偏高岭土掺合料对水泥胶砂强度的影响

将不同比例的偏高岭土与矿渣、粉煤灰复合掺入水泥砂浆,分析水胶比和偏高岭土掺合料对水泥胶砂强度的影响,并借助活性指数综合分析偏高岭土掺合料的诱导激活效应。研究结果表明:偏高岭土与其他矿物参合料复掺比例一定时,随水胶比增大,水泥胶砂的强度呈下降趋势。当水胶比一定时,掺量在5%～15%范围之内,偏高岭土与矿渣复掺可提高水泥的早期强度;偏高岭土、矿渣与粉煤灰复掺更有助于改善水泥3～7d的抗折和抗压强度。偏高岭土在复掺比例为40%左右,水泥胶砂的抗折强度和抗压强度活性指数达到最佳。     

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。     

基于再生粗骨料裹浆厚度的含砂透水混凝土配合比设计方法

研究了不同水胶比下外加剂掺量对胶凝材料净浆流动度的影响,以及净浆流动度、中砂/净浆质量比双因素耦合作用下再生粗骨料裹覆砂浆厚度的变化规律;建立了胶凝材料净浆流动度与外加剂掺量,再生粗骨料裹覆砂浆厚度与净浆流动度、中砂/净浆质量比两个数学关联模型,并将两个数学关联模型应用到透水混凝土配合比设计中.结果表明,再生粗骨料裹覆砂浆厚度随砂浆流动度减小而增大,且骨料粒径愈大,其裹覆厚度愈大.采用再生骨料RCA-9.5配制含砂透水混凝土,其砂浆浆体稳定包裹再生粗骨料,无漏浆封底、露骨散架等问题;混凝土试件28 d抗压强度为14.1～17.1 MPa,28 d抗折强度为2.0～2.7 MPa,透水系数大于6 mm·s-1,抗冻性和耐磨性良好.     

胶砂比对低钙固碳胶凝材料砂浆碳化硬化性能的影响

为了降低生产高性能预制建材制品过程中二氧化碳的排放,用工业原料石灰石和砂岩在1 275℃煅烧制备了一种低钙固碳胶凝材料,研究了胶砂比(1∶0、1∶1、1∶2、1∶3)对低钙固碳胶凝材料碳化程度及砂浆早期碳化硬化性能的影响规律,并通过XRD、TG-DTA、FT-IR、SEM、纳米压痕、压汞仪等研究了碳化低钙固碳胶凝材料浆体与硅质河砂骨料的界面矿物组成、孔隙率及微观力学性能演变规律。结果表明,随着胶砂比的降低,固碳胶凝材料的碳化程度显著提高;而胶砂比为1∶1时砂浆的抗压强度最高,碳化养护24 h抗压强度达到46.9 MPa;继续降低胶砂比,砂浆的碳化硬化性能下降,可能与碳酸钙晶体在界面过渡区的富集有关。     

碱渣用作砂浆保水剂的试验研究

碱渣是氨碱法制纯碱排出的废渣,其堆存和排放造成严重的环境问题。通过对原状碱渣采取工艺处理得到较低氯离子含量的水洗碱渣和除氯碱渣,研究了原状碱渣、水洗碱渣、除氯碱渣应用于砂浆时对其性能的影响及除氯碱渣用作砂浆保水剂的可行性。结果表明,各类碱渣取代15%粉煤灰均有利于提高砂浆的保水性,但原状碱渣及水洗一次碱渣掺入砂浆后氯离子溶出含量偏高,可能造成耐久性问题;而除氯碱渣不会有耐久性问题,可以作为砂浆保水剂。除氯碱渣用作砂浆保水剂使用时,砂浆具有良好的保水性能、力学性能和较低的干缩值。其较佳的应用方式为:碱渣取代胶凝材料中的部分粉煤灰,在不改变水胶比的前提下,加入减水剂来调节砂浆稠度,无需复合有机保水剂。     

建筑垃圾—矿渣地聚合物材料的制备及性能

以建筑垃圾、矿渣为原料,以硅酸钠为碱激发剂制备地聚合物材料,考察硅酸钠模数、建筑垃圾/矿渣重量比、水胶比及硅酸钠用量等因素对地聚合物初凝时间、抗压强度和抗折强度的影响规律。结果显示:当硅酸钠模数为1.0,建筑垃圾/矿渣重量比为0.5,水胶比为0.26,硅酸钠用量为10%时,地聚合物综合性能最佳:初凝时间65min;7d(28d)抗压强度33.3MPa(45.6MPa);7d(28d)抗折强度6.0MPa(4.5MPa)。SEM分析显示建筑垃圾包覆在地聚合物材料中,界面结合紧密。     

