铝酸盐水泥对硅酸盐水泥性能及浆体结构的影响

研究了铝酸盐水泥(质量分数0.25以内)与硅酸盐水泥混合体系的凝结时间、力学性能和干燥收缩率,并采用量热仪、X射线衍射仪、环境扫描电镜探讨了这些物理力学性能产生差异的原因.研究表明,随着铝酸盐水泥掺量的增加,混合体系的凝结时间不断缩短,力学强度先略升(6%左右时达到最高)后大幅降低,干燥收缩不断增加.少量铝酸盐水泥的掺入,对硅酸盐水泥的水化影响不大,仅造成水化早期浆体钙矾石的生成量微增;但掺量超过一定值时,将显著延缓硅酸盐水泥的水化,浆体中钙矾石不断转化为单硫型水化硫铝酸钙,非稳态水化铝酸钙也逐步发生晶型转变,从而导致微结构明显劣化.     

粉煤灰/矿粉-水泥胶凝体系的水化放热性能

利用等温量热仪,研究粉煤灰/矿粉-水泥胶凝体系3 d内水化放热性能,借助X射线衍射仪与热分析仪分析不同胶凝体系的水化产物。结果表明:掺量质量分数为45%时,粉煤灰-水泥胶凝体系3 d的水化放热量为175.4J/g,矿粉-水泥胶凝体系为205.4 J/g;矿粉-水泥胶凝体系水化速率峰值出现时间为15.3 h,大于粉煤灰-水泥胶凝体系的10.22 h;双掺粉煤灰和矿粉等量取代质量分数为50%水泥时,随粉煤灰掺入比例的增大,水化放热量减小的程度增大,但粉煤灰或矿粉的掺入比例与水化热峰值及其出现时间关系不大;掺入粉煤灰和矿粉后,可以明显降低早期水化产物中钙钒石(AFt)和氢氧化钙(CH)的生成量。     

氯化钠对粉煤灰水泥性能与水化程度的影响

探讨氯化钠对粉煤灰水泥不同阶段性能与水化程度的影响.结果表明:掺入适量的氯化钠可以不同程度地提高粉煤灰水泥不同龄期的水化程度与抗压强度而缩短其凝结时间;当氯化钠掺量一定时,随着粉磨时间的延长,粉煤灰水泥不同龄期的水化程度与抗压强度均有不同程度的提高但增幅下降.随着氯化钠掺量的增加,粉煤灰水泥不同龄期的水化程度与抗压强度均先增加后下降,但其凝结时间却先缩短后增加;当氯化钠掺量为2%,粉磨时间为15min时各龄期的水化程度与抗压强度均达到最大值,而粉煤灰水泥的凝结时间最短.粉煤灰水泥水化3d的水化程度与抗压强度的增幅最大,而水化28d的相应增幅最小.     

氯化钠对粉煤灰水泥性能与水化程度的影响

探讨氯化钠对粉煤灰水泥不同阶段性能与水化程度的影响. 结果表明： 掺入适量的氯化钠可以不同程度地提高粉煤灰水泥不同龄期的水化程度与抗压强度而缩短其凝结时间; 当氯化钠掺量一定时, 随着粉磨时间的延长, 粉煤灰水泥不同龄期的水化程度与抗压强度均有不同程度的提高但增幅下降. 随着氯化钠掺量的增加, 粉煤灰水泥不同龄期的水化程度与抗压强度均先增加后下降, 但其凝结时间却先缩短后增加; 当氯化钠掺量为2%, 粉磨时间为15min时各龄期的水化程度与抗压强度均达到最大值, 而粉煤灰水泥的凝结时间最短. 粉煤灰水泥水化3d的水化程度与抗压强度的增幅最大, 而水化28d的相应增幅最小.     

三乙醇胺与硫酸钠复合对粉煤灰-水泥体系性能与结构的影响

探讨三乙醇胺与硫酸钠复合对粉煤灰-水泥体系的抗压强度、凝结时间等性能与结构的影响.结果表明:将适量的硫酸钠与三乙醇胺复合掺入可以不同程度地提高粉煤灰-水泥早期与后期的抗压强度、缩短凝结时间,其水化产物中C-S-H凝胶与钙矾石晶体含量较多;粉煤灰-水泥早期与后期的抗压强度随着粉磨时间的增加均有所增加但增幅下降,其凝结时间随着粉磨时间的增加有所缩短;复合掺入后早期与后期的抗压强度均高于单掺,而其凝结时间短于单掺;当复合掺入量为三乙醇胺0.03%、硫酸钠2%、粉磨时间为15min时,粉煤灰-水泥早期与后期的抗压强度均为最高.     

