MgCl_2侵蚀对水泥-矿渣硬化浆体相组成与演变的影响

研究了10%质量浓度的MgCl_2侵蚀溶液下,不同矿渣掺量(0%、20%、40%、60%)水泥-矿渣硬化浆体在不同侵蚀龄期的水化程度、水化产物相组成、C-S-H凝胶的平均分子链长(MCL)、含铝相产物迁移与转变规律。XRD、29SiNMR、27AlNMR和SEM-EDS测试结果可知:随着矿渣掺量的增加,硬化浆体固化Cl-能力增加。同时,矿渣中的Al[4]-S水解可进入C-S-H凝胶硅氧链,C-S-H凝胶Al[4]/Si增加,进而提高硬化浆体的抗MgCl_2侵蚀溶液的脱铝作用;且矿渣的掺入降低了C-S-H凝胶Ca/Si,提高了C-S-H凝胶稳定性。随着MgCl_2侵蚀龄期的延长,纯水泥硬化浆体中含铝相水化产物向Al[6]-E转化,水泥-矿渣硬化浆体含铝相水化产物向Al[6]-M/F转化。     

海水侵蚀龄期对掺加盐结晶抑制剂的水泥-矿渣复合浆体微结构的影响

通过XRD、SEM、NMR等测试手段,研究了水泥-矿渣浆体在海水侵蚀环境下水化程度、C-A-S-H凝胶微结构以及含Al相水化产物组成的演变。研究表明:海水侵蚀会导致水泥-矿渣浆体“脱铝”;并使胶凝浆体微结构发生演变,力学性能退化;另外对浆体的水化程度有促进作用。而盐结晶抑制剂的掺入可削弱海水侵蚀对胶凝浆体C-A-S-H凝胶的脱铝作用;改善因海水侵蚀造成的胶凝浆体微结构演变;并对胶凝浆体在海水侵蚀下水化程度增加有抑制作用。     

干湿循环MgCl_2侵蚀对硅酸盐水泥浆体相组成和演变的影响

研究了质量分数10%的MgCl_2溶液和干湿循环耦合侵蚀对硅酸盐水泥浆体的水化进程、C-(A-)S-H凝胶微结构和水化产物相转变的影响规律。XRD、NMR和SEM-EDS测试分析的结果表明:MgCl_2侵蚀水泥水化浆体的主要产物为Mg(OH)_2和Friedel盐,高浓度时Cl~-会与Ca~(2+)结合形成3CaO·CaCl_2·15H_2O结晶,造成浆体破坏。此外MgCl_2侵蚀还会导致浆体中C-(A-)S-H凝胶产生脱铝脱钙,其MCL增加、Al[4]/Si降低,降低C-(A-)S-H凝胶的胶凝能力。干湿循环耦合MgCl_2侵蚀可以加速水泥浆体与外界的离子交换,促进了硅酸盐水泥的水化,也加剧了MgCl_2对水泥浆体的侵蚀,造成以上侵蚀现象更加严重。     

侵蚀性离子抑制剂对复合胶凝浆体抗侵蚀能力的影响机理

针对虎门二桥承台混凝土服役于南海环境中容易出现的耐久性问题,研究了侵蚀性离子传输抑制剂对复合胶凝浆体微结构的调控作用。结果表明:侵蚀性离子传输抑制剂会延缓复合胶凝浆体的水化进程,具有缓凝作用;适宜掺量的侵蚀性离子传输抑制剂可改善复合胶凝浆体的孔结构分布,降低有害孔比例,同时提升浆体密实程度。干湿循环MgSO_4侵蚀条件下,掺入侵蚀性离子传输抑制剂可以抑制侵蚀对浆体中C-S-H凝胶的脱铝脱钙作用,以及C-S-H中Al[4]和AFm中Al[6]向AFt中Al[6]转化,提升复合胶凝浆体的微结构稳定性,试验确定的最佳掺量为胶材质量分数的6%。     

活性氧化镁对碱矿渣混凝土抗碳化性能影响研究

研究了活性氧化镁对碱矿渣混凝土抗碳化性能的影响。研究了掺入氧化镁后浆体吸水率、混凝土干缩率、抗氯离子渗透性能,以及混凝土碳化深度的变化,并进一步分析掺入氧化镁后浆体水化产物和碳化产物的变化。结果显示,掺入氧化镁有助于降低浆体的吸水率、减少混凝土干缩和提高混凝土抗渗性。此外,氧化镁促进浆体中类水滑石的生成,碳化时延缓C-S-H凝胶的分解。最终导致混凝土碳化深度的降低。56d时,掺入3%氧化镁可以使碳化深度下降60%,而掺入6%氧化镁可使碳化深度下降80%以上。     

