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.     

钢渣微粉改性及其助磨剂实验

运用助磨剂改性钢渣复合胶凝材料,研究改性钢渣复合胶凝材料粉体比表面积变化;研究复合胶凝材料抗折强度、抗压强度等力学性能;并分析材料3d、28 d水化矿物.结果显示S58助磨剂能够改善材料活性,使得胶凝材料28 d抗压强度达到42.5 MPa硅酸盐水泥标准;SEM-EDS显示水化初期矿物以氢氧化钙和钙矾石为主,水化28 d,材料较之迷化,生成大量的C-S-H凝胶,复合水泥强度大幅提高.     

高性能水泥基灌浆料试验研究

利用硫铝酸盐水泥、粉煤灰、砂、减水剂等配制高流动性硫铝酸盐水泥基灌浆材料(SAGM).采用均匀性试验设计,并用灰色关联度软件计算机分析试验.试验表明:1d、3d抗压强度分别达到48MPa、62MPa;1d、3d抗折强度分别达到9.3MPa、10MPa,展现出良好的力学性能;1d膨胀率为 0.038%,属于微膨胀,可避免因收缩引起的表面裂微.满足自流平灌浆料技术要求.利用SEM、EDS等测试手段进行微观分析,发现水化1d就有大量凝胶和针柱状钙矾石生成,得出该灌浆料具有快硬早强特点的原因.     

火山灰硅酸盐水泥粒径对水化反应的影响

通过不同细度的筛网和调整磨粉时间获得不同细度的火山灰硅酸盐水泥,试验结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)技术从微观的角度研究了火山灰硅酸盐水泥的细度对火山灰硅酸盐水泥宏观性能、钙矾石晶体与C-H-S凝胶的影响.结果表明,随着火山灰硅酸盐水泥的细度从224.45 m²·kg^-1增加至576.88 m²·kg^-1,抗压强度与抗折强度提高,火山灰硅酸盐的水泥凝结时间下降,标准稠度用水量提高.结合XRD、SEM进行微观分析,利用SEM技术观察出水化产物为钙矾石晶体与C-H-S凝胶,通过XRD技术物相分析发现随着细度的增加钙矾石晶体峰值与Ca(OH)₂峰值逐步提升,得出不同细度的火山灰硅酸盐水泥水化产物随着水泥细度的增大而增多.     

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.     

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。     

早强剂复配和砂的级配对超早强灌浆料性能影响

目的探讨硫酸钠、三乙醇胺和早强组分A复合对超早强灌浆料终凝时间、抗折强度和抗压强度等性能与结构的影响.为实际工程中的应用提供理论依据.方法对石英砂的级配进行了较系统的研究.采用行星式搅拌机将原材料搅拌均匀,用贯入阻力法测定凝结时间,用水泥压力试验机测试力学强度,用电子显微镜分析砂胶比1.0的微观结构.结果单掺0.05%三乙醇胺,0.8%硫酸钠或0.1%早强组分A,超早强灌浆料的各项指标基本满足要求.将硫酸钠、三乙醇胺和早强组分A按合理比例复合;石英砂的最佳质量级配为5∶5∶2,且砂率范围1.0~1.5;超早强灌浆料的终凝时间为50~60 min,初始流动度大于320 mm,0.5 h流动度大于280 mm,2 h抗压强度达35.6 MPa,1 d抗折大于12 MPa,28 d抗压强度大于90 MPa.结论采用砂的最佳级配,将硫酸钠、三乙醇胺和早强组分A复合掺入后,胶凝材料的水化早期的水化程度的增幅最大,后期保持稳定增长.提出复合早强剂最佳配比和砂的最佳级配.     

多元复合超早强灌浆料试验

目的研究铝酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、石膏和硅灰四元复合体系超早强灌浆料的流动度、凝结时间和力学性能,找出超早强灌浆料的最佳配比.方法采用行星式搅拌机将原材料搅拌均匀,利用跳桌测试流动度,贯入阻力法测定凝结时间,水泥压力试验机测试力学强度,混凝土收缩膨胀仪测试膨胀性能,分析砂胶比为1.0的微观结构.结果该体系辅以多种外加剂,采用高胶砂比可以保证初始流动度大于325 mm,30 min流动度大于280 mm,2 h抗压强度达34.80 MPa,24 h抗折达13.82 MPa,28 d抗压强度大于99.90 MPa,56 d抗压强度大于28 d抗压强度.早期SEM微观结构显示晶形生长良好,结构致密.结论铝酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、石膏和硅灰按一定的比例复配,具有良好的施工和易性和力学性能.     

