碳纤维对纳米偏高岭土再生混凝土抗折强度及微观结构影响试验研究

为了充分利用再生混凝土资源,采用碳纤维对纳米偏高岭土再生混凝土抗折强度进行改性,以不同碳纤维和纳米偏高岭土掺量作为变量制备再生混凝土,结合压汞法及扫描电镜研究再生混凝土孔隙结构及微观形貌特征,分析碳纤维对纳米偏高岭土再生混凝土的改性机理。结果表明:碳纤维对再生混凝土抗折强度增强效果显著,在不同纳米偏高岭土掺量下,碳纤维适配掺量有所不同,当纳米偏高岭土掺量为7%、10%、12%时,碳纤维最佳掺量分别为0.1%、0.15%、0.2%,当纳米偏高岭土掺量为10%,碳纤维掺量为0.15%时,抗折强度达到最大值,较普通再生混凝土强度增幅为59.1%;碳纤维的掺入细化了再生混凝土内部的孔隙结构,使有害孔和多害孔的比例降低,少害孔的比例增加;碳纤维在再生混凝土内部起到承载及阻裂作用,纳米偏高岭土的填充效应以及火山灰活性增强了界面过渡区的粘接强度,使碳纤维更能发挥其作用,进而促进再生混凝土强度的提高。

纳米偏高岭土对铁尾矿砂再生混凝土氯离子渗透性能影响研究

为综合利用建筑固废,将铁尾矿砂(ITS)和再生粗骨料(RA)分别替代天然粗细骨料,同时将纳米偏高岭土(NMK)等质量替代水泥制作纳米偏高岭土增强铁尾矿砂-再生混凝土,进行氯离子渗透试验,探究纳米偏高岭土对铁尾矿砂-再生混凝土抗氯离子渗透性能的影响及改善机理。使用扫描电子显微镜(SEM)、压汞法(MIP)等分析纳米再生混凝土抗氯离子渗透性能,结果表明:(1)铁尾矿砂的掺入降低了再生混凝的抗氯离子渗透能力;(2)适配掺量的NMK能显著提高铁尾矿砂再生混凝土的抗氯离子渗透能力。

不同颗粒材料和氧化石墨烯对水泥净浆性能的影响

【目的】研究晶态和非晶态两种纳米二氧化硅和煤系偏高岭土(CMK)对氧化石墨烯(GO)在水泥净浆中的分散效果及其对水泥净浆性能的影响。【方法】使用紫外分光光度计(UV-vis)探究超声时间以及不同用量ANS和CNS对于GO在饱和氢氧化钙溶液中分散的影响。使用抗压强度结果表征不同颗粒材料对GO分散的影响。通过热重(TG)观测水化产物各物相的脱水、分解过程,并使用压汞法(MIP)分析掺加不同颗粒材料和GO对水泥净浆孔结构的影响。【结果】研究结果表明:非晶态纳米二氧化硅(ANS)、晶态纳米二氧化硅(CNS)的掺量分别为水泥质量的2%、1.5%时,对GO在饱和Ca(OH)_(2)溶液中分散的改善效果最好,同时对水泥净浆力学性能提高效果更好;当CMK掺量为水泥质量的4%时,CMK对GO在水泥净浆中的分散改善效果最好,对水泥净浆力学性能的提高最大;龄期为28 d时,复掺4%CMK和0.03%GO对水泥净浆抗折、抗压强度较参考样品分别提高了26.93%和30.41%。热重(TG)和压汞法(MIP)试验结果显示,CMK的二次水化不仅有效改善水泥净浆的孔结构并可以提高GO分散以及水化产物与GO之间的结合力,这是它能够有效提高水泥净浆力学性能的主要原因。

酸环境下纳米改性水泥基注浆材料耐蚀研究

研究了单掺纳米SiO_(2)、单掺纳米偏高岭土和复掺纳米SiO_(2)/纳米偏高岭土注浆材料抗酸侵蚀性能的影响。测试了不同龄期下不同试样体系的质量损失率和耐蚀系数,以及通过XRD和SEM微观实验分析探究了其作用机理。结果表明:引入适量纳米SiO_(2)的水泥浆体的耐硫酸侵蚀能力稍优于掺入纳米偏高岭土的水泥体系,且复掺体系的效果优于单掺。在水泥浆体系内引入纳米材料可有助于提升其工程应用性能,有效改善水泥基注浆材料的力学性能、耐久性及抗蚀性。

