纳米SiO和CaCO3对超高性能水泥基复合材料的影响

系统研究了双掺纳米SiO2和纳米CaCO3对超高性能水泥基复合材料力学性能的影响规律,采用水化热分析、XRD、MIP和纳米压痕等多种微观分析测试手段对其水化进程及微结构进行了研究.结果表明,双掺纳米材料可进一步提升材料的各项力学性能,纳米CaCO3的最佳掺量为3％～5％.纳米SiO2的高反应活性促进了早期水泥水化的进程,与水泥水化产物Ca(OH)2反应产生C-S-H凝胶,纳米CaCO3主要起到了填充增强和晶核的作用,二者共同作用下,使得复合材料结构更为密实,孔隙率进一步降低,孔径得到细化,超高密度C-S-H凝胶大量生成,界面区得以强化,异常均匀致密的微观结构使得复合材料在宏观上体现出优异的力学性能.     

纳米SiO_2和CaCO_3对超高性能水泥基复合材料的影响

系统研究了双掺纳米SiO2和纳米CaCO3对超高性能水泥基复合材料力学性能的影响规律,采用水化热分析、XRD、MIP和纳米压痕等多种微观分析测试手段对其水化进程及微结构进行了研究.结果表明,双掺纳米材料可进一步提升材料的各项力学性能,纳米CaCO3的最佳掺量为3%~5%.纳米SiO2的高反应活性促进了早期水泥水化的进程,与水泥水化产物Ca(OH)2反应产生C-S-H凝胶,纳米CaCO3主要起到了填充增强和晶核的作用,二者共同作用下,使得复合材料结构更为密实,孔隙率进一步降低,孔径得到细化,超高密度C-S-H凝胶大量生成,界面区得以强化,异常均匀致密的微观结构使得复合材料在宏观上体现出优异的力学性能.     

纤维和引气剂对现代水泥基材料抗渗性的影响

研究了聚乙烯醇纤维(PVAF)、聚丙烯纤维(PPF)、玄武岩纤维(BF)和不同掺量引气剂对现代水泥基材料抗渗性的影响.通过抗渗试验和压汞试验(MIP)对水泥基材料的抗渗性和孔结构进行测试,分析了纤维和不同掺量引气剂掺入后水泥基材料孔结构的改变,孔结构的改变影响了水泥基材料的抗渗性.实验结果表明:掺入PVAF可以提高水泥基材料的抗渗性,而PPF和BF对水泥基材料的抗渗能力有负面效应;掺入适量引气剂后因孔结构的改善也会显著提高水泥基复合材料的抗渗能力.     

钢渣对磷酸盐水泥基材料性能的影响机制

研究了利用钢渣制备磷酸镁水泥基材料的可行性,分析了钢渣对磷酸盐水泥基材料的凝结时间、水化特性、力学性能及微结构的影响机制.结果表明:钢渣对磷酸盐水泥性能的作用规律与粉煤灰相似.掺10%钢渣时,因钢渣引入的CaO及水化生成的氢氧化钙,使得磷酸盐水泥凝结硬化加快,且钢渣自身硬度在一定程度改善了硬化水泥浆体抗压强度;随钢渣掺量增加,起胶结作用的水化产物减少,整个体系孔隙增加、结构疏松,游离氧化钙还会使磷酸盐水泥基材料性能出现劣化.钢渣掺入在浆体中并未观察到新的水化产物,但较高掺量下体系微裂纹增多.     

纳米CaCO_3对砂浆强度和微观结构的影响

为了解不同纳米CaCO_3粉末掺量对水泥砂浆力学性能和微观结构形貌的影响和发展规律,试验取纳米CaCO_3的掺量分别为0,0.4%,1.2%,1.8%,2.2%,3.0%,对不同掺量下砂浆的力学性能和微观结构进行比较分析。结果表明:纳米CaCO_3可明显提高砂浆的抗折强度和抗压强度,掺量为2.2%时,3,7,28 d龄期的砂浆抗折强度比基准提高了17.1%,18.4%,43.6%,抗压强度比基准提高了32.3%,26.8%,28.9%;同时该掺量下7 d的水泥砂浆,其微观结构的水化硅酸钙凝胶最多,孔隙率和裂隙最低,Ca(OH)_2的取向程度最低,结构最为致密。     

