纳米SiO_2-矿渣-水泥复合胶凝材料的抗硫酸盐侵蚀试验

为研究纳米二氧化硅-矿渣-水泥复合胶凝材料的抗硫酸盐侵蚀性能,将砂浆试件浸泡在不同温度下的3%硫酸钠溶液中进行侵蚀试验,以抗折强度和抗蚀系数作为指标对其抗蚀性进行评价,并与普通硅酸盐水泥和抗硫酸盐水泥试件进行对比。采用微观分析方法对腐蚀产物的成分进行分析。研究结果表明:纳米二氧化硅-矿渣-水泥复合胶凝材料在不同温度下均具有优异的抗硫酸盐侵蚀能力,随着纳米二氧化硅掺量的增加,抗蚀性能增强;随着温度的降低,试件的侵蚀速率加快,270d的抗蚀系数及抗折强度逐渐降低。养护温度的改变导致腐蚀产物的成分发生变化,5℃养护条件下腐蚀产物中钙矾石及碳硫硅钙石均存在,但以后者为主。     

碳硫硅钙石在不同阳离子作用下的形成研究

研究了碳硫硅钙石在不同阳离子(Na+、Mg2+)作用下的形成。将水泥-石灰石粉净浆试件分别置于5℃不同浓度的Na2SO4和MgSO4溶液中,对腐蚀破坏部分取样进行X射线衍射、红外光谱分析。结果表明,试件在Na2SO4和MgSO4溶液中均发生了碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀,并随着腐蚀时间的延长,其破坏不断加剧;试件浸泡在Na2SO4溶液中,腐蚀产物以碳硫硅钙石为主,随着Na2SO4浓度的增加,其破坏增加;浸泡在MgSO4溶液中,试件由表及里逐渐变为一种白色烂泥状物质,腐蚀产物以碳硫硅钙石和石膏为主,镁离子加速了碳硫硅钙石的形成。     

含石灰石粉水泥砂浆在低温环境中的硫酸盐侵蚀

分析了掺30%石灰石粉砂浆与纯水泥砂浆在(5±1)℃的2%MgSO4溶液中浸泡不同时间后试件表面层的矿物成分变化与微观结构,研究了强度与外观的变化.结果表明:掺入石灰石粉使水泥水化产物中的单硫型水化硫铝酸钙转变为稳定的单碳水化铝酸钙,物理填充作用使水泥石结构更加致密,因而在短期的低温硫酸盐侵蚀环境下掺石灰石粉砂浆比纯水泥砂浆表现出更好的耐腐蚀性.在经受低温硫酸盐侵蚀后纯水泥砂浆生成大量的石膏和钙矾石,而掺石灰石粉砂浆在经受同条件210 d侵蚀后的腐蚀产物中除了石膏、钙矾石外,还有少量的硅灰石膏生成,表明水泥石中的CSH凝胶体也受到侵蚀.     

硫酸盐侵蚀下石膏的形成及破坏机制研究现状

硫酸盐侵蚀是影响水泥基材料耐久性的重要因素,它不仅会缩短材料的服役寿命,甚至可能危及结构安全。在硫酸盐侵蚀过程中,钙矾石、石膏和碳硫硅钙石等侵蚀产物不断形成,从而导致材料出现膨胀、开裂、软化和剥落等不同形式的破坏。由于不同侵蚀产物的形成条件和对水泥基材料的侵蚀机理存在明显差异,而侵蚀机理是工程实践中指导预防硫酸盐侵蚀的重要依据,因此探明不同侵蚀产物的形成及稳定条件以及各侵蚀产物对材料的作用机理成为该研究课题的主要内容。 从现有研究来看,钙矾石型硫酸盐侵蚀是目前研究最为成熟的一种硫酸盐侵蚀。钙矾石是在高碱性硫酸盐溶液条件下形成的主要侵蚀产物,并且当其在狭小封闭的孔洞中生长时会导致材料发生膨胀、开裂破坏,相应的膨胀机理有吸水肿胀理论、结晶压理论和固相反应理论等。另外,在钙矾石型硫酸盐侵蚀的预防方面,发现通过控制水泥中铝酸三钙含量可有效减小因钙矾石形成而造成的膨胀危害。近年来,世界各地的研究者竞相报道了碳硫硅钙石的形成对混凝土结构造成严重破坏的工程实例,这使得碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀也逐渐受到重视。目前普遍认为碳硫硅钙石的形成主要导致材料出现泥化和分解现象,但其形成条件较为复杂,只在一些特殊环境下才有可能发生。 石膏是水泥基材料在硫酸盐侵蚀下形成的另一种较为常见的腐蚀产物,它的形成同样影响着水泥基材料的耐久性能。研究发现,硫酸盐溶液浓度越高,越利于形成石膏,但后来发现溶液pH值对石膏的形成及稳定影响更为显著,同时溶液温度、离子种类以及腐蚀制度等对石膏的形成也有一定影响。由于石膏的化学组成相对简单且不含铝相,因此采用普通抗硫酸盐侵蚀方法并不能有效抑制石膏的形成及破坏。石膏的形成往往伴随着水化产物的溶解脱钙,从而导致材料出现软化和剥落现象,但在石膏的膨胀问题上仍存在较大争议。 本文综述了硫酸盐侵蚀下水泥混凝土中石膏形成的影响因素,总结了石膏的生长位置及其引起的脱钙作用,最后对石膏的膨胀作用进行了相关探讨。     

