废弃水泥基材料

废弃水泥基材料（精选9篇）

废弃水泥基材料 第1篇

目前,国内外对废弃混凝土再生利用的研究主要集中在再生骨料方面,即将废弃混凝土经过破碎、清洗与分级后,按一定的比例和级配混合形成再生骨料,部分或全部代替砂石等天然骨料配制混凝土[3,4]。但很少有按其化学成分和矿物组成直接利用废弃混凝土生产硅酸盐混凝土的研究。

废弃混凝土中的骨料,如石英岩、石英砂,可用作硅质材料,用于生产硅酸盐混凝土的原料;如果粗骨料是石灰岩,或者细骨料是石灰石碎屑,则可通过高温处理放出二氧化碳后用作钙质材料,也可用于生产硅酸盐混凝土的原料。废弃混凝土中的水泥石,可根据其水化程度的大小和被碳化程度的大小加以利用,因为在混凝土内部的水泥石中含有氢氧化钙和未水化的水泥颗粒核心等,在水热作用下它们能与硅质材料反应形成硅酸盐混凝土。

本文主要试验研究3种废弃水泥基材料的再生,即利用废弃物中的硅质材料和剩余胶凝材料,通过添加碱性激发剂氢氧化钙的方法,在水热(1.5~2.0 MPa)作用下形成水化硅酸钙,从而使废弃水泥基材料得到利用。

1 实验

1.1 原材料

废弃水泥净浆:采用水灰比为0.30的42.5级普通水泥净浆,龄期为180~360 d,经烘干、磨细(0.08 mm筛筛余为2.0%)后备用。

废弃水泥胶砂:采用m(42.5级普通水泥)∶m(水)∶m(标准砂)=1∶0.5∶3.0的水泥胶砂,龄期为180~360 d,经烘干、磨细(0.08 mm筛筛余为2.5%)后备用。

废弃混凝土:采用m(42.5级普通水泥)∶m(水)∶m(石英砂)∶m(石英岩碎石)=1∶0.50∶1.88∶2.62的混凝土,龄期为180~360 d,经烘干、磨细(0.08 mm筛筛余为2.5%)后备用。

水泥:市售42.5级普通硅酸盐水泥,其28 d抗折和抗压强度分别为7.6、48.2 MPa,比表面积为346 m2/kg。

氢氧化钙:分析纯,粉末状。

1.2 试验方法

先用球磨机将实验所需要的废弃水泥净浆、废弃水泥胶砂和废弃混凝土等分别球磨90 min后备用,将按比例称好的氢氧化钙粉末和废弃水泥基材料充分干混均匀,再将拌合用水(水固比0.3)和上述混合料依次倒入搅拌锅中,并按水泥标准稠度搅拌程序充分搅拌后,放入模具(三联试模31.6 mm31.6 mm50.0 mm)中人工成型。成型后静停12 h,再放入蒸压釜内,在设定的高温高压蒸汽(203℃、1.50 MPa)中蒸压养护12 h[5,6,7]。完成养护后,冷却12 h,至室温后出釜。

出釜后称量m1,由此可计算得到试块的湿表观密度ρ0湿。再放入105℃的烘箱中干燥6 h,在干燥器中冷却到室温后,进行称量m2,由此可以计算得到试块的干表观密度ρ0干。再放入养护室20℃的水中48 h后,在饱和面干状态下,进行称量m3,由此计算其吸水率。再在自然条件下干燥72 h后,进行抗压强度试验,试验结果精确到0.1 MPa。

2 实验结果和讨论

2.1 氢氧化钙掺量对废弃水泥净浆水热产物性能的影响

废弃水泥净浆试样的配比见表1,氢氧化钙掺量对水热产物表观密度、吸水率与抗压强度的影响分别见图1~图3。

由图1~图3可知,在水热作用下,废弃水泥净浆水热产物的表观密度基本在1.40 g/cm3左右。抗压强度以氢氧化钙低掺量时较高,但最高值也仅为14.6 MPa;氢氧化钙掺量增加到5.0%时,抗压强度降低到10.6 MPa;随氢氧化钙掺量进一步增加至7.5%、10.0%、15.0%,水热产物试样抗压强度依次为9.5、8.9、9.3 MPa,基本已不再随氢氧化钙掺量的增加而增大。

在废弃水泥净浆中主要含有大量的水化硅酸钙、氢氧化钙和部分未水化水泥核心,几乎不含游离的二氧化硅或石英等硅质材料。因此,在不掺或掺入少量氢氧化钙时具有较高的强度,这一强度的产生主要归功于废弃水泥净浆中的未水化水泥核心在水热条件下的继续水化。这一水热过程中生成水化硅酸钙极少,水热产物孔隙率较大,从而表观密度偏小,吸水率普遍较大。

根据废弃水泥净浆的化学成分和矿物组成,应当掺入适量的硅质材料。但由于其剩余胶凝材料有限,其增强效果也很微弱。

2.2 氢氧化钙掺量对废弃水泥胶砂水热产物性能的影响

废弃水泥胶砂试样的配比见表2,氢氧化钙掺量对水热产物表观密度、吸水率与抗压强度的影响分别见图4~图6。

由图4~图6可知,废弃水泥胶砂水热产物的表观密度高于废弃水泥净浆水热产物,基本为1.50 g/cm3左右,以氢氧化钙掺量为15%时最高,干表观密度为1.59 g/cm3。抗压强度在氢氧化钙掺量为15%时最高达39.6 MPa,也是同系列的最高值。当氢氧化钙掺量继续增加时,抗压强度反而明显下降。