碱矿渣胶凝材料的固砂特性及抗硫酸盐侵蚀性能

碱激发注浆材料作为一种路基、基础加固的环保胶凝材料,其水化产物中不仅没有氢氧化钙,而且部分水化产物还具有吸附硫酸根离子的效果,因而碱激发注浆材料抗硫酸盐侵蚀效果优异,具有广阔的应用前景。本研究对比分析了氧化镁激发矿渣(GGBS-MgO)、氧化钙激发矿渣(GGBS-CaO)与水泥(PC)三种材料固结砂的固结特性及抗硫酸盐侵蚀性能,通过外观、无侧限抗压强度、质量变化率、物相与微结构变化揭示了其抗硫酸盐侵蚀的机理。结果表明:CaO激发可以获得相对更高的pH值,有利于矿渣中玻璃体内O-Si-O、O-Al-O键的断裂,形成更多的水化产物,从而具有更好的固结特性。与水泥固结砂相比,GGBS-MgO、GGBS-CaO固结砂的28 d无侧限抗压强度分别提升了42.2%和101.2%。在5%(质量分数)Na_2SO_4溶液中浸泡150 d时,PC组中氢氧化钙被消耗形成钙矾石和大量石膏等腐蚀产物,引起试件明显开裂,孔隙率增长82.8%,无侧限抗压强度仅为0.41 MPa;而GGBS-MgO、GGBS-CaO则在硫酸盐的持续激发下继续水化,并能吸附侵入的硫酸根离子形成类水滑石,强度持续增长,抗硫酸盐侵蚀性能明显提高。     

碱渣的理化性质及应用研究进展

分析碱渣的物理化学性质,重点综述碱渣在胶凝材料制备领域的研究进展,并讨论目前存在的问题和今后研究方向。结果表明,碱渣的化学组分主要为CaCO_3、 CaCl_2、 NaCl、 Ca(OH)_2、 CaSO_4等,其pH值一般为10～12,粒径≤25μm的颗粒质量分数可达95%以上,为多孔聚集体颗粒形态,孔隙发达;碱渣中含有的Ca(OH)_2可为火山灰质材料的水化提供碱性环境,CaCl_2、 NaCl、 CaSO_4等可与火山灰质材料中的氧化硅、氧化铝等组分生成晶质水化产物;以碱渣、矿渣为主要原料可制备出3、 28 d抗压强度分别达20.7、 42.2 MPa的碱渣-矿渣复合胶凝材料;碱渣作为烧制水泥熟料过程中的钙质原料,可烧制成强度等级达到52.5的硅酸盐水泥熟料,其3、28 d抗压强度分别可达到23.4、 53.1 MPa;碱渣也可用于烟气脱硫、污水处理、改善酸性土壤等方面。今后应着重于高强度碱渣胶凝材料的制备研究,加强对可溶性氯盐等含量要求不严格的应用领域的探索。     

基于半经验的UHPC配合比设计方法

超高性能混凝土(UHPC)是国内外学者当下关注的热点,但对于UHPC配合比设计目前没有明确的规范.采用理论分析和试验相结合的方法提出一种基于半经验的UHPC配合比设计,首先按照参考文献胶凝材料配合比配制胶砂试件并测出其28 d抗压强度,其次使用Matlab拟合工具箱拟合UHPC 28 d抗压强度与水胶比、胶凝材料28 d强度的定量关系;再采用Mathematica拟合胶凝材料强度与水泥胶砂强度的关系,通过拟合公式确定水胶比,依据最大密实理论确定骨料的掺加比例,最后通过全体积计算方法确定UHPC配合比.在这之后对基于半经验的UHPC配合比设计方法进行了验证,测试了蒸养条件下的抗压强度与抗折强度.结果表明:根据拟合公式计算的理论配制强度与实际测试的抗压强度接近,其差值在抗压强度测量误差范围内,该配合比设计方法具有较好的可靠性,此方法为广大工作者设计UHPC提供了一种新思路.     

