电阻率法研究引气剂对水泥浆体化学收缩及氯离子渗透性的影响

研究了引气剂对硅酸盐水泥浆体的电阻率、化学收缩、物理力学性能及氯离子渗透性的影响。结果表明,掺入引气剂使水泥浆体的流动度增大,凝结时间延长,早期水化速率加快,化学收缩增大。水泥浆体的电阻率在凝结前随着引气剂掺量的增加而增大,在硬化后则随着掺量的增加而减小。在28d龄期时,0.04%掺量内的引气剂对硬化浆体的抗压强度影响较小,其强度损失率低于5%,氯离子迁移系数随掺量的增大而减小。随引气剂掺量的变化,水泥浆体的电阻率与化学收缩、抗压强度和氯离子迁移系数均存在很好的定量关系。通过水泥浆体的电阻率发展曲线可以预测其化学收缩、强度与氯离子渗透性的变化规律。     

常温下硝酸铵钙对硫铝酸盐水泥的早强作用

研究了常温下硝酸铵钙对硫铝酸盐水泥浆体的流动度、凝结时间、抗压强度、电阻率及浆体内部温度、水化热、水化产物和孔结构的影响,对硝酸铵钙的早强作用机理进行了分析。结果表明,当硝酸铵钙的掺量从0增大到5%时,水泥浆体的初始流动度明显增大,凝结时间显著缩短,6 h,1,3,7和28 d抗压强度均显著提高,电阻率变化速率曲线峰值出现的时间逐渐提前,水泥浆体内部温度逐渐升高,温峰出现时间提前;其掺量在2%以内时,水泥水化放热速率明显加快,1 d累积放热量略有增大,钙矾石的生成速率及生成量均增大,硬化水泥浆体的平均孔径、总孔体积和孔隙率减小。由于硝酸铵钙能够明显加快硫铝酸盐水泥的水化进程,使其早期强度显著提高,因此可用作早强剂。     

粉煤灰、石灰石粉复掺对水泥净浆工作性能的影响

通过检测水泥净浆流动度和Marsh时间,研究了不同掺量粉煤灰与石灰石粉对水泥浆体的工作性能的影响。结果表明,粉煤灰单掺掺量为20%的水泥浆体工作性能最优,单掺石灰石粉的水泥浆体随着掺量增加流动度呈线性增长;复掺掺量分别为20%、30%,粉煤灰和石灰石粉等量时,水泥浆体工作性能最好;通过对水泥、粉煤灰和石灰石粉的粒径分析,从微观角度分析了不同级配的水泥浆体的工作性能。     

电学方法研究掺有窑灰水泥的水化特性

利用非接触式电阻率新方法,研究普通硅酸盐水泥及粉煤灰和粉磨时间分别为1h、3h和4h的窑灰混掺后胶凝材料的水化特性.试验结果表明,窑灰分别粉磨1h、3h和4h后,在同样掺量情况下,对水泥浆体早期电阻率随时间的变化有明显的影响.高碱度和高Cl-、高SO3含量将直接影响到窑灰作为混合材或直接回窑后水泥的早期水化特性.不同掺量的粉煤灰在一定程度上可以平衡窑灰水泥浆体系中的碱,同时窑灰中的碱也可激发粉煤灰的早期活性,在熟料掺量小于50%时仍可获得较高的早期强度.     

三维石墨烯-碳纳米管/水泥净浆的压敏性能

为了探索三维石墨烯-碳纳米管(G-CNTs)/水泥净浆的压敏性能,采用四电极法研究了荷载作用下GCNTs/水泥净浆的电阻率变化,并分析不同G-CNTs掺量、加载幅度、加载速度以及恒定荷载对电阻率变化的影响。研究表明:随着G-CNTs掺量的增加,电阻率呈先减小后稳定的变化趋势,在G-CNTs掺量由0.2wt%增加至1.6wt%时,电阻率下降51.8%;电阻率与温度呈负相关;G-CNTs掺量高于0.8wt%时可以显著提高水泥净浆的压敏性能,且电阻率变化率与应力应变有明显的对应关系,1.2wt%G-CNTs掺量下试件的应力灵敏系数和应变灵敏系数分别为2.3%/MPa和291;G-CNTs/水泥净浆电阻率变化率幅值随着加载幅度增大而相应增加,其电阻率变化率曲线在不同加载速度以及恒定荷载作用下均与应力-应变曲线一一对应,具有良好的压敏特性。     

