微硅粉/粉煤灰复合改性水泥胶凝材料制备及性能研究

为了制备高流动性和高强度的水泥胶凝材料,该文以微硅粉和粉煤灰为外掺料,通过试验研究两种材料单掺和复掺对水泥浆体性能的影响,确定两种材料的合理掺量。试验结果显示:微硅粉会使浆体的流动性降低,合理的微硅粉掺量能明显提高浆体的前后期强度;粉煤灰能明显改善浆体的流动性,且掺量越多改善效果越显著;随粉煤灰掺量的增多,浆体前期强度逐渐降低,而后期强度先增大后减小,当粉煤灰掺量为12%时,后期强度最大;相比于单掺,两种材料复掺虽然降低了浆体的早期强度,但能明显提高浆体的流动性和后期强度,综合来看,复掺时当微硅粉和粉煤灰掺量分别为10%和12%时,浆体具有较好的后期性能。     

两种养护条件下水泥-粉煤灰胶凝体系的性能

通过测定不同粉煤灰掺量的水泥净浆的化学结合水量、孔隙结构和抗压强度,研究了在蒸汽养护与标准养护条件下水泥-粉煤灰胶凝材料的性能。试验结果表明:蒸汽养护条件加快了水泥-粉煤灰胶凝体系的早期水化速率,提高了硬化浆体的早期抗压强度,但与标准养护条件下的对应试件相比,硬化浆体的孔径粗化,且后期强度增长较缓。     

矿粉-粉煤灰-石灰石粉胶凝体系耐低温硫酸盐腐蚀研究

该文设计了从净浆、砂浆到混凝土一系列的矿粉-粉煤灰-石灰石粉-硅酸盐水泥胶凝体系在冰点以上的低温、硫酸镁溶液环境下的受侵蚀过程。净浆浸泡研究结果表明:在无粉煤灰掺入情况下,石灰石硅酸盐水泥受硫酸盐低温侵蚀的程度与石灰石粉在水泥中的比例有关,且呈正比关系,即石灰石粉含量愈高,受侵蚀程度愈严重;对受侵净浆剥离物的XRD分析结果证实石灰石硅酸盐水泥受侵是由于CaCO3与氢氧化钙、水化硅酸钙和硫酸镁反应生成了类似水化硫铝酸钙的产物(称其为水化碳硫硅酸钙)有关。当有矿粉、粉煤灰介入该体系后,可以明显改善石灰石硅酸盐水泥耐硫酸盐低温侵蚀性能。砂浆浸泡试验结果表明:当矿粉、粉煤灰替代石灰石粉达50%(总量达水泥胶凝体系质量的30%)时,胶砂强度损失由无粉煤灰替代的3个月8.8%、6个月13.4%,分别下降至3个月1.5%、6个月2.8%。混凝土试验结果与胶砂和净浆浸泡结果是一致的:单掺石灰石粉的混凝土低温浸泡6个月后外观已经出现明显的裂纹,浸泡后强度损失超过20%;当矿粉、粉煤灰以50%替代石灰石粉时,强度损失下降至8.0%。     

浆体流变特性对透水混凝土性能的影响

为研究浆体流变特性对透水混凝土力学与透水性能的影响规律，通过减水剂与增黏剂掺量的变化调配出5种不同流动度及6种不同塑性黏度的水泥浆体，并固定浆集比配置出对应的透水混凝土。采用光学显微镜图像分析透水混凝土中骨料颗粒表面浆体裹附层厚度，以水泥浆体的拉拔黏结强度表征浆体与骨料的黏结强度，在研究浆体流动度及塑性黏度对浆体拉拔黏结强度、骨料颗粒表面浆体包裹层厚度影响的基础上，进一步探讨了浆体流变特性对透水混凝土抗压、抗折强度、空隙率以及透水系数的影响规律，揭示出浆体流动度与塑性黏度对透水混凝土力学与透水性能的作用原理。研究结果表明：随着浆体流动度及塑性黏度的增加，透水混凝土力学性能呈现先提高后降低的趋势，而透水混凝土的透水系数则随着浆体流动度的增加逐渐降低，随着浆体塑性黏度的增加逐渐增加；结合浆体流变性能对浆体自身拉拔黏结强度及骨料颗粒表面浆体包裹层厚度的影响发现，浆体流变特性主要通过影响浆体自身黏结特性而作用于透水混凝土力学性能，通过影响骨料颗粒表面浆体包裹层厚度及其分布状态而作用于透水混凝土的透水性能；在进行透水混凝土配合比设计时，可以通过调控浆体的流变特性，达到兼顾透水混凝土力学性能与透水性能的目的。     