纳米偏高岭土对粉煤灰水泥砂浆强度及氯离子渗透性的影响

为探明纳米偏高岭土(NMK)对粉煤灰(FA)水泥砂浆流动度、强度及氯离子渗透性的影响,采用跳桌法测试粉煤灰-纳米偏高岭土(FA-NMK)水泥砂浆的流动度,利用快速氯离子迁移系数法(RCM法)测定其氯离子渗透系数;通过场发射扫描电镜(SEM)从微观尺度观测NMK对水化过程中FA水泥砂浆微观形貌的影响,依据砂浆内部微观形貌的演变过程揭示其宏观性能的发展规律。结果表明:NMK降低了FA砂浆的流动性,提高FA砂浆抗氯离子渗透性及抗压、抗折强度;SEM分析结果显示,NMK使粉煤灰砂浆内部水化产物增多,微观结构更加密实。

纳米偏高岭土对铁尾矿砂-再生混凝土抗压性能影响及微观结构分析

为综合利用固体废弃物,以再生粗骨料部分取代天然骨料、以铁尾矿砂部分取代天然砂分别作为粗、细骨料,同时以纳米偏高岭土(NMK)部分取代水泥作为胶凝材料制成铁尾矿砂-再生混凝土(IRC),进行立方体抗压强度试验,探究NMK对IRC抗压强度的影响。利用扫描电镜(SEM)及氮吸附法(BJH)研究再生混凝土微观结构的变化规律。研究结果表明:铁尾矿砂取代率的增加会提高再生混凝土强度变化率,且取代率越大,抗压强度变化率越高;适量掺入NMK可以提高再生混凝土的抗压强度,当NMK取代率为5%时,抗压强度最大;掺入适量的NMK可以通过促进二次水化反应生成大量的C-S-H凝胶,提高砂浆内部及砂浆与骨料之间的密实度,提升界面过渡区强度,优化内部孔隙结构,进而提升IRC的抗压强度。

亚硝酸钙与富铝矿相协同调控碱矿渣氯离子固化能力研究

胶凝材料的氯离子固化能力是影响海工混凝土结构服役寿命的关键影响因素。选用亚硝酸钙作为额外钙相,偏高岭土或纳米氧化铝作为额外铝相,探究了钙相和铝相对碱矿渣胶凝材料水化产物、氯离子固化能力和宏观性能的影响。结果表明:亚硝酸钙和铝相的掺入有效促进了胶凝材料的化学反应和氯离子固化能力,胶凝材料的固氯量相较对照组提高了11.5%~34.8%;体系中的m(Ca)/m(Al)值对氯离子固化能力有重要影响,m(Ca)/m(Al)值的降低导致AFm相、C-(A)-S-H凝胶等产物生成量增加;亚硝酸钙的掺量存在极值,若掺量过高会对材料强度造成不利影响,但纳米氧化铝的加入可在一定程度上弥补这一缺陷。

纳米偏高岭土及细骨料对UHPC力学性能的影响

采用优良的矿物掺和料和绿色细骨料取代部分水泥和石英砂的方式制备生态型超高性能混凝土(UHPC),可优化其性能并降低材料制备过程中的碳排放。目前尚缺乏对生态型UHPC材料的拉伸应变强化性能的研究。通过轴拉试验、抗压强度及工作性能测试,研究纳米偏高岭土掺量(0%、3%及6%)及细骨料类型(石英砂、河砂及机制砂)对UHPC力学性能的影响规律,并结合微观结构分析阐明纳米偏高岭土及机制砂对UHPC拉伸应变强化性能的影响机理。研究表明:纳米偏高岭土可提高钢纤维-UHPC基体界面的粘结性能,提升UHPC拉伸应变强化能力及钢纤维有效锚固恢复效率。机制砂可提高UHPC的开裂强度,使其拉伸应变强化能力提升受限;钢纤维拔出阶段机制砂不能提供有效的摩擦阻力,拔出的钢纤维表面沟槽不明显且粘连较少的基体碎渣,加快了UHPC的应变软化速率。