废弃水泥胶砂中的石英砂与外掺的氢氧化钙可在水热作用下生成水化硅酸钙,可以认为在氢氧化钙掺量约为15%时,废弃水泥胶砂中的硅质材料已充分参与了水热条件下与氢氧化钙的反应。

2.3 氢氧化钙掺量对废弃混凝土水热产物性能的影响

废弃混凝土试样的配比见表3,氢氧化钙掺量对水热产物表观密度、吸水率与抗压强度的影响分别见图7~图9。

由图7~图9可知,氢氧化钙掺量为0、5%、10%、15%、20%、25%时,废弃混凝土水热产物的干表观密分别为1.47、1.52、1.55、1.41、1.39、1.37 g/cm3,当氢氧化钙掺量为10%时,表观密度达到最大值1.55 g/cm3,同时抗压强度也为同系列的最大值46.4 MPa。氢氧化钙掺量超过10%后,随掺量增加,抗压强度逐渐下降,说明一味地增加氢氧化钙掺量并不能达到最好效果。

3 结论

(1)在废弃水泥净浆中,由于剩余胶凝材料的再水化,使其产生强度,但随氢氧化钙掺量的增加其抗压强度增加不明显,甚至降低。

(2)在废弃水泥胶砂中,由于骨料中硅质材料的存在,当氢氧化钙掺量为15%时,试样的抗压强度和表观密度达到峰值。

(3)在废弃混凝土中,由于骨料中硅质材料的存在,当氢氧化钙掺量为10%时,试样抗压强度和表观密度达到峰值,同时吸水率为最小值。

利用这种再生方法,可以充分利用废弃水泥基材料中的剩余胶凝材料和硅质材料。

摘要：对水热作用下废弃水泥基材料的再生进行了研究。测试再生废弃水泥基材料的抗压强度、表观密度和吸水率等随氢氧化钙掺量的变化。结果表明,在废弃水泥净浆中掺加氢氧化钙对抗压强度增加不明显;在废弃水泥胶砂中当氢氧化钙掺量为15%时试样的抗压强度最高;在废弃混凝土中当氢氧化钙掺量为10%时试样的抗压强度最高。利用这种再生方法,可以充分利用废弃水泥基材料中的剩余胶凝材料和硅质材料。

关键词：水热作用,废弃水泥基材料,氢氧化钙,抗压强度,表观密度

参考文献

[1]王金成.浅谈再生混凝土的研究现状与展望[J].山西建筑,2009(15):141-142.

[2]刘数华,冷发光.再生混凝土技术[M].北京:中国建材工业出版社,2007.

[3]肖建庄.再生混凝土材料与结构研究新进展[J].世界科学,2006(12):29-31.

[4]肖建庄,李佳彬,兰阳.再生混凝土技术研究最新进展与评述[J].混凝土,2003(10):19-20.

[5]叶青,马成畅,李燕.由干混蒸汽法制得的水泥硬化浆体及其性能[J].建筑材料学报,2010,13(5):654-658.

[6]寿百弟,张小伟.不同掺合料对蒸压高强混凝土性能的影响[J].混凝土与水泥制品,1999(1):15-17.

国内外水泥及水泥基材料发展研究 第2篇

一是国际水泥工业技术与装备上新型干法水泥生产技术向着大型化、节能化以及自动化方向发展，如高效预热分解系统、第三代“控制流蓖板”和第四代“无漏料横杆推动”蓖式冷却机、新型辊式磨及混压机粉磨系统、自动化控制及网络技术、新的熟料烧成方法如流态化床和喷腾炉烧成技术、高效除尘技术、炯气脱硫除氮技术等的开发和应用，使水泥工业进入现代化发展期。二是水泥及水泥基材料的研究是以水泥的生态化制备、先进水泥基材料、水泥的节能和高性能化、废弃物出资源化利用以及水泥制备和应用中的环境行为评价和改进等方面为研究开发重点，两者相辅相成，推动了水泥工业的可持续发展。

一、水泥的生态化制备和生态水泥的发展

随着科学技术的发展和人们环保意识的增强，水泥工业的可持续发展越来越得到重视，自20世纪70年代开始，美国、法国、德国、日本等工业发达国家就已研究和推进废弃物替代天然资源的工作，并在二次能源的资源化利用方面取得良好进展。

生态水泥的研究也是目前水泥研究的热点之一。生态水泥是一种新型的波特兰水泥，其中含有20％左右的C11A7.CaCl2（代替C3A），它适用于建造房屋、道路、桥梁和混凝土制品等。这种水泥的研制不仅解决了城市及工业垃圾处理问题，而且还通过垃圾的循环利用系统保护了环境。

二、先进水泥基材料的研究

随着建筑业、海洋业和交通业等的飞速发展，超高、超长、超强和在各种严酷条件下使用建筑物的出现，对水泥与混凝土材料提出了更高的要求，高强度、长寿命、低环境负荷是当代水泥材料发展的主要方向。先进水泥基材料以现代材料科学理论为指导，以未来胶凝材料为主要研究目标，其目的是把传统的水泥与混凝土材料推向高新技术领域进行研究和开发。