硅酸盐-硫铝酸盐水泥基护壁堵漏材料的研制

针对复杂地层钻探护壁堵漏技术难题,研制了一种硅酸盐-硫铝酸盐水泥基护壁堵漏材料。首先,分别对掺加外加剂的硅酸盐复合水泥、硫铝酸盐水泥的主要技术指标进行试验研究,在此基础上,按不同比例对两种不同系列的水泥进行复合,对复合浆液的流动度、可泵期、凝结时间以及强度等主要技术指标开展试验研究,并结合水化热与扫描电镜分析对其水化硬化过程进行探讨,揭示硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥的水化协同效应。研究成果表明,利用硅酸盐-硫铝酸盐水泥水化协同效应可为解决松散破碎、陡倾宽缝以及动水冲蚀等复杂地层的护壁堵漏技术难题提供新的思路和解决方案。     

不同养护温度下硫铝酸盐水泥的水化特性

研究了无水石膏掺量不同的硫铝酸盐水泥在5℃、20℃和40℃下的凝结时间、强度发展、干燥收缩率及水化产物等.结果表明:无水石膏虽能促进水化产物钙矾石的生成,但对硫铝酸盐水泥熟料水化的影响效果直接取决于养护温度——5℃下,无水石膏会显著延缓早期水化,使凝结时间大幅延长,早期强度显著降低;而20℃和40℃下作用效果相反,因为石膏的掺入能有效抑制高温下钙矾石向单硫型水化硫铝酸钙的转变,所以40℃下掺加石膏所得硫铝酸盐水泥砂浆的抗压强度较不掺时有不同程度的提升.     

硅酸盐-硫铝酸盐水泥基钻孔护壁堵漏材料的研制

针对复杂地层钻探护壁堵漏技术难题,研制了一种硅酸盐-硫铝酸盐水泥基护壁堵漏材料。首先,分别对掺加外加剂的硅酸盐复合水泥、硫铝酸盐水泥的主要技术指标进行试验研究;在此基础上,按不同比例对两种不同系列的水泥进行复合,对复合浆液的流动度、可泵期、凝结时间以及强度等主要技术指标开展试验研究;并结合水化热与扫描电镜分析对其水化硬化过程进行探讨,揭示硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥的水化协同效应。研究成果表明,利用硅酸盐-硫铝酸盐水泥水化协同效应可为解决松散破碎、陡倾宽缝以及动水冲蚀等复杂地层的护壁堵漏技术难题提供新的思路和解决方案。     

硅酸盐—硫铝酸盐复配水泥浆液流变特性试验研究

基于小振幅震荡剪切测试原理,采用新型试验方法研究了不同复配比例的硅酸盐-硫铝酸盐水泥混合体系浆液黏度时变特性和触变性,同时结合扫描电镜(SEM)试验对不同龄期下的水泥石微观特性进行分析。结果表明,硅酸盐-硫铝酸盐复配水泥体系水化过程中出现相互促进和水化叠加效应,水泥水化和凝结速度加快。复配水泥浆液触变性随着混合比例不同呈现出先增大后降低、再增大再降低的变化趋势。通过探究硅酸盐-硫铝酸盐复配水泥浆液水化过程和流变特性,为复配水泥浆液在实际工程中的应用提供理论支撑。     

阿利特-硫铝酸盐水泥的合成与水化研究进展

阿利特和无水硫铝酸钙矿物分别是硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的主导矿物.阿利特矿物的早期强度偏低,后期强度高.硫铝酸钙是典型的早强型矿物,但后期强度增进率低.因此,实现这两种矿物的复合,制备以阿利特和硫铝酸钙为主导矿物的新型水泥材料,将使水泥的早期强度进一步提高,并具有较高的强度增进率和后期强度.同时由于在水泥熟料矿物体系中含有硫铝酸盐矿物,将对以阿利特为主导矿物的硅酸盐水泥的水化产生重要影响.因此,深入分析该水泥的合成及水化机制具有重要意义.     