水泥混凝土中碳硫硅钙石的生成机制和防治技术研究进展

重点阐述了国内外在水泥混凝土中碳硫硅钙石的生成机制和防治技术方面的研究现状和未来发展趋势,主要包括碳硫硅钙石的生成机理、生成途径、影响因素和碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀的预防措施等。     

不同系列减水剂对碳硫硅钙石形成的影响

研究了不同系列减水剂(萘系、脂肪族和聚羧酸系)对硫酸盐侵蚀下碳硫硅钙石形成的影响及机理。将样品浸泡在5℃,质量分数5%的MgSO4溶液中,观察侵蚀后样品的外观、强度及膨胀率,并对腐蚀产物进行X射线衍射分析、扫描电子显微镜分析、能谱分析、红外光谱分析及激光Raman光谱分析。结果表明,碳硫硅酸钙型硫酸盐侵蚀程度与外加剂品种有关,聚羧酸减水剂不能防止TSA破坏,但聚羧酸减水剂较其它两种减水剂抗硫酸盐侵蚀效果好。     

碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀

介绍了碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀(TSA)的形成机理、形成条件、侵蚀模型、影响因素、预防和处理措施。形成机理包括溶液反应机理和硅钙矾石转变机理;侵蚀模型可分为化学模型和物理模型;形成条件包括硫酸盐、硅酸盐、碳酸盐、水和低温;影响因素主要有水泥种类、C3A和Al2O3含量、矿物掺合料、pH值、侵蚀介质、水胶比等。     

混凝土抗硫酸盐侵蚀性能试验研究

研究了不同水胶比混凝土试件在(20±2)℃全浸泡作用下的抗硫酸盐侵蚀性能。试验制备0. 32与0. 36两种水胶比的普通硅酸盐水泥、高抗硫水泥以及复掺矿粉和硅灰的混凝土试件,检测了试件标养28 d后的抗压强度、动弹性模量及各试件在(20±2)℃、质量分数为3%Na_2SO_4溶液中全浸泡侵蚀的强度、动弹性模量变化情况,对混凝土在(20±2)℃全浸泡侵蚀下的抗硫酸盐侵蚀性能进行了评价。结果表明,在(20±2)℃全浸泡作用下,0. 36水胶比混凝土抗硫酸盐侵蚀性能低于0. 32水胶比混凝土,抗硫酸盐侵蚀性能随着水胶比的降低而提高;混凝土复掺矿粉和硅灰后抗硫酸盐侵蚀性能较好;高抗硫水泥通过限制C_3A的含量,进而改善混凝土抗硫酸盐侵蚀性能,不一定在任何环境下都适用;混凝土连通孔隙率从侧面证实了低水胶比混凝土和复掺矿粉和硅灰混凝土抗压侵蚀系数和相对动弹性模量较高,说明低水胶比混凝土复掺矿粉和硅灰后,可以显著提高混凝土抗硫酸盐侵蚀性能。     

