低等级粉煤灰-高硅矿石复合掺合料制备及性能

矿物掺合料已经成为现代混凝土不可或缺的重要原材料之一,限于环保要求,目前普遍使用的矿渣粉和粉煤灰等掺合料面临资源短缺及价格上涨问题。为开拓矿物掺合料新市场,提出以低等级粉煤灰和高硅矿石制备混凝土用复合掺合料,研究复合掺合料各项性能并探索其技术可行性。研究结果表明:低等级粉煤灰和高硅矿石粉复合,能够调节复合掺合料的化学组成,使之满足于相关标准需要;但是利用低等级粉煤灰和高硅矿石粉制备的复合掺合料的工作性和力学性能基本介于低等级粉煤灰和高硅矿石粉之间,两者性能和功能叠加效应并不明显。     

基于再生微粉的复合胶凝体系水化特性研究

为了解基于再生微粉的复合胶凝材料的水化硬化机理，本文将再生微粉和粉煤灰单掺或与硅灰复掺以50%、60%、70%的取代率取代水泥制备水泥净浆试件，研究其抗压强度、水化放热速率、放热量及水化产物的变化规律。结果表明：随着取代率增加，胶凝材料抗压强度降低，取代率为50%时，胶凝材料力学性能最佳，其中复掺再生微粉和硅灰龄期为7d时，其抗压强度达到了29.1MPa;复掺再生微粉和硅灰的早期放热速率与复掺粉煤灰和硅灰基本一致，但加速了二次放热且放热量均低于纯水泥组；通过XRD试验可以发现，随着取代率增大，复掺再生微粉和硅灰的Ca(OH)₂衍射峰逐渐减弱，表明其促进了二次水化，也证明了再生微粉具有火山灰活性，且再生微粉的火山灰活性大于粉煤灰。该结果可为研发生态建筑材料提供理论支撑。     

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.     

几种活性矿物掺合料对混凝土强度影响的探讨

本文初步分析、对比了几种活性矿物掺合料对混凝土强度的影响,结果发现用粉煤灰、粉煤灰及硅灰、磨细矿渣等量替代部分水泥的情况下,混凝土7天龄期时抗压及弯拉强度均下降,但28天龄期后粉煤灰、粉煤灰及硅灰两种掺合料的混凝土抗压及弯拉强度依然下降．磨细矿渣掺合料混凝土抗压及弯拉强度比纯水泥混凝土强度高？本文综合对比了几种活性矿物掺合料等量替代部分水泥措施的效果,推荐使用磨细矿渣部分等量替代水泥措施．     

石灰石粉掺量对超高性能混凝土水化演变的影响

为制备生态型超高性能混凝土,采用不同体积掺量的石灰石粉(34%,54%和74%)降低超高性能混凝土(UHPC)中的水泥和硅灰用量,并研究石灰石粉对UHPC的抗压强度发展和水化演变的影响.试验结果表明:由于水泥中只含有少量的C_3A,石灰石粉在UHPC中几乎不参与化学反应,只作为一种惰性的填充材料;与传统配合比相比,掺加54%石灰石粉不仅能改善拌合物的工作性,还能提高混凝土的抗压强度,56 d时,UHPC的抗压强度由155 MPa提高至170 M Pa;由于填料稀释效应,水泥的水化程度由39.0%提高至66.2%.研究发现,过高掺量的石灰石粉会降低体系中活性组分的含量,因此石灰石粉最优掺量的确定需要满足体系内水泥与水含量的平衡关系,符合水泥完全水化理论要求,确保UHPC体系中具有足够的水化产物能够胶结其他颗粒材料.     

稻壳混凝土配合比设计及对工作性能的影响

以稻壳、粉煤灰、硅灰及水泥等为原料,用全计算配合比法配制稻壳混凝土,试验研究C30稻壳混凝土性能.结果表明:合理的稻壳掺量对混凝土的工作性能有一定的改善作用;适量掺入粉煤灰可以润滑集料颗粒,使混凝土具有更好的黏聚性和可塑性;硅灰和粉煤灰双掺,可以改善稻壳混凝土的黏聚性和保水性,比单掺粉煤灰效果更好.     

掺硅灰的低水胶比水泥水化产物定量预测方法

基于低水胶比下水泥水化原理以及硅灰作用机制,考虑体系中氢氧化钙量的变化,修正中心粒子模型,提出掺硅灰的低水胶比水泥水化产物体积分数预测方法.对比提出方法、试验数据、Power模型以及Jensen模型,结果表明:所提方法可较好地描述掺硅灰的低水胶比水泥水化进程并定量预测不同水化产物的体积含量;当无硅灰时,所提方法计算的未水化水泥和化学收缩的体积与Power模型计算结果基本一致;当含有硅灰时,所提方法计算的水化产物的体积分数与Jensen模型的模拟相近.     

