速凝剂主要组分对水泥水化及力学性能的影响

速凝剂是喷射混凝土施工中重要的材料之一,偏铝酸钠(Na Al O2)和硫酸铝(Al2(SO4)3)作为有碱和无碱速凝剂的主要组分(以下分别简称NA和AS),对喷射混凝土性能影响显著。通过化学结合水测试、热分析、压汞测试及强度测试,研究了偏铝酸钠和硫酸铝对水泥水化程度、水化产物类型、硬化浆体孔结构及力学性能的影响。结果表明:NA和AS提高了水泥早期水化速率,降低了浆体内部总孔隙率和最可几孔径,提高了硬化水泥浆体1d的抗压强度,并分别生成以3CaO·Al2O3·Ca SO4·12H2O和3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O(以下分别简称AFm和AFt)为代表的早期特征水化产物。1 d以后,NA和AS均减缓水泥水化速率及孔结构细化程度,对抗压强度发展产生不利影响,28 d后,掺入NA和AS水泥浆体内部无害孔数量少于空白组,有害孔和多害孔数量多于空白组,抗压强度相对于空白组均产生一定程度的倒缩。掺入AS的硬化水泥浆体无害孔,有害孔和多害孔含量介于空白组和NA之间,对于抗压强度的折减程度要低于NA。     

新型速凝剂水化机理及工程特性试验研究

喷射混凝土是矿山法修建隧道的基本措施,速凝剂作为喷射混凝土必需的外加剂,对工程质量和经济效益具有重要影响。结合正在建设的某高地应力软岩隧道,分析碱性(Na~+·AlO_2~-溶液)和非碱性(Al~(3+)·SO_4~(2-)溶液)速凝剂的促凝机理,并开展新型碱性液体速凝剂的室内试验和现场湿喷试验,得出如下结论:(1)碱性速凝剂和非碱性速凝剂的促凝机理都是利用活性Al~(3+)的水化反应;(2)碱性速凝剂产生粉尘主要是由于超量的Na~+中断了水泥的水化反应,非碱性速凝剂是由于SO_4~(2+)中断了水泥的水化反应;(3)新型碱性速凝剂最大的特点是降低了Na~+/Al~(3+)的摩尔比(1.19∶1),具有无毒无味、掺量少、落浆回弹少、早强且后期强度损失少等优点,是一种理想的喷射混凝土用速凝剂。     

保温养护方式下水化硅酸钙晶种对混凝土性能的影响

研究了保温养护方式下掺入水化硅酸钙晶种对混凝土水化放热、力学性能、抗冻性能和抗氯离子渗透性的影响,并分析了晶种对水化产物孔结构和微观形貌的影响。结果表明:在保温养护方式下掺入晶种会加速水泥早期水化,增大混凝土温升速率,提高混凝土早期抗压强度,但对混凝土后期强度影响不大;与蒸汽养护方式相比,保温养护方式下掺入晶种提高了混凝土的抗冻性,降低了混凝土的抗氯离子渗透性。这是由于水化硅酸钙晶种的掺入优化了水泥水化产物的孔结构,改善了水化产物微观形貌。     

养护对轨道板混凝土水化与力学性能的影响

研究目的:蒸汽养护是轨道板混凝土的常用养护方式，但蒸汽养护易造成混凝土水化产物内部损伤。为研究轨道板混凝土合适的加速养护方式，探讨不同养护方式对水泥水化及力学性能的影响，试验45℃蒸汽、45℃干热、保温和自然四种养护方式下轨道板混凝土的温升、应变、抗压强度及水化进程，并观察水化产物的微观形貌。研究结论:(1)蒸汽和干热养护下混凝土升温速率较快，提升早期强度效果显著，0～7 h升温阶段，表现为温胀变形，7 h之后为恒温和降温阶段，表现为收缩变形，早期水化产物中Ca(OH)₂和AFt晶体较多，后期水化产物微裂缝较多，造成后期抗压强度有所降低；(2)保温养护下混凝土升温速率略低于蒸汽和干热养护，能够促进混凝土早期强度发展，养护18 h抗压强度可达到轨道板混凝土脱模强度要求，混凝土主要为收缩变形，水化产物缺陷较少，后期强度稳定；(3)保温养护可以作为轨道板混凝土的一种加速养护方式。     