三、以节能为中心低钙水泥熟料体系的研究和开发

从水泥矿物着手开发节能型矿物体系，即低烧成温度及易磨性好的矿物和矿物体系，是实现水泥工业节能、环保的有效技术途径。因此，降低熟料组成中CaO的含量，即相应增加低钙贝利特矿物的含量，或引入新的水泥熟料矿物，可有效降低熟料烧成温度，减少生料石灰石的用量，从而降低熟料烧成热耗。

目前，国内外已先后开发出了硅酸盐体系等节能矿物体系。其中在承担国家“九五”和“十五”科技攻关项目的研究工作中，由中国建筑材料科学研究院研制、开发并应用于国家重点工程的高贝利特水泥（即低热硅酸盐水泥）是近年来国内外在水泥基材料研究的又一重大突破。该水泥与通用硅酸盐水泥同属硅酸盐水泥体系，即熟料Ⅱ矿物也是由C3S、C2S、C3A和C4AF

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组成，两者不同之处主要是：高贝利特水泥是以贝利特矿物（C2S）为主，其含量在50％左右。低热硅酸盐水泥的研制成功，在制备工艺技术上解决了C2S矿物的活化的高活性晶型的常温稳定这两个国际难点，并首次实现了在水泥回转窑系统直接制备高活性的高性能低热硅酸盐水泥熟料。以硅酸二钙为主导矿物的低热硅酸盐水泥在制备工艺上具有低资源能源消耗、低环境负荷和低综合生产成本等特点，比通用硅酸盐水泥低100qC，烧成过程中C02、S02、NO等废气排放量降低10％以上.在水泥性能上，低热硅酸盐水泥28d抗压强度与通用硅酸盐水泥相当，后期强度高出通用硅酸盐水泥510MPa，而水泥的水化热低于通用硅酸盐水泥20％以上，实现了水泥的低热、高强和高性能.由于其熟料中的c3s和c3A含量低，因而低热硅酸盐水泥还具有优异的抗硫酸盐性能、抗折强度高，干缩低，耐磨性能好等特性，能很好地满足高性能混凝土的高工作性、高强度和高耐久性三大技术要求，尤其适用于高性能混凝土、高强高性能混凝土、水工大体积混凝土的制备。

四、高胶凝性高钙水泥熟料体系的研究

“高性能水泥制备和应用的基础研究”是国家重点基础研究发展规划项目，以实现水泥的高性能化为研究目标，主要围绕以下三个方面开展研究工作：提高水泥熟料的胶凝性，提高性能；通过对了业废弃物进行合理的活化处理，开辟出能够调节水泥性能的新的辅助胶凝组分，尽可能大量地取代水泥料；通过大幅度提高水泥应用过程中的水泥基材料耐久性，延长建筑物安全使用寿命，大幅度降低水泥的长期需求量，建立由高胶凝性水泥熟料与低钙的性能调节型材料共同构成的强度与耐久性兼优的高性能水泥材料新体系，实现水泥和水泥基材料的高性能化和生态化。高胶凝性水泥熟料体系的研究主要集中在CaO-Si02-A1203-Fez03体系硅酸盐熟料矿物体系，主要技术路线在于提高熟料中C2s在含量至70％左右、通过掺杂技术实现新型干法水泥生产烟烧工艺条件下的烧成，以水泥熟料形成理论为依据，有效指导高胶凝性水泥熟料的制备过程。

通过前期大量的研究，高胶凝性高C3s含量硅酸盐水泥熟料矿物体系的研究已取得以下方面的技术突破：建立了CaO-Si02-A1-03-Fez03体系高C2s熟料体系矿相匹配优化理论和适用于实际水泥生产的熟料率值控制方法；建立了高胶凝性、高C3s不含过硅酸盐水泥熟料矿物体系的掺杂理论和掺杂技术，发现了针对硅酸盐熟料体系的高温掺杂效应和低温矿化效果的差异，在此基础上提出了实现高C3S含量硅酸盐水泥熟料高胶凝化的多元复合掺杂理论；建立了C3S晶格畸变形成C3S在固溶体晶体高对称性、实现矿物高度介稳化和高活性的高胶凝化理论。目前已实现在工业化生产中，在熟料中C3S含量70％左右的情况下，熟料28d抗压强度达到70MPa以上。

五、工业废弃物的资源化、无害化利用的研究

随着全球经济的发展和工业化进程加快，每年都有大量的废渣排放，主要有粉煤灰、炉渣、高炉矿渣、钢渣、钢渣、煤矸石、特种冶金渣、电石渣、锂渣、碱渣等。为了保护环境、变废为主和保持可持续发展，世界各国水泥学者已开展了大量的研究工作并将取得大量的研究成果应用于水泥混凝土生产中，我国早在20世纪50年代就开始了对工业废渣的利用研究，目前对量大面广的一些工业废渣如粉煤灰、矿渣等的综合利用已经形成了一系列相当成熟的综合利用技术，并已广泛应用于水泥生产、混凝土掺合料和混凝土制品中。