黏度改性剂对混凝土拌和物流变参数及匀质性能影响

通过ICAR流变仪、分层度测试仪和多功能力学试验机,研究了微珠黏度改性剂、复合黏度改性剂及其掺量对混凝土塑性黏度、屈服应力、分层度及力学性能的影响,揭示了微珠黏度改性剂和复合黏度改性剂对大流态新拌混凝土流变特性及匀质性的影响规律,并指出了适量掺入的优点及超量掺入的缺点,最后,结合北京市某工程泵送混凝土的应用情况,提出了可泵送、塑性黏度及分层度的关系。结果表明:掺入微珠黏度改性剂或复合黏度改性剂均能显著降低混凝土拌和物的塑性黏度和屈服应力,且随着它们掺量的增加,屈服应力、塑性黏度及分层度均呈现先减小后增大规律;同掺量下微珠黏度改性剂对混凝土拌和物浆体匀质性的破坏力大于复合黏度改性剂,即分层度大,然而降黏效果相反;当黏度改性剂掺量小于30%时,混凝土28 d抗压强度均大于空白样,但掺量大于30%时,28 d抗压强度均小于空白样。工程应用表明,长距离或高层泵送混凝土,并不是塑性黏度越低越好,而是存在一个合理范围,这个范围使得混凝土拌和物是一个触变性的匀质的黏性混合物,根据应用统计分析,可采用塑性黏度与分层度的交集表示混凝土可泵区间,其表达式为:[(0,塑性黏度)∩(0,分层度)]。     

引气水泥砂浆流变性试验研究

采用砂浆扭矩转速测试仪研究了4种引气剂对水泥砂浆流动度、含气量和流变性的影响。结果表明,引气水泥砂浆可视为宾汉姆体。引气气泡对浆体的流动性可以产生调节,黏度较大时,引气气泡可以降低浆体的黏度,改善流动性;反之,则引气气泡对浆体的流动性产生抑制。不同流态水泥砂浆的含气量均随引气剂掺量的增大而增大。低掺量引气剂时,高流态砂浆含气量高于低流态砂浆含气量;高掺量引气剂时,结果相反。在特定引气剂掺量范围内,砂浆塑性黏度提高,屈服应力降低。随着引气剂掺量增大,砂浆塑性黏度先增大后减小,屈服应力先减小后增大。     

水泥对乳化沥青冷再生材料性能影响的宏微观分析

为了研究水泥对乳化沥青冷再生材料性能的作用机理和确定水泥掺量的最佳范围,本研究对不同水泥掺量(0%~5%)的乳化沥青冷再生材料进行了微观形貌观测和化学成分分析,并对乳化沥青混合料性能进行宏观力学测试。通过扫描电镜测试和电子能谱分析表明:(1)扫描电镜观测到的纤维状晶体确实为水泥与混合料中的水相发生水化反应生成的水化产物,这些水泥水化产物和沥青形成的胶浆复合物在空间中呈立体网格结构;(2)水泥掺量为1%~2%时,水泥水化后的产物没有形成棱角分明的纤维晶体,呈圆柱状,纤维较短(10μm),大多分布在5μm左右,当水泥掺量大于3%时,水化后的晶体分布致密,呈针状,纤维较长(部分水泥水化产物晶体长度 20μm);(3)这些水泥水化产物对乳化沥青冷再生混合料具有"加筋"作用,能够提高乳化沥青冷再生混合料的早期强度。通过高温车辙试验、小梁低温弯曲试验及抗水损害试验研究发现:(1)乳化沥青冷再生混合料的高温稳定性和水稳定性随着水泥掺量的增加而提高;(2)低温性能随着水泥掺量的增加呈现先升高后降低的变化特性,当水泥掺量在1%~2%范围内,乳化沥青厂拌冷再生混合料性能最佳。     

