蒸汽养护条件下复合水泥胶凝材料的优化匹配

利用XRD、SEM、TG/DSC、MIP等测试方法,对常压高温蒸汽养护下矿渣和粉煤灰等不同组成的复合胶凝材料物理性能及水化特性差异进行研究.结果表明,85℃常压蒸养条件下水泥水化产物与标准养护下基本相同,但水化产物数量有大幅提高,且有少量C9S6H18和钙矾石(AFt)稳定存在.辅助胶凝材料的适宜匹配,使水泥石结构较致密,蒸养强度较高.少量硅灰的掺加,有利于优化水泥石结构,促进蒸养条件下水泥石强度发展.     

大掺量矿渣粉-水泥基复合胶凝材料的蒸养强度与水化特性

通过试验和数值分析确定70%矿渣掺量的基准配合比。研究了蒸汽养护下矿渣粉掺量为70%的胶凝体系的强度,并采用差热-热重分析(TG-DTA)和扫描电镜微观测试技术(SEM),研究了蒸养大掺量矿渣粉-水泥基胶凝材料的水化特性。结果表明:即使矿渣粉在掺量为70%时,与标准养护条件相比,40℃蒸养条件下依然可以促进3~28 d龄期抗压强度大幅度增长;矿渣大量掺入时,氢氧化钙、钙矾石的数量明显减少,但在蒸养硅酸盐水泥(PC)和矿渣水泥(SC)各自的胶凝体系内,3~28 d氢氧化钙的含量均逐渐增多,且浆体结构更加致密。这有利于硬化浆体的强度和耐久性能。     

蒸养条件下镍渣水泥胶砂的水化产物与力学性能

研究了掺20%镍渣粉的水泥胶砂在80℃蒸养7 h、7 d和标准养护28 d条件下的水化产物与力学性能。结果表明:镍渣中MgO主要存在晶体相(镁橄榄石与顽辉石)与玻璃体相两种形态。掺镍渣改变了蒸养7 d和标养28 d水泥水化产物的形貌和组成:蒸养7 d条件下,纯水泥胶砂的水化产物主要为纤维状C-S-H、片状CH和石榴粒状水化石榴石,而镍渣水泥胶砂,除以上水化产物外还有水滑石生成,说明蒸养促进了镍渣中MgO的反应;标准养护28 d纯水泥胶砂的C-S-H主要为网状,而镍渣水泥胶砂中的C-S-H主要有纤维状和球形等大粒子状2种形貌。蒸养7 h条件下镍渣水泥胶砂与纯水泥胶砂的化学结合水量基本相同,而蒸养7 d条件下水泥胶砂的化学结合水量高于标养28 d。蒸汽养护提高了镍渣的火山灰活性,从而显著提高了胶砂的强度活性指数。     

矿物掺合料对蒸养水泥净浆性能的影响

研究了蒸养条件下粉煤灰、矿渣的掺量对水泥净浆化学结合水量和抗压强度的影响,揭示了矿物掺合料对蒸养水泥净浆水化性能和力学性能的影响。试验结果表明,与标准养护相比,蒸汽养护更有利于激发粉煤灰和矿渣的火山灰活性,促进水泥的早期水化,提高水泥浆体的早期强度;但无论是蒸汽养护还是标准养护,随着矿物掺合料掺量的增加,复合胶凝材料的水化性能和力学性能明显减弱,因此矿物掺合料掺量不宜太大。     

矿物掺合料对蒸养水泥净浆性能的影响研究

试验研究了蒸养条件下粉煤灰、矿渣的掺量对水泥净浆化学结合水量和抗压强度的影响,揭示了矿物掺合料对蒸养水泥净浆水化性能和力学性能的影响。试验结果表明,与标准养护相比,蒸汽养护更有利于激发粉煤灰和矿渣的火山灰活性,促进水泥的早期水化,提高水泥浆体的早期强度;但无论是蒸汽养护还是标准养护,随着矿物掺合料掺量的增加,复合胶凝材料的水化性能和力学性能明显减弱,因此矿物掺合料掺量不宜太大。     

蒸养静停时间对标养水泥石氯离子固化性能的影响

采用吸附平衡方法研究了蒸养制度参数中静停时间对水泥石氯离子固化性能影响,讨论了蒸养结束后,该性能随后续标准养护时间变化特征.采用XRD和DTA分析水泥石水化产物物相变化特征与水泥石氯离子固化性能变化之间的关系.结果表明,蒸养对水泥石氯离子固化性能有较大的影响.水泥石中的固化态氯离子数量随着静停时间增加,先增加,后减少.当后续标养时间为28 d时,蒸养水泥石中的固化态氯离子数量要明显低于标养试样;但当后续标养时间达到90 d时,其出现明显增加,甚至高于标养试样.静停时间为4～6 h时,水泥石氯离子固化性能最优.蒸养水泥石中Friedel盐早期(28 d)形成数量较少,但随着后续养护时间的增加,其数量会持续增加.     

