含掺合料混凝土水化产物体积分数计算及其影响因素

Powers理论仅提出针对纯水泥水化产物体积的计算方法,为研究掺加矿物掺合料后的胶凝材料的水化产物体积的影响,该文基于水泥水化基本原理及矿物掺合料的反应机制,提出含掺合料胶凝材料的水化产物体积的计算公式,并将其应用于计算掺合料为0时凝胶材料水化产物的体积分数,与基于Powers理论模型的计算结果对比来验证该文提出的方法的可靠性,在此基础上,进一步研究水胶比、掺合料种类及其比例对胶凝材料水化产物体积的影响。结果表明:矿物掺合料掺量的降低和水胶比的增加都能促进复合水泥基材料的水化,相对而言,矿物掺合料增量对胶凝材料水化程度的影响较水胶比要大。复合胶凝材料中CSH、铝酸盐相AF和CH的体积分数均低于水泥浆体,未水化颗粒和毛细孔的体积均高于水泥浆体。分析发现,未水化颗粒、CSH凝胶和毛细孔的体积分数分别受水胶比×掺量×矿物掺合料种类(60.33%)、水胶比×矿物掺合料种类(91.79%)和水胶比(89.23%)的影响最大,CH和铝酸盐相AF的体积分数受掺量的影响最大,分别为6.17%和16.65%。研究可为锂渣、粉煤灰和钢渣在水泥混合材和混凝土掺合料中的应用提供科学依据,同时达到降低能耗和节约资源的目的。     

矿物掺合料对水泥基材料化学收缩与光谱性能的影响

为了研究矿物掺合料对水泥基材料收缩性能的影响规律,对不同矿物掺合料(锂渣、粉煤灰、钢渣)、不同掺量(20%和60%)、不同水胶比(0.30和0.40)下水泥基材料的化学收缩和光谱特性进行研究,同时分析化学收缩与浆体中官能团之间的相关性。结果表明:水泥基材料的化学收缩大致可以分为加速阶段、变缓阶段和平缓阶段且可采用双曲线模型来拟合,相关系数在0.98以上。矿物掺合料等质量替代水泥后,水胶比为0.40且掺量为20%时,水泥-锂渣浆体、水泥-粉煤灰浆体和水泥-钢渣浆体的最大化学收缩分别约为纯水泥浆体的81.2%、97.2%和91.0%,掺量由20%增加至60%时,水泥-锂渣浆体、水泥-粉煤灰浆体和水泥-钢渣浆体的最大化学收缩分别降低了1.9%、1.8%和5.0%。可见水泥-粉煤灰浆体的化学收缩最大,水泥-钢渣浆体的化学收缩次之,水泥-锂渣浆体的化学收缩最小。4种水泥基材料的波谱相似,均以3 647、3 451、2 937、2 361、1 651、1 418、1 124、978和451 cm~(-1)为主要的特征峰,其中水泥基材料的化学收缩受波数1 124、3 451、1 418、978、3 647 cm~(-1)的影响较大。该研究可为矿物掺合料在混凝土中的合理选用提供依据。     

高掺量粉煤灰和矿渣高强混凝土抗渗性和抗冻性试验

采用粉煤灰和矿渣2种掺合料的40%和50%2种质量比例掺量,制备了高掺合料C50高强混凝土,并利用扫描电镜和X射线衍射技术分析了高比例掺合料对高强混凝土强度的影响,最后通过抗氯离子渗透试验和快速冻融试验综合分析了高掺合料C50高强混凝土的耐久性。结果表明:当复掺掺合料总质量占胶凝材料总质量的50%时,随着粉煤灰与矿渣掺入量比值的减小混凝土养护28 d强度有所增加;在掺合料总质量不变的情况下,混凝土的抗冻性和抗氯离子渗透性能均随着粉煤灰掺入量的增加和矿渣掺入量的减小而逐渐提升,但掺合料总质量的增加会降低抗氯离子渗透性能;采用抗冻耐久性指数与电通量的比值法可较好的综合评价高掺合料高强混凝土的耐久性,耐久性较好的适宜配合比为掺合料总量50%,粉煤灰与矿渣掺量比为4:1。研究可为高掺量粉煤灰和矿渣在高强混凝土中的应用提供依据,同时达到提高高强混凝土的经济性和节约资源的目的。     