酸雨侵蚀下的水泥石组成变化分析

采用EDTA容量法、动物胶凝聚重量法、碘量法和X射线衍射分析纯水泥、掺矿粉、粉煤灰以及掺有SBR的水泥石的化学和矿物组成。研究结果表明:在考虑实际酸雨组成和自然气候因素的模拟条件下,水泥石中CaO和SO3组分的相对含量大幅度降低;SiO2,Fe2O3和Al2O3组分的相对含量大量增加;侵蚀后的水泥石中原来存在的物质Ca(OH)2,C-S-H凝胶,水化铝酸钙和水化铁酸钙凝胶等消失,没有发现钙矾石、硫酸钙等膨胀性物质大量生成,而SiO2以晶相存在;酸雨对水泥石的侵蚀是Ca(OH)2,C-S-H凝胶、水化铝酸钙和水化铁酸钙凝胶等水化产物的不断溶蚀过程。不同配比的水泥石经受酸雨侵蚀后组成变化的规律基本相似。     

水泥-粉煤灰复合胶凝材料水化特性研究

研究了水泥-粉煤灰复合胶凝材料在等水胶比条件下的化学结合水、水化产物与硬化浆体显微结构,探讨了矿物外加剂C和激发剂D的掺入对水泥-粉煤灰复合胶凝材料体系的影响规律。研宄结果表明：矿物外加剂C、激发剂D的加入促进掺粉煤灰的水泥浆体早期的水化速度,改善了水泥石的孔结构,增大了水泥石的密实度,提高了硬化水泥石的早期抗折强度和抗压强度。     

减水剂在水泥颗粒表面吸附特性研究

高效减水剂的出现与应用推动了高性能混凝土的发展。简述混凝土减水剂的研究进展;从溶液吸附等温线类型及特点、静电斥力理论、空间位阻效应理论阐述减水剂的作用机理;总结影响减水剂减水率的关键因素:水泥矿物组成、可溶性碱式硫酸盐、分子结构;指出混凝土高效减水剂存在的问题:对化学分子结构与其分散性能的关系认识较为模糊、在矿物掺合料上的吸附特性及对水泥—减水剂两者相容性的影响研究仍是盲区、加强对C_3S、C_2S早期水化及其水化产物结构和形貌的研究。     

温度对掺矿物外加剂水泥体系水化动力学的影响

为进一步理解不同温度下含多种胶凝组份的自密实混凝土的水化特性,采用等温量热和水化动力学模拟等方法,分别研究掺粉煤灰、矿粉、膨胀剂、纳米硅和黏度改性剂等矿物外加剂水泥复合胶凝体系在5,10,20和30℃下的水化放热速率和放热量,并基于Cahn动力学模型计算水化产物的成核速率和生长速率,讨论温度和矿物外加剂对相应水化动力学参数的影响。研究结果表明:矿物外加剂的掺入,降低了胶凝体系水化放热峰值,增大了水化产物的成核速率,促进了水化放热速率峰值提早出现,膨胀剂和纳米二氧化硅促进作用尤为明显;温度升高明显增大了体系水化产物的成核速率与生长速率,且对多元复合胶凝体系的影响更为显著。     

强硫酸盐盐渍土固化研究

强硫酸盐盐渍土化学固化中,当盐渍土中含有活性铝时,活性铝与固化剂中的氢氧化钙(CH)迅速反应生成AFt而导致固化土膨胀破坏.通过试验研究采用固化剂和二次碾压工艺固化含硫酸钠5%且含铝的盐渍土的可能性.试验表明,减少固化剂中的水泥含量可相应降低钙矾石(AFt)生成量,且使固化土中的水化硅酸钙凝胶(C-S-H)在AFt膨胀稳定后大量生成,待固化土体积膨胀基本稳定时施加二次压力可降低早期AFt膨胀造成的裂隙,减小固化土孔隙率,这两种技术途径的结合可有效提高固化土强度和耐久性.     