微量磷酸盐对蒸养混凝土强度增效作用的影响

研究了微掺量(0.05%之内)磷酸盐对蒸养混凝土强度的影响,对比不同掺量氯化钙和硫酸钠,并进行微观分析.结果表明,当磷酸盐掺量为0%~0.05%时,随磷酸盐掺量的增加,蒸养混凝土强度先升高后降低.当掺量为0.01%时,脱模强度提高14.7%,28 d强度提高15.3%,当掺量为0.05%时,对蒸养混凝土强度增长不利,微掺量氯化钙与硫酸钠对蒸养混凝土强度基本无影响.在0.01%掺量下磷酸盐能促进水泥地水化作用,同时使得水化产物晶体形貌生长规整和分布更加均匀,有利于强度增长;当掺量为0.05%时,磷酸盐会阻碍水泥水化,对蒸养混凝土强度增长不利.     

蒸养制度对预制桥面板混凝土强度与抗渗性的影响

为了获得预制桥面板的最佳蒸养制度,研究了蒸养温度、蒸养时间及蒸养后补充养护方式对复掺粉煤灰和矿粉配制的C55混凝土的强度和氯离子扩散系数的影响,并采用X-射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析了不同蒸养制度下胶凝材料浆体的物相组成和微结构。结果表明,蒸养温度的提高和蒸养时间的延长,对水泥的水化和浆体微结构形成有促进作用,提高了混凝土的脱模强度,但降低了混凝土的后期强度和抗氯离子渗透性能。混凝土蒸养后的补充湿润养护为未水化水泥和矿物掺合料的持续水化提供水化用水,有利于混凝土的后期强度增进和抗渗性提高。预制桥面板在55 ℃温度下蒸养6 h,蒸养后补充覆盖洒水养护7 d具有较好的综合性能。     

硫铝酸盐基促强减缩剂对水泥性能的影响

分别研究了随硫铝酸盐基促强减缩剂(SP-SRA)掺量变化,P·Ⅰ和P·O两种水泥的标准稠度用水量、凝结时间、28 d干空收缩以及胶砂强度的变化规律,分析了不同掺量的SP-SRA对P·Ⅰ水泥水化热、水化产物物相和微观形貌的影响。结果表明:随SP-SRA掺量的增加,两种水泥的初凝、终凝时间明显缩短,28 d干空收缩减少,各龄期抗折、抗压强度增大;早期水化放热速率随SP-SRA掺量的增加而增大,XRD和DSC分析表明SP-SRA使钙矾石含量明显增多,MIP分析结果显示随水化的进行,掺SP-SRA的水泥浆体小孔数量逐渐增多,说明钙矾石等水化产物填充了水泥石毛细孔,使得大孔数量减少,小孔数量增加,水泥石更加密实,强度增大,并且钙矾石的膨胀性抵消了部分收缩,使得掺SP-SRA的水泥干空收缩减小。     

养护条件对钢渣粉水化性能的影响

以磨细钢渣粉(SS)作辅助胶凝材料,研究不同养护条件下掺钢渣粉水泥的强度,并将之与砂粉(SP)对比.测试其在碱溶液作用下活性硅的溶出量、与饱和氢氧化钙溶液反应程度以及显微结构,探讨不同养护条件对钢渣粉水化性能的影响.结果表明:在常温水养条件,在同等掺量条件下,掺钢渣粉水泥3d、7d、28 d强度均较砂粉水泥强度高,钢渣粉早期水化活性较砂粉高.80℃水热养护至相同龄期,在同等掺量条件下,掺钢渣粉水泥强度均较掺砂粉水泥要高.与常温条件相比,80℃水热条件下钢渣粉消耗的Ca(OH)2量明显增加,生成的水化产物也较多,水化反应程度较砂粉高.水热条件有利于激发钢渣粉活性,提高其水化反应程度,增加试样强度.     

