低热水泥掺量对混凝土绝热温升的影响

随着低热水泥在大体积混凝土中广泛应用,需进一步优化低热混凝土绝热温升性能,降低大体积混凝土的开裂风险。通过调整低热水泥掺量并结合混凝土力学性能和热学试验,研究了3种水泥掺量对混凝土绝热温升及其他热学与力学性能的影响。结果表明:低热水泥掺量对混凝土绝热温升的影响较为显著,与使用水泥掺量为450 kg/m^(3)的混凝土相比,水泥掺量为500 kg/m^(3)的混凝土28 d时最终温度增长23.7%;水泥掺量对低热水泥混凝土热学、力学性能的影响有限,采用高水泥掺量时可获得相对优异的力学性能,相较于水泥掺量为450 kg/m^(3)的混凝土,500 kg/m^(3)时导热系数和线膨胀系数方面有所提升,分别提高10.4%、1.9%,但比热方面略有降低,降幅约为2.3%。

养护温度对低热水泥混凝土早龄期导热系数影响

为研究低热水泥混凝土在实际温度环境下早龄期导热系数的演化规律,设计并开展了不同养护温度和水胶比条件下低热水泥水化热和导热系数试验,根据试验结果分析了养护温度对低热水泥混凝土导热系数的影响机理,并建立了考虑温度效应的导热系数预测模型。结果表明:高温养护提高了低热水泥早龄期水化热及放热速率,标准养护下水化度较高温养护存在“滞后”效应;导热系数随着养护温度增加呈现先增加后降低的趋势,水胶比越大,导热系数越低;提出的预测模型得到了试验验证,并发现不同养护温度下导热系数随着水化度的增加不断降低,当水化度为0.39~0.41时,导热系数出现临界峰值,为1.51~1.45 W/(m·K)。研究成果可为低热水泥混凝土早龄期温度场精确计算以及温控防裂提供参考。

低热水泥中石膏的作用机理研究

本文采用ＸＲＤ、压汞仪和力学性能测试等方法研究了低热水泥中石膏的品种和数量对强度、膨胀的影响机理，并分析了石膏掺量对水泥石孔结构的作用，结果表明：适宜的石膏品种和掺量可使水泥在强度满足要求的前提下，于规定的龄期内达到设计的膨胀值，并且可使水泥石孔隙减小、孔分布合理、结构致密。

两种低热与中热硅酸盐水泥混凝土热力学特性对比分析

结合白鹤滩水电站大坝主体混凝土,全面对比了2种低热与中热硅酸盐水泥混凝土的抗压强度、干缩率、自生体积变形和绝热温升等热、力学特性。研究结果表明:采用相同水胶比和粉煤灰掺量时,低热硅酸盐水泥混凝土的7,28 d龄期抗压强度、劈拉强度、极限拉伸值、抗压弹模均低于中热硅酸盐水泥混凝土,90 d龄期时2种水泥混凝土的强度基本相当,180 d龄期时低热硅酸盐水泥混凝土超过中热硅酸盐水泥混凝土;2种水泥混凝土的干缩率较接近,低热硅酸盐水泥混凝土的28 d绝热温升比中热硅酸盐水泥混凝土低2. 0～3. 5℃,2种水泥混凝土的自生体积变形均表现为微膨胀。综合比较认为,该低热硅酸盐水泥混凝土的抗裂性能优于中热硅酸盐水泥混凝土。

SiO_2微粉加入量对刚玉质超低水泥浇注料高温性能的影响

研究了SiO2微粉加入量为0、2%、4%、6%和8%时对刚玉质超低水泥浇注料的烧结性能、高温强度及抗热震性能的影响。结果表明:随着SiO2微粉加入量的增加,试样的烧结性能和抗热震性得到明显改善,在1400℃时的高温抗折强度也显著提高。讨论认为,试样高温性能提高的主要原因是SiO2 微粉与Al2O3 反应生成的莫来石穿插或弥散在刚玉颗粒形成的骨架结构的孔隙中起增韧作用。

高铝质耐磨浇注料的研制

试验采用特级矾土熟料作为基本原料,添加不同比例SiC粉制成低水泥浇注料,并对该浇注料的物理性能进行分析。结果表明:高铝质浇注料的耐磨性与铝酸钙水泥特性有关,并且耐磨性与浇注料中加入的减水剂有关;同时随SiC加入量的变化,高铝质耐磨浇注料的耐磨性在1100℃热处理后有波动,在1500℃热处理后耐磨性和热震稳定性有明显提高。

第二代新型干法水泥工艺用耐火材料的配置技术

围绕第二代新型干法水泥工艺要求耐火材料具有节能降耗、绿色环保、长寿高效的功能和特点,介绍了与之相适应的低导热多层复合莫来石砖、镁铁尖晶石砖、预制件、浇注料、火泥等耐火材料的性能及其在第二代新型干法水泥工艺的配置技术。