低温环境下赤泥地聚合物抗硫酸盐侵蚀机理研究

通过将内掺不同质量分数硫酸镁和硫酸钠的赤泥地聚合物和普通硅酸盐水泥试件在(5±1)℃的条件下长期浸泡,定期观测试件外观变化,并对长期浸泡后的试件取样进行XRD衍射和FT-IR光谱分析,研究了内掺不同种类和不同质量分数硫酸盐对赤泥地聚合物的侵蚀破坏过程与作用机理,并与同等条件下普通硅酸盐水泥抗硫酸盐侵蚀性能及机理进行了对比。结果表明:当试件内掺硫酸镁和硫酸钠时,赤泥地聚合物发生了石膏型硫酸盐膨胀破坏,而普通硅酸盐水泥则分别发生了TSA型硫酸盐侵蚀破坏和石膏型硫酸盐膨胀破坏。赤泥地聚合物内部孔隙液pH值高,水化产物中C-S-H凝胶钙硅比低和水化生成的铝硅酸盐类物质化学性质稳定是其在长期低温硫酸盐侵蚀环境下未发生TSA型硫酸盐侵蚀破坏的主要原因。     

石灰石粉对氯氧镁水泥性能的影响

为合理利用生产石灰石集料的副产品——石灰石粉,发展绿色建筑材料,研究了不同掺量石灰石粉对氯氧镁水泥初凝时间、终凝时间、强度、耐水性及耐硫酸盐腐蚀性能的影响,并观察了掺入石灰石粉后氯氧镁水泥微观形态的变化。试验结果表明:随着石灰石粉掺量的增加,镁水泥的初、终凝时间延长,强度逐渐降低,耐水性也逐渐降低,但硫酸盐侵蚀性能较好。在微观形态上表现为:石灰石粉的加入使胶凝相更为分散,生长出大量细长的晶体;清水浸泡时生成了大量大孔隙,硫酸盐腐蚀时生成片状晶体;但掺量即使达到40%,镁水泥的强度一样可以接近普通硅酸盐水泥的2倍。将石灰石粉大量取代轻烧粉加入氯氧镁水泥中作为建筑材料使用,是大量利用石灰石粉可供选择的良好途径。     

硫酸盐环境下灌浆材料长龄期力学性能及微观结构分析

本文将抗硫酸盐水泥和中热水泥掺粉煤灰制备的水泥浆体浸泡在5%Na2SO4溶液至1110d,研究长龄期硫酸盐侵蚀下各试件的力学性能和微观结构。结果表明:限制空间中形成的细小钙矾石是引起基体开裂的主要原因,石膏的形成会引起水泥基材料剥落,抗硫酸盐水泥不能有效防止石膏型硫酸盐侵蚀;大掺量粉煤灰的二次水化反应能够消耗大量氢氧化钙,从而降低侵蚀过程中石膏相的形成且能有效改善浆体微结构;水电工程中采用中热水泥+50%粉煤灰制备的水泥基材料能够有效抑制钙矾石和石膏的形成,其抗硫酸盐侵蚀性能和经济性明显优于抗硫酸盐水泥制备的水泥基材料。     

超细粉体对水泥基材料力学性能的影响

为了研究超细粉体在水泥基材料中的应用,对掺加不同活性超细粉体的水泥基试件进行了抗压强度和抗折强度的测试,讨论了矿粉A掺量、硅粉掺量、复掺矿粉A和硅粉对水泥基材料力学性能的影响。结论表明:活性超细粉体对水泥基试件的抗折和抗压强度有较大影响,尤其是硅粉能够很好地提高试件的抗折强度和抗压强度。通过SEM形貌分析,说明掺加的超细粉体能够与水泥基材料内部的不利成分Ca(OH)2发生二次水化反应,生成有利的C-S-H凝胶,有效改善水泥基材料的微观结构。     

石灰石粉和含铝相辅助性胶凝材料的协同作用对混凝土抗碳化性能的影响

为了研究石灰石粉和含铝相辅助性胶凝材料的协同作用对混凝土抗碳化性能的影响,选取了两种含铝相辅助性胶凝材料和石灰石粉以不同比例取代水泥,并采用差热分析、XRD和压汞法测试了其水化产物和微观结构。研究结果表明,单掺石灰石粉降低了混凝土的抗碳化性能,当石灰石粉掺量约为10%时,混凝土的碳化深度最低。当复掺石灰石粉和含铝相辅助性胶凝材料时,两者反应生成了碳铝酸钙,增大了固相体积,优化了孔结构,它们的协同作用提高了混凝土的抗碳化性能。当石灰石粉掺量为5%~15%,粉煤灰掺量小于10%,或者矿粉掺量为10%~30%时,混凝土的碳化深度最低。     