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我国是水泥工为大国，水泥业作为我国基础性原材料工业的支柱之一，在国民经济可持续发展中具有举足轻重的地位，虽每年水泥产量已达到8亿以上。但目我国水泥工业仍然存在一系列问题；如企业平均规模小、结构不合理、总体产品质量较低、生产能源资源消耗高、环境污染严重等等。在可持续发展已成为人类共识的今天，我国水泥及水泥基材料研究重点为：利用水泥工业可有效消化和降解废弃物的独特优势，加大对各种固体废弃物的资源化利用；大力发展替代能源、资源或低品位原燃料在水泥产业的综合利用技术；研究开发低能源资源消耗、低环境负荷及具性能特色的水泥。以实现水泥工业低污染、低排放，推进水泥工业成为资源、环境与人类社会协调、持续发展的循环经济产业体系。

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废弃水泥基材料 第3篇

【摘要】聚乙烯醇（PVA）纤维作为一种新型合成纤维，在工程领域已经得到了广泛的应用。综述了PVA纤维的基本性能及近年来国内外关于PVA纤维对水泥基复合材料抗冻与抗侵蚀性能影响的研究进展，分析并总结冻融、氯盐侵蚀以及硫酸盐侵蚀情况下，PVA纤维对水泥基复合材料性能的改善。在改善抗冻性能方面，研究主要集中在PVA纤维掺量及国内外PVA纤维对抗冻性能的影響；在抗侵蚀性能提高方面，研究主要集中在PVA纤掺量对水泥基复合材料抗侵蚀性能的影响。在此基础上，提出进一步研究的方向。

【关键词】聚乙烯醇纤维；水泥基复合材料；抗冻性；抗侵蚀；纤维掺量

【中图分类号】TU528.581

【文献标识码】A

【Abstract】Polyvinyl alcohol （PVA） fiber as a new type of synthetic fiber has been widely used in the field of engineering. In this paper， the basic properties of PVA fiber and its influence on the frost resistance and corrosion resistance of PVA fiber in cementitious composites are reviewed. The properties of PVA fiber in cementitious composites are also analyzed and summarized under the condition of freeze-thaw， chloride and sulfate attack. In the aspect of the frost resistance improvement， the research mainly concentrates on the influence of the PVA fiber content and the PVA fiber at home and abroad on the frost resistance. In terms of the anti erosion performance improvement， the research mainly concentrates on the influence of PVA fiber content on cementitious composites. On this basis， it puts forward the direction of further research.

【Key words】Polyvinyl alcohol fiber；Cementitious composites；Frost resistance；Corrosion resistance；Fiber content

1. 引言

（1）冻融、侵蚀等环境因素是导致混凝土及其他水泥基复合材料结构耐久性下降的重要因素。Mehta[1]指出：“当今世界混凝土破坏原因，按重要性递减顺序排列是：钢筋锈蚀、冻害、腐蚀作用”。因此，改善混凝土及其他水泥基复合材料的抗冻性与抗侵蚀性对其耐久性的提高意义重大。在高层建筑、桥梁、隧道、地铁、港口码头、铁路等工程建设领域，对高强高性能混凝土的需求日益增加，但我国南方地区的混凝土均处在一定的受侵蚀环境下，北方地区的混凝土均处在一定的受冻环境下，导致一些混凝土结构存在严重耐久性不足的问题，制约了其发展。因此，为了进一步提高混凝土的耐久性，对提高其抗冻性与抗侵蚀性提出了更高的要求。

（2）自从水泥基复合材料（ECC）出现以后，其高抗拉强度、高韧性、高耐久性等优点，受到了国内外广大学者的重视，尤其在耐久性方面已经取得了一系列研究成果[2～7]。高抗拉强度和高弹性模量的PVA纤维是实现ECC优良性能的关键材料，对提高ECC的抗冻性能与抗侵蚀性能有重要的作用。

（3）但是，在掺加高强高模的PVA纤维来提高水泥基复合材料的抗冻性与抗侵蚀性的试验研究与工程应用方面，目前还缺少系统的研究。本文综述了近年来PVA纤维对水泥基复合材料抗冻与抗侵蚀性能影响的研究进展，并对进一步研究作了展望。

2. PVA纤维的基本性能

与常见的合成纤维相比，PVA纤维具有以下几点优势：（1）高弹性模量与高抗拉强度；（2）亲水性好；（3）与水泥基复合材料具有较好的界面结合状态；（4）直径适中。此外，由于其环保、无毒、分散性好、成本较低等优点，成为制备ECC的首选而得到广泛应用。PVA纤维在水泥基复合材料中分散均匀、乱向分布，在水泥基复合材料中起到增强整体性、提高抗裂性的作用，从而提高水泥基复合材料的抗冻及抗侵蚀性能。

3. PVA纤维对水泥基复合材料抗冻性影响的试验研究

（1）近年来，国内外逐渐开展了采用PVA纤维提高水泥基复合材料抗冻性的研究。

在北方寒冷地区，冻融作用往往是导致建筑物劣化乃至破坏的最主要因素， 为了评价PVA纤维增强水泥基复合材料抗冻融能力，国内外学者进行了一系列抗冻性能试验。

（2）Nam[8]通过以PVA纤维增强水泥基复合材料、聚丙烯纤维增强水泥基复合材料及普通混凝土三者为对比，对相对动弹性模量的变化和质量损失进行了试验研究，结果表明：相对于原始试件，经过300次冻融循环后PVA纤维增强水泥基复合材料仍具有较好的耐久性。说明PVA纤维的掺入对PVA纤维增强水泥基复合材料的抗冻性提高具有相当大的作用。