纳米偏高岭土水泥浆在水化早期的内部结构建立

考虑水胶比(0.40、0.45、0.50)、NMK掺量(0、1%、3%、5%、7%)、减水剂掺量(0、0.04%、0.08%,0.12%)及温度(10℃、20℃、30℃、40℃)的影响,采用静态屈服应力试验方法和小振幅振荡剪切试验方法获得了纳米偏高岭土(NMK)水泥浆静态屈服应力、储能模量等参数,通过静态屈服应力和储能模量随时间的演变规律讨论了水化早期(10~90 min)NMK水泥浆内部结构的建立过程.试验结果表明:NMK能够促进水泥浆在水化早期的内部结构建立.在水化90 min内,掺3%NMK水泥浆静态屈服应力的平均增长速率约为普通水泥浆的2倍;掺7%NMK水泥浆储能模量的平均增长速率约为普通水泥浆的4倍.水胶比越高、减水剂掺量越大,NMK水泥浆内部结构建立速率越低;NMK加速了不同温度环境中水泥浆内部结构的建立;温度升高,NMK水泥浆静态屈服应力和储能模量的增长速率增大.

煤系纳米偏高岭土对碱骨料反应的抑制作用分析

为了探究煤系纳米偏高岭土(CNMK)对碱骨料反应的抑制作用,采用快速砂浆棒试验方法测量CNMK质量分数为1%、3%、5%、10%、15%时砂浆棒在不同浸泡时间下的膨胀率,利用超声波检测仪获得砂浆棒的相对动弹性模量,通过扫描电镜和能谱分析法从微观层次分析CNMK对碱骨料反应的作用机制.结果表明,CNMK可延迟砂浆棒表面裂缝的出现及扩展.随浸泡时间的增加,CNMK对水泥砂浆内部碱骨料反应的抑制作用逐渐减弱.浸泡时间为7和52 d时,CNMK质量分数为15%的砂浆棒膨胀率较普通砂浆棒分别降低78.06%和53.72%.CNMK砂浆棒的相对动弹性模量随浸泡龄期的变化小于普通砂浆棒.CNMK细化了水泥基体内部孔结构,使碱骨料反应区更加密实,导致砂浆棒内部钠与硅的原子数比值下降,从而有效抑制了砂浆棒内部碱骨料反应.

纳米级偏高岭土对再生骨料混凝土抗折和劈拉强度影响的试验研究

为探究纳米偏高岭土对再生混凝土力学性能的影响,试验采用纳米偏高岭土(NMK)掺量(3%、5%、7%)及再生骨料取代率(30%、50%、100%)为变量制备纳米再生混凝土并进行劈拉、抗折强度试验.结合光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积及孔径分析仪研究破坏面和界面过渡区(ITZ)微观形貌以及孔径分布特征,揭示NMK对再生混凝土劈拉、抗折强度的影响关系.试验结果表明,NMK的掺入对不同取代率的再生混凝土劈拉、抗折强度均有改善作用.比表面积及孔径分析研究表明,NMK填充再生混凝土内部部分大孔、中孔孔隙,降低总孔体积和比表面积,细化再生混凝土的孔隙结构、提高结构密实度.在显微镜下的微观结构分析显示,随着NMK掺量的增加,水化反应产生的C—S—H凝胶在逐渐增加,内部结构中孔隙和裂缝减少,再生混凝土内部微观结构整体更加密实.

纳米偏高岭土再生混凝土抗碳化性能研究

通过室内实验测试了纳米偏高岭土掺量对再生混凝土的力学及抗碳化性能的影响,并从微观角度揭示了纳米偏高岭土对再生混凝土微观结构的影响。结果表明:纳米偏高岭土的掺入提高了再生混凝土的力学性能,掺量3%的纳米偏高岭土试件7 d和28 d的碳化深度分别为1.98 mm和3.58 mm,与基准试件相比其碳化深度相比减小了50.87%和47.20%,其碳化增长率较小。适量的纳米偏高岭土掺入能促进水泥水化进程,调控再生混凝土的微结构,减小了内部裂纹,使孔隙率降低,使再生混凝土的内部微结构变得更加密实。