阿利特-硫铝酸盐水泥熟料的气固反应制备及水化性能

采用气固反应法制备了阿利特-硫铝酸盐体系水泥熟料。利用X线衍射仪(XRD)、水化量热仪、压汞法(MIP)等技术分析了SO_2气体流量和煅烧温度对水泥熟料矿物组成的影响,以及该体系的水化性能和浆体结构。结果表明:硅酸盐水泥熟料中可引入3CaO·3Al_2O_3·CaSO_4(C_4A_3$)矿物,实现3CaO·SiO_2(C_3S)和C_4A_3$的共存。在SO_2流量为40 mL/min、温度为1 250℃条件下处理硅酸盐水泥熟料30 min可制备C_3S含量52.61%和C_4A_3$含量2.13%共存的阿利特-硫铝酸盐体系水泥熟料。阿利特-硫铝酸盐体系水泥由于C_4A_3$的存在,凝结时间和水化诱导期较硅酸盐水泥短,早期的孔隙率和早期强度均优于硅酸盐水泥。     

石灰-粉煤灰-水泥稳定碎石的力学性能试验

石灰-粉煤灰-普通硅酸盐水泥稳定碎石是一种常用的路面基层材料,但其早期强度较低,用作路面的维修养护材料时不能快速开放交通.为提高稳定碎石的早期强度,将其中的普通硅酸盐水泥用等质量的硫铝酸盐水泥替换,通过无侧限抗压强度试验(UCT)和劈裂拉伸强度试验(STS)对比了两种不同水泥综合稳定碎石的无侧限抗压强度(UCS)和劈裂拉伸强度(STS),并对无机结合料掺量、水泥掺量及级配对稳定碎石强度的影响开展了试验研究.结果表明,稳定碎石的UCS和STS随水泥含量的增加、养护龄期的增长而增大;养护龄期1 d的石灰-粉煤灰-硫铝酸盐水泥稳定碎石的UCS可达2.28 MPa,达到了路面基层开放交通的规定,且后期强度没有出现降低.论文为路面基层的快速维修养护提供了一种新材料.     

贝利特-硫铝酸钡钙水泥水化机制

贝利特-硫铝酸钡钙水泥是一种新型胶凝材料,与贝利特水泥相比,该水泥的水化速度快,凝结时间短,需水量少,耐腐蚀性好.阐述硫铝酸钡钙矿物、贝利特水泥和贝利特-硫铝酸钡钙水泥的水化机制.结果表明:适当增加石膏掺量可使贝利特-硫铝酸钡钙水泥的水化速度加快,增加钙矾石(AFt)在水化早期的形成数量,有利于水泥早期强度的提高;贝利特-硫铝酸钡钙水泥的水化产物与硅酸盐水泥相同,但其钙矾石的含量增多,氢氧化钙的含量降低.该水泥早期水化速率低于硅酸盐水泥水化速率,水化放热量减少.     

低水胶比对复合胶凝体系水化特性和动力学影响研究

低水胶比复合胶凝体系的水化机理和水化行为较普通水胶比胶凝体系存在一定差异,该条件下传统的水化结论往往不再适用.以不同低水胶比水泥-粉煤灰-矿渣复合胶凝体系为研究对象,通过测试净浆试件7d水化热,结合水化动力学模型探明了低水胶比、矿物掺合料掺量对其水化行为和水化机理的影响,并通过透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)分析了低水胶比复合胶凝体系的水化产物差异.研究结果表明：水胶比为0.2、粉煤灰-矿渣复掺量小于50%时,复合胶凝体系早期和后期的放热速率无明显差异,此时复掺粉煤灰-矿渣对水泥水化存在一定促进作用,当水胶比增至0.25和0.3时,复掺粉煤灰-矿渣在10～17h抑制了水泥水化;当水胶比由0.3降低至0.2时,胶凝体系最大放热速率呈增大趋势,且水化过程由NG-I-D改变为NG-D,不再经历相边界反应;水化至28d时,水化硅酸钙(C-S-H)的形貌随着水胶比的降低,由纤维状向球状转变.     

改性硼酸延缓硫铝酸盐水泥的凝结

复掺硼酸和硫酸铝研制新型硫铝酸盐水泥缓凝剂。采用扫描电子显微镜(SEM)分析新型缓凝剂和硫酸铝对硫铝酸盐水泥的缓凝效果和力学性能的影响。结果表明:掺入w=0.3%的硼酸,硫铝酸盐水泥初凝时间为296 min,终凝时间为361 min;复掺w(硼酸)=0.3%,w(硫酸铝)=0.5%,初凝和终凝时间降为113 min和168 min,继续增加硫酸铝掺量,凝结时间会进一步降低,对前期强度无不利影响,且后期强度升高。单掺硫酸铝对硫铝酸盐水泥有促凝作用,但强度略有下降。     