（3）ahmaran等[9]通过掺加PVA纤维与不掺加PVA纤维的两组非引气ECC试件的对比，得出结论：PVA纤维的掺入明显改善了ECC的抗冻性能，且由PVA纤维掺入所带来的更大体积的孔隙也可能对ECC抗冻性能的改善有一定作用。

（4）刘曙光等[10]通过快速冻融试验方法，研究了不同PVA纤维掺量（0%、1.0%、1.5%、2.0%）的PVA纤维水泥基复合材料试件在不同冻融循环次数下的动弹性模量，进而研究了材料的抗盐冻性能。试验结果表明：1.5%纤维体积掺量的PVA纤维水泥基复合材料的抗盐冻性能较好。

（5）徐世烺[11]通过对掺加PVA纤维的超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）在冻融循环条件下质量损失、动弹性模量损失的试验研究及与普通混凝土、钢纤维混凝土和引气混凝土的对比可知，经过300次冻融循环后UHTCC动弹性模量损失不超过5%、质量损失不超过1%，抗冻性指数为92%，抗冻等级大于F300，而普通混凝土与钢纤维混凝土的抗冻等级则分别为F100和F150。在不掺加引气剂的条件下，UHTCC质量损失和动弹性模量损失方面与引气4.7%的引气混凝土接近。由此可知，掺加PVA纤维的UHTCC材料的抗冻性明显优于普通混凝土和钢纤维混凝土。

（6）Yun等[12]通过快速冻融试验，以总体积掺量为1.5%的PVA与PE混合纤维及水胶比为试验变量，研究了延性纤维增强水泥基复合材料（DFRCCs）100mm×100mm×400mm棱柱体试件在不同冻融循环次数下的相对动弹性模量及质量损失，结果指出：经过300次冻融循环后，四种不同工况DFRCC试件的相对动弹性模量均下降约3%，质量损失均小于2%，表明PVA与PE混合纤维的掺入提高了DFRCC的抗冻融破坏能力。

（7）纤维掺量过大会降低混凝土抗冻融能力，其主要原因是由于過多纤维的存在会阻塞毛细孔，致使混凝土吸水率降低，冻融循环过程中混凝土需要大量结晶水，而由于纤维掺量过多导致的吸水率降低，使得抗冻融性能有所下降[13]。

（8）通过国内外学者的研究可知，PVA纤维的掺入能够显著改善水泥基复合材料的抗冻性能。现今国内外主要研究PVA纤维掺量及不同种类PVA纤维对水泥基复合材料抗冻耐久性能的影响，而PVA纤维取向、分布、长径比、锚固长度及不同种类PVA混合纤维对水泥基复合材料抗冻性能影响的研究略有不足，需要进一步探讨。

4. PVA纤维对水泥基复合材料抗侵蚀性影响的试验研究

（1）遭受环境因素的侵蚀是导致水泥基材料性能退化的直接原因之一，氯盐与硫酸盐侵蚀是水泥基复合材料受环境因素作用而发生侵蚀破坏的重要形式。具有优良性能的PVA纤维的掺入在一定程度上改善了水泥基复合材料的抗裂性能，有效地降低了外界有害物质的侵入，提高了水泥基复合材料的抗侵蚀性能。

（2）氯离子侵蚀是导致结构耐久性下降的一个重要因素，氯离子是各种侵蚀介质中侵蚀性最强的离子之一。加入纤维后，大量纤维均匀分布于水泥基复合材料中，从而起到约束裂缝的的作用。由于纤维的阻裂作用，显著减少裂缝的数量、长度和宽度，降低生成贯通缝的可能性，从而使抗氯离子渗透性得到加强[13]。

（3）闫长旺等[14]通过在试验研究基础上，应用灰色模型GM（1.1）对氯离子浓度沿PVA纤维水泥基复合材料深度的变化规律进行研究，结果表明：在基体中掺入PVA纤维可对基体起到良好的约束作用，从而减小微裂缝的产生，改善了PVA纤维水泥基复合材料抗氯离子渗透性能，从而对抗氯离子侵蚀能力起到了积极的作用。研究通过对氯离子浓度的分布情况进行分析，认为1.5%PVA纤维掺量对水泥基复合材料抗氯离子渗透性的改善效果最好。

（4）刘曙光等[15]通过湿通电法研究了将不同纤维掺量的150mm×150mm×150mm标准立方体试件浸泡在5%氯化钠溶液中的钢筋锈蚀试验。试验结果表明：不掺纤维的试件锈蚀率最大，纤维掺量1.5%和2%的试件钢筋锈蚀率最小。在恒电流条件下PVA纤维掺量的增加会降低钢筋的锈蚀率，但降低幅度很小，最大降低幅度仅为6.27%。表明PVA纤维的掺入明显降低了氯离子的侵蚀速度，改善了氯离子对水泥基复合材料的侵蚀作用，增强了其抗渗透性能。