纳米偏高岭土改性混凝土的抗渗及抗腐蚀性能研究

分析不同掺量纳米偏高岭土改性混凝土的氯离子迁移系数、劈裂抗拉强度、经受腐蚀后质量变化率及力学强度,利用灰靶决策对四种纳米偏高岭土掺量进行优选,通过微观形貌及孔结构对其增强机理进行研究。结果表明:纳米偏高岭土的掺入可改善混凝土内部孔结构,阻断孔隙之间连通性,并促进胶凝材料水化作用,生成更多稳定的水化产物,从而提升混凝土密实性及均匀性,最终提高混凝土的抗渗性能及抗酸雨腐蚀性能;随着纳米偏高岭土掺量的增大,混凝土的抗渗性能先增大后减小;纳米偏高岭土掺量越大,混凝土的抗腐蚀性能越好;利用混合型多指标灰靶决策理论优选,7.5%纳米偏高岭土掺量下改性混凝土的抗渗及抗腐蚀性能综合最优;纳米偏高岭土能使混凝土内部水化程度提高,水化产物增多,并显著降低混凝土的孔隙率和平均孔径。

纳米偏高岭土砂浆氯离子渗透性的试验研究

为研究不同水胶比(0.4、0.5、0.6)、养护方式(水养护、饱和Ca(OH)2溶液养护、水与饱和Ca(OH)2溶液交替养护)、矿物掺合料(矿粉、粉煤灰、凹凸棒粘土)对纳米偏高岭土砂浆氯离子渗透性的影响,采用正交试验设计9组纳米偏高岭土砂浆配合比,分析其对纳米偏高岭土砂浆物理性能(电阻率、孔隙率)、力学性能(抗折强度、抗压强度)、氯离子渗透性的影响规律;探讨纳米偏高岭土砂浆氯离子渗透性与其电阻率、孔隙率之间的关系。研究结果表明,水胶比是影响纳米偏高岭土砂浆电阻率、孔隙率的重要因素;矿物掺合料是影响纳米偏高岭土砂浆抗折强度、抗压强度、氯离子扩散系数的重要因素,掺30%粉煤灰、3%凹凸棒粘土时纳米偏高岭土砂浆氯离子扩散系数较掺30%矿粉的分别提高2.74倍、3.43倍;养护龄期为28 d时,纳米偏高岭土砂浆氯离子扩散系数与电阻率、气孔含量分别呈反比、正比关系。

氯盐环境中纳米偏高岭土在水泥砂浆中合理掺量研究

为获得氯盐环境中纳米偏高岭土在水泥砂浆中的合理掺量,开展了7种掺量纳米偏高岭土(0、1%、2%、3%、4%、5%、6%)对水泥砂浆流动性、力学性能与氯离子渗透性能影响的试验研究;分析了不同纳米偏高岭土掺量下水泥砂浆氯离子扩散系数与龄期的关系;以流动性、抗折强度、抗压强度与氯离子渗透性为评价指标,采用层次分析法探讨了纳米偏高岭土对改善水泥砂浆耐久性的合理掺量。研究表明,掺纳米偏高岭土导致水泥砂浆流动度降低,抗折强度、抗压强度和抗氯离子渗透性提高;水泥砂浆试件氯离子扩散系数随时间增长呈指数衰减规律,掺4%纳米偏高岭土时水泥砂浆氯离子扩散系数的龄期系数最大;掺3%纳米偏高岭土时水泥砂浆在氯盐环境中的耐久性最好。

纳米偏高岭土对水泥砂浆断裂性能影响的试验研究

为了探明纳米偏高岭土对水泥基材料断裂性能的影响规律,采用5种纳米偏高岭土(质量分数为1%、3%、5%、10%、15%)制备了纳米偏高岭土水泥砂浆切口试验梁,完成了带切口纳米偏高岭土水泥砂浆试件的三点弯曲试验和不同掺量纳米偏高岭土水泥砂浆抗折、抗压强度试验,得到了不同掺量纳米偏高岭土水泥砂浆的荷载-位移曲线及抗折、抗压强度,探讨了纳米偏高岭土对水泥砂浆断裂能、承载力、变形性能及抗折、抗压强度的影响规律.研究结果表明:当纳米偏高岭土质量分数小于5%时,砂浆试件断裂能、承载能力、变形性能、抗折与抗压强度随着纳米偏高岭土掺量增加而逐渐增加,当质量分数为5%时断裂能为普通水泥砂浆的3.34倍;随着纳米偏高岭土掺量的进一步增加,纳米偏高岭土水泥砂浆试件断裂能不断降低,当质量分数达到15%时,断裂能降为普通水泥砂浆的1.47倍.因此,掺加适量纳米偏高岭土能够在一定程度上提高水泥砂浆抗裂性能.

