快硬早强磷渣基胶凝材料的制备及其微观结构研究

碱磷渣胶凝材料早期强度较低,不利于实现快速修补,通过在碱磷渣材料中掺入适量的石墨尾矿粉和普通硅酸盐水泥进行快硬早强磷渣基胶凝材料的研制.结果表明,掺入10%的普通硅酸盐水泥(占胶凝材料总质量的百分比,下同)和15%的石墨尾矿粉时,可有效提高碱磷渣胶凝材料的早期强度.当硅酸钠掺量为5%(以Na_2O计)时,所开发的快硬早强磷渣基胶凝材料胶砂试件的3d抗压强度27.3MPa、3d抗折强度4.1MPa,28d抗压强度56.8MPa、28d抗折强度8.3MPa,符合GB175-2007对普通硅酸盐水泥P.O42.5R的强度要求.运用XRD、SEM、综合热分析等微观测试技术研究了快硬早强磷渣基胶凝材料的水化硬化和微观结构.     

矿物掺合料对硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合体系凝结时间及强度的影响

目的研究硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复掺后的凝结时间及力学性能.方法分别测试不同硅酸盐水泥、矿物掺合料掺量下硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合体系的凝结时间及胶砂强度,并利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜进行矿物组成和结构分析.结果硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合体系的凝结时间随硅酸盐水泥掺量的增大先减小再增大,随掺合料掺量的增大先减小再增大.硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合体系的强度随着硅酸盐水泥的增加先减小后增大,硅酸盐水泥掺量为10%时,3d抗压强度减小10.67%;随着掺合料的增大而降低,掺合料掺量为40%时,矿粉、粉煤灰3 d抗压强度分别减小44.5%和47.9%.结论两种水泥复掺会缩短凝结时间,降低强度,水化产物减少,结构疏松;粉煤灰和矿粉的掺入会延长凝结时间,减小强度,水化产物减少.     

Na2CO3激发剂对高掺量矿渣水泥性能的影响

探讨了化学激发剂Na2CO3对高掺量矿渣水泥的力学及耐久性能的影响。研究结果证明:在矿渣掺量达70%的情况下,以1.5%Na2CO3作为激发剂可显著改善高掺量矿渣水泥的力学性能,28 d的抗折强度提高了25%,且该高掺量矿渣水泥的耐久性能如安定性、水化热、抗硫酸盐腐蚀均优于纯硅酸盐水泥。     

磨细钡渣对普通硅酸盐水泥水化历程的影响

测定不同磨细钡渣掺量下水泥-钡渣体系的抗折强度、抗压强度和水化热,结合X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)技术,分析磨细钡渣掺量对普通硅酸盐水泥水化历程的影响规律,探讨磨细钡渣资源化利用的技术方案。结果表明:随钡渣掺量的增加,水泥-钡渣浆体强度逐渐下降水化放热推迟,水化温峰消弱;由于稀释作用,钡渣抑制普通硅酸盐水泥1 d水化产物中钙矾石(AFt)和氢氧化钙(CH)的形成;钡渣中引入的大量可溶性SO2-4,使7 d水化产物中出AFt及石膏增加,当掺量质量分数达50%时,出现大量结晶较好的石膏晶体;磨细钡渣不具备较好的一次水化活性,可作为混合材应用于水泥工业。     

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。     

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。     

纳米粒子和聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料抗折性能

通过抗折试验和抗折试验后小立方体抗压强度试验,探讨了纳米粒子掺量、聚乙烯醇(PVA)纤维掺量和石英砂粒径对水泥基复合材料抗折性能的影响。结果表明,纳米粒子掺量、PVA纤维体积掺量和石英砂粒径对水泥基复合材料抗折强度和抗折试验后小立方体抗压强度有较大影响。PVA纤维水泥基复合材料的抗折强度和小立方体抗压强度随着纳米Si O_2掺量增加呈先增大后减小的趋势,当纳米Si O_2掺量达到1.5%和1.0%时,抗折强度和抗压强度分别达到最大值;随着纤维体积掺量的增大,掺纳米Si O_2水泥基复合材料抗折强度和小立方体抗压强度逐渐增大,但当PVA纤维体积掺量超过0.6%时,小立方体抗压强度有逐渐降低的趋势;随着石英砂粒径的减小,抗折强度和小立方体抗压强度逐渐降低,采用粒径a石英砂配制的水泥基复合材料具有更高的抗折强度和小立方体抗压强度。     