（5）近年来，国内外主要研究混凝土的抗侵蚀性能，而关于水泥基复合材料抗侵蚀性能的研究较少，主要集中于单一侵蚀环境下PVA纤维掺量对水泥基复合材料抗侵蚀性能的影响。随着试验研究的发展，PVA纤维取向、分布、长径比及锚固长度对水泥基复合材料在多重盐侵环境下抗侵蚀性能的影响将会成为未来土木工程领域的重要研究方向。

5. 结语与展望

（1）PVA纤维是具有多种优良性能的新型合成纤维。在水泥基复合材料中掺入PVA纤维，能够对整体起到一定的约束与裂缝控制作用，降低外界有害物质的侵入，显著改善水泥基复合材料的抗冻及抗侵蚀性能；

（2）目前主要集中于在冻融、氯盐侵蚀、硫酸盐侵蚀等单一因素作用下纤维增强水泥基复合材料的研究上，而在多因素共同作用下对纤维增强水泥基复合材料的研究还很少，应对多因素共同作用下纤维增强水泥基复合材料的性能、微观结构、损伤机理等方面进行更深层次的研究。

参考文献

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废弃水泥基材料 第4篇

关键词：超高性能水泥基材料,玻璃粉,强度,水胶比,养护温度

0 前言

随着科学技术的进步和社会经济的发展,工程建设对于混凝土性能的要求越来越高。混凝土也遵循着复合化、高强化、高性能化三条技术路线不断发展,强度等级一直在不断提高,高强和超高强混凝土(60~100MPa)已经成功地应用于结构工程中。但高强混凝土的抗弯抗拉强度仍然不高,必须通过配筋来增加结构的强度[1,2,3]。大量配筋带来施工浇注的困难,同时,由于混凝土的收缩变形受到钢筋的约束还会引起应力,导致开裂,对耐久性产生不利的影响。此外,在高强混凝土中,粗骨料与浆体的界面薄弱区形成的缺陷也会造成混凝土强度与耐久性的降低[4,5]。因此,工程界一直在寻找一种具有超高强度、高韧性、高耐久性的材料,超高性能水泥基材料就是在这样的背景下应运而生的。

我国是玻璃资源消耗大户,随着经济的迅速发展,玻璃消耗量日益增加,废弃玻璃的处理也逐渐成为一个棘手的问题。玻璃的主要成分是活性二氧化硅,将其磨细成粉后具备火山灰活性,可作为掺合料用于制备混凝土[6,7]。这不仅能解决废弃玻璃的处理问题,还能对发展绿色环保型建筑材料起到推动作用。

结合超高性能水泥基材料的研制以及玻璃粉的高效利用,本文研究了水胶比、玻璃粉掺量以及养护条件对超高性能水泥基材料强度和微结构的影响,并分析了采用废弃玻璃粉制备超高性能水泥基材料的可行性。

1 原材料及试验

1.1 原材料

试验所用主要原材料有PO 42.5级普通硅酸盐水泥;粒径小于1.25mm的河砂;超细活性硅灰;磨细玻璃粉;马贝SP1高效减水剂。

玻璃粉由废弃啤酒瓶破碎、磨细加工而成,图1为玻璃粉的颗粒粒径分布曲线。由图1可以看出,玻璃粉颗粒很细,80%小于10μm,用于超高性能水泥基材料中将具有很好的填充效应。

1.2 试验过程

为研究水胶比、玻璃粉掺量及养护条件对水泥基材料的影响,设计了如表1所示的配合比。表1中包括了低水胶比(0.16)和高水胶比(0.20)两个系列,砂胶比分别为1/1、1/1.2和1.2/1,硅灰掺量固定为12%,玻璃粉掺量为10%、20%、30%,依次变化。

先按配合比成型试件:将胶凝材料(包括水泥、硅灰及玻璃粉)搅拌2min,再加砂搅拌1min,之后加水和减水剂搅拌10min左右,浇注到4cm4cm4cm的模具内,覆膜24h后拆模,立即放入20℃养护箱和40℃蒸养箱中养护6d,然后自然冷却1d。测试试件的抗压强度,结果列于表1中。

2 试验结果分析

2.1 水胶比对强度的影响

水胶比对超高性能水泥基材料抗压强度的影响见图2。对比低水胶比和高水胶比两种情况可发现,随着水胶比的降低,超高性能水泥基材料的抗压强度得到提高。相同养护条件下,水胶比从0.20降低至0.16时,超高性能水泥基材料的抗压强度增大,增幅最大可达40MPa。

2.2 玻璃粉对强度的影响

图3为两种水胶比条件下玻璃粉掺量对超高性能水泥基材料抗压强度的影响。由图3可以看出,当玻璃粉掺量在20%以内时,随着玻璃粉掺量的增加,超高性能水泥基材料的抗压强度增大;当玻璃粉掺量为30%时,抗压强度略有下降。故玻璃粉的最佳掺量为20%,此时制备的超高性能水泥基材料抗压强度最高。

2.3 养护制度对强度的影响

图4为养护制度对超高性能水泥基材料抗压强度的影响。由图4可看出,在其他条件相同的情况下,相对于20℃水养的试件,40℃蒸养的试件抗压强度明显提高,增幅最大可超过20MPa。特别是0.20水胶比条件下,40℃蒸养能显著提高超高性能水泥基材料的抗压强度。可见,提高蒸养温度是提高超高性能水泥基材料强度的有效措施之一。