粉煤灰改性磷酸镁水泥性能及机理分析

以粉煤灰、MgO和KH₂PO₄为原料制备磷酸镁水泥(MPC)。测定MPC在不同粉煤灰掺量下的抗压强度、抗折强度、凝结时间、孔隙率,并分析其微观结构。研究结果表明：MPC抗压强度随粉煤灰掺量的增加先升高后降低,掺量为20%时强度最大为34 MPa,抗折强度随粉煤灰掺量的增加而降低,韧性随粉煤灰掺量的增加而降低;粉煤灰改善了MPC孔结构,粉煤灰掺量为40%时MPC孔隙率降低了67.2%;粉煤灰延长了MPC凝结时间,粉煤灰掺量为40%时MPC凝结时间延长至13.7 min;随着粉煤灰掺量的增加水化产物MgKPO₄·6H₂O(MKP)生成量先增多后减少,粉煤灰掺量20%时MKP生成量最大。粉煤灰对MPC强度的影响主要取决于MKP生成量。     

不同重金属对粉煤灰基地聚合物的影响作用

以粉煤灰为主要原材料制备粉煤灰基地聚合物,研究了掺入的重金属的种类、掺量、化学形态对地聚合物体系的抗压强度、反应产物、孔结构的影响。结果表明:Pb~(2+)、Cr~(3+)、Cu~(2+)的掺入对固化体后期的抗压强度影响较大,在反应产物中出现了重硅钙石,含Pb~(2+)固化体的总孔体积减小,而含Cr~(3+)和Cu~(2+)固化体的总孔体积增大;重金属的掺量应该控制在合理的范围内。当重金属的掺量较小时其总孔体积较小,体系较为致密;铬掺入的形式不同对地聚合物体系稳定性的影响也不同,且单掺铬的氧化物或单质可使固化体体系的总孔体积减小,而掺入多种重金属时固化体的平均孔径明显增大。     

荷载作用下饱和水泥浆体中氯离子扩散性能研究

混凝土类水泥浆复合材料中各种尺度的孔隙,如凝胶孔、毛细孔、掺入的气体气泡以及微裂纹等影响着氯离子的扩散性能。孔隙结构参数(如孔隙率)在外荷载作用下会产生变化,进而影响了水泥浆体中氯离子扩散性能。外荷载作用对氯离子扩散行为的影响,可以等效为外荷载所引起的孔隙率的改变对氯离子扩散性能的影响。从微观角度出发,将饱和水泥浆体看作由水泥浆体基质(其孔隙率为零)和孔隙水夹杂相所组成的两相复合材料介质。基于弹性力学理论推导并获得了饱和水泥浆体达到其强度前(即未产生新裂纹前)当前孔隙率与材料初始孔隙率及体应变之间的定量关系,得到了水泥浆体中氯离子扩散系数与这些参数的定量关系。基于Fick第二定律分析了外荷载(体应变)和孔隙率变化对氯离子扩散性能的影响。研究表明:氯离子在饱和砂浆中的扩散系数随孔隙率增大而显著增大;氯离子在砂浆中的扩散系数随压缩体应变的增大而减小,随拉应变增大而增大。     