超细矿渣粉对硅酸盐水泥性能和微观结构的影响

通过掺入不同量的超细矿渣粉,研究其对普通硅酸盐水泥凝结时间、标准稠度用水量以及水泥胶砂流动性和强度的影响。结果表明,水泥浆体的初凝、终凝时间在矿渣粉掺量为5%(质量分数,下同)时有所缩短,而随着超细矿渣粉掺量的增加,初凝时间都有所延长,在掺量为20%时初凝时间最长。然而终凝时间的变化不大,只有掺量为30%时稍有延长;水泥的标准稠度用水量先减少后增加,在掺量为20%时最小;随着超细矿渣粉掺量的增大,水泥胶砂的各龄期抗折强度、3d抗压强度不断提高,7d、28d抗压强度在掺量为20%时达到最大值,之后有所降低。掺入超细矿渣粉后,能通过填充以及与水泥水化产物氢氧化钙发生反应,使水泥中氢氧化钙含量明显降低,水泥微观结构更加密实。     

低活性酸性矿渣粉细度对胶结充填体早期强度的影响

为了解决以活性较低的酸性矿渣粉开发的胶凝材料胶结充填体早期强度较低的问题,利用对矿渣粉粉磨不同时间的机械活化来研究矿渣粉细度对早期强度的影响。结果表明:对原状矿渣粉粉磨1、1.5 h后,相对于原状矿渣粉的比表面积404.7m~2/kg,矿渣粉比表面积分别增大为521、577.2 m~2/kg;粉磨1 h矿渣粉的3 d抗压强度提高了33.3%,7 d抗压强度无明显增长;粉磨1.5 h矿渣粉的3、7 d抗压强度分别提高了22.2%、18.1%;矿渣粉胶凝材料的水化产物主要以针状钙矾石和团絮状C-S-H凝胶物为主,与骨料紧密粘结构成整体。     

碱激发碳酸盐复合胶凝材料性能研究

以白云石粉为主要原料,矿渣、粉煤灰和偏高岭土为辅助原料,用改性水玻璃激发的方式,制备得到碱激发碳酸盐复合胶凝材料。通过正交试验,研究了水玻璃的模数(A)和固含量(B),水玻璃与固体粉料的比例(C,简称液固比),以及矿渣(D)、粉煤灰(E)和偏高岭土(F)在固体粉料中的质量分数,对碱激发碳酸盐复合胶凝材料的流动度、凝结时间和力学强度的影响。结果表明,B、C和F对流动度影响显著,B和C对凝结时间影响显著,6个因素对力学强度的影响比较复杂。制备得到的碱激发碳酸盐复合胶凝材料流动度较好,凝结时间适宜,早期强度可达到37.9MPa,绝热温升为31.8℃。和混合水泥相比,碱激发碳酸盐复合胶凝材料在某些领域更有优势得到应用。     

脱硫石膏对大掺量粉煤灰-矿渣粉干混砂浆性能的影响

针对大掺量粉煤灰、矿渣粉导致干混砂浆早期强度和后期强度较低的问题,研究脱硫石膏对该干混砂浆性能的影响;采用X射线衍射、扫描电镜及孔结构分析等手段进行微观机理讨论。结果表明,在大掺量粉煤灰矿粉干混砂浆中掺加占胶凝材料总质量6%～8%的脱硫石膏,对和易性无不良影响,并可显著提高浆体的抗压强度及拉伸粘结强度,收缩率降低10%以上,并改善抗碳化能力,使砂浆体积更稳定;脱硫石膏对粉煤灰及矿渣粉起到激发硫酸盐和碱性的双重作用,并在一定程度上促进水泥水化;胶凝材料的水化产物改善砂浆浆体内部结构,使砂浆浆体中的孔隙大大减少。     

组成及骨料特性对UHPC基体流动性和抗压强度的影响

本工作通过调整砂胶比和拟合改进的Andreasen-Andersen颗粒堆积模型,计算得到了UHPC基体中各固体组分的比例。基于新拌超高性能混凝土(UHPC)基体的湿堆积密度和流动性确定了高效减水剂的最优掺量。研究分析了不同配合比设计参数(砂胶比和胶凝材料组分)、骨料特性(颗粒球形度和圆度)对UHPC基体的流动性和抗压强度的影响。结果表明：当砂胶比从0.8增加为1.2时,掺河砂的UHPC基体的湿堆积密度、流动性和7 d抗压强度逐渐降低;对比调整砂胶比和改变胶凝材料组分的掺量,UHPC基体的流动性和湿堆积密度变化趋势主要受砂胶比影响;当高效减水剂掺量为0.5%～2.0%时,UHPC基体的PFT、湿堆积密度和流动性先缓慢升高后迅速下降;骨料形状对UHPC基体的湿堆积密度、流动性和28 d抗压强度的影响较大;在UHPC基体实现紧密堆积后,影响UHPC基体的抗压强度的主要因素为骨料形貌,而胶凝材料组分掺量的影响较小;当骨料最大粒径相同时,增加骨料的球形度和圆度显著增加了UHPC基体的流动性,但降低了UHPC基体的抗压强度。     