掺合料水泥混凝土抗盐冻性能研究

耐久性是混凝土最重要的指标,耐久性的退化会直接影响结构的可靠性和安全性.当混凝土暴露于盐溶液和冻融环境下,会加剧混凝土的冻融破坏,混凝土表面将会产生剥落,同时动弹性模量会下降,严重影响混凝土构件的耐久性.通过对粉煤灰、矿渣粉和硅灰三种矿物掺合料对水泥混凝土力学性能、物理性能以及抗盐冻性能的研究表明,三种矿物掺合料的掺入均能改善混凝土抗氯离子渗透能力;粉煤灰的掺入会降低混凝土的强度及抗冻性能,而矿渣粉与硅灰的掺入会改善混凝土的抗压强度及抗冻性能,且小掺量的硅灰能够显著改善混凝土的物理、力学及抗冻能力.     

装配式建筑水泥基灌浆料性能试验研究

以普通硅酸盐水泥、砂、矿物掺合料(粉煤灰、硅灰)以及外加剂(减水剂、缓凝剂、膨胀剂)为主要原料配制成装配式建筑水泥基灌浆料.通过检测合理配合比下、不同水灰比的水泥基灌浆料的流动性、强度、膨胀性、泌水率、总氯离子含量、电通量和氯离子扩散系数等指标来考察其性能.结果表明,当砂最大粒径为2.36 mm、水灰比为0.24~0.30、砂灰比为1∶1、粉煤灰掺量为8%、硅灰掺量为5%、减水剂掺量为0.6%、缓凝剂掺量为0.1%、膨胀剂掺量为8%时,水泥基灌浆料的各项性能均满足装配式建筑灌浆料的要求.最后结合现场工程实测资料,对氯离子环境下水泥基灌浆料的最小保护层厚度进行了推算.     

基于薄层毛细渗透技术的水泥和矿物掺合料动态接触角测定

为表征水泥和矿物掺合料与水的润湿性,采用薄层毛细渗透方法对水与不同水化时间的水泥净浆粉末及粉煤灰、矿渣粉、硅灰粉等矿物掺合料粉体的动态接触角进行了测试.结果表明,选用无水乙醇做参比液,水与水泥颗粒粉末表面的初始相对动态接触角约56°,随着水化的进行,动态接触角逐渐降低,最终稳定在(22±1)°.水在粉煤灰粉体和矿渣粉体表面的相对动态接触角分别为56°~60°和53°~63°,在硅灰粉体和CaCO3粉体表面的相对动态接触角分别约为43°和70°.就亲水性而言,由强到弱的顺序依次为:硅灰、水泥、粉煤灰、矿渣粉、CaCO3.水化水泥浆体粉末与水的接触角随水化进行逐渐减小并最终趋于恒定.     

基于界面改性的水泥混凝土力学性能和机理

为了提高混凝土的力学性能,首先选取活性外加剂硅灰,采用内掺法将其掺入水泥,然后对不同硅灰掺量的净浆与混凝土进行了宏观力学试验;分别对比了硅灰对净浆与混凝土力学性能的改善结果,并分析了其产生改性结果差异的原因;最后结合SEM与XRD微观试验技术探究了其改性机理。结果表明：硅灰的掺入对水泥净浆的力学性未有明显改善;基于界面改性的水泥混凝土其28d抗压强度提升幅度较大,当硅灰掺量为10%时,较未改性混凝土其抗压强度提升了26.4%,可以推断出硅灰改善了混凝土界面从而提高混凝土整体力学性能;对比界面改性前后混凝土扫描电镜图,硅灰不仅提高了水泥基体的密实度,还改善了混凝土界面的结构与密度,以及界面处水化产物CH的排列方式;硅灰具有填充效应、促进二次水化反应及与CH发生火山灰反应等特性,随着硅灰的掺量的增加,其CH含量减小,C₃S和SiO₂增加,利用硅灰与水化产物间的物理、化学作用,达到改善改性后混凝土综合性能的目的。     

矿物掺合料在水泥砂浆中的填充机理及试验研究

主要讨论了矿物掺合料在水泥砂浆中的填充机理,并且以粉煤灰、矿渣粉及硅灰单一组分、复合组分考察其对水泥胶砂强度及微观结构的影响.研究表明,不同细度的矿物掺合料掺入到水泥浆体中后,可以优化粉体的次级颗粒级配,提高密实度.从而表现出水泥砂浆的强度得到提高,微观结构趋于密实.     