粉煤灰水泥混凝土路面性能研究

研究了粉煤灰掺量对水泥混凝土弯拉强度、弹性模量、折压比和耐磨性的影响。粉煤灰水泥混凝土28 d强度随粉煤灰掺量增加而降低,而56 d的弯拉强度有大幅度提高;粉煤灰水泥混凝土弯拉弹性模量普遍提高,折压比增加;粉煤灰水泥混凝土耐磨性在粉煤灰掺量为10%时有所改善,而随粉煤灰掺量增加,耐磨性降低;从水泥混凝土28 d耐磨性角度考虑,用于路面的粉煤灰水泥混凝土最大粉煤灰掺量为20%,超过此值,则水泥混凝土耐磨性降低。     

水泥粉煤灰稳定碎石基层的耐久性

为了研究水泥粉煤灰稳定碎石的路用性能,将粉煤灰当成细集料考虑,采用不同的配合比制备试件,对其抗冲刷性能、疲劳性能和抗冻性能进行了分析、研究结果表明:粉煤灰掺量不宜过多,尽量不超过10%;当粉煤灰掺量为10%时,冻融前强度比较高,但是冻融后强度损失较大;考虑抗冲刷性能和抗冻性能,水泥掺量不宜小于5%     

水泥替代矿粉对沥青混合料性能的影响

沥青混合料中常掺入部分活性矿粉提高沥青与集料的粘结力,为了节约矿石材料,用水泥替代沥青混合料中部分矿粉,通过室内试验研究不同水泥替代量下沥青混合料的性能。试验结果表明,水泥替代20%~40%矿粉时,沥青胶浆的软化点和延度较高;水泥掺量为2%时沥青混合料的马歇尔稳定度达到最大值17.1kN;水泥掺量为4%时劈裂强度最大为0.64MPa,当水泥替代量大于2%时,其动稳定度增长缓慢,因此,为了保证沥青混合料的性能,同时节约矿物材料,建议水泥含量为2%~4%。     

水玻璃对粉煤灰矿渣地聚合物强度的影响及激发机理

通过力学性能测试研究了水玻璃掺量和模数对粉煤灰矿渣地聚合物抗压强度的影响。根据水玻璃的胶团结构和地聚合物的微观形貌特征,分析了SiO_2/Na_2O对强度的影响规律和水玻璃胶团在地聚合物中的聚合反应过程。结果表明:当水玻璃掺量大于等于20%,水玻璃模数由0.5增加到2.0时,地聚合物的抗压强度呈先增后减的趋势;当水玻璃的模数在1.2～1.6范围内,掺量为20%时,地聚合物抗压强度达到最大。微观分析表明:粉煤灰和矿渣中的活性物质溶出使水玻璃固结,将粉煤灰和矿渣颗粒包裹其中形成冻结体,粉体颗粒与周围冻结体紧密黏结;在碱激发浆体中,粉煤灰和矿渣颗粒结构完整,而硅酸盐水泥颗粒在水化反应时则是完全解体;水玻璃既作为激发剂又作为反应物,水玻璃中的Na_2O使粉煤灰和矿渣中的Si-O键和Al-O键断裂,使Si和Al等元素溶出,水玻璃中的硅质成分作为反应物与矿渣中溶出的Ca~(2+)发生反应,生成水化硅酸钙凝胶,粉煤灰和矿渣中溶出的Al~(3+)和Si~(4+)深入水玻璃胶核附近,在脱水的条件下与胶核中的SiO_2发生聚合反应,相邻胶核的聚合反应产物互相搭接形成整体,是地聚合物强度网状结构建立的根本原因。     

