掺CWCPM的砂浆强度灰色关联分析及预测模型的建立

为提高建筑垃圾砖粉活性,将其与粉煤灰、矿粉、激发剂复合形成建筑垃圾复合粉体材料(Construction waste composite powder materials,以下简称CWCPM)。从宏观和微观两方面研究了CWCPM对砂浆力学性能的影响,并采用灰色关联分析及多元回归分析理论,研究了水灰比、CWCPM掺量与砂浆强度的关联性,建立了砂浆抗压强度与水灰比、CWCPM掺量、龄期之间的定量关系模型。结果表明,CWCPM降低了砂浆早期强度,而其合理的颗粒级配及二次水化反应提高了砂浆后期强度;其中CWCPM掺量为抗压强度的准优因素,抗折强度受水灰比的影响较大;多元回归模型对砂浆抗压强度的预测精度较高,为CWCPM的有效利用提供了理论依据。     

建筑垃圾复合粉体材料对混凝土抗冻性能的影响

借助DSC-TG、扫描电镜和压汞实验,并结合混凝土宏观性能实验,研究了建筑垃圾复合粉体材料对C30混凝土力学强度及抗冻性能的影响机理。结果表明:建筑垃圾复合粉体材料掺量为30%时,C30混凝土强度及抗冻性能最优;中低盐溶液浓度时,试件更容易发生盐冻腐蚀破坏。建筑垃圾复合粉体材料由于其填充效应及火山灰效应减少了取向性较强的Ca(OH)_2含量,生成性能较优、微观结构较为致密的低碱度水化硅酸钙凝胶,使得混凝土内部较为致密,孔结构和孔级配趋向合理,宏观上表现为混凝土强度及抗冻性能的提高。     

基于正交试验的掺CWCPM的小型混凝土配合比优化设计

为提高建筑垃圾废砖再生利用率,将废旧粘土砖磨细成粉,并与其他工业废渣复合形成建筑垃圾复合粉体材料(Construction waste composite powder materials,以下简称CWCPM)。采用正交试验设计方法对掺CWCPM的C20~C30小型混凝土预制构件配合比进行试验研究,探讨水灰比、CWCPM掺量和砂率对混凝土工作性和力学性能的影响,并推荐了混凝土较优配合比。同时,借助XRD微观测试手段研究CWCPM对混凝土微观性能的影响。结果表明,水灰比仍是影响混凝土工作性与抗压强度的主要因素,其次为CWCPM掺量,砂率对混凝土各项性能的影响最小,CWCPM掺量对混凝土90d抗弯拉强度的影响最为显著。微观测试结果表明,CWCPM掺入后并未生成新的水化产物,但改变了水泥基材料的水化产物数量,进而影响混凝土的宏观性能。     

碱激发再生砖粉地聚物的抗压强度与微观特性

废弃黏土砖在建筑垃圾中占有较高比例，经过破碎、研磨后得到的再生砖粉存在火山灰活性，可作为地聚物的原料进行使用。采用正交实验方法研究矿物掺合料、激发剂、水与胶凝材料的质量比(水胶比)等因素对再生砖粉地聚物抗压强度的影响，并通过X射线衍射、扫描电镜能谱、红外光谱等微观手段系统地进行表征。结果表明：矿粉取代率、水玻璃掺量对再生砖粉地聚物抗压强度影响显著；矿粉取代率的提高，促使水化硅铝酸钠凝胶向水化硅铝酸钙凝胶转变，提高再生砖粉地聚物的抗压强度；高钙体系再生砖粉地聚物中含钠的水化硅铝酸钙、水化硅酸钙等多种凝胶与Ca(OH)₂晶体共存；偏高岭土的掺入促进含钠的水化硅铝酸钙凝胶的生成，提高聚合反应程度，延缓裂缝的生长，内部微结构得到较大改善，利于强度的发展。     

激发剂对废弃加气混凝土活性的影响及其机理研究

以磨细的废弃加气混凝土替代部分水泥,并掺入Ca(OH)2、CaSO4、激发剂T对其进行活化,采用力学性能测试、XRD、SEM等对活性激发效果进行评价。结果表明,在不掺入激发剂的情况下,增加废弃加气混凝土微粉量会显著降低砂浆的强度。当废弃加气混凝土粉料掺量为40%时,掺2.5%~4%CaSO4对试样强度的影响很小;当Ca(OH)2掺量为3%时效果最好,试样的28d抗压强度提高了60%;掺入0.02%激发剂T可使试样的28d抗压强度提高约80%,效果最好。XRD、SEM和TG-DSC的测试结果较好地印证了力学性能测试结果。     