纳米硅溶胶改性水泥基材料性能及机理分析

针对普通水泥基材料存在早期强度低、抗变形能力弱等问题，通过纳米硅溶胶对水泥基材料进行改性，采用电液伺服万能试验机、X射线衍射及扫描电镜等手段对纳米硅溶胶改性不同水灰比水泥基材料的流动性、结石率、单轴抗压强度、弹性模量、水化产物及微观形貌进行研究。结果表明：硅溶胶掺量在0.5%以内、水灰比小于1.0时可显著提高水泥浆液的流动性，最大提高20.24%;结石率随着纳米硅溶胶掺量的增加而增大，且硅溶胶对水灰比大于0.7浆液的结石率提高明显，最大提高24.49%;当硅溶胶掺量为2%时，结石体的抗压强度增幅最大且随着养护龄期的增加，硅溶胶对试样强度的增幅效果逐渐减弱；纳米硅溶胶的掺入促进水泥基早期的水化反应，与水化产物反应生成水化硅酸钙凝胶(C—S—H)并使微观形貌更加致密，使结石体的早期抗压强度及弹性模量显著提高；纳米硅溶胶通过缩短诱导期以及在颗粒空隙中为C—S—H提供成核位点促进水化反应，提高水泥基材料性能。     

纳米SiO2改性聚合物水泥基材料性能试验研究

利用纳米SiO2(Nano-SiO2,NS)可以促进聚合物水泥基材料水化,提升其力学性能、改变其水化产物微观形貌及界面过渡区(Interface Transition Zone,ITZ)性能等特点,采用电液式压力试验机、水泥胶砂干缩比长仪、X射线衍射技术(X-ray Diffraction,XRD)、扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、X射线能谱仪(Energy Dispersive Spectrometer,EDS)及显微硬度试验等各种宏观与微观测试手段相结合的方法对NS改性聚合物水泥基材料的力学性能、干缩性能、水化产物微观形貌与组成及ITZ相关性能进行研究.结果表明:掺加NS后,大大提高了聚合物水泥砂浆的力学性能,尤其对早期强度提高更为明显.随着NS的掺入,聚合物水泥砂浆干缩率增大,在早期干缩现象更加明显;NS加入改变了聚合物水泥基材料水化产物的数量及C-S-H凝胶微观形貌及组成,促进了聚合物水泥基材料的水化并且降低了C-S-H凝胶的钙硅比.对于ITZ性能,NS掺入使得聚合物水泥硬化浆体-骨料ITZ形貌变得更加致密,减少了ITZ明显的裂缝和孔洞,并且ITZ水化产物丰富密集,C-S-H凝胶明显增多,显微硬度升高.     

纳米ZrO2改性水泥基复合材料的水化及微观分析

基于亚稳态四方相ZrO_2纳米颗粒的纳米微集料效应,将其应用于改性水泥基复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和低场核磁共振波谱仪表征了纳米氧化锆与水泥净浆的微观结构与形貌,研究了ZrO_2纳米颗粒的掺量、粒径和晶型对水泥基复合材料水化过程的影响规律。结果表明:在水泥净浆中掺入ZrO_2纳米颗粒,将增加标准稠度用水量,促进水泥净浆溶胶向凝胶的转变,增加C—S—H凝胶含量,提高水泥石密实度,对水泥基复合材料微观结构有较明显的改善。     

硅灰对水泥净浆与砂浆性能及砂浆结构影响的研究

探讨不同掺量的硅灰对水泥净浆与砂浆性能及砂浆结构的影响.结果表明:掺入硅灰可以减缓水泥早期水化反应速度,使水化产物减少,结构疏松,使水泥砂浆早期强度有所下降.掺入适量的硅灰可以提高水泥后期水化反应速度,使水化产物增多,提高水泥砂浆的密实度,并能促使水化反应长期进行,从而提高水泥砂浆的后期与长期强度;硅灰的优化掺量为8%.掺入硅灰会降低水泥净浆的流动性,增加水泥的凝结时间,但水泥的安定性均为合格.     