MgSO_4拌合对水泥粉煤灰浆体水化及微结构的影响

通过XRD、水化微量热仪、~(29)Si和~(27)Al NMR、化学结合水法等测试技术,研究了MgSO_4溶液拌合浓度对FA-C胶凝浆体水化动力学及其微结构的影响机理,结果表明:水化早期,胶凝浆体中形成的Mg(OH)2附着于水泥颗粒表面,降低其水化速率,随着水化龄期增加,Mg~(2+)进入C-S-H凝胶,形成C-M-S-H和M-S-H凝胶,水泥水化速率加快;拌合浓度为0.34%(海水)时,SO_4~(2-)主要促进Alite、Belite水化,对粉煤灰几乎无激发作用,拌合浓度为10%时,SO_4~(2-)对粉煤灰的激发作用最为明显。模拟海水拌合时,SO_4~(2-)促进Alite、Belite中的Al进入C-S-H凝胶,其Al[4]/Si、MCL均增加;5%MgSO4拌合时,SO_4~(2-)主要脱去C-(A)-S-H凝胶中的Al,转化为AFt;10%MgSO4拌合时,随着水化龄期的增加,SO_4~(2-)对C-(A)-S-H凝胶的脱Al作用增强,Al[4]/Si降低,MCL增加。     

变温下Ba~(2+)对水泥浆体C-S-H微结构的影响

为从分子尺度优化C-S-H微结构提供理论依据,采用模拟大体积混凝土内部变温历程的养护制度,运用29Si魔角旋转核磁共振(29Si MAS NMR)结合去卷积技术,研究了变温条件下Ba(OH)2掺量为1.0%时对水泥浆体C-S-H微结构的影响规律。结果表明:在变温条件下掺加Ba(OH)2提高了水泥浆体中硅酸盐矿物水化程度,尤其在水化早期(3 d)时硅酸盐矿物水化程度增幅较大,进而使C-S-H结构中硅氧四面体二聚体数量增加,导致其C-S-H平均分子链长(MCL)显著低于纯水泥浆体,避免了纯水泥浆体在降温阶段出现C-S-H的MCL降低的现象。同时,掺加Ba(OH)2进一步降低了水泥浆体在变温过程下C-S-H中Al3+取代Si4+的程度。     

无机防腐剂抗硫酸盐侵蚀机理研究

以机械活化超细矿渣粉为主要原料、以石膏和硫铝酸盐水泥熟料(SAC)为辅料，制备海洋环境混凝土用无机防腐剂，利用三元云分析、SEM、XRD研究方法研究其防腐性能和防腐机理.研究结果表明：该多元复合无机防腐剂凝结时间、膨胀率、耐蚀系数等指标均满足标准要求；掺入该无机防腐剂的普通混凝土在硫酸盐侵蚀150次循环后，耐蚀系数仍高于75%,达到KS150级；防腐剂的加入有助于水化初期钙矾石(AFt)的生成，并抑制其在水化后期向低硫型钙矾石(AFm)的转化，同时消耗腐蚀原料，并生成多种凝胶体填充晶体骨架的空隙，增加了混凝土微结构的致密性，进而提高混凝土的耐蚀性能，从微观角度为矿渣粉在抗硫酸盐腐蚀中的应用提供理论参考.     

矿物掺和料-水泥浆体电学特性与其微结构的关系

采用循环伏安法和交流阻抗法系统研究了粉煤灰、矿渣粉和石灰石粉水泥浆体的电学特性,通过等效电路对电学测试结果进行拟合,并将拟合所得浆体电学参数与浆体化学结合水和压汞所测孔结构之间的相关性进行比较。结果表明：浆体的化学结合水与其电阻率具有较好的正相关性,即化学结合水越多,水化程度越大,浆体电阻率越高;粉煤灰和矿渣粉可以提高浆体电阻率,而石灰石粉在5%掺量下对浆体电阻率无影响;随着水化龄期的延长,浆体孔溶液电阻增大,其变化规律与浆体电阻率一致;浆体凝胶电容和凝胶电阻与C-S-H凝胶含量有关,二者有很好的负相关性;随着水化龄期的延长,浆体孔结构曲折程度提高,交流阻抗法所测得常相角指数减小,压汞测得的分形维数增大。     