碱-盐复合激发煤气化粗渣的水泥胶砂强度特性

采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析了煤气化粗渣的微观结构、元素分布及物相组成;优选碱-盐复合激发剂,制备了掺煤气化粗渣水泥胶砂试件,分析了碱-盐激发剂对胶砂抗压、抗折强度的影响,并探讨了碱-盐激发下煤气化粗渣水泥胶凝硬化产物的微观结构和物相组成。结果表明:煤气化粗渣以层片状、不规则粒状颗粒居多,富含C、O、Si、Al、Ca、Fe等元素,存在火山灰活性的硅氧、铝氧或铝-硅-氧相;复合激发效果优于各自单掺的激发效果,其中掺硫酸钙与氢氧化钠组合激发效果最佳;激发剂有助于发挥煤气化粗渣的火山灰活性,促进煤气化粗渣水泥胶凝体系中水化产物的生成,提升了胶凝材料的结构强度。     

建筑垃圾再生微粉胶凝性的实验研究

根据建筑垃圾再生微粉的物理、化学性质,对再生微粉的胶凝性进行研究,针对再生微粉掺量不同的情况进行胶砂实验,比较掺再生微粉的胶砂试件与水泥试件的强度;研究石灰或石膏作为激发剂对再生微粉活性的影响。结果表明:再生微粉具有水化活性,可部分替代水泥作为胶凝材料;再生微粉质量分数为10%的胶砂试件强度与纯水泥的试件强度非常接近;当再生微粉质量分数为30%时,添加质量分数为10%的生石灰或1%的石膏作为激发剂,可有效激发再生微粉的活性。     

基于孔结构参数的掺CWCPM混凝土抗压强度预测模型的建立

为提高废旧粘土砖活性,将废砖破碎、粉磨后进行活性激发,制得建筑垃圾复合粉体材料(Construction waste composite powder materials,CWCPM)。为进一步研究CWCPM作为混凝土掺合料的可行性,首先研究不同因素对掺CWCPM混凝土抗压强度及孔结构参数的影响规律。然后,分析孔隙参数、孔径分布参数与抗压强度之间的关系。最后,基于多元回归理论,建立同时考虑孔隙参数与孔径分布参数的掺CWCPM的混凝土的抗压强度-孔结构关系模型。结果表明,CWCPM的掺入降低了混凝土7 d抗压强度。当CWCPM掺量不高于30%时,试件28 d强度高于基准试件,CWCPM可作为混凝土掺合料进行再生利用。总孔隙面积越大,总孔隙量、平均孔径和孔隙率越小,混凝土抗压强度越高。抗压强度与毛细孔及大孔数量均为负相关关系,而与凝胶孔及过渡孔含量之间未表现出显著的定量关系。考虑孔隙参数与孔径分布的抗压强度-孔结构模型可准确地预测掺CWCPM的混凝土的抗压强度。     

再生混凝土微粉在碱激发胶材体系中的作用效应研究

再生混凝土微粉(RCP)中含有大量的SiO₂、CaO、Al₂O₃和少量未水化的水泥,通过物理或化学激发后可作为辅助性胶凝材料(SCMs)。再生微粉的资源化利用对节约原料和处置利用废弃物具有重要意义。本工作制备了不同RCP取代率的碱激发胶凝材料,研究了其流动性能、力学性能、微观表征及水化过程。结果表明,RCP的掺入提高了碱激发胶凝材料的流动性,10%～40%取代率下胶凝材料的流动性总体提高了2%～12%;当RCP掺量为10%时,碱矿渣胶凝材料的抗压强度提高了13%;RCP中的非活性颗粒填充了水化产物间的孔隙,形成了密实的微观结构;RCP中非活性颗粒阻碍了碱溶液与矿渣的反应,因此RCP的掺入推迟了碱激发体系第二放热峰的出现,降低了胶凝材料的早期放热速率。     