纳米SiO2对硅酸三钙基骨水泥性能的影响

研究纳米SiO2对硅酸三钙(Ca3 SiO5,简称C3S)基骨水泥性能的影响.结果表明:纳米SiO2的掺入,可以加快C3S的水化进程,但延缓了浆体的凝结.纳米SiO2与Ca(OH)2反应生成较低n(Ca)/n(Si)的CSH凝胶,降低了固化体中Ca(OH)2的含量.纳米SiO2与Ca (OH)2反应生成的CSH凝胶呈网络交织状结构,既可对固化体起到密实填充作用,又可增强固化体的胶凝性能,从而提高固化体的力学性能.固化体中Ca(OH)2的含量随纳米SiO2掺入量增加而降低;当SiO2掺入量达到6%时,固化体中CSH凝胶的平均n(Ca)/n(Si)开始降低.     

玻璃粉表面改性及其对水泥浆水化硬化作用

利用增钙、机械粉磨等手段对玻璃粉进行局部活化,采用SEM、XRD等测试方法研究了改性玻璃粉水泥浆水化产物和微观结构,并讨论了改性玻璃粉在水泥浆水化硬化过程的作用。研究表明:氧化钙的掺入提高了复合体系液相的碱度,从而加快了水泥水化反应生成更多水化产物;掺入氧化钙的玻璃粉水泥浆微观结构更为密实,28 d龄期时水化产物间的孔隙远远小于3 d,水化产物发育更好,硬化浆体的强度大幅提高。当CaO掺量过大(6%)时,生成过多的氢氧化钙晶体引起膨胀开裂,对玻璃粉水泥浆的强度发展产生不利影响。     

水泥掺量与再生废弃水泥基材料性能的关系

在蒸压条件下对废弃水泥基材料的再生进行了研究．测试了再生废弃水泥基材料的密度、强度、吸水率等随水泥掺量的变化．结果表明：随着水泥掺量的增加,废弃水泥净浆、废弃水泥胶砂的强度及密度不断增大,吸水率减少;废弃混凝土的强度增大,密度无显著变化,吸水率在水泥掺量为15％-20％时达到最小值后回升．     

聚乙烯醇对土聚水泥强度的影响及机理

利用聚乙烯醇(PVA)改善土聚水泥的强度性能,并通过XRD、SEM现代测试方法进进行了机理分析。实验结果表明,PVA促进土聚水泥水化反应的进行,改变水化产物的生成部位和形貌,使硬化水泥浆体更加密实,从而提高土聚水泥强度。     

纳米金属氧化物对水泥基材料力学性能的增强效应

为了区别6种纳米金属氧化物(Al2O3、CuO、ZrO2、MgO、Fe3O4和Fe2O3)对水泥基材料力学性能的贡献。通过等质量替代(2%和4%)水泥,制备水泥基材料,测试其力学性能。结果表明：纳米Al2O3、CuO、ZrO2、MgO、Fe3O4和Fe2O3均能提高水泥基材料的抗折强度和抗压强度,纳米ZrO2的增强作用最大,28d~90d时分别为34%~47%和28%~51%,纳米CuO的增强作用最小,28d~90d时分别为4%~9%和4%~10%。通过影响系数和增长速率的计算发现,6种金属氧化物对水泥基材料的促进作用主要集中在28d前,28d后的促进作用不明显。分析认为,6种纳米金属氧化物在水泥基材料中主要发挥填充作用,晶核作用和表面活性作用,达到促进水泥颗粒水化、提高其密实度和力学性能的目的。     

碳纤维水泥基复合材料导电机理的探讨

通过研究水泥基体的导电性能和不同纤维掺量、外力作用下及掺入骨料后的碳纤维水泥基复合材料的导电性能,探讨碳纤维水泥基复合材料的导电机理.研究表明,水泥基体的电阻随水化时间显著增加,其导电机理是强电解质溶液的离子导电;碳纤维水泥基复合材料的电阻率随纤维掺量增加而显著降低,其电导由接触导电、隧道导电和离子导电3种机制共同决定;碳纤维水泥基复合材料在压力作用下,电阻率因界面接触的改善和纤维搭接概率的增加而降低,在拉力作用下,电阻率因纤维的拔出、折断而提高;骨料的引入增加了复合材料的电阻,这是由于骨料增加了纤维分散的难度和折断的概率,同时阻碍了纤维的搭接并提高了隧道势垒.     