2.4 微观分析

图5为掺有玻璃粉的超高性能水泥基材料试样的SEM照片。从图中可以看出,硬化浆体主要由水化硅酸钙凝胶堆积、连接而成。图中可以看到致密的C-S-H凝胶,而未见板块状的Ca(OH)2晶体。玻璃粉颗粒填充到浆体的孔隙中,提高了微结构的密实性。同时,玻璃粉颗粒表面已经发生水化,并与周围介质连成一体(图5方框内)。玻璃粉的水化作用改善了凝胶体的界面结构,从而使胶凝体系具备了更致密的微结构,这对提高混凝土的耐久性能十分有利。

3 结论

(1)采用普通硅酸盐水泥、硅灰、玻璃粉及高效减水剂可以制备抗压强度超过100MPa的超高性能水泥基材料。

(2)随着水胶比的减小,超高性能水泥基材料的强度增大。

(3)当玻璃粉掺量在20%以内时,作为掺合料加入超高性能水泥基材料中,能改善RPC微观结构,提高其性能。

(4)高温蒸养可加速胶凝材料的水化速度,显著提高超高性能水泥基材料的强度。

参考文献

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[2]刘数华,阎培渝,冯建文.活性粉末混凝土在桥梁工程中的研究和应用[J].公路,2009(3):149-154.

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[4]曲超,赵迪,黄昌满,等.利用废弃玻璃粉制备超高强RPC的机理研究[J].混凝土,2011(5):82-84.

[5]杨南如.无机非金属材料测试方法[M].武汉:武汉工业大学出版社,1996.

[6]LIU Shuhua,YAN Peiyu.Effect of limestone powder onmicrostructure of concrete[J].Journal of Wuhan University ofTechnology(Materials Science Edition),2010(25):328-331.

废弃水泥基材料 第5篇

1 山西省固体废物的排放和综合利用现状

我国制定的《固体废物管理法》中, 将固体废物分为工业固体废弃物 (废渣) 与城市垃圾两类。其中含有毒有害物的成分, 单独分列出一个有毒有害固体废物小类。

从表1可以看出:2005年, 全省工业固体废物产生量11 183万t, 比2000年增长45.33%, 在全国各省中仅低于河北, 排第二位;工业固体废物排放量虽比2000年下降6.39%, 但总量却高居全国首位。山西省是全国煤炭生产第一大省, 因此伴生的煤矸石和发电产生的粉煤灰排放量最大。截至2006年, 山西境内煤矸石累计堆存量达10.77亿t, 占全国总量的1/3, 形成了300多座矸山。每年还以5 000万t的速度增长, 当年综合利用量仅为800万t左右, 利用率仅为26.7%;电厂粉煤灰每年排出量1 800万t, 综合利用量925万t, 利用率仅51.4%, 资源利用水平亟须提高。

处理固体废弃物的原则是无害化、资源化、减量化和安全化。目前能够利用废弃物的工业有水泥及混凝土、发电、冶金、玻璃、砖瓦、石灰和建筑业。而水泥工业是公认的利用量大、范围宽及效果好的行业, 也是首选部门。它不仅能利用废弃物, 还能代替焚烧炉销毁一些有毒有害的即所谓危险废弃物, 这将是 21世纪水泥工业发展的方向之一。

2 水泥工业处理工业固体废物的途径

工业固体废弃物如粉煤灰、煤矸石、钢渣、矿渣、尾矿等可用于生产辅助性胶凝材料。这些辅助性胶凝材料一方面可以替代水泥使用, 大幅度降低水泥用量、提高混凝土工作性能和耐久性;另一方面还可以生产碱激发胶凝材料制品。既有利于工业固体废弃物的综合利用, 亦可以调节水泥工业的产量, 缓解水泥工业对资源、能源的大量消耗和对环境的污染。

例如:1) 粉煤灰和煤矸石可作为铝硅质原料来代替黏土作水泥原料, 一般掺量为10%;同时粉煤灰也可与熟料、石膏粉磨制备粉煤灰水泥;2) 钢渣在国内水泥行业中主要是用作混合材, 作为原料大多是代替硫酸渣进行配料, 不过用量很少, 而且还未得到大量地推广应用;3) 矿渣主要是作为混合材与熟料、石膏一起粉磨, 生产矿渣水泥, 其掺加量可以达到20%以上。

我省水泥企业应用工业固体废弃物技术已经日趋成熟, 效益显著。如山西交城卦山水泥有限公司, 采用当地铁合金厂产生的废渣作原料生产水泥, 用煤矸石发电产生的粉煤灰作水泥混合材和制作空心砖, 形成了“煤矸石发电厂—铁合金厂—水泥厂”一条完善而高效运转的循环经济之路, 使企业成本大幅度降低, 效益成倍增长。