不同矿物掺合料对管桩混凝土力学性能的影响

采用不同矿物掺合料制备压蒸养高强混凝土,研究了混凝土的抗压强度、抗拉强度、轴心抗压及其水化产物的微观形貌.结果表明:在高压蒸汽养护下石英粉与矿粉一样也有火山灰活性,石英粉中的SiO2与Ca(OH)2可以快速反应形成托勃莫来石,合适掺量的矿粉和石英粉可不同程度的提高管桩混凝土的抗压强度和劈拉强度;粉煤灰活性较低,掺入后降低压蒸强度,但较低掺量时由于大量纤维状水化硅酸钙的存在可明显改善管桩混凝土脆性.     

工业废渣-石灰-石膏硅酸盐制品的水化产物

本文采用X射线衍射、差热分析、扫描电子显微镜和重液分离等方法,对以工业废渣(粉煤灰、自燃煤歼石、沸腾炉渣、炉渣)为主要原料,掺石灰、石膏的硅酸盐制品,在100℃蒸养和175℃蒸压条件下的水化产物作了鉴定,发现在所有上述制品中,在蒸压条件下形成的水化硅酸钙是结晶较好的托勃莫来石和结晶较差的CSH(B)同时存在的连续相;在蒸养条种下形成CSH(B)。但不论蒸压或蒸养,Al都进入水化硅酸钙的结构中,形成含Al的水化硅酸钙。水化产物的相组成,不仅与反应的温度有很大关系,而且因石灰掺量的不同而有明显差别。在一定范围内提高石灰掺量,对形成托勃莫来石(包括含Al的托勃莫来石)和水石榴石有利。水化硫铝酸钙(包括高硫型和低硫型)只在100℃蒸养条件下存在。     

不同矿物掺合料对蒸养水泥水化产物与力学性能的影响

为探讨矿物掺合料对预制装配式混凝土水化产物与力学性能的影响,采用20％的镍铁渣粉、锂渣粉、钢渣粉与矿渣粉分别取代水泥,在早期80℃蒸养7h条件下制备了水泥净浆与砂浆,对比研究了镍铁渣粉、锂渣粉、钢渣粉与矿渣粉对7h和28 d龄期蒸养水泥水化产物和力学性能的影响.结果 表明:除了C-S-H与Ca(OH)2外,7h蒸养水泥的水化产物主要为AFm与Ca4Al2O6(CO3)0.5(OH)·11.5H2O,28 d蒸养水泥的水化产物主要为Ca4Al2O6(CO3)0.5(OH)·11.5H2O和Ca4Al2O6(CO3)·11H2O,矿物掺合料对蒸养水泥水化产物种类影响较小;掺镍铁渣粉、锂渣粉、钢渣粉、矿渣粉后,7h蒸养水泥的化学结合水含量分别达到了纯水泥的93.27％、102.22％、90.24％、102.22％,28 d蒸养水泥的化学结合水含量分别达到了纯水泥的93.76％、95.08％、86.27％、95.68％,掺锂渣粉与矿渣粉可以显著提高7h蒸养水泥的水化程度,掺钢渣粉的效果最差;此外,掺锂渣粉、钢渣粉、矿渣粉改变了蒸养7h水泥浆体C-S-H的形貌,除了纤维状C-S-H外,掺锂渣粉水泥浆体中还有蜂窝状C-S-H形成,掺钢渣粉水泥浆体与掺矿渣粉水泥浆体中还有球形与薄片状C-S-H形成;掺锂渣粉可以提高早期80℃蒸养7h水泥胶砂的抗压与抗折强度,但四种矿物掺合料均不能改善28 d蒸养水泥胶砂的力学性能.     

水泥浆体的微结构及其与强度的关系

在亚微观尺度上描述了水泥石的微结构，简要回顾了其研究进程，详细介绍了主要水化产物以及掺加不同混合材可改变水化产物组分含量。归纳了水泥石的微观结构与强度的关系，并展望了其研究前景。     

石英粉、矿粉对压蒸高强混凝土强度和界面显微硬度的影响

采用单掺和双掺石英粉、矿粉制备压蒸养高强混凝土,研究了混凝土的抗压强度、界面显微硬度及其水化产物的微观形貌.结果表明:在高压蒸汽养护下石英粉与矿粉一样也有火山灰活性,单掺与双掺石英粉、矿粉对混凝土抗压强度的规律不同,这取决于其内部显微结构.双掺可使压蒸养高强混凝土界面过渡区的水泥石结构更加致密,同时使得界面过渡区和本体的水泥石性质趋于均匀.     