原位监测水泥基材料早期电阻率的变化过程

为了考察辅助性胶凝材料和细骨料对水泥水化的影响,利用新型无电极电阻率仪原位连续监测水泥基材料早期的微结构演变进程,系统分析了水胶比、硅灰掺量、矿渣掺量、粉煤灰掺量、细骨料体积分数和骨料粒级对水泥基材料电阻率的影响.试验结果表明:在水化3 000 min内,根据水泥基材料电阻率的发展曲线,可将水泥水化过程分为溶解期、诱导期、加速期和减速期4个阶段;电阻率的发展速率随水胶比的增加而显著下降;在水胶比相同的情况下,砂浆电阻率高于净浆电阻率;掺加矿物掺合料致使后期电阻率的变化速率降低,掺加硅灰则导致水化加速期提前;在早期水化过程中,硅灰的活性最高,矿渣的活性次之,粉煤灰的活性最低;细骨料的体积分数和骨料粒级越大,砂浆的电阻率越大.     

碱激发钢渣矿渣胶凝材料凝结硬化性能研究

通过对胶凝材料强度、水化热的测定和对水化产物种类及表观形貌的分析,探讨了缓凝剂和钢渣掺量对碱激发钢渣矿渣胶凝材料性能的影响,并对其水化特性进行了研究.结果表明:钢渣掺量为40%、矿渣掺量为60%时,外掺6%水玻璃激发剂和1%的K缓凝剂,所制得的胶凝材料的凝结时间和强度可以达到42.5R普通硅酸盐水泥的技术要求;碱激发钢渣矿渣胶凝材料的放热特性与碱激发矿渣胶凝材料类似,具有放热量小的特点;钢渣与矿渣组合有利于胶凝体系水化进程的发展,两者具有相互促进的作用.     

高活性阿利特硫铝酸盐水泥及其水化反应

利用青海省当地原材料制备阿利特硫铝酸盐水泥熟料.该熟料结合了硅酸盐熟料和硫铝酸盐熟料的优点,具有碱性与硫酸根离子的双重激发作用,能很好地激发矿渣、粉煤灰等活性矿物材料.在此基础上,提出了高活性阿利特硫铝酸盐水泥方案.通过微观结构分析,探讨其水化反应的机理与过程,并阐明了复合胶凝体系的优势互补作用的原理.实验证明,高活性阿利特硫铝酸盐水泥,能充分发挥熟料自身独特的矿物组成特性和活性矿物材料的火山灰效应,使硬化浆体中Ca(OH)2含量降低,并因此而获得较为适宜的晶/胶比,使其后期强度明显提高.     

超细矿渣高性能混凝土试验及水化研究

用超细矿渣粉等材料制备了Ｃ８０以上的高性能混凝土,并研究了超细矿渣水泥的水化。结果表明,超细矿渣粉不仅可提高新拌混凝土的工作性能,而且能大幅度提高水泥及混凝土的力学性能。研究还发现,超细矿渣的水化活性较高,在水泥水化早期就大量生成胶凝性水化产物,从而减少了水泥石中的Ｃａ（ＯＨ）２含量,改善水泥石及混凝土的微观结构。     

颗粒级配对水泥基材料有害孔隙率的影响

水泥基材料的硬化浆体中含有大量的孔隙 ,其中的有害孔隙直接影响到耐久性 .依据所建立的微粒级配模型 ,采用粉煤灰、硅灰等球形颗粒掺合料及纳米纤维红粉 (NR)掺合料 ,设计球形颗粒紧密堆积体系与纳米纤维增强紧密堆积体系 ,讨论 2种混合体系内部的总孔隙率与有害孔隙率之间的关系 ,确定活性NR粉在水泥基材料中的作用 .研究表明 ,NR粉能够增加体系密实度 ,水泥混合体系硬化后期的总孔隙率与有害孔隙率之间服从对数关系 ,通过微粒级配模型可预知体系有害孔隙率及颗粒级配的合理性 .