高抗折矿渣硫铝酸盐水泥混凝土抗疲劳性能研究

传统水泥混凝土公路路面面临的主要问题是路面易开裂劣化和抗疲劳性能较差,这些问题大大缩短了路面的使用寿命,严重制约了水泥混凝土路面的发展和推广应用。矿渣硫铝酸盐水泥(Slag-Calcium Sulfoaluminate Cement,S-CSA)是一种具有高抗折强度的新型胶凝材料,利用该水泥制备的混凝土路面具有解决现有路面抗疲劳性能差的潜力。通过三点弯曲疲劳试验和声发射试验,对比分析了高抗折S-CSA混凝土和普通硅酸盐水泥(Ordinary Portland Cement,OPC)混凝土的抗疲劳性能。研究结果表明:相同荷载作用下,高抗折S-CSA混凝土粗骨料断裂数量更多;不同强度等级下,高抗折S-CSA混凝土的疲劳寿命均高于OPC混凝土,且提升幅度随着强度等级的提高而显著增加,最高可达到约7.2倍;钙矾石的生成有效改善了界面过渡区,从而提升了高抗折S-CSA混凝土的抗疲劳性能。

大掺量掺合料对硫铝酸盐水泥性能的影响研究

基于海洋环境,针对硫铝酸盐水泥因成本高而应用受限的问题,研究了大掺量矿粉和粉煤灰对CSA基材料抗压强度和氯离子扩散系数的影响。结果表明,添加矿物掺合料显著降低了CSA基砂浆的抗压强度,但优化矿粉(GBFS)与粉煤灰(FA)的组成(3:2)有利于提高CSA-GBFS-FS复合体系的强度;大掺量矿物掺合料的加入明显降低了CSA的水化热;复合体系的抗氯离子渗透性能较单掺体系的有所降低,但各组差别不大。与纯CSA相比,复合体系钙矾石生成量较单掺体系的明显增加;优化GBFS和FA的组成能改善胶凝体系的粒径分布,提高体系的致密性,这是CSA-GBFS-FA基材料性能得以改善的重要原因。

利用粉煤灰、拜耳法赤泥制备贝利特硫铝酸盐水泥

以粉煤灰、拜耳法赤泥为原料制备贝利特硫铝酸盐水泥,研究赤泥掺入及掺入量变化对水泥熟料烧结温度、工作性能、力学性能的影响,借助XRD分析熟料的矿物组成及各矿物含量。结果表明:利用粉煤灰、拜耳法赤泥能制备出各项性能合格的贝利特硫铝酸盐水泥。赤泥的掺入能降低熟料的烧成温度,一定量赤泥的掺入能促进C4A3S矿物的形成,提高水泥的抗压强度。当掺入量超过8%(质量分数)时,会引起强度的下降。赤泥掺量为4%时,所制水泥的28 d抗压强度达到48.9 MPa。

贝利特-硫铝酸钙水泥制备及贝利特掺硼活化

采用粘土、铝矾土、碳酸钙为主要原料制备以贝利特(C2S)、硫铝酸钙(C4A3S-)和铁铝酸钙为主导矿物的水泥熟料(BCSAF),分析熟料矿物组成对水泥净浆抗压强度发展的影响,并通过硼(B)掺杂对贝利特矿物进行活化,研究其对于熟料烧成工艺及水化性能的作用机理.采用X射线衍射、扫描电子显微镜和差热-热重分析等测试方法表征熟料组成与结构.研究结果表明:C4A3S-有助于BCSAF水泥早期强度发展,而C2S主要影响BCSAF水泥的后期强度,铁铝酸钙有助于熟料烧成中的传质过程,但含量过高时,不利于获得具有较高水化活性的C2S.掺杂B可在常温下稳定α′-C2S,活化贝利特矿物,提高BCSAF水泥熟料早期水化活性,同时降低烧成反应温度,促进反应进行,减少硅铝酸钙(C2AS)过渡相的生成,而显著提高水泥3d抗压强度.

矿物掺合料对硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合体系凝结时间及强度的影响

目的研究硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复掺后的凝结时间及力学性能.方法分别测试不同硅酸盐水泥、矿物掺合料掺量下硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合体系的凝结时间及胶砂强度,并利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜进行矿物组成和结构分析.结果硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合体系的凝结时间随硅酸盐水泥掺量的增大先减小再增大,随掺合料掺量的增大先减小再增大.硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合体系的强度随着硅酸盐水泥的增加先减小后增大,硅酸盐水泥掺量为10%时,3d抗压强度减小10.67%;随着掺合料的增大而降低,掺合料掺量为40%时,矿粉、粉煤灰3 d抗压强度分别减小44.5%和47.9%.结论两种水泥复掺会缩短凝结时间,降低强度,水化产物减少,结构疏松;粉煤灰和矿粉的掺入会延长凝结时间,减小强度,水化产物减少.