用于水稳碎石的硫铝酸盐水泥性能调控与作用机理研究

为了缩短水泥稳定碎石的养生时间,达到快速开放交通的要求,研究了复合缓凝剂和复合早强剂对硫铝酸盐水泥凝结时间、早期强度和泌水量的影响。结果发现,复合缓凝剂能够有效延长硫铝酸盐水泥的凝结时间,但会增加水泥的泌水量和降低其早期强度,复合早强剂的对硫铝酸盐水泥的影响与之相反,进而得到了适用于水泥稳定碎石的复合缓凝剂和复合早强剂的最佳掺量分别为：聚羧酸减水剂(0.4%)、硼砂(0.6%)、碳酸锂(0.25%)和甲酸钙(0.6%)。在此基础上,采用等温量热法、X射线衍射分析(XRD)和扫描电镜(SEM)试验研究了复合缓凝剂和复合早强剂对硫铝酸盐水泥水化的影响。研究结果表明：单掺复合缓凝剂会延缓硫铝酸盐水泥的早期水化速率,对硫铝酸盐水泥水化程度影响较小。硼砂和Ca2+离子形成络合物包裹在水泥颗粒周围,阻碍水分子及离子的扩散,抑制钙钒石(AFt)的生成,且会导致硫铝酸盐水泥产生较多的微裂缝。复掺复合缓凝剂和早强剂,Li+能加速水泥颗粒表面水保护膜的破裂,HCOO-能提高水泥水化整体的碱度并促进AFt和铝胶的生成,能有效的减弱单掺复合缓凝剂所产生的负面影响,并且增加硫铝酸盐水泥的水化程度。论文提出的复掺...     

高瓦斯隧道混凝土气密性能试验研究

研究目的:结合达成铁路天台寺隧道施工实际,对高瓦斯隧道气密性混凝土的气密性能进行系统的试验研究,找出混凝土气密性能的影响因素及影响规律,为气密性混凝土的配制与施工控制提供技术参数。研究结论:(1)气密性混凝土的水胶比小于0.4为宜,不得超过0.45;(2)细骨料的含泥量不超过2.5%,粗骨料最大粒径不宜超过40 mm;(3)粗骨料要严格控制针片状含量,砂率大于36%为宜且在条件允许的情况下尽可能选择较大的砂率;(4)气密性混凝土单方胶凝材料不宜小于380 kg;(5)掺硅灰和粉煤灰有利于提高混凝土的气密性;(6)减水剂和密实剂可以提高混凝土的气密性,在有多种外加剂时,要通过试验来确定各种外加剂的适应性问题,争取做到二者相互适应,以达到气密性最好;(7)粉煤灰和硅灰的掺入使得水泥产物C-S-H碱度降低,密实度增加,改善了骨料界面CH的定向排列和孔隙减少,不仅降低了钙矾石的生成,还提高了混凝土的气密性能;(8)研究成果可应用于瓦斯隧道气密性混凝土配制与施工。     

高温低湿下砂浆力学性能及微结构的变化

为初步掌握高温低湿环境下水泥基材料力学性能改善的技术方法,测试不同养护条件下,组成参数不同的砂浆力学性能变化,并采用SEM,XRD以及TG等方法测试砂浆微结构的变化.研究结果表明:相比标准养护,高温低湿养护导致砂浆力学性能大幅度降低.与直接高温低湿养护比较,高温低湿下初期的短期覆膜养护能显著提高砂浆强度.粉煤灰掺量25％的砂浆在高温低湿下早期覆膜1 d养护后,28 d抗压和抗折强度均大于标养试件.掺入聚丙烯纤维和内养护材料可以改善高温低湿下砂浆的力学性能,但需要结合适合的早期养护制度.高温促进了水泥早期水化,但所生成的水化产物不能及时扩散,堆积在未反应的水泥颗粒表面,造成水化产物不均匀,阻碍了进一步水化反应,水分在低湿下蒸发,水化速率迅速降低甚至停止,内部结构疏松,孔隙率增大,强度严重降低.     