超细矿渣复合防腐剂对混凝土界面区晶体取向和尺寸影响

目的研究超细矿渣制备的复合防腐剂对骨料-水泥石界面区(ITZ)结晶状态及其对混凝土抗硫酸盐腐蚀性能的影响.方法利用SEM、XRD等微观研究方法对ITZ的结晶尺寸、取向及复合防腐剂的改善作用进行研究.结果试样的ITZ结晶产物尺寸较大,结构较为疏松,水化早期发生了Ca(OH)2的富集和取向结晶;经过硫酸钠溶液浸泡28 d试样的Ca(OH)2晶体取向指数较标养28 d试样增加了1.07到1.66倍,AFt晶体取向却没有明显变化.结论复合防腐剂的加入使试样ITZ晶粒尺寸普遍低于基准试样,说明石膏激发超细矿渣具有细化晶粒作用.当石膏质量分数占复合防腐剂总量20%时,混凝土Ca(OH)2晶体结晶取向和晶粒尺寸较小,抗硫酸盐侵蚀能力最佳.     

复合混合材热力活化对水泥净浆强度的影响

煤系固体废弃物煤矸石、粉煤灰以及冶金废弃物矿渣等均含有可利用的SiO2,Fe2O3,CaO,Al2O3等氧化物,但由于其来源不同,组分中氧化物含量及活性差异较大,因此,可通过合理配合、热力活化处理后用作水泥的复合混合材.将煤矸石、粉煤灰及矿渣按一定比例、在不同温度活化烧结后,掺入水泥熟料,进行水泥的净浆性能测试.试验结果表明,掺入活化处理后的复合混合材能明显提高水泥净浆的早期和后期强度;XRD,SEM分析结果显示,煅烧前后的混合材晶体结构有明显的变化,烧结后,复合混合材的水泥水化3 d后水化产物已经较少,水泥石结构致密,说明掺活化复合混合材的水泥水化后强度发挥较快.     

MgSO_4侵蚀条件下水泥浆体相组成及Al相转变

研究了水化7d的水泥浆体在5%浓度的MgSO_4溶液中侵蚀不同时间(7d、28d、90d、180d)以及不同浓度MgSO_4(0%、5%、10%、15%)对水化3d水泥浆体的水化产物相组成、含Al相产物迁移与转变的影响规律。XRD与27 AlNMR测试结果表明:5%浓度的MgSO_4侵蚀水泥浆体180d,浆体中CaSO4·2H2O和AFt含量显著增加,C—(A)—S—H中的Al[4]、AFm中的Al[6]以及TAH向AFt中的Al[6]转变,导致试件膨胀破坏。MgSO_4侵蚀前期形成的Mg(OH)2层可抑制C—(A)—S—H中的Al[4]、TAH和AFm向AFt转变,随着侵蚀龄期延长Mg(OH)_2层破坏,SO_4~(2-)的扩散速率增大,AFt生成量显著增加。MgSO_4侵蚀早期促进Al 3+进入C—S—H形成C—(A)—S—H,随着侵蚀龄期延长,C—(A)—S—H发生脱铝作用,Al[4]大量迁移转变为AFt中的Al[6]。MgSO_4浓度增大,其对C—(A)—S—H的脱铝作用增强,AFt的生成量显著增加。     

变温下 Ba2＋对水泥浆体C－S－H微结构的影响

为从分子尺度优化C－S－H微结构提供理论依据,采用模拟大体积混凝土内部变温历程的养护制度,运用29 Si魔角旋转核磁共振（29 Si MAS NMR）结合去卷积技术,研究了变温条件下Ba（OH）2掺量为1.0％时对水泥浆体C－S－H微结构的影响规律。结果表明：在变温条件下掺加Ba（OH）2提高了水泥浆体中硅酸盐矿物水化程度,尤其在水化早期（3 d）时硅酸盐矿物水化程度增幅较大,进而使C－S－H结构中硅氧四面体二聚体数量增加,导致其C－S－H平均分子链长（MCL）显著低于纯水泥浆体,避免了纯水泥浆体在降温阶段出现C－S－H的MCL降低的现象。同时,掺加Ba（OH）2进一步降低了水泥浆体在变温过程下C－S－H中Al3＋取代Si4＋的程度。     