高粉煤灰掺量的常态混凝土性能研究

在重力式混凝土坝设计中,一些发达国家正在研究大体积常态混凝土高掺粉煤灰,以减少水泥用量、降低工程造价,减少水化热、简化温控措施,而不影响大坝质量要求的混凝土配合比。据查询国内外已建的混凝土重力坝资料,粉煤灰最高掺量不超过50%。美国外部混凝土粉煤灰掺量为25%,内部常态混凝土粉煤灰掺量为50%;日本大坝混凝土粉煤灰最高掺量为30%;我国湖南江垭大坝部分常态混凝土粉煤灰掺量为45%……,我国《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》(DL/T5055-1996)规定常态混凝土粉煤灰掺量不能超过55%。辽宁省朝阳市阎王鼻子水库大坝设计中,经试验测试,常态混凝土采用碾压混凝土配合比的水泥用量,其中粉煤灰掺量高达68.4%,其热物理性能、力学性能指标、混凝土自生体积变形等技术指标均达到设计要求。不仅单位体积节省水泥用量42.86%;而且节省胶凝材料费31.47%。在一般情况下,对于混凝土粉煤灰掺量,在我国北方较低,南方较高。该项研究,不仅突破了北方的条件限定,而且突破了国家技术规范的限定,该项研究成果,1999年通过专家技术鉴定,2001年获朝阳市科技进步一等奖,2004年获辽宁省政府科技三等奖。相信此项研究在水土保持骨干工程中应用,一定取得费省效宏的结果。建议此项研究成果能在水土保持工程措施中应用。但对北方地区,应注意研究其掺入粉煤灰后,混凝土的抗冻性。     

粉煤灰资源化特性及路面修复应用技术研究

研究了粉煤灰的资源化特性,提出了粉煤灰脱炭高值利用理论;利用脱炭粉煤灰和高效早强减水剂的“双掺”技术,进行了公路混凝土路面的修复技术研究;结果表明脱炭粉煤灰用于混凝土路面替代水泥量可达２０％,较好地解决了公路路面工程中直接利用粉煤灰所存在的主要问题。     

内蒙古砒砂岩的性能及其对水泥力学性能影响的研究

砒砂岩地区是黄河泥沙的主要来源地之一。为了实现对砒砂岩的资源化利用,对砒砂岩基本物理化学性质进行了研究,并探讨了其作为混凝土掺合料的可行性。通过X射线荧光光谱分析(XRF)、X射线衍射分析(XRD)和扫描电镜(SEM)研究发现,红色、白色砒砂岩的矿物成分差别不大,主要包含石英、长石、蒙脱石、高岭土、方解石等,还含有一定量活性的Si O2、Al2O3和Ca O(能够促进水泥水化)。砒砂岩作为水泥掺合料对水泥胶砂性能影响的研究试验结果表明,掺入砒砂岩会缩短水泥的初凝时间,掺量30%时初凝时间会缩短69%;当砒砂岩掺量不多于20%时水泥胶砂的28 d抗压强度和抗冻性能会提高,当掺量大于20%时水泥胶砂的抗压强度和抗冻性能(冻融循环后抗压强度)会显著降低。同时,研究还发现掺入砒砂岩会显著提高水泥胶砂28 d抗折强度。     