河南油田新庄、杨楼区块稠油热采井固井水泥浆

针对河南油田新庄、杨楼稠油热采井固井施工中存在的问题,通过对固井水泥石强度耐高温机理的分析、高强低密度水泥浆体系的研究及耐高温低密度水泥浆性能试验,筛选出了较为适宜的热采井固井水泥添加剂及其适用配比,设计出了耐高温高强低密度水泥浆配方。该配方具有低温早强、失水量低、水泥浆体稳定、水泥石致密、微触变等特点,较好地解决了水泥石高温下强度衰退和固井过程中水泥浆漏失的问题。

水热合成-低温煅烧活化低钙铝酸盐水泥的研究

采用Al2 O3和CaO为原料 ,在实验室常压下水热合成水化铝酸钙 ,然后低温煅烧制备活化低钙铝酸钙水泥。结果表明 :可制备以CA2 为主的低钙铝酸盐水泥 ,降低熟料烧成温度 ,产品较传统烧结法产品活性高。

耐高温低密度水泥浆的初步研究

研究了硅粉对低密度水泥浆热稳定性的影响,对配制低密度水泥浆用的减轻剂进行了优选。实验结果表明,硅粉能有效地提高低密度水泥浆的热稳定性,在密度为1.5g/cm^3的水泥浆中加入30％的硅粉,水泥石的强度可达18.1MPa;漂珠是耐高温低密度水泥浆的良好减轻剂,用漂珠在较小的水固比下就能配制出密度较低的水泥浆,有利于用硅粉提高水泥石的高温强度,并能代替部分硅粉的作用,有利于提高水泥石的低温强度。

高铝质耐磨浇注料的研制

采用特级矾土熟料作为基本原料,添加不同比例黑SiC粉制成低水泥浇注料,通过对浇注料的物理性能分析,结果表明:高铝质浇注料的耐磨性与铝酸钙水泥特性有关,并且耐磨性与浇注料中加入的减水剂有关,同时随SiC加入量变化,高铝质耐磨浇注料的耐磨性在1100℃热处理后有波动,在1500℃热处理后耐磨性和热震稳定性有明显提高。

水泥窑过渡带用低导热多层复合砖研究(Ⅰ):多层复合结构的设计

为减少水泥窑的过度散热和安全运行隐患,采用工作层(硅莫砖,厚0.140 m)、保温层(轻质莫来石,厚0.035 m)、隔热层(含ZrO_2的陶瓷纤维板,厚0.025 m)的3层复合设计方法,研究了低导热多层复合砖的保温层的结合界面方式和受力分析,并计算了该复合砖的综合热导率。结果表明:多层复合砖的工作层和保温层的结合界面采用正弦曲面结合方式,保温层和隔热层的结合界面采用135°坡形结合方式的设计,可使复合砖中间层(保温层)的应力集中较少;多层复合砖的综合热导率由原来使用非复合砖(即硅莫砖)的2.74 W·m^(-1)·K^(-1)降低到1.50 W·m^(-1)·K^(-1)。将该多层复合砖实际应用于水泥窑过渡带时,使水泥窑筒体外壳温度比采用非复合砖的降低了50~70℃。

大体积混凝土胶凝材料体系水化放热规律研究

为研究低热硅酸盐水泥与大掺量矿物掺合料胶凝材料体系间水化放热规律方面的差异,采用直接法测定两者的水化放热过程,根据计算出的水化放热曲线及水化速率曲线,分析了两者在水化放热规律方面的差异;并采用Krstulovic-Dabic模型3个时期的积分方程进一步对比分析两者在水化进程方面的差异。研究结果表明:试验方案中掺有矿粉的胶凝材料体系水化热前期低于低热硅酸盐水泥,而后期高于低热硅酸盐水泥;在水化放热规律方面,掺入一定掺量的矿物掺合料后,与低热硅酸盐水泥相比,初终凝时间延后,加速期与减速期延长;在结晶成核与晶体生长(NG)时期,n值越大,水化阻力越大,初凝时间相对推后,kNG值越大,水化速率越快,加速期越短,终凝时间相对提前,在相边界反应时期(I)与扩散时期(D),kI,kD越大,水化速率越快,减速期越长。研究结果为改善大体积混凝土的温度防裂性能提供参考。

水泥窑用煤燃烧动力学研究

采用热重分析法对南宁无烟煤在加入催化剂ZnO、NaClO4、Na2Cr2O7、Fe2O3和MnO2前后的燃烧动力学特性进行研究。结果表明,添加的5种催化剂都具有催化效果,但对煤燃烧动力学特性影响程度有所不同;催化剂Na2Cr2O7能改变燃烧反应机理,提高煤的燃烧速率,更有利于煤的完全燃烧;催化剂能够不同程度地降低煤燃烧的表观活化能,使煤的着火点降低;5种催化剂的催化效果依次为:Na2Cr2O7>NaClO4>ZnO>Fe2O3>MnO2。