硬石膏对熟料激发矿渣水化反应的影响

以不同硬石膏掺量的熟料激发矿渣胶凝材料为研究对象,通过对胶结体强度、水化产物的种类及非蒸发水含量等的分析检测,探讨了石膏对熟料激发矿渣的胶凝性能和水化产物的影响.结果表明:适量硬石膏的掺加能够显著提高熟料激发矿渣胶凝材料的早期胶结强度,最佳石膏掺量下,胶凝材料净浆的3d胶结强度可提高95%,细粒尾矿砂浆的3d胶结强度可提高388%.石膏的加入显著促进了钙矾石(AFt)和低钙硅比水化硅酸钙(CSH)在水化早期的优先生成,加快了Ca(OH)2的消耗、抑制了水化铝酸钙(C4AH13)的生成,使3d水化产物中非蒸发水的质量分数由9.23%提高到14.35%.     

激发剂对高掺量粉煤灰早期水化的作用机理

结合力学性能研究和微观测试技术(XRD、SEM、EDS和NMR),考察了化学激发剂对高掺量粉煤灰水泥浆体早期水化的作用和机理。结果显示:激发剂促进了浆体中粉煤灰活性的早期释放,提高了浆体早期强度;粉煤灰被激发后所生成的活性成分显著影响了粉煤灰水泥体系的水化,降低了水泥水化产物C-S-H的n(Ca)/n(Si)值,同时,在激发剂作用下粉煤灰颗粒周围生成有外形不完整、n(Ca)/n(Si)值低、类似C-S-H的产物及水化铝酸钙。     

超细矿渣高性能混凝土试验及水化研究

用超细矿渣粉等材料制备了Ｃ８０以上的高性能混凝土,并研究了超细矿渣水泥的水化。结果表明,超细矿渣粉不仅可提高新拌混凝土的工作性能,而且能大幅度提高水泥及混凝土的力学性能。研究还发现,超细矿渣的水化活性较高,在水泥水化早期就大量生成胶凝性水化产物,从而减少了水泥石中的Ｃａ（ＯＨ）２含量,改善水泥石及混凝土的微观结构。     

水泥强度诱导提高方法研究

利用物理性能检测、水化放热测定和孔结构测定方法研究了通过掺加微细矿渣、高铝组分和水化硬化浆体诱导提高硅酸盐水泥强度的方法，并对其作用机理进行了探讨，试验表明，适量的微细高铝组分、矿渣组分及水化硬化浆体能够明显提高硅酸盐水泥强度。     

无机矿粉对碱激发碳酸盐胶凝材料性能的影响

研究了矿渣、粉煤灰和偏高岭土时碱激发碳酸盐胶凝材料的强度、抗渗性能以及凝胶时间的影响，探讨了该材料浆体的流变特性。研究表明：1)矿渣可大幅度提高该材料的强度和抗渗性能，但会显著缩短凝胶时间；偏高岭土有利于强度的提高，但时抗渗性能和凝胶时间的影响不显著；粉煤灰时这些性能的影响均不显著；2)无机矿粉复合后，可使材料28d的抗压强度达43MPa以上，抗渗压力达1.5MPa以上；3)该胶凝材料的浆体为宾汉型流体；4)该胶凝材料中掺加粉煤灰，其浆体的流动性优于掺加矿渣和偏高岭土的浆体流动性。     

复合浆体中粉煤灰和水泥水化反应程度的测定

采用盐酸选择溶解法测定粉煤灰的水化程度,再结合水化热法计算复合浆体中水泥的水化程度。试样结果表明,在水化早期粉煤灰仅作为惰性材料填充于复合浆体的孔隙中。随着粉煤灰掺量的增大,水泥的水化程度越高,单位体积中水化产物的总体数量仍为减少。     

活性稻壳灰对混凝土强度和耐久性能的影响

研究了高火山灰活性稻壳灰对混凝土强度和耐久性能的影响。结果表明：混凝土中掺加稻壳灰后强度提高，且高水胶比时强度提高率更大；同时，混凝土的抗盐酸溶液的侵蚀能力、抗碳化和抗渗性能也得到改善。其主要原因可归结为：稻壳灰的掺入降低了混凝土的实际水胶比，促进了水泥的水化，使混凝土中有更多的C—S—H凝胶生成，并减少了混凝土中羟钙石的数量，降低了混凝土细孔的平均尺寸，使得混凝土的结构更加密实。