粉煤灰对泡沫混凝土物理力学性能的影响

研究了粉煤灰掺量和水灰比对粉煤灰掺量较大的泡沫混凝土的干密度和抗压强度的影响,利用经验公式计算泡沫混凝土的孔隙率,重点研究泡沫混凝土的孔隙率和干密度、抗压强度的关系。研究结果表明随着粉煤灰掺量的增加泡沫混凝土的干密度和抗压强度均呈下降的趋势。当粉煤灰掺量由25%上升到30%时,不同水胶比的泡沫混凝土干密度下降均超过了60 kg/m3;粉煤灰掺量由30%提高到40%时,不同水胶比的泡沫混凝土抗压强度下降的趋势都明显减小。以粉煤灰取代水泥后,孔隙率和干密度的拟合公式为 Y =27126.8-64295.9X +38334.4X 2,相关系数为0.9097;孔隙率和抗压强度的拟合公式为Y =58.7-142.2X +86.3X 2,相关系数为0.9802。     

早强型水下不分散水泥基复合材料的性能优化设计

针对严酷服役环境条件中水下混凝土抗拉变形能力差、开裂引发的一系列病害，在水泥浆体中掺入抗分散剂UWB-Ⅲ、粉煤灰、减水剂、速凝剂、聚乙烯醇纤维、煤矸石等物质，研究各物质不同掺量对水泥基材料的抗分散性能、水陆强度、微观形貌的影响。结果表明，适量的UWB-Ⅲ可以显著改善浆体的抗分散性能，但过量使用UWB-Ⅲ会降低砂浆的流动性。当UWB-Ⅲ掺量为6.5%时，能够较好的兼顾抗分散性能和流动性。随着粉煤灰或煤矸石替代率的增加，材料抗压强度降低，悬浊物含量增大。随着减水剂、速凝剂、聚乙烯醇纤维等掺量的增加，材料抗压强度呈现先增大后减小的趋势。综合分析可知UWB-Ⅲ掺量6.5%,粉煤灰替代率20%,水胶比0.24,减水剂0.5%,速凝剂2%,纤维掺量2%,煤矸石替代率60%的水泥基复合材料具备早强、水下不分散等特点。研究可为水下混凝土开裂提供一种快速修补方法，也可对煤研石进行资源化利用。     

Mg2+掺杂对SrTiO3薄膜光电特性的影响

利用溶胶-凝胶法在Al2O3陶瓷片上制备掺Mg的SrTiO3薄膜。在SrTiO3中掺杂不同含量的Mg离子,Mg在钛酸锶中取代钛位,形成受主掺杂。研究了掺杂对薄膜电阻率的影响,实验表明,当掺杂浓度为4%时,电阻率最小。当掺杂浓度为4%时,薄膜电阻率会随着光功率变化而变化,当光功率<100W时,电阻迅速减小,超过100W时,减小幅度变小。     

粉煤灰泡沫混凝土力学性能的研究

利用粉煤灰、石灰和水泥为原料,双氧水为发泡剂,制备粉煤灰泡沫混凝土,通过改变泡沫混凝土的水胶比、双氧水掺量和水泥掺量,测试其抗压强度,利用正交实验分析选出最优方案和最显著因素,并通过对泡沫混凝土断面照片进行黑白二值化处理,研究最显著因素与孔隙特征之间的关系。结果表明,双氧水发泡的粉煤灰泡沫混凝土抗压强度随着水泥掺量的增加而增大,随着双氧水掺量的增加而减小,随着水胶比的增大而出现减小的趋势,但是并不显著。随着泡沫混凝土水泥掺量的增加,泡沫混凝土的孔径逐渐减小。当水泥掺量为70%,双氧水掺量为3%,水胶比为0.55时泡沫混凝土力学性能最好。     

