite concrete hollow block,简称AASCHB)砌体的弯曲受拉性能,完成了108个用Mb25～Mb90碱激发矿渣陶砂砂浆(alkali-activated slag mortar with pottery sand,简称AASM)砌筑的AASCHB砌体的弯曲受拉性能试验.试验结果表明:GB 50003—2011表B.0.1-2中所给公式不能准确预估AASM砌筑的AASCHB砌体的弯曲抗拉强度,砂浆强度低于70.3 MPa时,沿通缝截面弯曲抗拉强度预估值偏高,砂浆强度介于70.3～91.9 MPa时,沿通缝截面弯曲抗拉强度预估值偏低;当砂浆强度低于46.2 MPa时,沿齿缝截面弯曲抗拉强度预估值偏高,砂浆强度介于46.2～91.9 MPa时,沿齿缝截面弯曲抗拉强度预估值偏低.同时发现AASCHB砌体弯曲抗拉强度不但与AASM的抗压强度有关,而且受水灰比、砂灰比、Na_2O含量和水玻璃模数的影响.基于试验结果,分别建立了AASCHB砌体沿通缝截面和沿齿缝截面弯曲抗拉强度的计算公式.

苛性碱对碱矿渣水泥砂浆抗压强度和抗折强度的影响

以NaOH和KOH为激发剂,研究苛性碱掺量不同时,碱矿渣水泥砂浆(ASM)3、7、28、90 d的抗压强度和抗折强度.采用压汞仪测试其净浆试件的孔结构;采用场发射扫描电子显微镜观察其砂浆试件的微观形貌.研究表明,ASM的抗压强度和抗折强度随着苛性碱掺量的增大,呈先上升后下降的变化规律.水胶比为0.4时,NaOH的最佳掺量(以Na 2O质量计)为矿渣质量的6%;KOH的最佳掺量(以K 2O质量计)为矿渣质量的4%.当激发剂掺量均为最佳掺量时,KOH作为激发剂的ASM的90 d龄期抗压强度和抗折强度分别比NaOH作为激发剂的ASM的90 d抗压强度和抗折强度高16.48%和12.65%.与采用NaOH作为激发剂的ASM相比,采用KOH作为激发剂的ASM的成本更低,性价比更高.

粉煤灰-矿渣基地聚合物砂浆凝结时间及力学性能试验研究

采用低钙粉煤灰为硅铝质原料,研究矿渣取代率、碱激发剂浓度和水胶比对地聚合物砂浆凝结时间和力学性能的影响,结合SEM-EDS和XRD等分析了粉煤灰地聚合物的微观形貌和物相组成,并对其凝结固化机理进行研究。结果表明:随着碱激发剂浓度的增大,砂浆的初凝时间逐渐延长、终凝时间逐渐缩短,抗压、抗折强度呈先提高后降低的趋势;随着矿渣掺量增加,砂浆的凝结时间大幅度缩短,抗压强度显著提高。随着水胶比的增大,砂浆的凝结时间逐渐延长,强度逐渐降低。SEM结果显示:矿渣的取代率越大,试样的微观结构越致密;碱激发剂浓度过高或过低都会使材料的微观结构变得疏松,强度降低。