低碱高强硅铝聚合材料的研究

以煅烧铝土矿选尾矿、矿渣微粉、水玻璃为主要原料,在800℃下煅烧1 h制备得到高强硅铝聚合材料。用XRD和SEM研究了反应产物的相组成和微观结构,并着重比较研究了该材料与特种水泥的抗化学侵蚀性能差异。结果表明:制备得到的胶砂试样,28d抗折、抗压强度分别达到10.2MPa,60.2MPa;试样分别经3%硫酸钠、3%硫酸镁溶液浸泡28 d后,其强度没有下降反而略有上升,在石膏掺量为7%的硫酸盐环境中,其累计膨胀率远远小于中抗硫酸盐硅酸盐水泥的;分别经5%盐酸、5%硫酸溶液浸泡28d后,其质量损失及强度损失均小于铝酸盐水泥和快硬硫铝酸盐水泥的。制备得到的硅铝聚合材料具有优异的抗硫酸盐侵蚀性能、一定的耐稀酸侵蚀性能。     

水泥基材料硫酸盐侵蚀机理的研究进展

硫酸盐侵蚀是影响水泥基材料结构耐久性的重要因素。本文在分析硫酸盐侵蚀对水泥基胶凝材料铝相水化产物和C-S-H凝胶影响的基础上,归纳了现有水泥基胶凝材料硫酸盐侵蚀的作用机理,提出了硫酸盐侵蚀作用下水泥基材料微结构研究中存在的不足和进一步的研究方向。     

MSWIFA制阿利尼特水泥基材料的耐久性

以城市垃圾焚烧飞灰(MSWIFA)为主要原料,在实验室成功烧制了阿利尼特水泥,研究了阿利尼特水泥基材料的抗压强度和耐久性。结果表明:利用MSWIFA烧制的阿利尼特水泥熟料,掺加3%～5%石膏,水泥的抗压强度达到甚至超过对照水泥PC32.5R;阿利尼特水泥基材料的抗碳化、抗渗和抗硫酸盐侵蚀性能优良,干缩率比对照水泥略大;尽管阿利尼特水泥水化过程中溶出的氯离子含量不高,但是有可能加速钢筋锈蚀,因此,不建议将其用于钢筋混凝土中。     

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。     

光致发光水泥基复合材料的强度与光学特性研究

以稀土类长余辉发光材料与白色硅酸盐水泥为主要原料,制备出白天吸光夜间发光的自发光水泥基功能材料。通过试验研究了不同掺量的发光粉与反光粉对自发光水泥基胶凝材料发光性能与力学性能的影响,并采用SEM、XRD和PL谱等表征手段分析其微观形貌特征、物相组成及作用机理等。结果表明,随着发光粉与反光粉掺量的增加,发光试件的初始亮度、10 min亮度与余辉时间均相应增大,与对照组相比,分别可提高4.74%～45.79%,14.63%～59.09%,8 h时发光亮度保持在0.02～0.2 cd/m~2。发光粉与反光粉的掺入可提高水泥基材料的抗折强度与抗压强度,而随着其掺量的增加,试件强度逐渐降低。发光粉与反光粉的掺入不仅能与水泥水化产物发生反应生成大量的六方板状CH与簇状AFm晶体,还能促进未水化颗粒发生水化反应,同时由于其粒径较小,可填充水化产物间的微小孔隙,在一定程度改善其微观分布,提高其强度。水泥水化产物会吸收短波紫外光,从而降低发光试件激发波长范围及激发强度,发射光谱为峰值520 nm的黄绿色。     

石灰石粉对硅酸盐水泥水化的影响

石灰石粉被广泛应用到水泥混凝土中,其在水泥体系中是否能产生活性效果仍存在争议。本文通过掺入30%石灰石粉与不掺石灰石粉组进行对比试验,采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)以及X射线衍射分析(XRD)进行微观分析,结果表明:石灰石粉能够加速水泥中C3S的水化,以及能够与C3A反应生成水化碳铝酸钙,并且会阻止钙矾石向单硫型水化硫铝酸钙的转变。     

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。