超细石墨复合改性水泥石的导热性能

为提高地热的开采效率，在地热井采热段应使用具有高导热性能的固井材料。以超细石墨为提高导热性能的掺合料，选用十二烷基苯磺酸钠作为分散剂提高超细石墨在水泥浆中的分散稳定性；优选出适合的超细石墨分散液后，进一步制备超细石墨复合改性水泥石(简称为水泥石)作为固井材料；研究超细石墨掺量对水泥石的抗压强度和导热性能的影响；运用XRD、 TG、 MIP、 SEM测试和表征水泥石的物相组成、孔隙率和结构致密性，研究不同掺量的超细石墨对水泥石导热性能的影响；探讨不同石墨掺量和孔隙率条件下的水泥石导热机制。结果表明：随着超细石墨掺量的增大，水泥石的导热系数先增大后减小，当超细石墨质量分数为12%时，水泥石导热系数达到最大值，为2.45 W/(m·K);超细石墨的导热性能、孔隙率与水化产物的含量均可影响水泥石导热性能；随着超细石墨掺量的增大，水泥石的抗压强度先增大后减小；综合考虑水泥石的导热性能与力学性能，超细石墨的优选质量分数应为10%～12%。     

水泥-粉煤灰体系早龄期液相离子浓度与电导率的关系

通过离心和高压萃取法分别提取水泥-粉煤灰体系1h内和5~24h的液相,采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICPOES)、pH计和电导率测试仪分别测试液相离子浓度、pH值和电导率,并探究了粉煤灰掺量对体系液相离子浓度、pH值和电导率的影响。结果表明:随水化时间延长,水泥-粉煤灰体系早龄期液相中K~+浓度先降低后上升,Na~+、SiO_4~(4-)浓度和pH值逐渐上升,5h左右Ca~(2+)和SO_4~(2-)浓度达到峰值,10h左右AlO_2~-浓度达到峰值;随粉煤灰掺量增加,液相中各离子浓度和电导率呈降低趋势,根据液相电导率变化规律将体系早龄期水化进程分为溶解期、诱导期和加速期三个阶段;液相电导率与离子总浓度成正相关,主要受K~+、Na~+和OH~-浓度影响,高掺量(50%)粉煤灰对单一离子与电导率之间相关性的影响较为显著。     

铜离子掺杂对水泥水化的影响机理

本文研究了铜离子对熟料矿相种类、结构和水化进程的影响机理。结果表明:铜离子对水泥水化进程的缓凝抑制作用按照影响机理分为两个阶段:第一阶段,铜离子掺杂导致水化体系中Ca~(2+)浓度降低,早期氢氧化钙(Cu(OH)_2)结晶形成受阻,破坏了反应溶液的高碱性环境,且钙矾石(Aft)的形成速率减小、生成量减少,诱导期延长,水化产物间无法快速搭接形成网状结构,水泥浆体凝结硬化受阻;第二阶段,铜离子造成C_3S晶粒异常长大,水化反应活性降低,水泥浆体结构变得疏松、孔隙率增大,从而导致其后期强度显著降低,且孔隙中分布晶体尺寸较大的钙矾石,相互穿插,形成水泥浆体中的薄弱联结。     

普鲁兰多糖对水泥净浆性能的影响

主要研究一种新型微生物多糖——普鲁兰多糖(Pullulan)对新拌水泥浆体性能的影响,对比分析了不同掺量的普鲁兰多糖对水泥净浆标准稠度用水量、凝结时间、流动度和Zeta电位的影响,以及对硬化水泥浆体力学性能的影响.研究表明:普鲁兰多糖增大了水泥浆体标准稠度用水量,延长了水泥的凝结时间;随着普鲁兰多糖掺量的增加,新拌水泥浆体的初始流动度降低,但随着时间的延长,流动度不降反升;普鲁兰多糖的掺入降低了水泥浆体的Zeta电位,0～13 min内,Zeta电位值极度不稳定,然后趋于平稳状态;普鲁兰多糖与减水剂(PC)复掺后,随着普鲁兰多糖掺量的增加,水泥浆Zeta电位发生了复杂的变化过程;普鲁兰多糖对硬化水泥浆体的抗压强度无明显不利影响.     