废玻璃粉对水泥基材料流动性能的影响

为探究废玻璃粉对水泥胶砂和混凝土2种水泥基材料流动性能的影响,测试在不同废玻璃粉粒径和质量分数条件下水泥胶砂的流动度和屈服应力,研究在不同水胶比条件下废玻璃粉的质量分数对混凝土坍落度的影响。结果表明:随着废玻璃粉粒径和质量分数的增大,水泥胶砂流动度和流动速率皆呈现减小的趋势,而屈服应力逐渐增大;废玻璃粉质量分数为10%时,粒径范围为38～53μm对水泥胶砂流动度的增强效果最好;碎石、卵石混凝土坍落度随着废玻璃粉质量分数的增大而减小,随着水胶比的增大而增大,碎石混凝土的坍落度总体要好于卵石混凝土的;废玻璃粉质量分数为10%、水胶比范围为0.40～0.50时,2种混凝土坍落度达到较优状态。     

水胶比对超高性能混凝土强度的影响

利用紧密堆积理论设计胶凝材料和细骨料的配合比，研究不同水胶比(0.135～0.165,质量分数，下同)对超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)施工性能、抗压强度的影响；对不同水胶比的UHPC拌合物进行含气量(体积分数，下同)测试；并利用低场磁共振分析和扫描电镜分析，研究UHPC试件的孔结构和微观形貌。结果表明：随着水胶比的增大，UHPC拌合物的扩展度增大并呈现线性关系；UHPC的抗压强度随着水胶比的增大呈现先增大后减小的趋势，在水胶比为0.15时抗压强度达到最大；水胶比为0.15时含气量最小，并且抗压强度与含气量之间存在良好的线性关系；水胶比为0.15时的孔结构最优，基体最密实。     

矿渣粉煤灰制备胶凝材料的实验研究

阐述了一种利用矿渣和粉煤灰制备胶凝材料的方法(矿渣和粉煤灰的比表面积为500m2/kg).研究了二水石膏和激发荆的质量分数对该胶凝材料强度的影响,运用扫描电镜分析了该胶凝材料的微观结构和形貌特征.结果表明,当矿渣、粉煤灰、二水石膏和激发剂的质量比为80∶5∶10∶5时可制备出满足现行国家标准的胶凝材料,这对矿渣和粉煤灰的综合利用具有一定的参考价值.     

物理激发再生微粉对再生混凝土力学性能的影响

为了响应碳中和的号召，利用辅助胶凝材料取代水泥来减少水泥生产所带来的碳排放。采用物理活化再生微粉(Recycled concrete powder, RCP)作为辅助胶凝材料制备再生骨料混凝土(Recycled aggregate concrete, RAC),分别以10%、20%、30%取代率取代水泥制备再生混凝土和胶砂试块并测试其3 d、7 d和8 d抗压强度。通过控制研磨时间对RCP进行物理激发再根据其组成、粒径、火山灰活性来探讨再生微粉对抗压强度的影响。实验表明，随着水泥中再生微粉替代率的增加，再生混凝土和水泥胶砂抗压强度有降低趋势。物理激发可以增加RCP细度、优化其粒度分布进而提升RCP的火山灰活性，增加砂浆密实度，进而提高砂浆强度，但并不是研磨时间越长其活性越高，其中研磨30 min提升效果最佳。     

配制参数对碱矿渣混凝土强度影响的研究

研究了配制参数碱组分种类和掺量、矿渣细度、溶矿比、矿渣/集料比和砂率等对碱矿渣混凝土强度的影响.研究表明,其它条件相同时,碱矿渣混凝土强度随矿渣细度增加而提高;随溶矿比的增大而降低;随矿组分用量增加而提高;矿渣/集料比和砂率对碱矿渣混凝土强度影响较小;模数在1.0～2.0范围内,碱矿渣混凝土的强度随水玻璃模数提高呈增长趋势.     

热处理对碱矿渣胶凝材料结构及介电性能的影响

研究了热处理工艺对碱激发矿渣(alkali active slag cement,AASC)胶凝材料硬化体结构和介电性能的影响.研究结果表明,随着热处理温度的提高,胶凝材料硬化体的介电常数和介电损耗逐渐下降,当热处理温度达到400℃左右,介电损耗下降到10-2数量级水平,此时影响胶凝硬化体介电损耗的主要因素是胶凝材料硬化体中的自由水、化学水等;当热处理温度达到750℃左右,介电损耗下降到10-3数量级水平,与电子封装陶瓷材料接近;XRD和SEM分析结果也表明,随着碱激发方式的改变,双碱激发胶凝材料硬化体在750℃左右发生析晶现象,径向线收缩约为6%,有陶瓷化倾向;胶凝硬化体介电损耗在该阶段急剧降低主要是由碱矿渣胶凝材料相组成和微观结构变化造成的.