低热水泥吸热储能材料研究

基于低热水泥吸热储能相变材料的作用原理,采用国标水泥水化热试验方法,分别对煤焦沥青、松香及石蜡3种相变材料进行了水化热和水泥石强度研究。研究表明,3种吸热储能相变材料中,松香与石蜡加入水泥浆中导致水泥石强度低于3.5 MPa,不能满足强度要求,而煤焦沥青水化的热温差为14.5℃左右,水泥石强度为4.8 MPa左右,符合低热水泥的标准,可以作为低热水泥外加剂。

高强塑性低密度水泥浆体系在叙利亚热采井中应用

叙利亚稠油油藏埋藏深度一般在500～2000m.地层特点以粗碎岩屑为主,具有砂砾岩颗粒组、分选差、泥质含量低、胶结疏松、高空隙度、高渗透等特点,其中O、T两个油田地层多易漏.针对这2个油田固井难点,设计热采井固井用低密度水泥浆体系,其API失水量低,防漏性能好,抗压强度发展快（24h,7MPa以上）,水泥石致密不收缩,高温下强度不衰退,稠化时间达到固井施工的要求.固井质量电测结果：全井封固质量优质,尤其是低密度封固段,水泥石强度满足射孔及采油要求.

白鹤滩水电站导流洞衬砌混凝土温控限裂技术研究

温度裂缝严重影响水工衬砌结构的耐久性和安全性。白鹤滩水电站导流洞导流任务重、使用时间长、尾水段与尾水洞结合为永久结构。为限制温度裂缝,使用低热水泥、预冷混凝土、通水冷却、冬季挂帘等综合温控措施,使混凝土裂缝大幅减少。通过统计现场监测数据及裂缝特征,论证了温控措施的合理性,分析了裂缝的一般规律。利用有限元法分析裂缝影响因素的敏感性,结果表明,大量裂缝出现在冬季昼夜温差变化较大时;低温季节当气温变化幅度较小,选择自然入仓也能满足温控要求;断面尺寸越小、分仓长度越短、分期施工对限制混凝土裂缝有利;围岩越完整,约束作用越强,衬砌混凝土开裂风险越大。研究成果可为类似工程提供参考和借鉴。

地热井高导热低密度固井材料制备、性能及结构

高导热低密度固井材料(HLC)能够有效解决中深层地热井井深易漏的固井难题,并能有效提高地热井地下换热效率。通过正交实验,基于层次分析法和矩阵分析法,综合考虑导热系数、48 h抗压强度、密度和成本4个指标,制备了可用于中深层地热井固井的HLC;通过实验测试了固井材料的各性能指标;利用SEM、XRD和MIP观测了HLC的微观结构,并分析了导热机理。结果表明,HLC配方为:55%水泥+9%石墨+25%石英粉+2%粉煤灰+2%硅灰+2%降失水剂+3%稳定剂+1.5%膨胀剂+0.5%缓凝剂,W/C=0.78;其各项性能指标均满足相关规范要求;石墨的加入改善了HLC的微观结构及孔径分布;导热机理符合导热路径理论。可为中深层地热井的固井施工和相似材料的制备研究提供借鉴。

乌东德大坝低热水泥混凝土温控防裂效果研究

鉴于目前国内高混凝土坝尚无全坝应用低热水泥的先例,结合混凝土性能特点,研究了乌东德大坝中热、低热水泥混凝土的温度控制标准、最高温度控制措施及大坝抗裂安全系数,并采用有限单元法仿真计算了典型坝段施工期温度场和温度应力场。结果表明,大坝在采用低热水泥混凝土后,最高温度明显降低,富裕度增大,同时抗裂安全系数可提高至2.0以上。结果为乌东德拱坝全面采用低热水泥混凝土提供了参考依据。

h-BN加入量对低水泥刚玉质浇注料性能的影响

为了提高低水泥刚玉质浇注料中温处理后的强度和抗热震性,在其配料中引入不同量的h-BN粉(其质量分数分别为0、0.5%、1%、1.5%和2%),经成型、养护、脱模、烘干、750℃热处理后,检测试样的体积密度、显气孔率、常温抗折强度、常温耐压强度、抗热震性,并进行XRD分析。结果表明:随着h-BN加入量的增加,750℃处理后试样的显气孔率有所减小,体积密度逐渐减小,常温耐压强度逐渐增大,常温抗折强度也呈增大趋势,抗热震性逐渐改善。可见,加入h-BN有助于提高低水泥刚玉质浇注料中温处理后强度和抗热震性。