硫酸盐镁盐复合侵蚀后混凝土的微观形貌特征

混凝土结构通常受土壤环境水中硫酸盐和镁盐溶液的侵蚀。为了探究硫酸盐和镁盐复合溶液侵蚀后纯水泥混凝土和掺矿粉微粉高性能混凝土的抗侵蚀性能,该研究设计了3个水胶比和2个矿粉掺量,经加水拌合、成型试件1050个,养护28 d后将其分别浸泡于硫酸盐和镁盐溶液中,侵蚀至规定龄期后测试其抗蚀系数、微观形貌。结果表明:水胶比为0.50时,混凝土界面中的孔隙多、孔径大,最大孔径为372.5μm,即使水胶比降低到0.35时,其孔结构的改善也不明显。当纯水泥混凝土试件在SO42-2 500 mg/L和Mg2+1 400 mg/L的硫酸盐镁盐中侵蚀4个月后,其孔隙中充满了Ca SO4·2H2O、3Ca O·Al2O3·3Ca SO4·32H2O(AFt)、Mg(OH)2和Mg O·Si O2·H2O等侵蚀产物,致使混凝土内部产生裂缝,边角处开始出现剥落,甚至变得酥松,表面浆体脱落严重,粗细集料分离等现象。当侵蚀时间超过2月时,其侵蚀系数随侵蚀龄期的延长呈降低的趋势,且均在0.85以下,说明32.5级普通硅酸盐水泥抗硫酸盐镁盐侵蚀的能力是有限的。矿渣微粉掺入后,混凝土界面的孔隙不仅极少,而且孔径也较小,最大孔径分别约为水胶比为0.50时的1/7和1/8,同时也减少了易被侵蚀的水化产物Ca(OH)2的含量,使混凝土界面结构密实程度增加,水胶比越低越明显。在高浓度的硫酸盐和镁盐(SO42-20 250 mg/L和Mg2+2 800 mg/L)的双重强侵蚀12个月后,试件边缘仍未发现侵蚀产物以及Mg SO4·7H2O、Na2SO4·10H2O和Mg2(OH)3Cl·4H2O等晶体,其抗蚀系数仍在0.85以上,未有降低的趋势,表明矿渣微粉的掺入能显著改善32.5级普通硅酸盐水泥所配制高性能混凝土的抗侵蚀性能。该研究可为混凝土在农业灌溉工程(坝基础、闸基础和渠道等)和大棚混凝土基础工程的使用提供数据支撑与理论基础。     

纤维改性再生骨料透水混凝土力学性能透水性和耐磨性研究

再生骨料透水混凝土是利用再生骨料制备透水混凝土,具备再生混凝土和透水混凝土的功能优势,但导致强度、耐磨性变差,故该文进行再生骨料透水混凝土改性研究。将聚丙烯纤维和碳纤维以不同的体积分数(其中聚丙烯纤维掺量分别为0.3%、0.6%、0.9%、1.2%,碳纤维掺量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%)掺入再生透水混凝土中,采用WAW-1000电液伺服万能试验机测定力学强度,自制透水装置测定透水系数,洛杉矶磨耗试验机测定耐磨性,获取不同种类和掺量纤维对透水性、力学性能和耐磨性的影响。试验结果表明,聚丙烯纤维和碳纤维的掺入对混凝土的孔隙率和透水系数影响不大,但可提高强度和耐磨性。随着纤维掺量的增加,抗压强度和劈裂抗拉强度呈先增大后减少的趋势;质量损失率也先减少后增大趋势。经优化分析可知聚丙烯纤维最优掺量为0.6%,碳纤维最优掺量为0.4%。该成果可为纤维改性混凝土以及再生骨料透水混凝土的推广应用提供参考。     

碱激发对砒砂岩地聚物水泥复合土强度及微观结构的影响机理

为防治水土流失,提高以砒砂岩为基础原料水泥土的力学性能,实现大量松散砒砂岩在实际工程的有效利用,通过无侧限抗压强度试验和压汞、X衍射物相分析、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱等方法,探究碱激发对砒砂岩地聚物水泥复合土强度及微观结构的影响机理。结果表明:N-A-S-H(水化硅铝酸钠)凝胶含量是影响复合土强度的主要因素,其含量受碱激发温度及碱当量的影响。碱当量的增大及碱激发温度的提高,可促使砒砂岩中的蒙脱石、石英以及偏高岭土发生溶蚀,促进N-A-S-H凝胶的产生,但当温度超过80℃后会促进N-A-S-H凝胶向钾A型沸石晶体转化。碱当量增加使得强度增长速率先增加后减缓,在碱激发温度为80℃、碱当量为2%时,砒砂岩地聚物水泥复合土配比达到最优,此时复合土中生成N-A-S-H凝胶产物最多,10 nm孔径占比最大(11.67%),孔隙率最低(23.47%),强度最高(8.23 MPa)。该研究可为砒砂岩地聚物水泥复合土在实际工程中的应用提供理论依据。     