掺合料对硫铝酸盐水泥性能的影响

研究了不同掺量的矿渣、粉煤灰、沸石粉对硫铝酸盐水泥砂浆抗折、抗压强度、Cl^-渗透性的影响；并通过XRD、SEM等方法对不同龄期的净浆水化产物进行分析。结果表明：在硫铝酸盐水泥浆体中，3种掺合料对强度贡献大小顺序为：矿渣〉沸石〉粉煤灰；浆体后期水化速度减慢，表现为后期强度增长不大；掺合料的加入可以增加结构致密性，提高抗Cl^-渗透能力，3种掺合料作用效果为：矿渣〉粉煤灰〉沸石粉。     

改性水泥-水玻璃注浆材料防渗性能试验研究

为了使水泥-水玻璃注浆材料在注浆中得到更广泛的应用,通过室内配比试验和扫描电镜分析对5%膨润土掺量下水泥-水玻璃体积比和粉煤灰掺量对水泥-水玻璃(C-S)浆液性质的影响进行研究,并开展现场试验对该改性浆液的防渗性能进行了研究。结果表明:(1)改性C-S双液的凝胶时间有所延长,且凝胶时间随着C-S体积比的增大而缩短、粉煤灰掺量的增大而延长;(2)浆液结石体的抗压强度和抗折强度都随C-S体积比的增大都呈现先增大后减小的趋势并在体积比约为2时达到最大,浆液结石体的抗压强度随粉煤灰掺量的增大而降低,结石体7 d抗折强度随着粉煤灰掺量的增加先增加后减小,试验条件下,粉煤灰掺量为25%取得最大抗折强度;(3)通过扫描电镜对结石体微观结构分析得出,粉煤灰掺量为25%、C-S体积比为2的配比下水泥的水化反应最充分,粉煤灰的微集料反应发挥最佳;(4)通过现场防渗试验验证了研发浆液材料的防渗性能满足规范要求。改性C-S浆液较好地结合了几种材料的优点,建议采用的材料配比为25%粉煤灰、5%膨润土、70%水泥,C-S体积比为2。     

硅铝质掺合料对含石灰石组分水泥基材料硫酸盐侵蚀的影响

通过腐蚀试验后试件的外观形貌和强度变化、腐蚀物相分析,研究较低环境温度下硅铝质掺合料对含石灰石组分水泥基材料硫酸盐侵蚀的影响。结果表明：随着硅铝质掺合料掺量的增加,含石灰石粉硅酸盐水泥试件外观完整性明显提高,强度损失率逐渐降低;当硅铝质组分掺量为15%、30%时,矿粉对含石灰石组分水泥基材料抗硫酸盐侵蚀的改善作用明显优于相同掺量的粉煤灰;硅铝质组分能够延缓较低环境温度下含石灰石粉硅酸盐水泥的硫酸盐侵蚀,抑制腐蚀物相碳硫硅钙石的生成。     

硫酸钠掺量对中性钠盐粉煤灰水泥水化程度和抗压强度的影响机理

通过测试不同硫酸钠掺量(0,2%,4%和6%)在不同龄期(3,7,28和56d)下中性钠盐粉煤灰水泥(NSFC)的抗压强度,研究标准养护下硫酸钠掺量对NSFC抗压强度的影响.通过XRD、SEM、孔结构和NMR等试验分析NSFC水化产物的种类和形貌、孔结构分布、净浆孔溶液pH值以及NSFC中普通硅酸盐水泥和粉煤灰的反应程度,揭示硫酸钠掺量对其水化程度和抗压强度的影响机理.研究表明,当硫酸钠掺量小于4%时,NSFC的碱性随硫酸钠掺量的增大而增强,粉煤灰在强碱环境中水化反应加速,C-S-H、钙矾石等生成量增加,有害孔和多害孔减少,微观结构变得密实,胶空比增大,抗压强度增大;当硫酸钠掺量增加到6%时,过量的钙矾石胀裂孔隙,有害孔和多害孔反而增加,胶空比减小,抗压强度减小.     

镁渣和矿渣对复合水泥性能的影响

掺加10%～40%镁渣制备了镁渣矿渣复合硅酸盐水泥,研究了镁渣对复合水泥物理性能的影响规律。结果表明:镁渣中主要矿物是β-C2S和γ-C2S,具有较好的火山灰活性。随着镁渣矿渣比(MS/BS)的增加,复合水泥凝结时间延长,强度逐渐下降,当MS/BS为0.67时,即镁渣掺量20%,矿渣掺量30%时复合水泥28d抗折强度达9.10MPa,抗压强度达42.53MPa,达到了国标42.5#复合硅酸盐水泥要求。