新拌纳米偏高岭土水泥浆流变性

为了探明纳米偏高岭土(NMK)对新拌水泥浆流变性能的影响,采用流变仪开展了水胶质量比(0.40、0.45、0.50)和减水剂(SP)影响下,掺加不同质量分数(1%、3%、5%、10%、15%)NMK水泥浆流变试验,得到了表观黏度、屈服应力、塑性黏度等流变参数,探讨了NMK掺量对水泥浆流变性的影响规律;基于修正Krieger-Dougherty模型预测了NMK水泥浆黏度;并建立了流动参数与流变参数之间的关系.结果表明:随NMK掺量增加,表观黏度、屈服应力和塑性黏度增大,流动度降低;水胶质量比0.50,掺质量分数15%NMK水泥浆的屈服应力、塑性黏度较普通水泥浆分别增大约6倍和9倍,流动度降低约50%.NMK导致水泥浆内部絮凝结构增加,触变性增大.修正Krieger-Dougherty模型所预测低掺量(质量分数<3%)NMK水泥浆黏度与试验值吻合良好;流动度与黏度、屈服应力、塑性黏度间均存在幂函数关系.

纳米偏高岭土在水泥基材料中的应用研究进展

纳米偏高岭土在水泥基材料中的研究和应用还处于初级阶段,但其良好的火山灰活性、晶核作用和微集料填充效应已成为改善水泥基材料性能的一个重要方向。综述了纳米偏高岭土对水泥基材料水化、工作性、力学性能和耐久性的影响,介绍了其对水泥基材料性能的作用机理,分析了当前研究存在的问题,并指出了纳米偏高岭土水泥基材料的发展趋势。

纳米偏高岭土水泥浆颗粒水膜厚度与流变参数相关性

考虑纳米偏高岭土(NMK)质量分数(0、1%、3%、5%、10%)、减水剂(SP)、水胶质量比(0.40、0.45、0.50)等影响因素,研究了新拌NMK水泥浆颗粒水膜厚度与流变参数的关系.基于标准稠度用水量法和最大颗粒浓度法获得颗粒堆积密度;利用颗粒堆积密度和颗粒比表面积得到水泥浆颗粒水膜厚度;NMK水泥浆流变参数由流变仪测得;并通过泌水性试验测定NMK水泥浆泌水率.研究结果表明:NMK导致水泥浆颗粒堆积密度、水膜厚度减小;水泥浆颗粒水膜厚度随水胶比的增加而增大;减水剂导致NMK水泥浆颗粒堆积密度和水膜厚度增大;NMK使水泥浆泌水率显著降低.基于试验结果,提出一种利用水膜厚度预测水泥浆流变参数(流动度、屈服应力、触变性等)的数学模型,并利用国内外相关试验资料验证了模型的有效性,从而为NMK水泥浆流变参数预测提供了科学的理论依据和参考.

地质聚合物污染阻截墙的泛碱控制及对重金属的吸附性能

由碱金属的迁移而引起的表面泛碱是使地质聚合物阻截墙结构破坏的主要原因之一。为了抑制地质聚合物的泛碱,掺入纳米Al2O3,含量范围为0.0wt%至2.5wt%,间隔为0.5wt%,将偏高岭土和粉煤灰按4∶1的比例混合作为硅酸盐原料,以氢氧化钠、硅酸钠和水作为复合碱性激发剂,碱性激发剂的掺量为8%(Na2O占原料的质量百分比),硅酸钠模数为1.0,水灰比为0.3,在环境温度为25℃下固化。对所得地质聚合物试块浸出液的碳酸根离子浓度,抗压强度和吸附Cu^2+进行了研究,并结合SEM照片分析了其抑制泛碱的原因。结果表明,通过添加纳米Al2O3,可以抑制地质聚合物表面泛碱并进一步提高抗压强度,随着纳米Al2O3含量的增加,泛碱量先减小后增大,而抗压强度先增大后减小,在添加量为2.0wt%时达到最佳性能。SEM照片表明,纳米Al2O3添加量为2.0wt%时,地质聚合物的微观结构最致密。此外,纳米Al2O3的添加量对最终Cu^2+的吸附量没有影响,在11 d时,不同纳米Al2O3添加量的试块都吸附了溶液中98%以上的Cu^2+。