贝壳混合材对硅酸盐水泥性能的影响

以纯碳酸钙、贝壳和石灰石为混合材,探讨掺量变化对硅酸盐水泥性能的影响.试验表明:硅酸盐水泥掺入质量分数为5%～15%的贝壳混合材后,水泥标准稠度用水量减少.3 d、7 d抗折强度高于普通硅酸盐水泥,28 d抗折强度先增后减.28 d抗压强度损失率为石灰石-硅酸盐水泥>贝壳-硅酸盐水泥>纯碳酸钙-硅酸盐水泥.贝壳混合材最佳掺量为10%,此时减水效果最好.早期强度高,28 d抗压强度损失率最小.贝壳化学组成和微观结构使其具有颗粒形态效应、化学反应活性和微细集料填充效应,可成为石灰石混合材的良好替代品.     

新型油井水泥低温早强剂QZ-1性能评价

针对北方地区冬季固井地层温度低,水泥石强度发展缓慢的问题,研制一种低温早强剂QZ-1,该早强剂可在低温环境大大加快水泥的水化速度,使水泥石形成较高的早期强度。 20℃时,早强剂加量2%,12h抗压强度即可达到3.6MPa,达到二次开钻对水泥石强度（3.5MPa）的要求,大大缩短候凝时间,提高钻井速度,节约钻井成本。     

5 ℃低温下复合早强剂性能与早强机理

以溴化钙、溴化锂和三异丙醇胺3种组分设计新型低温早强剂,研究5℃下低温早强剂的早强性能及其对混凝土综合性的影响,并探讨其早强作用机理.结果表明:掺低温早强剂C50混凝土,5℃养护1 d、3 d、7 d、28 d龄期下抗压强度较对比样分别提高57%、32%、23%和12%,混凝土各龄期强度已接近对比样在20℃下的强度.低温早强剂会使混凝土干缩略有增大,56 d前混凝土电通量增大0.7%～10.1%.5℃低温下,掺低温早强剂水泥水化生成新的含溴C-S-H凝胶和水化溴氧铝酸钙产物,孔隙或凝胶产物表面有针棒状钙矾石、片状Ca(OH)_2晶体生成,产物微观结构更加致密,孔径细化,总孔隙率降低.     

水泥对脱硫石膏性能影响的试验研究

为改善脱硫石膏的性能,使其在建筑工程中应用更为广泛。通过对不同水泥掺量的石膏进行抗压强度和抗折强度试验,探究石膏强度与水泥掺量的关系;并通过扫描电镜实验(SEM)和X射线衍射实验(XRD)对单掺水泥石膏强度变化的微观机制进行分析。研究结果表明:水泥掺入脱硫石膏后可以一定程度上改善脱硫石膏的力学性能,提高脱硫石膏的强度。通过微观机理分析发现,水泥-石膏混合体系中会产生钙矾石,由于钙矾石的膨胀以及硅酸钙水化后生成的水化硅酸钙凝胶填充于石膏孔隙,使石膏趋于密实,从微观上解释了石膏强度的增长机制。但由于钙矾石的膨胀具有双重作用,因此存在水泥的最经济掺加量,实验研究确定脱硫石膏中水泥的最经济掺加量为10%。     

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.     

石膏对硫铝酸盐水泥水化特性的影响

研究了无水石膏及脱硫石膏对硫铝酸盐水泥抗压强度、干燥收缩率、早期水化放热及浆体组成的影响.结果表明:石膏能加速硫铝酸盐水泥的早期水化,低掺量(≤20%,质量分数)时1 d抗压强度提高,干燥收缩有所降低;随石膏掺量增加,3 d和28 d抗压强度先增后减;掺量过高时硬化浆体的后期强度甚至会倒缩;抗压强度与钙矾石生成量并无直接关联,与铝胶量成正相关.脱硫石膏可替代无水石膏配制出更优良的硫铝酸盐水泥,具有广阔前景.     

无碱液态速凝剂的改性和速凝机理

以无碱液态速凝剂(NSA)为基础,通过对其组成进行优化,从而改善其性能.实验结果表明,改性后,当NSA速凝剂掺量为5%时可使PⅡ52.5硅酸盐水泥的初凝时间缩短至1.5 min,终凝时间缩短至4.1 min,1 d抗压强度达到15.9 MPa,比空白试样提高31.4%,28 d抗压强度保留率为92%.使用XRD、SEM、TG-DSC等测试手段对水化试样进行分析,结果表明,改性NSA速凝剂是通过促进形成钙矾石晶体而达到速凝效果的.     

