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。     

混凝土防腐剂对卤水侵蚀水泥-矿渣浆体微结构的影响

采用水化热分析、XRD、29Si和27 Al NMR、BET氮吸附等现代分析测试技术,研究了卤水侵蚀环境下混凝土防腐剂对水泥-矿渣浆体的微结构的影响。结果表明:混凝土防腐剂能够提高复合浆体的早期水化放热量,促进其早期水化,使其平均孔径降低,结构更加致密,阻碍了侵蚀性离子的扩散,因而抑制了卤水侵蚀产物Friedel盐和钙矾石的形成,提高了胶凝浆体的抗卤水侵蚀能力;同时防腐剂使得复合浆体的后期水化程度降低,导致矿渣水解产生的Al3+减少,从而使得进入水化硅酸钙凝胶的Al3+减少,导致MCL和Al[4]/Si降低,但是适当掺量的防腐剂能抑制卤水对C-S-H凝胶的脱铝作用。     

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。     

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。     

温度对大掺量粉煤灰水泥水化C-S-H聚合度的影响

采用固体29Si核磁共振、FTIR、XRD测试方法研究了养护温度、温度变化对大掺量粉煤灰水泥基材料水化C-S-H凝胶硅氧四面体聚合程度的影响规律。结果表明:粉煤灰掺量为50%时,C-S-H凝胶硅氧四面体的聚合程度和C-S-H凝胶中铝氧四面体的比例随着养护温度的升高而呈现先增加后稳定的趋势。在7d至28d龄期阶段,常温养护更加有利于C-S-H凝胶硅氧四面体聚合程度的增加,也更有利于Al原子取代Si原子。     

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%。     

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。     

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。     

赤泥-粉煤灰-矿渣碱激发胶凝材料性质的研究

以赤泥、粉煤灰、矿渣等工业废渣为主要原料制备碱激发胶凝材料,通过正交实验找出了赤泥、矿渣和粉煤灰的最佳配比。当赤泥与粉煤灰比例为3∶1、矿渣的掺量为40%、12%硅酸钠促硬剂为0.12A、减水剂为0.7%时,所制备的碱激发胶凝材料力学性能较好。用蒸压养护制度可得出性能最优的碱激发胶凝材料。赤泥-粉煤灰-矿渣碱激发胶凝材料具有一定的耐酸碱盐腐蚀性、耐高温性能和良好的抗冻性能;吸水率由高到低依次为:水泥、净浆试体、胶砂试体Ⅰ(灰砂比为2∶1)、胶砂试体Ⅱ(灰砂比为1∶1)。X-射线衍射分析表明:在碱激发胶凝材料中生成了大量的铝硅酸盐和钙硅酸盐的复合反应产物,如:莫来石(K2O.Na2O.H2O、Al6Si2O13)、托勃莫来石和C-S-H、C2-S-H凝胶产物等。该类材料不仅具有类似有机聚合物的完整岛状结构及链状结构,还能与矿物颗粒表面的[SiO4]4-和[AlO4]4-四面体通过脱烃基作用形成化学键;来源于原料中Ca(OH)2的C-S-H凝胶多生成于水泥水化的C-S-H凝胶孔隙之中,从而大大提高了结构密实度,是其获得高强度的直接原因。     

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。     

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。     

低放高盐模拟核废液水泥固化体中无机盐的赋存状态研究

采用水泥固化法对模拟核废液（主要核素为137^Cs,90^Sr,主要含钠盐（质量分数〉15%））进行固化并在普通硅酸盐水泥中掺入矿渣、粉煤灰、沸石及凹凸棒土掺合料,以观察掺合料对固化体中无机盐赋存状态的影响。采用SEM,XRD及FT-IR对核废物固化基材的微观结构、物相及产物组成进行了表征与分析。结果表明：引入矿物掺合料能降低水泥固化体中无机盐的流失量,尤其掺入矿粉使无机盐的流失量降至82.5%;废液中大部分无机盐以沉淀或持留在水泥水化产物中的形式存在于硬化水泥石的孔隙中;矿物掺合料引入大量SiO2,使得水泥石中Ca（OH）2相基本消失,C-S-H凝胶的含量大幅度提高,部分Na^＋进入C-S-H凝胶的层间位置从而提高盐的固容量。     

原状磷石膏基水硬性胶凝材料的制备与性能表征

以原状磷石膏(简称磷石膏)、水泥(P.O 42.5)、矿渣、粉煤灰为原料,将水泥、矿渣、粉煤灰粉体直接加入磷石膏浆体中进行浆粉搅拌,制备出磷石膏-矿渣-水泥基(PBC)和磷石膏-矿渣-水泥-粉煤灰(PBCF)基水硬性胶凝材料的净浆硬化试样,并对PBC和PBCF净浆硬化试样的性能进行表征。结果表明:PBC试样的3 d抗压强度较低,7,28 d龄期抗压强度随水泥掺量的增加先增加后降低,水泥掺量20%(质量分数)时,试样的7,28 d龄期抗压强度达到最大值,后者为26.4 MPa;PBCF试样的7,28 d抗压强度随粉煤灰掺量的增加先增加后降低,粉煤灰掺量为15%(质量分数)时,试样的7,28 d抗压强度均达到最大值,分别为17.0,28.7 MPa;PBCF试样软化系数均≥0.88。     