低湿度半浸泡环境下粉煤灰对砂浆试件硫酸盐侵蚀性能的影响

在T=(20±3)℃、相对湿度RH=(35±5)%的低湿度环境下,将粉煤灰掺量为0%、15%、30%和45%的水泥砂浆半浸泡在5%(质量分数)Na_2SO_4溶液中进行180 d侵蚀实验。研究侵蚀前后砂浆的孔结构、毛细吸附传输特性、砂浆试件盐结晶区的SO_4~(2-)浓度以及侵蚀剥落体积与质量变化,并采用XRD、SEM等手段对侵蚀产物和微观结构进行表征。研究结果表明:提高粉煤灰掺量会增加砂浆毛细孔占比,导致其在水中以及硫酸钠溶液中的毛细吸附传输特性明显加强,提高了砂浆试件盐结晶区硫酸根离子的浓度。未掺粉煤灰的PO组被侵蚀180 d后,砂浆试件盐结晶破坏区侵蚀产物除了有硫酸钠外,还形成了较多的石膏相,引起砂浆试件盐结晶区破坏的主要原因是化学侵蚀。掺有粉煤灰组分的砂浆试件盐结晶区侵蚀产物有较多的硫酸钠,未明显观察到石膏。且随着粉煤灰掺量的增加砂浆试件侵蚀破坏越严重,表现为更加严重的物理型盐结晶造成的侵蚀破坏,导致砂浆试件质量损失增多。这表明砂浆试件随粉煤灰掺量的增加可进一步细化孔隙,在低湿度环境下,更有利于硫酸盐溶液的毛细吸附传输速率的增加,引起更严重的物理型盐结晶侵蚀破坏。     

迁移型阻锈剂内掺的阻锈效果及其对水泥凝结时间的影响

通过电化学试验和凝结时间测定,研究阻锈剂BE掺量对阻锈性能和水泥凝结时间的影响。结果表明,BE质量浓度在0~100mg/L时,随着质量浓度的增加,反应的阻抗增大,阻锈效果增强;当BE质量浓度在100~1000mg/L时,阻抗并没有随阻锈剂质量浓度的增加而单调增大,而是在一定范围之内上下波动;当BE质量浓度高于1000mg/L时,随着BE质量浓度继续增大,反应阻抗逐渐增大,阻锈效果增强。阻锈剂BE有缓凝和减水作用,促凝剂三乙醇胺对掺加BE的水泥浆体的促凝作用不明显,钙类促凝剂对掺加BE的水泥浆体促凝作用显著,硝酸钙比乙酸钙具有更明显的促凝作用,市售速凝剂不适合用作掺加BE水泥浆体的调凝剂。     

垃圾焚烧炉渣-粉煤灰复合水泥的性能研究

研究了垃圾焚烧炉渣及粉煤灰单掺和复掺时硬化水泥浆体的力学性能和水化机理,比较了两者的活性,探讨了两者作为辅助性胶凝材料利用的可行性.研究表明:掺有垃圾焚烧炉渣及粉煤友的复合水泥,其强度均有不同程度的下降,它们的掺入在一定程度上延缓了水泥的水化过程,且垃圾焚烧炉渣的水化反应活性稍高于粉煤灰;掺垃圾焚烧炉渣及粉煤灰的复合水泥中重金属离子浸出量小,在等掺20%的条件下,浸出量远低于国家标准,说明在一定的情况下,焚烧炉渣及粉煤灰作为辅助性胶凝材料使用是安全的.     

引气剂对水泥基材料电磁波反射率和透波率的影响

为研究孔隙对水泥基材料电磁波反射与透射性能的影响,在砂浆中掺入引气剂,利用矢量网络分析仪和压汞仪对水泥基材料的反射率、透波率以及孔结构进行测试。结果表明,引气剂可以显著降低水泥基材料反射率,当引气剂掺量为0.01%时样品反射率最低;水泥基平板透波率在8.2~12.4、12.4~18和26.5~40 GHz范围内均随着频率增大呈减小的趋势,掺加引气剂对水泥基平板的透波性能有明显的改善;随着引气剂掺量由0增加到0.015%,水泥砂浆0.1μm以下的孔隙明显增多,且孔隙率也逐渐增大,掺量为0.015%时,孔隙率达到29.8%。孔隙率的增大降低了材料的介电常数,改善了材料表面对电磁波的反射和透射性能。