解毒飞灰对水泥稳定碎石抗压强度的影响机制研究

为了探究解毒飞灰对水泥稳定碎石抗压强度形成与发展的影响机制，研究了水泥-解毒飞灰浆体中Ca(OH)₂与Friedel盐变化、水化产物微观形态以及水化产物元素的变化规律，揭示了水泥-解毒飞灰水化产物变化与水泥稳定碎石试件的抗压强度演变间的关系，基于解毒飞灰的合理掺配区间，提出不同氯盐含量下解毒飞灰在水泥稳定碎石中的掺量限制范围。结果表明，水泥稳定碎石抗压强度随解毒飞灰掺量的增加先升高后降低，后期强度呈现回升趋势；解毒飞灰中可溶氯盐的含量是影响水泥水化产物生成量与强度发展的关键因素，低解毒飞灰掺量引入了合理含量的可溶氯盐，水化产物中Ca(OH)₂含量增加，且生成新的水化产物Friedel盐，促使浆体结构更加密实和优化，抗压强度得以增长；随解毒飞灰掺量的增加，Ca(OH)₂生成量先增后降，而Friedel盐持续增长；当解毒飞灰掺量超过一定掺量后，体系中出现游离的氯盐，在水泥熟料颗粒表面形成包裹层阻碍其进一步水化，从而抑制抗压强度的发展。为保证水泥稳定碎石早期与后期强度稳定发展，建议该解毒飞灰掺量控制在4%以内，各地区解毒飞灰掺...     

响应面方法优化碱激发矿渣-石粉水泥砂浆的研究

基于响应面中的中心复合试验法,选择碱含量和石灰石粉含量作为配合比变量,制备碱激发矿渣-石粉水泥砂浆,并研究其不同龄期的力学强度。通过数据处理得到各变量与抗折、抗压强度的响应曲面,分析了各变量对碱激发矿渣-石灰石粉水泥砂浆强度的影响规律,建立了各龄期强度的响应面模型,为现场不同龄期的砂浆强度预测提供了科学的方法。结果表明,当Na2O含量为8.27%(质量分数,下同)、石灰石粉含量为14.02%时,各组分能充分发挥协同作用,保证良好的力学性能,且响应面法是一种有效优化碱激发水泥砂浆组分的方法。     

Effect of further water curing on compressive strength and microstructure of CO2-cured concrete

This study aims to investigate the effects of further water curing on the compressive strength and microstructure of CO₂-cured concrete. The results showed that concrete with a residual w/c ratio of 0.25 showed the most rapid strength development rate upon further water curing due to hydration of uncarbonated cement particles. Thermogravimetric, IR-spectrophotometric and scanning electron microscope examinations indicated that further hydration of the cement particles could form C-S-H gel and ettringite crystals. The results showed that the calcite formed during the initial CO₂ curing was consumed during the further hydration of C₃A, and produced calcium monocarbonaluminate hydrate. Also, Ca(OH)₂ was not detected due to its reaction with the formed silica gel. Mercury intrusion porosimetry test results indicated that the porosity and pore size of the CO₂ cured mortar decreased further after water curing.     

矿物外加剂对丁苯聚合物/水泥复合胶凝材料凝结硬化过程的影响及机制

为了比较沸石、纳米二氧化硅和稻壳灰这3种矿物外加剂对丁苯聚合物/水泥复合胶凝材料凝结硬化过程作用的差异,分别采用这3种矿物外加剂为调凝材料,并从凝结时间、早期强度、水化进程以及水化产物等角度比较3种矿物外加剂对丁苯聚合物/水泥复合胶凝材料的影响。结果表明,3种矿物外加剂都能促进复合胶凝材料的凝结硬化,大幅缩短凝结时间,提高早期强度。但3种矿物外加剂的调凝效果互不相同,调凝机理也有差异:沸石对AFt的生成有较大的促进作用,它不仅能促进C3A的水化,自身也能与Ca(OH)_2反应生成AFt和CSH凝胶;而纳米二氧化硅和稻壳灰对C3S水化的促进作用较强,自身也会与Ca(OH)_2反应生成CSH凝胶。     