水泥固化砒砂岩强度与孔隙结构演变的灰熵关联分析

为了研究水泥固化砒砂岩孔隙结构生长发育的演变规律以及其对抗压强度的影响，通过孔隙特征参数和孔隙半径预测抗压强度，对不同养护龄期下不同掺量的水泥固化砒砂岩宏观力学性能和微观结构进行测试和分析，采用灰关联熵探讨了水泥固化砒砂岩的孔隙特征参数和孔隙半径对强度的关联程度，并建立孔隙结构与抗压强度的灰色预测模型。结果表明，水泥固化砒砂岩的横向弛豫时间T2谱均呈现"双峰"结构，其孔隙度与束缚流体指数整体上呈负相关，0～0.1 μm范围内的孔隙尺寸占比随水泥掺量的增加先增大后减小，最可几孔径随龄期的增加向小孔径方向移动；水化胶凝产物钙矾石（AFt）和水化硅酸钙（C-S-H）通过膨胀填充和胶结作用改善了试样内部的孔隙结构，致使强度提高；束缚流体指数和0～0.1 μm孔隙半径占比对抗压强度的影响最显著，灰色预测模型GM（1，3）预测精度高，预测值和试验值的平均相对误差为6.97%。该研究可为松散砒砂岩的改良与固化在实际工程中应用提供参考依据。     

Evaluation of industrial wastes as sources of fertilizer silicon using chemical extractions and plant uptake

Six inorganic industrial‐waste materials (coal fly ash, bauxite‐processing mud, steel slag, two samples of air‐cooled blast furnace [BF] slag, and one sample of water‐cooled BF slag), along with wollastonite, were evaluated as fertilizer‐Si sources. Evaluation was carried out by analyzing total and extractable Si fractions in the materials, by incubating them at two rates with a Si‐deficient soil and measuring potentially available extractable Si and by measuring yield and Si uptake by two successive rice crops grown in the fertilized soils. Of the waste materials used, fly ash had the highest total Si content (29%) but a negligible quantity was present in extractable forms. Steel slag and bauxite‐processing mud had only 5%–7% Si content while BF slags contained 14%–18% Si. All materials, other than fly ash, increased the amount of extractable Si present in the soil. Additions of steel slag and bauxite‐processing mud caused greater increases in Si extractability than the air‐cooled BF slags while water‐cooled BF slag–treated soils contained notably high acid‐extractable Si. Because of the alkaline nature of the materials, and their reaction products, there was a positive relationship between extractable soil Si and soil pH. However, an equilibration experiment using NaSiO₃ as the Si source confirmed that Si solubility in the soil decreased with increasing pH. Dry‐matter yields of rice, at the lower rate of Si addition, were increased by all treatments other than fly ash. The higher rates of steel slag and bauxite‐processing mud caused yield depressions. Total Si uptake by rice was increased by all treatments, other than fly ash, and was greater at the higher rate of Si addition. It was concluded that the BF slags are the most effective waste materials as fertilizer‐Si sources and that, in slag‐amended soils, CaCl₂ and NH₄ acetate are the most reliable soil‐test extractants.     

再生骨料透水混凝土强度及透水性能试验

利用再生废弃混凝土骨料制备透水混凝土是目前研究的热点和趋势,其中强度和透水性是其关注及目前亟待突破的关键性能。以废弃的预制混凝土梁构件为再生骨料来源制备透水混凝土,并以水胶比0.3,砂率10%为基准,设计6组配合比,并通过标准养护下的立方体试块试验,研究了单一因素下再生骨料透水混凝土的孔隙率、透水性及其强度性能,其范围分别为孔隙率17.8%~23.8%,渗透系数0.27~0.57 cm/s以及抗压强度4.0~9.63 MPa。结果表明,再生骨料透水混凝土基本性能够满足要求,其中内掺粉煤灰能大幅提高其抗压强度,提高约44%,外掺钢纤维提高透水性,掺入萘系高效减水剂及硅粉的效果不明显。此外,再生骨料透水混凝土的毛细吸水过程与普通混凝土类似,即前期吸水快,后期趋于平缓。     