湿热处理混凝土过程中预养期的物理化学作用

文内用测定结合水法求得在不同预养期时蒸养前后水泥石的水化程度。对于有人认为预养期的目的是防止形成密实水化层薄膜的看法表示怀疑;同时提出:预养期的作用主要是使水泥石产生一定量的水化产物,从而使试样在蒸养前具备一定的塑性结构强度,以抑止由于温度而引起的破坏作用。     

在不同条件养护的氟石膏粉煤灰胶结材的水化硬化性能

研究了在不同条件养护的氟石膏粉煤灰胶结材的水化硬化过程及对其力学性能的影响. 室温空气中养护试样的主要水化产物是二水石膏和CSH凝胶. 试样脱模后在60 ℃蒸养6 h将阻碍无水石膏向二水石膏转化,但促进粉煤灰的火山灰反应,此时主要水化产物是CSH凝胶;继续水养护进一步促进胶结材的水化,除生成较多CSH凝胶外,还有部分钙矾石生成. 氟石膏粉煤灰胶结材凝结慢,早期强度低,但后期强度持续增长至较高程度. 由于水硬性水化产物包裹石膏晶体,形成致密浆体结构,使氟石膏粉煤灰胶结材具有优良的耐水性.     

养护温度和矿物掺合料对蒸养混凝土脆性的影响

为了掌握蒸养混凝土的脆性特性,以脆性系数和冲击韧性为评价指标,研究了养护温度(20、45、55、65、75℃)及矿物掺合料对混凝土脆性的影响,并通过扫描电子显微镜和压汞仪分析了养护温度和矿物掺合料对混凝土水化产物微结构和孔结构的影响。结果表明,随着养护温度的升高或养护龄期的延长,混凝土的脆性系数增大,且蒸养降低了混凝土的冲击韧性,复掺粉煤灰和矿渣粉掺合料可以改善蒸养混凝土的脆性和抗冲击性能。较高养护温度导致水化产物结晶粗大,界面过渡区形成微裂缝和基体孔隙率增大,从而使蒸养混凝土脆性增大,复掺粉煤灰和矿渣粉掺合料改善了蒸养混凝土的孔结构和界面过渡区微结构。     

高钛渣用于水泥混合材的性能研究

本文分析了高钛渣的矿物组成、活性系数,探讨了高钛渣的粉磨细度对水泥的凝结时间、标准稠度用水量、安定性等影响,而且分析了不同助磨剂的作用效果,以及高钛渣对水泥强度、水化产物的影响,得出高钛渣用于水泥混合材的实验基础.采用单掺与复掺的方式,比较得出可用于生产复合硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的不同掺量和配比.结果表明:高钛渣不会对水泥的水化产物产生不利影响,粉磨较细的高钛渣更有利于水泥水化产物产生的包裹效应,使结构更加紧密,从而增加水泥强度;使用助磨剂的条件下,掺入30％的高钛渣,并与粉煤灰及高炉渣复掺,混合材总掺量达到40％,可满足P·C32.5R级水泥生产;使用助磨剂的条件下,掺入10％的高钛渣,并与粉煤灰及高炉渣复掺,混合材总掺量达到20％,可满足P·O42.5R级水泥生产.     

硅酸盐熟料-煤矸石/粉煤灰混合水泥水化模型研究

对两种不同3CaO·SiO_2(C_3S)含量的硅酸盐水泥和分别掺有30%(质量分数,下同)煤矸石和30%粉煤灰的混合水泥中水化产物含量变化和形态进行了研究,建立了水化产物量变模型和水化产物形态模型,分析了模型的主要特征和意义。相同龄期,高C_3S硅酸盐水泥比低C_3S硅酸盐水泥生成更多的水化硅酸钙(calcium silicate hydrate,CSH)凝胶和氢氧化钙。含混合材的水泥水化时,CSH凝胶在水化早期和后期有两个增长幅度较大的阶段,并且1年后形成的CSH凝胶量与纯硅酸盐水泥的相当。水泥水化产物与混合材的二次水化反应较慢,研究掺有混合材水泥更长龄期的水化产物含量及结构变化,将有助于理解混合材对水泥性能的作用机理。