纳米水化硅酸钙在免蒸养轨道板中的应用研究北大核心

采用水化微量热仪等测试手段研究了纳米水化硅酸钙(N‑C‑S‑H)对水泥水化及砂浆抗压强度的影响,并开展了基于N‑C‑S‑H的免蒸养轨道板的试应用。结果表明:掺加N‑C‑S‑H能提高水泥的水化放热速率和总水化放热量,且当N‑C‑S‑H掺量超过6.0%后,水泥水化放热第二峰值不再继续提高;掺加N‑C‑S‑H能显著提高砂浆8 h和12 h抗压强度,且随着N‑C‑S‑H掺量的增加,砂浆抗压强度先提高后降低;在25℃养护条件下,掺加1%N‑C‑S‑H可达到轨道板混凝土免蒸养强度要求。     

蒸汽养护对高速铁路轨道板混凝土渗透性的影响

为探明蒸汽养护对采用水泥-矿渣粉复合胶凝材料的轨道板混凝土渗透性的影响规律,研究了不同养护条件下(蒸汽养护和标准养护)轨道板混凝土表面吸水率和抗氯离子渗透性能(6 h电通量和氯离子扩散系数),并分析了不同蒸汽养护最高恒温温度对复合胶凝材料水化程度的影响。试验结果表明:蒸汽养护能有效提高轨道板混凝土材料早期(28 d)和后期(56 d)抗水渗透能力,而对其抗氯离子渗透能力的改善作用则主要表现在早期,对混凝土后期抗氯离子渗透能力影响不明显;在对复合胶凝材料水化程度的影响方面,蒸汽养护会显著加快水泥-矿渣粉复合胶凝材料体系的水化进程,有利于提高水化产物密实度,蒸汽养护最高恒温不超过60℃对提高水泥基胶凝材料抗渗性更加有利。     

铁路隧道排水系统结晶机理及应对措施研究

针对铁路隧道排水系统结晶堵塞问题,在银西铁路隧道对排水系统内外环境进行现场实测,开展结晶体X射线衍射、扫描电镜等测试及不同部位水样pH值与成分检验;模拟结晶体生成过程,分析结晶机理及影响因素,提出排水系统结晶应对措施。研究结果表明:铁路隧道排水系统结晶体主要成分为碳酸钙类矿物,以方解石和球霰石的形貌出现;初期支护喷射混凝土中的水泥及高碱性速凝剂是结晶物质主要来源,其中水泥水化过程中产生的Ca(OH)2等碱性物质溶解于地下水而流失,强碱性水体在排水系统高温高湿环境条件及CO2分压变化等的共同作用下,沉淀生成碳酸钙类矿物结晶体;增强排水系统的密封性、排水界面的光滑性与耐沾污性,提升初期支护喷射混凝土密实度等可以缓解铁路隧道排水系统结晶堵塞现象。     

活性粉末复合胶凝体系的水化特性及微观结构

通过水化放热分析、差热分析、SEM以及BEI(Backscattering Electron Image)等手段对比研究了不同水胶比下活性粉末复合胶凝材料体系的水化放热特点、结合水含量以及水化产物特征;分析了胶凝体系水化硬化后的微观结构及其对宏观性能的影响规律,提出了相应的微观结构模型。结果表明:超低水胶比下活性粉末复合胶凝体系的水化放热速率非常低,约为同组成的普通胶凝体系的50%;体系的水化主要集中在早期;水化硬化后的体系主要包含CSH凝胶、未水化完全的水泥熟料颗粒和活性粉末,这些未水化完全的颗粒内核被致密的水化产物层包裹,从而大大提高了活性粉末复合胶凝体系硬化后的性能。     