纤维水镁石对水泥硬化浆体力学性能的影响

采用SEM,XRD和电阻率测定仪研究了纤维水镁石对硅酸盐水泥硬化浆体的力学增强机理。结果表明,由于添加具有高拉伸强度和高杨氏模量的纤维水镁石,在水泥硬化浆体原有网络结构的基础上又建立了一个新的网络结构,改进了基体材料的界面结构,同时,纤维水镁石和水泥基体材料同属极性物质,在水化开始后水镁石纤维表面被水化产物C-S-H凝胶所覆盖,表明其具有良好的物理相溶性,这种双重作用提高了水泥硬化浆体的物理力学性能。     

高铝水泥对磷石膏基水硬性胶凝材料性能的影响

研究了高铝水泥对磷石膏-矿渣-钢渣免煅烧水泥体系的强度、凝结时间及标准稠度等性能的影响规律,并通过XRD和SEM分析探讨了该水泥体系的水化机理,分析得出该水泥体系的水化产物主要是钙矾石和C-S-H凝胶。结果表明,高铝水泥的加入可以有效提高磷石膏-矿渣-钢渣免煅烧水泥体系的早期强度并缩短凝结时间,使水化产物钙矾石生成量明显增加,从而有效提高该胶凝材料的水化性能;当掺入6%的高铝水泥时,可以制备出3d抗压强度为4.5MPa,28d抗压强度达35MPa左右的高铝-磷石膏基水硬性胶凝材料。     

石膏掺量对高贝利特-硫铝酸盐水泥性能的影响

利用循环流化床(CFBC)固硫灰代替部分铝矾土、石膏等原料制备高贝利特-硫铝酸盐水泥,并采用XRD、SEM等方法研究了石膏掺量对该水泥凝结时间、抗压强度、水化产物和微观结构的影响。结果表明,利用固硫灰等原料制备的水泥熟料的矿物组成主要有C2S、C4A3S、铁相等;掺入石膏会缩短水泥的凝结时间,最佳石膏掺量为9%;水泥3d、28d净浆强度可以达到39.00MPa和82.59MPa;掺入适量石膏能促进C4A3S和C2S水化,掺量不足会使AFt向AFm转化,掺量过大反而会阻碍C4A3S的水化,进而影响水泥强度;不同石膏掺量下的水泥水化产物主要为AFt、AFm、C-S-H凝胶和铝胶等。     

混合材对高铝水泥强度影响的试验研究

研究了石灰石、粉煤灰 ,矿渣三种矿物混合材不同掺量对高铝水泥强度的影响 .分析了它们在高铝水泥水化过程中的作用和水化产物的微观形貌 ,以及对高铝水泥水化产物晶型转变的影响 .研究表明 :对于高铝水泥净浆试件 ,掺适量的石灰石能够抑制高铝水泥水化产物的晶型转变 ,并能够生成单碳型水化碳铝酸钙 (C3 A·CaCO3 ·11H2 O) .但掺合粉煤灰和矿渣的作用效果不明显 ,对于高铝水泥胶砂试件 ,掺加适量的三种混合材都有利于高铝水泥强度的稳定 ,其中石灰石的作用效果较为明显 .     

过硫磷石膏矿渣水泥净浆微观力学性能表征

基于纳米压痕测试,结合解卷积技术、微观力学理论和均匀化方法,分析了过硫磷石膏矿渣水泥(PPSC)净浆的微观力学性能和物相组成,表征了其主要水化产物的力学性质和微观结构。结果表明：在剔除异常数据点后,压痕点的力学性能分布相对集中,大多数压痕点的硬度在1 GPa左右,模量在10 GPa左右和30 GPa左右;PPSC净浆中主要水化产物占比69%,由不同含量的C-S-H凝胶、钙矾石和孔相组成;凝胶相中凝胶颗粒的模量值为56.47 GPa,由C-S-H凝胶颗粒和钙矾石晶体颗粒复合而成,两者含量之比约为3∶1;主要水化产物由低密度凝胶相(η=0.61)和高密度凝胶相(η=0.75)组成,两者对应的凝胶颗粒堆积方式类似球体的随机紧密堆积、六方紧密堆积和面心立方堆积。     

钢渣矿渣复合掺合料对水泥浆体性能的影响

主要研究单掺钢渣以及钢渣与矿渣复合后对水泥浆体各项物理力学性能的影响.结果表明,钢渣掺入水泥中可以改善水泥浆体的流动性.钢渣与矿渣复合的比例约在2:3,总掺量为50%时,水泥硬化浆体各龄期抗压强度均有较大幅度的提高.说明钢渣与矿渣复掺,能起到相互激发、相互活化的作用.     

单掺活性MgO水泥膨胀性能与微观结构表征

胶凝材料水化反应过程中收缩或膨胀体积变化是由其水化产物性质决定。水泥的收缩值随水化龄期的变化规律反应了水泥水化特点。研究活性MgO水泥浆体水化过程及水化产物,探索单掺MgO对水泥体系膨胀特性的影响。活性MgO由菱镁矿经700℃保温2.5h煅烧制备。单掺8%活性MgO水泥净浆的安定性合格,单掺质量分数12%活性MgO水泥净浆的安定性不合格。MgO掺量由4%增长到20%时,20℃水浸泡膨胀率由1.88‰增加到10.05‰。纯水泥浆体20℃水浸泡90d后的孔容为0.018cm3/g,活性MgO增大了水泥浆体的孔容。MgO质量掺量由8%增加至12%时,水化产物Mg(OH)2堵塞了孔径,浆体20℃水浸泡90d的孔容从0.079cm3/g减小到0.030cm3/g。12%MgO水泥浆体孔径分布范围比8%MgO水泥浆体广,主要分布在2～100nm之间,且孔径微分分布增大。根据MgO水化反应产物、形貌表征以及孔径分析、体积膨胀率的实验结果,解释单掺活性MgO导致水泥浆体安定性问题的原因。