Combined use of waste glass powder and cullet in architectural mortar

The use of 100% waste glass cullet (WGC) as fine aggregates in architectural cement-based mortar had been proven to be feasible in previous works. This paper reports a further study on investigating the influence of using waste glass powder (WGP) as a supplementary cementitious material on the properties of glass-based architectural cement mortars. The experimental results showed a good linear relationship between the particle size of WGP and the flow values of the fresh mortar, revealing that the particle size of WGP played an important role in controlling the workability. For the hydration of white cement, the inclusion of WGP not only affected the second exothermic peak of hydration but also changed the third peak. In particular, the result indicated that the use of finer WGP had an advantage in increasing the flexural strength of the cement mortar when compared with the corresponding compressive strength, which was attributed to the morphological and pozzolanic effect of WGP. In addition, the very fine WGP could act as micro-fibers and micro-aggregates in filling the microstructure of the mortar. At 90 days of curing, the mortar prepared with finer WGP showed a distinct improvement in strength due to the improved interfacial transition zone and the pore-size refinement.     

石膏对石灰石粉水泥基材料水化及硬化性能的影响

针对我国目前非荷载作用下混凝土严重开裂的问题,以"比表面积较低的水泥熟料-比表面积较高的掺合料-足够掺量的石膏"构成的胶凝材料体系为研究对象,通过水化热速率、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、压汞法(MIP)及热重-差示扫描量热法(TG-DSC)等手段,研究石膏对石灰石粉水泥基材料水化及硬化体微结构的影响。结果表明,石灰石粉能够加速C3A与石膏作用生成钙矾石相,在足量石膏存在的条件下,能够阻碍钙矾石向低硫型硫铝酸钙转变;石灰石粉的掺入与石膏一起延缓了C3A的水化;在石灰石粉和足够石膏同时存在的情况下,C3A水化生成具有膨胀性的水化碳铝酸钙和高硫型硫铝酸钙,补偿了收缩,提高了水泥基材料的抗裂性能;熟料粗磨、掺合料细磨及较高石膏掺量的胶凝材料体系配制的C30和C50等级混凝土,强度能持续增大,从28d到180d,强度分别提高了36.7%和33.3%,混凝土结构紧密、孔隙率低、有害孔含量少。     

Mechanical properties and microstructure of steel/iron slag blended mortar

This study aims to examine the mechanical properties and microstructures of steel/iron slag blended mortar (SISBM), which contains two by-products of the steel and iron industries: steel slag (basic oxygen furnace slag, BOFS) and iron slag (blast furnace slag, BFS). Test results indicate that steel slag will have effective hydration reactions with iron slag and contribute strength. The optimal mixing ratio of steel to iron slags was 3:7 (by weight), and the compressive strength was about 83.59% compared with that of ordinary Portland cement mortar (OPM). The strength development was similar to that of OPM and the strength increased as the curing period increased. The X-ray diffraction analysis results implied that the main products of hydration could be C–S–H, C–A–S–H, CaO–MgO–Al₂O₃–SiO₂, Fe_0.974O, and C₄AF. The scanning electron microscope images indicated that the distribution of Ca(OH)₂ and CaCO₃ increased as the inclusion of steel slag increased, perhaps resulting from insufficient reactions between BFS and Ca(OH)₂ and f-CaO due to excessive BOFS. In addition, the results indicated that the density of OPM was superior to that of SISBM. This may be the reason for lower strength of SISBM compared to OPM.     

含砷废渣水泥固化/稳定化技术研究进展

含砷废渣作为一种持久性污染物被广泛关注,固化/稳定化技术是治理含砷废渣的一种行之有效的途径。对硅酸盐水泥基胶凝材料固砷效果以及其固化机理等方面的研究进行了综述,水泥水化过程中产生的大量Ca(OH)_2与可溶性砷酸盐反应生成较为稳定的砷酸钙盐,降低砷的浸出浓度,从而实现砷的有效固化,但其存在污染物包容量小、耐久性差等缺点。本课题组提出了利用地聚物水泥(地聚物材料)固化含砷废渣,通过在地聚物材料水化聚合过程中,以同晶取代的方式实现AsO43-与SiO_4~(4-)、AlO_4~(5-)之间的化学键合,并辅以地聚物材料的高强、耐久性好的优良特性,利用地聚物材料固化含砷废渣实现砷的大容量、持久性地安全稳定固封。