一种静压成型混凝土透水砖的制备与物理性能试验

 透水铺装具有缓解城市防洪压力、涵养地下水源、改善城市热环境等特点。针对混凝土透水砖的特点,设计孔隙率和水灰比不同的4种混凝土透水砖,采用体积法进行配合比设计,通过水泥裹料投石法搅拌,在自制的模型中静压成型,对其物理性能包括抗压强度、孔隙率、透水性进行率定,并对透水能力最强的砖体进行成本预算。结果表明:设计的透水砖透水系数达到了1.18～1.60mm/s,抗压强度超过了30MPa;采用体积法设计配合比是合理、可行的;利用15%粉煤灰和5%的硅灰配合使用等量代替水泥,设计的透水砖成本仅为28.25元/m2。     

制作方式对日光温室相变蓄热材料热性能的影响

日光温室墙体能否在有限的日照时间内高效蓄集太阳能,与日光温室墙体层的构筑方式以及所采用的建筑材料的热工性能（热阻、比热容、体积质量）直接关联。该研究将所研制的相变材料与普通建筑基材分别以直接混合方式和插层方式制成复合相变蓄热墙体材料板,通过比较试验的方法,从蓄热温度、时间、以及蓄热量等方面,比较了2种不同构筑方式对复合相变蓄热墙体材料蓄/放热特性和传热性能的影响规律。结果表明：同样蓄（放）热温度条件下,直混试件比插层试件提前70?min结束蓄（放）热;直混试件的蓄热量比插层试件大10%,放热量大15%,直接混合方式制成的复合相变蓄热墙体材料板的传热性能和蓄放热效率更好。该研究结果可为相变蓄热技术在日光温室建筑墙体的科学应用提供方法与建筑热工理论参考。     

养护龄期对改良膨胀土无侧限抗压强度试验的影响

以湖北省宜昌市某公路膨胀土为研究对象,分别采用不同掺量的石灰、水泥、粉煤灰、风化砂对膨胀土进行改良。在经过7,14和28d标准条件养生后,进行无侧限抗压强度试验。试验结果表明,上述4种材料均能有效地提高改良膨胀土的无侧限抗压强度,在最初的14d内,水泥改良膨胀土的强度增长较为明显,后期随着养护龄期的增长,无侧限抗压强度增长速率较缓慢;石灰改良膨胀土的无侧限抗压强度值随着养护龄期的增加,一直保持近似直线形的增长趋势;粉煤灰改良膨胀土的无侧限抗压强度亦随着养护龄期的增长而呈直线增长,但其值小于石灰改良膨胀土;养护龄期对风化砂改良膨胀土的无侧限抗压强度影响很小。     

渠道衬砌抗渗型粉煤灰-稻壳混凝土抗渗性能试验

为了满足渠道衬砌的需要,提高稻壳混凝土的抗渗性能,在稻壳混凝土中加入了粉煤灰。该文通过试验对渠道衬砌抗渗型粉煤灰-稻壳混凝土的抗渗性能进行了研究,得到粉煤灰质量分数、稻壳质量分数和水灰比对粉煤灰稻壳混凝土抗渗性能的影响规律,同时得到了粉煤灰-稻壳混凝土相对渗透系数小于0.783×10-8 cm/s的混凝土配合比。通过对混凝土抗渗性能主效应分析得到混凝土抗渗性能的影响因素顺序：水灰比>稻壳质量分数>粉煤灰质量分数;粉煤灰-稻壳混凝土的相对渗透系数随着粉煤灰质量分数和稻壳质量分数的增大呈现出先减小后增大的抛物线的变化趋势,随着水灰比的增大呈现出一直增大的线性变化的规律。试验结果表明在不降低混凝土导热系数的前提下,在稻壳混凝土中掺入粉煤灰后确实能提高稻壳混凝土的抗渗性能。     

施用废渣后土壤硅素释放特性及其影响因子的研究Ⅱ土壤硅素释放特性及其与pH的关系

选取5种工矿废渣进行室内模拟试验,研究不同种类工矿废渣作为硅肥施用对土壤硅素释放特性及pH的影响。结果表明:y=kxm方程可以很好地描述土壤硅素释放的动力学特征;施用废渣可显著提高水田土壤硅素释放速率,增加土壤硅素释放量,提高土壤溶液的pH值,土壤溶液pH与培养127天硅素累积释放量间呈极显著直线正相关关系;三种高炉渣(A、B、F)的施用效果明显好于粉煤灰(H)和金刚石矿渣(J),即三种高炉渣更适于作为生产硅肥的原料。