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.     

XYZ减水剂的合成及性能研究

目的考察聚羧酸系减水剂对水泥水化作用及微观结构的影响。方法借助净浆水泥凝结时间、水化放热曲线、扫描电镜(SEM)观测、孔隙率和孔径分布测定等手段。结果掺加一定量减水剂,可使水泥凝结时间延迟;体系最高温度降低了8.6℃,时间推迟17 h;使水泥早期微小晶体大量生长,气孔细化且分布更加合理。结论XYZ系列减水剂具有缓凝特性,能够显著延缓水泥水化的放热;可使水泥石的后期水化更充分,水化产物结构更紧密。     

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.     

钢渣粉和钢渣水泥的活性及水化机理研究

利用X射线衍射分析、扫描电子显微镜、化学结合水量测定以及胶砂实验等方法研究了钢渣粉和钢渣水泥复合粉的活性和水化机理,研究结果表明:钢渣硬化浆体中的矿物组成含有水化产物C-S-H凝胶和Ca(OH)2,钢渣残余矿物C2F、Ca2(Fe,Al)2O5、CaCO3和RO相,和一些未反应的胶凝矿物C2S和C3S;钢渣、水泥和钢渣-水泥浆体三者的水化产物种类类似,微观结构形貌存在差异;14 d后掺钢渣水泥净浆试样的化学结合水量与水泥差距缩小,28 d后化学结合水量实测值大于计算值;钢渣掺量(质量分数)小于30%时,钢渣水泥胶砂的28 d强度高于水泥胶砂的28 d强度。     

水灰比对水泥水化放热模型的影响

水化放热量与水化程度有直接关系,水化热的变化可反映水化程度的变化,水灰比对水化放热量的影响反映了水灰比对水化程度的影响。水灰比越高,水泥的可化合水越多,可容纳水化产物的微观空间越大,进而使得水泥浆的水化程度越充分。刚开始,水灰比对水泥水化生热率的影响并不明显;但经过一定时间后,生热率随水灰比的增加而提高。当水灰比由0.3增加到0.6时,28 d期水化热增加120 kJ/kg。     

氧化镁水化产物的微观结构特点表征

为了抑制和降低掺氧化镁混凝土坝的膨胀开裂,采用热分析、X线衍射和扫描电子显微镜分析了氧化镁在不同温度下水化产物的形貌.结果表明:氧化镁在20℃和50℃水中养护180 d后的水化率为57%和94%,经X线衍射分析仍发现未水化的氧化镁;在216℃和2MPa下压蒸4 h,氧化镁全部水化.氧化镁在20℃养护180 d,水化产物为纤维状,长3~5μm,相互交错;掺少量水泥后在80℃水中养护360 d生成针状Mg(OH)2,大小为0.5~1μm,在水化产物中呈分散状扩散和生长;在大量水泥中形成六方板状的Mg(OH)2,大小少于0.1μm,易团聚,能引起混凝土局部膨胀开裂.温度对水化产物性质影响不大,对产物形状、大小和分布有一定的影响.     

聚羧酸减水剂对水泥水化历程的影响

通过测定掺聚羧酸减水剂水泥浆体的凝结时间、化学收缩、初期水化放热、抗压强度,同时利用XRD分析,对减水剂作用下水泥水化进行了研究.结果表明:聚羧酸减水剂在具有较好分散性的同时具有较强的缓凝作用,有效抑制初期水化,而不影响后期水化.随掺量的增加缓凝时间增长、化学收缩减小,第一放热温峰增强,第二放热温峰延迟和消弱;随掺量增加,水化1d的CH特征衍射峰明显降低,28d的CH特征衍射峰增强,当掺量为w(减水剂)=1.5%时,3d强度降低10%～30%,7d强度降低5%～15%,而28d强度无明显降低.     

Na2SO4侵蚀环境对超早强水泥灌浆材料强度形成的影响机制

水泥灌浆材料因其高流态、超早强的工程特性,被广泛应用于构筑物修复与加固工程,但其服役环境较为复杂,常会受到以盐离子为代表的外界介质的侵蚀。为了揭示盐蚀环境对超早强水泥灌浆材料(HCGM)强度形成的影响机制,以硫酸钠为研究对象,分析了盐溶液浓度和侵蚀时间对HCGM强度、微观构造和水化产物的影响规律。研究结果表明：浓度越大的硫酸侵蚀环境下,HCGM的变化越明显,浸泡时间越久,变化越明显;在侵蚀初期,HCGM强度较未侵蚀时略有所上升,随着Na₂SO₄溶液浓度和侵蚀时间的增加,HCGM的抗折强度逐渐降低;随着Na₂SO₄溶液浓度的增加,早期水化产物CH晶体与硫酸钠反应生成石膏,从而增加了试件强度。     

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.     