固废材料在黏土流动化处理中的应用与性能研究

道路开挖回填工程中,在开挖黏土时按照一定的配合比掺加水泥和水,制备成具有流动化自密实特性的混合料作为狭小作业空间的回填材料,同时为了降低成本,利用工业固废粉煤灰和赤泥分别代替部分水泥。通过开展流动度、泌水率和无侧限抗压强度试验,分析了粉煤灰和赤泥掺量对混合料性能指标的影响规律。试验结果表明:随着粉煤灰或赤泥掺量的增加,混合料的流动度和泌水率都减小,其中粉煤灰对工作性能的影响程度大于赤泥;用粉煤灰替代水泥时,混合料强度随着粉煤灰掺量的增大而减小;用赤泥替代水泥时,当赤泥掺量为10 %时,混合料的强度最大。     

碱激发水泥粉煤灰体系对再生沥青混合料性能的影响

设定不同配合比的再生沥青混合料(RAP)和水泥粉煤灰掺量,通过标准击实试验、无侧限抗压强度、水稳定性和SEM测试,研究了碱激发水泥粉煤灰体系对RAP混合料的性能影响。结果表明:RAP中沥青与稳定土质量比(A/S)为3/5时,最大干密度和最佳含水量随着粉煤灰与水泥掺量的增大而增大。在使用的材料体系中,A/S=3/5,掺1.1%NaOH、6%水泥、6%粉煤灰、用水量7.4%时,再生沥青混合料的性能最好。试件浸水后抗压强度普遍降低,但与干燥试件变化趋势一致。SEM测试表明:NaOH能够激发混合料中粉煤灰的潜在活性,与Ca(OH)_2以及熟料水化生成的C-S-H凝胶发生了二次火山灰反应,促进了混合料抗压强度的提高。     

季冻区掺粉煤灰水泥混凝土路面耐久性研究

针对东北季冻区夏季多雨、冬季寒冷、春秋两季冻融频繁的实际特点,对水泥混凝土路面耐久性进行研究.首先对各种原材料开展室内试验,进行配合比设计,试验结果显示:掺入粉煤灰后,水泥混凝土和易性和抗弯拉强度均明显改善.然后分别对水泥混凝土抗冻性、耐磨耗性、抗渗性、干缩性进行研究,结果表明:双掺减水剂和粉煤灰可以显著改善混凝土抗冻性能,并且粉煤灰掺量对混凝土抗冻性能影响最大,其次是水泥用量和减水剂用量,而砂率的显著性水平为不显著;当粉煤灰掺量为10%时,混凝土28 d的耐磨性能最好,而粉煤灰掺量大于30%时,其耐磨性能显著下降;同时,掺粉煤灰混凝土与普通混凝土相比,抗渗性显著增强,干缩值大大降低.最后,进行经济效益分析和社会效益分析.     

双掺废渣对透水混凝土的协同效应

研究了粉煤灰和钢渣的单掺和双掺部分取代水泥作为胶结料对透水混凝土性能的影响。结果表明:单掺粉煤灰对透水系数没有明显影响,但是使早期抗压强度降低,后期抗压强度升高;单掺钢渣使透水混凝土的早期抗压强度降低,后期抗压强度先升高后降低。粉煤灰和钢渣的双掺对胶结料各组分的水化具有协同促进作用,显著提高透水混凝土的强度。当粉煤灰掺量为15%~20%,钢渣掺量为10%~15%时,透水混凝土的抗压强度较高。     

橡胶颗粒对水泥净浆水化产物影响的XRD分析

采用X射线衍射试验(XRD)研究了掺加橡胶颗粒的水泥净浆水化产物的物相结构.结果表明:(1)水泥净浆的抗压强度随橡胶颗粒掺量的增加而降低;(2)尽管水泥的化学成分复杂,但掺入橡胶颗粒后,在其水化产物中并没有发现新的物相结构;(3)掺加橡胶颗粒的水泥净浆的水化产物中氢氧化钙(CH)晶体的衍射峰强度显著降低,原因之一可能是...     