镁质粉煤灰复合胶凝材料试验

目的研究不同原材料掺量对复合胶凝材料试件强度的影响,选择最佳配合比制备一种新型的复合胶凝材料取代普通硅酸盐水泥.方法根据不同配合比参数,制备相应的复合胶凝材料试件,测试其抗折强度和抗压强度,研究轻烧镁粉掺量、硫酸镁溶液掺量、硫酸铝溶液掺量以及磷酸掺量对试件强度的影响.结果硫酸镁溶液质量分数不变时,试件的强度随轻烧镁粉掺量的增加而提高.轻烧镁粉与硫酸镁的质量比固定时,试件的强度随硫酸镁溶液浓度的降低而减小,且m(Mg O)∶m(Mg SO4)固定值为4.6时,试件的强度取得最大值.m(Mg O)∶m(Mg SO4)∶m(H2O)为4.6∶1∶3.7,硫酸铝溶液掺量、磷酸掺量分别为轻烧镁粉掺量的1.5%、1.8%时,复合胶凝材料试件28 d时的抗折强度、抗压强度取得最大值,分别为6.8 MPa、51.4 M Pa.结论制备的镁质粉煤灰复合胶凝材料的强度可达到同等42.5级普通硅酸盐水泥的强度要求.     

纳米粒子和PVA纤维增强水泥基复合材料抗折性能研究

通过抗折试验和抗折试验后小立方体抗压强度试验,探讨了纳米粒子掺量、PVA纤维掺量和石英砂粒径对水泥基复合材料抗折性能的影响。结果表明,纳米粒子掺量、PVA纤维体积掺量和石英砂粒径对水泥基复合材料抗折强度和抗折试验后小立方体抗压强度有较大影响。PVA纤维水泥基复合材料的抗折强度和小立方体抗压强度随着纳米SiO₂掺量增加呈先增大后减小的趋势,当纳米SiO₂掺量达到1.5%和1.0%时,抗折强度和抗压强度分别达到最大值;随着纤维体积掺量的增大,掺纳米SiO₂水泥基复合材料抗折强度和小立方体抗压强度逐渐增大,但当PVA纤维体积掺量超过0.6%时,小立方体抗压强度有逐渐降低的趋势;随着石英砂粒径的减小,抗折强度和小立方体抗压强度逐渐降低,采用粒径a石英砂配制的水泥基复合材料具有更高的抗折强度和小立方体抗压强度。     

基于BP网络的水泥强度预测

运用改进的BP算法,建立了水泥强度预测模型.模型1用于预测水泥抗压强度,网络输入为水泥3 d抗压强度,网络输出为水泥28 d抗压强度;模型2用于预测水泥抗折强度,网络输入为水泥3 d抗折强度,网络输出为水泥28 d抗折强度.网络的改进主要采用附加冲量和自适应学习率等方法,网络运行良好.模型1的相对误差平均值为1.665 5%;模型2的相对误差平均值为3.834 1%,预测结果较为理想.     

钢渣作为混合材在复合水泥中的应用

对钢渣作为一种混合材在复合水泥中的综合利用进行了研究,并通过X线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、水化热测试、孔结构测试等现代物相检测手段,揭示钢渣复合水泥微观结构与宏观性能之间的内在联系。结果表明:钢渣能显著降低水泥的水化热,降低水泥的标准稠度用水量;钢渣水泥浆体线膨胀率很小,均没有超过0.1%,体积稳定性良好;一定掺量混合材能有效降低浆体孔隙率,改善孔径分布,提高浆体致密度;复合掺加20%钢渣、10%粉煤灰时,水泥的28 d抗折、抗压强度分别达到了8.3、48.9 MPa;钢渣和粉煤灰复合掺加有利于水泥强度发展。     

水热条件对硅酸盐水泥的水化及其干缩性能的影响

通过强度试验、干缩测定、MIP、TG-DSC、NMR分析,研究了不同水热条件下硅酸盐水泥的早期（3 d）水化及其干缩性能。结果表明：约2 d时间的水养护温度由20℃提高到60℃,水泥的早期（3 d）水化程度显著提高,C-S-H凝胶数量显著增多,同时C-S-H凝胶的硅酸盐聚合度提高,C-S-H的表面积减小,致密度提高;水泥的3 d强度显著提高,但28 d强度明显下降;水泥的干缩显著减小。养护温度提高减小干缩的原因是由于干燥前C-S-H凝胶的化学结构等发生变化而使水泥的不可逆干缩显著减小。     