粉煤灰对铁铝酸盐水泥水化过程的影响

通过测试流动度、凝结时间、水化热、电阻率、抗压强度、pH值以及水化产物等研究了不同掺量粉煤灰对铁铝酸盐水泥水化过程的影响。结果表明,掺入粉煤灰提高了水泥浆体的流动度,并缩短了凝结时间。铁铝酸盐水泥的早期水化速率较快,表现为早期水化放热较快,电阻率快速增长。掺入粉煤灰使得试件抗压强度降低,掺入30%粉煤灰的试件在3、28 d时的抗压强度较空白组相应值分别下降了40.4%、50.7%。在90 d龄期内,孔溶液的pH值呈现出先升高后降低的趋势,空白组试件的pH值在水化3 h时为11.09,在水化48 h时升至11.59,而后逐渐降低,在水化90 d时降至10.87。掺入粉煤灰可提高孔溶液的pH值。铁铝酸盐水泥的主要水化产物为钙矾石,而粉煤灰由于水化环境碱度不足未能发挥火山灰效应。     

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。     

新型复合MgO膨胀材料的膨胀效果

研究掺加不同量复合MgO的胶砂试件,在不同水化龄期的力学性能、膨胀性能以及在20、50、80 ℃水中养护,膨胀率的变化过程和趋势.结果表明:随着MgO掺量的增加,膨胀率相应增加,但强度降低,当掺量在6%～8%时,试件的膨胀量与强度可达到较好的平衡;随着水化温度的升高,相同龄期下水泥浆体膨胀率增大,且7～28d龄期内增加的速率比后期的快,但随着龄期的增加,高温养护时的膨胀速率又逐渐小于低温养护的膨胀速率.     

可逆变色水泥基材料的研究

在白水泥中掺加常温可逆温致变色微胶囊,制备出了可逆变色水泥基材料.掺10%蓝温致变色颜料微胶囊水泥基材料的颜色,可在低温时的蓝色和高温时的白色之间可逆变化,变色温度在42℃左右;掺10%红色、绿色温致变色颜料微胶囊水泥基材料的颜色,也可随温度产生相应的可逆变化,变色温度约在58℃左右.其中,红色水泥试件由低温时的红色变为高温时的近似白色,符合建筑装饰对材料低温暖色调、高温冷色调,应能随温度可逆变化的要求.掺加10%蓝温致变色颜料微胶囊后,水泥细度有所下降,标准稠度用水量有所增加,初凝时间、终凝时间、安定性均合格.在同流动度条件下,硬化水泥浆体抗折强度3 d,7 d,28 d均下降20%左右,抗压强度3 d,7 d,28 d下降在35%-43%之间.表明该材料可在建筑物非承重部位起功能材料作用,符合冬暖夏凉材料的制备方向.扫描电镜观察和X射线分析表明,在白水泥中掺加常温可逆变色微胶囊不会明显影响水泥本体结构.     

粉煤灰水泥的护筋性探讨

在使用粉煤灰水泥时,常常担心粉煤灰水泥因二次水化反应消耗掉水泥水化产物中的Ca(OH)2,使粉煤灰水泥的护筋性欠佳.通过测试掺入粉煤灰的水泥水化28 d的pH值,可以看出即使是粉煤灰掺量在70%时,其水化28 d的pH值也大于11.5,不会导致粉煤灰水泥的碱度过低,影响其护筋性.采用浸烘循环法直接测试粉煤灰水泥在粉煤灰掺量为50%、60%时的护筋性,经过30次的循环,胶砂试件中钢筋的失重率与硅酸盐水泥处于同一水平.试验结果表明,粉煤灰水泥具有良好的护筋性.     

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.     

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.     

稻壳水泥熟料煅烧试验

目的以稻壳作为水泥生产的原料之一,研究不同稻壳用量、不同率值、不同煅烧温度对煅烧成的稻壳水泥性能的影响.方法将煅烧水泥的升温方式分为A、B两组,试验确定实验室煅烧水泥的升温方式,按照煅烧升温方式B煅烧17组不同配比的水泥生料试样,煅烧产物进行水泥净浆抗压强度试验.结果从950℃左右开始升温比从室温起升温煅烧出来的水泥熟料强度高.稻壳用量在3%以内时稻壳水泥的强度和不掺稻壳的水泥强度相差不大,当稻壳用量超过3%时,随着稻壳用量的增加水泥强度下降.随着石灰饱和系数KH的增大,稻壳水泥3 d强度呈增大趋势,28 d强度呈减小趋势.稻壳水泥3 d和28 d净浆抗压强度随着煅烧温度的提高呈增大趋势.结论实验室中采用急速升温的方式煅烧出来水泥强度较好;掺入少量的稻壳对水泥强度影响不大;KH增大对稻壳水泥性能有不利影响;煅烧温度越高,煅烧成的稻壳水泥性能越好.     

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。     

钛石膏掺量对碱激发胶凝材料强度与水稳定性的影响

为了实现超硫钛石膏-粉煤灰胶凝材料在道路工程中的应用,需要研究高掺量钛石膏胶凝材料的水稳定性.设计了膏灰比为3:7、4:6、5:5、6:4、7:3的5组配合比,制作试件240个,分别进行了标准养护及1d、8d或22d浸水养护,测定了7d、14d、28d无侧限抗压强度,计算了软化系数,并采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射法(XRD)测试了材料的微观结构及化学成分.结果表明:钛石膏粉煤灰胶凝材料7 d强度增长缓慢,14～28 d强度增长显著,其中膏灰比为5:5时,胶凝材料14 d、28 d龄期抗压强度值最大,分别为4.4 MPa、5.3 MPa;浸水养护8 d、22 d,胶凝材料膏灰比为5:5的试件抗压强度最大,软化系数在0.82以上,因此膏灰比不宜超过5:5;胶凝体系中水化产物主要为钙矾石(AFt)、水化硅酸钙(C-S-H)、水化硅铝酸钙(C-A-S-H),28 d水化产物随养护龄期增多,材料强度提高.     

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.