特殊混合材对水泥浆流变性的影响

研究了矿渣、硅灰、粉煤灰、石灰石、无水石膏等微粒子混合材对水泥浆流变性的影响．试验结果表明：水泥浆的屈服应力值一般随混合材的掺量增大而降低,但粘度的变化则因混合材种类和掺量不同有较大的差异当混合材总掺量≤15％时,石灰石微粉、硅灰、粉煤灰微粉、矿渣微粉可降低水泥浆体粘度,而无水石膏微粉则可提高水泥浆的粘度;当混合材掺量＞15％时,水泥浆粘度与屈版应力值均随混合材掺量增大而显著降低．其中微粉矿渣的作用最为显著．单掺10％的石灰石微粉、硅灰、粉煤炭微粉及35％矿渣微粉可降低水泥浆的过度和屈服应力其作用效果：矿渣微粉＞石灰石微粉＞硅灰＞粉煤灰微粉;单掺10%石膏微粉会使水泥浆的粘度和屈服应力大化度提高．     

掺复合胶凝材料混凝土的抗氯离子侵蚀性能

研究了矿粉、粉煤灰、硅灰等矿物外加剂对海工混凝土性能的影响,通过试验测定了掺复合胶凝材料的海工混凝土的电通量、氯离子表观扩散系数的变化规律,并对这种混凝土进行了恒电压钢筋锈蚀的试验,研究了矿物外加剂掺量与混凝土抗氯离子侵蚀性能的关系.研究结果表明,在硅酸盐水泥中掺加矿粉、粉煤灰、硅灰等矿物外加剂可以改善海工混凝土的综合性能.矿物外加剂的复合掺入比单独掺入对混凝土抗氯离子侵蚀性能的改善具有更加良好的效果.海工混凝土配制时应尽可能地采用复合多种矿物外加剂.     

复合外掺料高性能混凝土的氯离子扩散性能

为研究复合矿物外掺料对高性能混凝土抗氯离子扩散性能的影响,分别制备单掺、双掺及三掺矿物外掺料的高性能混凝土试件,通过开展6 h快速氯离子扩散实验(ASTM C1202),测试高性能混凝土中不同深度处的总氯离子和自由氯离子的含量,并据此计算不同深度处固化氯离子的含量。实验结果表明,复合掺加粉煤灰、硅灰和矿渣的高性能混凝土的6 h电通量最少,且其内部的总氯离子和自由氯离子含量最低,具有最佳抗氯离子扩散能力;复合掺加矿物外掺料可以提高混凝土中固化氯离子的比例,降低混凝土结构中钢筋的锈蚀概率,延长其服役寿命。     

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 .     

掺矿物掺合料混凝土ASTM C1202测试指标的相关性

为了探讨掺矿物掺合料混凝土的ASTM C1202测试指标的相关性,采用ASTM C1202标准测试了分别掺有粉煤灰、矿渣、硅灰的混凝土28 d和91 d的初始电流、6 h电通量以及氯离子渗透深度;分析了6 h电通量和初始电流、氯离子渗透深度的关系以及矿物掺合料和龄期对这些关系的影响规律.分析结果表明:3种矿物掺合料均能不同程度地降低混凝土的6 h电通量、初始电流以及氯离子渗透深度;龄期基本不影响掺矿物掺合料混凝土6 h电通量与初始电流之间的相关性;龄期对掺矿物掺合料混凝土氯离子渗透深度与6 h电通量的相关性影响较大.可以考虑用初始电流作为评价指标建立掺矿物掺合料混凝土抗氯离子渗透性的评价标准;宜采用长龄期试件作为测试对象评价掺矿物掺合料混凝土抗氯离子渗透能力.     

矿物掺合料和再生骨料对再生混凝土工作性的影响

实验利用废弃混凝土制作再生骨料混凝土,并分析了再生骨料的种类、取代率、粉煤灰、矿粉等矿物掺合料的掺量等因素对再生混凝土工作性的影响.结果表明:颗粒整形再生粗骨料混凝土的用水量接近于天然骨料混凝土;颗粒整形再生细骨料混凝土的用水量高于天然骨料混凝土;粉煤灰、普通矿粉、超细矿粉、硅灰等矿物掺合料能明显改善混凝土的坍落度、和易性;颗粒整形再生粗、细骨料的各项性能指标已经接近天然碎石.