碱对阿利特-硫铝酸盐水泥熟料矿物形成及水泥性能的影响

以石灰石、粉煤灰、粘土、石膏等为原料，研究了 K2O、 Na2O对阿利特－硫铝酸盐水泥熟料矿物形成及性能的影响。结果表明，少量碱能改善水泥生料的易烧性，促进 fCaO的吸收，过多的碱使 C4A3矿物难以形成；当碱掺加量约 1. 2％时， Na2O有利于 C3S矿物的形成，并提高水泥的早期强度，而 K2O则使 C3S的形成量减少，水泥的强度降低；掺加碱使水泥的凝结时间延长。

硫铝酸钡钙矿物的早期水化

利用水化热分析、环境扫描电镜和X射线衍射对2.75CaO·0.25BaO·3Al2O3·BaSO4(C2.75B1.25A3S)矿物的早期水化行为进行了研究。结果表明:C2.75B1.25A3S矿物水化放热速度迅速,早期水化反应剧烈。水化早期,水化产物均匀覆盖于熟料颗粒表面,至6h时,熟料颗粒周围形成大量的细针状水化产物晶体。水化至12h后,晶体逐渐长大,附着于熟料颗粒的四周并相互交织在一起,熟料颗粒表面的水化膜消失。C2.75B1.25A3S的早期水化过程在14h基本结束。

MgO对阿利特-硫铝酸盐水泥熟料矿物形成及性能影响的研究

研究了ＭｇＯ对阿利特－硫铝酸盐水泥熟料矿物形成及性能的影响。结果表明，含有适量的ＭｇＯ可改善生料的易烧性，促进ｆＣａＯ的吸收，促进Ｃ３Ｓ及Ｃ４Ａ３Ｓ两种主要矿物的形成，有利于其在熟料中的共存；适量的ＭｇＯ亦可提高水泥的强度；阿利特－硫铝酸盐水泥熟料中可允许有较高的ＭｇＯ存在，使高镁原料的利用成为可能。

CaF_2对阿利特-硫铝酸钡钙水泥合成及性能的影响

用化学纯试剂为原料，研究了CaF2对阿利特-硫铝酸钡钙水泥熟料矿物形成过程及水泥性能的影响。实验设计将具有早强性能的硫铝酸钡钙矿物引入到硅酸盐水泥熟料矿物体系中，并取代其中的GA矿相。实验表明：适量的CaF2能改善熟料的易烧性，促进f—CaO的吸收和熟料矿物的形成。CaF2质量掺量为0．5％～1％时，有利于提高水泥的早期力学性能。CaF2质量掺量超过1．5％时，生成氟铝酸盐C11A7·CaF2，且不利于C3S和硫铝酸钡钙矿物形成。XRD和SEM—EDS分析表明，在该矿物体系中，含有阿利特、贝利特和少量硫铝酸钡钙矿物。这说明硫铝酸钡钙矿物能够和硅酸盐水泥熟料矿物复合并共存。

以气态硫磺还原磷石膏作全钙源制备贝利特硫铝酸盐水泥

以气态硫磺还原磷石膏(PG)作为全钙源,采用分段煅烧制度制备了贝利特硫铝酸盐水泥,并采用X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪等研究了其矿物相组成与水化性能.结果表明:贝利特硫铝酸盐水泥的主要矿物相为Ca_(4)Al_(6)(SO_(4))O_(12)(C_(4)A_(3)S)、Ca_(2)SiO_(4)(β-C_(2)S)和Ca_(8)Fe_(4)Al_(4)O_(20)(C_(4)AF),同时含有少量的钙铝黄长石(C_(2)AS)和alpha'-Ca_(2)SiO_(4)·0.05Ca_(3)(PO_(4))2(α'-C_(2)S);随着煅烧温度和煅烧时间的增加,C_(4)A_(3)S的含量增加,但煅烧温度超过1300℃,煅烧时间超过90 min后会对C_(4)A_(3)S的形成产生不利的影响;过度煅烧熟料各龄期的强度都会降低,对其早期强度的发展产生了不利的影响,但对其后期强度的发展有利.

矿粉与粉煤灰对高贝利特硫铝酸盐水泥水化和强度的影响

掺加矿物掺合料是降低高贝利特硫铝酸盐水泥(HB-SAC)混凝土的生产成本并改善其凝结硬化性能的有效措施。研究了水灰比为0.5时,矿粉(MP)、粉煤灰(FA)对高贝利特硫铝酸盐水泥抗压强度、砂浆流动度、标准稠度用水量、凝结时间的影响;并通过XRD、SEM对掺加不同矿物掺合料的高贝利特硫铝酸盐水泥净浆进行分析。结果表明:掺加矿物掺合料延长了高贝利特硫铝酸盐水泥的凝结时间;水泥浆体标准稠度用水量随矿物掺合料掺量的增加呈先减小后增大趋势,掺量为10%时达到最小值;掺加矿物掺合料后水泥砂浆流动度变大,粉煤灰对砂浆流动度的影响显著;当掺量从0增加至30%时,掺加矿粉抗压强度降低15.4%,掺加粉煤灰抗压强度降低27.6%;掺矿粉、粉煤灰后,水泥浆体中C-S-H凝胶数量增加,其他水化产物无明显变化。

利用高铝煤矸石和盐石膏低温烧制阿利特—硫铝酸盐水泥熟料的研究

实验室及工业性试验研究结果表明，利用高铝煤矸石和盐石膏等工业废渣，低温烧制的阿利特－硫铝酸盐水泥熟料，不仅使水泥具有凝结硬化快、早后期强度均高于硅酸盐水泥的特点，而且具有微膨胀和抗蚀性强的特性。文中对熟料率值和矿物组成算式进行了修正。通过分析认为，在实际生产中控制掺入生料中的石膏量较配方设计高出 20％左右，熟料中含量为 4％～ 6％；煅烧温度控制在 1250～ 1300℃。同时指出了影响水泥质量的工艺隐患。