天然火山灰混凝土抗碳化性能试验研究

研究目的:以天然火山灰混凝土为研究对象,通过加速碳化试验与差热分析试验对未掺加矿物掺合料的基准混凝土、火山灰混凝土及粉煤灰混凝土的抗碳化性能进行对比分析,并研究掺加少量硅灰对火山灰混凝土抗碳化性能的改善效果,为实际工程提供技术指导。研究结论:(1)与基准混凝土相比,由于水泥孰料减少和二次水化消耗的双重作用,火山灰混凝土和粉煤灰混凝土中的Ca(OH)_2的含量少,抗碳化性能显著降低;(2)同掺量的粉煤灰混凝土与火山灰混凝土相比,粉煤灰混凝土抗碳化性能优于火山灰混凝土;(3)掺加硅灰的火山灰混凝土的抗碳化性能明显提高,掺加5%硅灰的火山灰混凝土甚至优于粉煤灰混凝土,可以代替粉煤灰混凝土使用;(4)差热分析试验从机理上验证和分析了宏观试验结果;(5)对于天然火山灰资源丰富地区的混凝土工程,该研究成果可以促进地方资源的有效利用,为实际工程带来环境和经济效益。     

纳米微粉SiO2和CaCO3对混凝土性能影响

研究了纳米CaCO3(NC)和纳米SiO2(NS)以及与硅灰(SF)复合后的混凝土的性能。试验表明:随着NS掺量的提高,混凝土拌合物的坍落度将急剧降低;NC对混凝土的和易性基本无影响。二者能够提高混凝土的早期强度,但对后期强度影响不显著。与单掺NC混凝土相比,NS和SF分别与NC复合后能够显著提高混凝土的早期强度,对后期强度有所改善。通过带能谱分析的扫描电镜的观测分析和XRD成分分析,在掺有NC的混凝土中发现有水化碳铝酸钙(CaO.3Al2O3.CaCO3.11H2O),它可能是NC与水泥中C3A水化反应后的产物,这是NC早强作用的原因之一。本文对其他的掺有NS和FS的混凝土性能机理进行了分析。     

氟石膏-粉煤灰胶结材早期强度的改性研究

研究了水泥用量、水胶比及激发剂等因素对氟石膏一粉煤灰胶结材(FFC)早期及28d抗压强度的影响;结合SEM结果分析,讨论了激发剂的作用机理,并提出了改善FFC早期强度的有效措施。研究结果表明：增大FFC中的水泥用量,可以提高其3d抗压强度,但水泥用量超过一定值后,将降低FFC的28d抗压强度,且氟石膏含量越大,降低的幅度越大;降低水胶比可以提高FFC的密实度和抗压强度,但因为不增加早期时的水化产物,因此,对早期强度的提高作用较小;添加激发剂可以增加水化初期FFC浆体中Al^3 和SO4^2-的浓度,利于钙矾石的生成、氟石膏的水化及二水石膏的析晶,显著增加水化产物．使FFC的1,3和7d抗压强度分别提高470％,81％和190％,且28d强度仍较对比组高22．6％。     

铁路桥梁用超细粉煤灰高性能混凝土的试验研究

我国铁路桥梁工程建设中较少掺用粉煤灰,但粉煤灰混凝土在其他工程领域的应用已经证明其具有优良的耐久性能及长期性能。在本文研究中,突破现行规范,从材性试验的角度以30%左右的超细粉煤灰(UFA)等量取代水泥配制了铁路桥梁用的超细粉煤灰高性能混凝土,并对其力学性能、部分长期性能、水化产物以及水泥石形貌等进行了试验研究。试验结果表明,混凝土早期强度主要取决于W/C和UFA掺量,而后期则主要取决于W/B和UFA掺量;通过应力-应变全曲线分析可知,UFA高性能混凝土可采用现行规范设计;混凝土干缩、抗渗、抗裂性能等均优于基准混凝土;同时在微观测试分析基础上,综合考虑施工及养护条件等因素的变异,认为在实际应用中,UFA掺量以不超过30%为宜。