钢渣微粉对水泥路用性能的影响研究

为了研究钢渣粉掺量对钢渣粉-水泥复合材料路用性能的影响规律,通过向水泥中掺配不同比重钢渣微粉,研究钢渣微粉对水泥水化热、标准稠度需水量、凝结时间以及安定性的影响,结果表明:钢渣微粉的水化程度较低,活性成分较水泥少;钢渣微粉的掺入降低了标准稠度用水量,延长了水泥凝结时间;在钢渣粉掺量小于40%时,依据试饼法进行检测的钢渣粉-水泥复合材料的安定性结果合格;在钢渣微粉掺量为30%时,水泥胶砂流动度出现峰值,钢渣微粉水化进程随着龄期增长而不断提速,对水泥胶砂的强度贡献主要集中在后期。     

复掺矿物掺合料对轻骨料混凝土性能的影响

为了研究复掺矿物掺合料对轻骨料混凝土物理力学性能的影响,该文先用不同比例的粉煤灰替代轻骨料混凝土中的部分水泥,通过试验分析了粉煤灰掺量对轻骨料混凝土抗压强度、抗折强度、水化热等物理力学指标的影响;然后用不同比例的石灰石粉替代轻骨料混凝土中的部分细集料,分析了石灰石粉掺量对轻骨料混凝土坍落度、抗压强度和抗折强度等物理力学性能的影响。试验结果表明:加入适量的粉煤灰能够增大轻骨料混凝土不同龄期的抗压强度和冻融后的抗压强度,降低水化热,但粉煤灰的加入会使抗折强度降低,综合考虑当粉煤灰掺量为25%时各指标都达到最佳值;坍落度、抗压强度和抗折强度都随石灰石粉掺量的增大呈先增大后减小的趋势,石灰石粉的加入使轻骨料混凝土冻融后的抗压强度明显提升,当石灰石粉替代量为24%时轻骨料混凝土的物理力学性能最好。     

基于硅酸三钙和粉煤灰掺量对粉煤灰浆体中凝胶微结构的影响研究

针对龙门大桥承台大体积混凝土服役于海洋环境中的耐久性问题，采用NMR测试技术，研究不同粉煤灰掺量10%,15.0%,30.0%和45.0%对硅酸三钙-粉煤灰浆体水化反应程度和凝胶微结构的影响。研究结果表明：粉煤灰掺量的增加，促进了硅酸三钙的水化程度，但抑制了粉煤灰反应程度。此外，粉煤灰掺量的增加，导致了平均分子链长增加，Al³⁺取代Si⁴⁺增大，使水化生产的凝胶具有极强的抵抗侵蚀性离子(Cl^-、SO₄^2-、Mg²⁺等)的侵蚀能力。     

Plastic Shrinkage Cracking Behavior of Pavement Cement Concrete at Early Age

针对目前路面水泥混凝土易于出现塑性开裂的情况,为更合理优化路面混凝土原材料与配合比设计参数,采用笠井芳夫教授提出的大板法,对比研究了水泥细度、矿物掺和料种类及掺量、混凝土配合比设计参数对路面混凝土早期塑性开裂性能的影响.试验结果表明,水泥的比表面积越大,矿物掺和料掺量越高,水灰比越小,混凝土浆集比越大时,越不利于路面水泥混凝土的塑性开裂控制.且相对于粉煤灰与矿粉,硅灰作为矿物掺和料时,硅灰将更显著降低混凝土抗塑性开裂等级.为提高路面水泥混凝土的抗裂性,宜选择比表面积小于360 kg/m3的水泥,水灰比大于0.4、浆集比小于275:725的配合比设计参数.当混凝土中掺加活性矿物掺和料时,应加强混凝土的早期养护,以抑制塑性裂缝的出现.