聚丙烯酸酯乳液改性粉煤灰/水泥砂浆的制备与性能研究

以纯丙乳液为有机添加剂,制备了粉煤灰/水泥砂浆,研究了不同粉煤灰和纯丙乳液用量对砂浆抗压、抗折及粘结强度的影响。砂浆的抗折及粘结强度得以改善,但抗压强度有所降低。     

高铝质低水泥浇注料的研制

以煅烧B级高铝矾土为集料,以纯铝酸钙水泥和四节粘土共同作为结合剂,以煅烧A级高铝矾土细粉作为掺合料,井加入SiO_2微粉研制成高铝质低水泥耐火烧注料。借助X射线衍射、电泳实验和其它常规理化性能测试手段证实:此种材料同普通水泥浇注料相比具有低温强度高、中温强度不降低、高温性能好、耐侵蚀性强等优点。本文还对诸如粒级的正确选择、颗粒级配的合理调整;外加剂、超微粉的选择和比例量的调整、加料顺序的严格控制等有关工艺因素进行了分析与探讨。     

可再分散乳胶粉对水泥稳定碎石材料性能影响的试验研究

为研究可再分散乳胶粉对水泥稳定碎石材料性能的影响，开展水泥胶砂试验及无侧限抗压强度、抗折强度、干缩、温缩路用性能试验，并通过XCT、SEM微观试验分析胶粉的作用机理。试验结果表明：胶粉应用于低剂量水泥基材料时，对强度和抗裂性具有显著的提升效果。考虑水泥稳定碎石的抗压强度、抗折强度及韧性，5%胶粉用量最优。5%胶粉水泥稳定碎石7 d无侧限抗压强度提高9.8%、抗折强度提高9.6%、弯曲韧性提升21.0%。掺入胶粉后，水泥稳定碎石的7 d、28 d干缩系数分别降低41.5%、34.0%，温缩系数降低17.1%，收缩性能得到显著改善。XCT图像分析显示，加入胶粉改变了水泥胶砂的孔隙特征，减少了大孔的数量，孔隙率和平均孔径是影响胶砂强度的主要因素。SEM结果显示胶粉可以增强水泥稳定碎石的界面粘结，优化其孔隙结构，并且与水泥水化产物联结形成弹性空间网络结构，是水泥稳定碎石韧性和收缩性能提升的主要原因。     

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.     

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。     

碱矿渣混凝土基本力学性能试验研究

以水玻璃和Na OH作为激发剂,矿渣微粉作为胶凝材料,硫铝酸钙氧化钙膨胀剂作为掺合料,制备碱矿渣混凝土基本力学性能试验标准试件,开展其立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、弯拉强度、弹性模量和泊松比基本力学性能试验研究.结果表明:碱矿渣混凝土表现出良好的早强性能,SEM微观分析显示骨料与浆体界面间未见明显过渡区,膨胀剂的掺入可以提高碱矿渣混凝土的早期(1 d、3 d)强度,降低后期(28 d)强度;同强度等级的碱矿渣混凝土的抗拉韧性要优于普通硅酸盐混凝土,弯拉强度、弹性模量和泊松比与普通硅酸盐混凝土相当;膨胀剂的掺入对弯拉强度有较大幅度的降低;已有弹性模量各建议计算式计算结果中与试验值最为接近的为中国规范.     

水泥改性乳化沥青混凝土力学性能与微观机理

研究了不同水泥用量对乳化沥青混凝土的抗压强度和抗压回弹模量、抗折强度和抗折回弹模量等力学参数的影响.使用红外光谱、X衍射和扫描电子显微镜,研究了水泥乳化沥青胶浆以及混凝土界面的微观结构特征.结果表明,加入水泥后,乳化混凝土力学参数有较大提高,并随着水泥用量增加而增大;水泥与乳化沥青之间没有发生明显的化学反应;水泥与乳化沥青中的水相发生了水化反应,水化产物与水泥在水中的水化产物相同;呈网状的水化产物与沥青通过物理复合形成的水泥沥青胶浆,增大了沥青胶浆的粘度,改善了胶浆与集料界面的粘结,提高了混凝土的力学性能.