早强剂对掺硅灰的水泥砂浆强度与结构影响的研究

探讨了不同早强剂对掺硅灰的水泥砂浆强度及微观结构的影响.结果表明:掺入不同的早强剂均可提高掺硅灰的水泥砂浆早期强度,且对其1 d抗压强度的增强效果优于3 d.其中掺入适量的硫酸钠可迅速生成大量的钙矾石晶体,提高水泥砂浆的密实度,同时促进了硅灰的火山灰反应,明显提高了掺硅灰的水泥砂浆的早期强度,但早强剂对掺硅灰的水泥砂浆后期强度影响不大.3种早强剂对掺硅灰的水泥砂浆早期强度增强作用从大到小的顺序依次为硫酸钠、氯化钙、三乙醇胺,其中硫酸钠掺量为3%时增强作用最佳.     

亚硝酸钙对硫铝酸盐水泥水化硬化过程的影响

利用维卡仪、水化热、XRD和DTG等测试手段,研究亚硝酸钙(Ca(NO2)2)对硫铝酸盐水泥(SAC)初凝时间和终凝时间、力学性能、水化放热速率及水化产物的影响.结果表明:当亚硝酸钙的质量掺量为1. 2%时,可显著缩短初凝时间和终凝时间,加快硫铝酸盐水泥的凝结;明显提高硫铝酸盐水泥早期的抗压强度,对后期抗压强度的提高幅度较小,标准养护条件下1 d和28 d抗压强度分别提高25. 0%和6. 1%;使水化第一、第二放热峰值分别提高35. 9%和34. 3%,并增加水化放热量;亚硝酸钙的溶解改善硫铝酸盐水泥浆体系统的水化环境,有利于水化产物钙矾石(AFt)的结晶,从而促进水化并提高抗压强度.     

粉煤灰基胶结充填材料试验研究

针对目前性能优良的矿用胶结充填材料价格较高的问题,通过试验室正交实验的方法得到粉煤灰未经活化的最佳组分配比,而后通过对比实验找到1种粉煤灰活化剂,这种活化剂与粉煤灰、水搅拌陈放4~8 h后,能有效激发组分配方中粉煤灰的早期活性,活化后粉煤灰掺入组分配比后得到水灰比接近1∶1,粉煤灰占充填材料固体质量80%以上,8 h抗压强度大于0.8 MPa,1 d抗压强度大于3 MPa,3 d抗压强度大于4 MPa,初凝时间在90~120 min之间的材料配方。结果表明:材料8 h即形成大量针状钙矾石,3 d时产生C-H-S(水化硅酸钙)凝胶,7 d后钙矾石已被胶凝包裹。最后,按配方比例在桃山矿井下采空区进行充填工业试验,该材料虽掺入大量粉煤灰但仍能适应井下环境,具有快凝、早强、接顶率高等特点。     

早高强砂浆和混凝土的力学性能及抗爆实验

随着大型工程结构的飞速发展,高强混凝土是现代混凝土的一个重要发展方向.采用铝酸盐水泥、硅酸盐水泥和石膏作为胶凝材料配制了快硬、早高强微膨胀砂浆和混凝土.早高强砂浆的1、3、7 d抗压强度和抗折强度分别为37、59、72 MPa和8.4、11.3、13.2 MPa.早高强混凝土的1、3、7 d抗压强度和抗折强度分别为27、65、70 MPa和2.5、6.8、9.9 MPa.利用一种预置爆室的抗爆实验方式,对所配制的早高强混凝土和普通混凝土的抗爆性能进行对比研究.实验结果表明:早高强混凝土制作的爆室,在20 g TNT药量作用下,爆室结构保持完好,实现密封要求;而相同条件下,普通混凝土制作的爆室结构被严重破坏.     

纳米SiO_2对水泥强度的影响

目的研究亲油纳米SiO_2粉、亲水纳米SiO_2粉、纳米SiO_2溶胶对新拌砂浆力学强度的影响,确定不同性状纳米SiO_2提高水泥强度的最适宜掺量.方法测试不同性状纳米SiO_2在不同掺量、不同龄期下水泥砂浆的抗压与抗折强度;利用X-射线衍射(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)分析不同试验条件下水泥的水化产物.结果纳米SiO_2均可提高水泥的早期和后期强度,但对水泥的增强效果不同,纳米SiO_2溶胶对早期强度具有较好的增强作用,亲水纳米SiO_2粉对后期强度的贡献较为明显.纳米SiO_2粉最佳掺量均为1%,溶胶最佳掺量为1.5%.结论掺加不同性状纳米SiO_2均能够改善水泥的力学强度.引入不同性状的纳米SiO_2后,水泥水化3 d的水化产物中Ca(OH)_2含量减少,C-S-H和钙矾石的含量增加,钙矾石结晶程度较好,砂浆体系结构更加密实.