3 水泥工业处理城市生活垃圾的方式

固体废弃物中最难处置的是城市生活垃圾, 如废纸、废塑料等, 其数量大且增长很快, 所以备受关注。传统的焚烧炉处理法, 燃烧温度低, 物料在高温下停留时间短, 废弃物很难完全分解, 可能产生不完全燃烧产物和某些有害气体 (HCl, SO2等) 排入大气, 灰渣还要深埋或处理, 产生对环境的二次污染。新型干法技术所使用的回转窑焚烧温度高, 在负压下工作, 对各种有毒性、易燃性、腐蚀性、反应性的废弃物具有很好的降解作用, 焚烧物中的残渣和绝大部分重金属都被固定在水泥熟料中, 不会产生对环境的二次污染, 因此有很大的优越性。

国外如德国一些水泥厂直接接受垃圾, 经筛分、发酵、除臭或成型后送入窑内燃烧, 适量替代原料和燃料, 生产国际通用标准的普通水泥, 此项技术已经发展成熟, 被广泛应用。

在我国, 目前只有北京水泥厂建立了年处理废物10万t的环保示范工程, 可以处理的废弃物包括工业有害有毒废液、工业污泥和其他固态废弃物、废白土、垃圾焚烧炉渣、垃圾焚烧炉飞灰, 实现了城市工业废物在水泥窑中规模化、自动化、高效、安全、无害化、资源化的处置。我省已投产和即将投产的日产熟料2 000 t以上的大中型新型干法水泥窑有近二十条, 如果都用于处置城市生活垃圾和可燃废料, 将可以带来良好的环保和经济效益。

4 结语

废弃物处理最终要实现无害化、资源化、减量化、社会化和产业化。应用新型干法水泥技术处置工业废弃物、城市生活垃圾, 可使水泥工业对环境的影响由负效应变为正效应。现在, 一种以环保为中心的“环境材料型水泥工业”理念逐渐深入人心, 让我们不断加强技术创新, 加大固体废弃物在水泥工业中的利用, 推动水泥工业循环经济的快速发展。

参考文献

[1]杨文利, 张丽霞.浅析水泥工业利用固体废弃物的途径[A].中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C].2003.

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[5]沈伯雄, 姚强.垃圾衍生燃料 (RDF) 技术概述[J].能源研究与利用, 2002 (2) :12-15.

废弃水泥基材料 第6篇

近年来, 国内外专家在水泥基研究和应用领域取得了很大的进步, 为建材行业节约成本、减少环境影响和能源消耗方面做出了很大贡献。这次为期两天的研讨会邀请了22位中外学者作专题报告, 涵盖了水泥基研究和应用领域近年来的主要研究重点, 包括:原材料资源的合理化应用、水泥工业节能降耗、工业废弃物的资源化利用、新型胶凝材料研发、高性能混凝土与保温隔热混凝土制备和应用、混凝土材料和结构耐久性及全寿命评价等。会议还介绍了一些特种水泥基材料在重大工程中应用的成功案例, 并就水泥基材料可持续发展所面临的问题和机遇进行了热烈的讨论。

中国硅酸盐学会副秘书长潭抚在研讨会上说:“中国硅酸盐学会以《硅酸盐学报》为平台, 在国内举办“可持续发展的水泥基材料与应用国际研讨会”, 携手拉法基集团全球研发中心和清华大学, 我们邀请到了国内外著名专家介绍水泥基材料领域的最新研究成果和应用新技术, 旨在加强中国与国际建筑领域的交流, 推动我国水泥基材料的研究与应用。”

清华大学土木水利学院院务会副主任马智亮教授热烈欢迎水泥基材料研究领域的学者来清华大学参加此次研讨会, 并预祝会议成功。他说“清华大学长期关注土木工程的可持续发展, 包括水泥基材料的高效利用、工业固体废弃物的综合利用等。此次会议提供了一个中外学者交流的平台, 对于促进相关研究与工程应用起到积极作用。”

拉法基集团全球研发高级副总裁PascalCasanova专程从法国参加本次研讨会, 他说:“在拉法基, 我们坚持不断创新, 特别是在可持续建筑领域, 拉法基集团超过一半的研发预算都用于为可持续建筑领域开发新的解决方案。对水泥基材料的研究和应用也是我们推动可持续建筑发展中的重要一环。拉法基也在此领域取得了令人瞩目的成绩, 尤其是高性能混凝土和高温隔热混凝土的研发和应用。同时, 我们非常高兴与中国及世界各地的同行分享经验, 以推出更多创新增值解决方案和高性能产品, 为推动建材领域的可持续发展贡献力量。”

水泥基吸波材料现状及进展 第7篇

1 水泥基吸波材料现状及进展

随着电磁污染的日益加剧和电磁环境的恶化, 建立电磁屏蔽和吸波暗室以防止电磁波的干扰已越来越引起人们的重视。同时, 根据现代化的建筑设计理论, 一些跟电力变压器和部分通讯设施等相关的装备也开始渐渐转入地下, 对地下设施的屏蔽就显得尤为重要。为了防止和阻拦电磁波形式的间谍和窃听活动, 也需要对建筑物采取电磁屏蔽的防护措施。因而既作为结构材料, 又可以通过改性使其具有电磁屏蔽和吸收功能的水泥基复合材料越来越受到关注。

对水泥材料电磁性能的测试也是对水泥材料进行无损检测和成分检测的一种重要手段。通过测试水泥材料电导率的变化可以确定水泥基体与骨料之间结合强度的变化情况, 由此可以得知材料内部的破坏情况;通过测定水泥试样的介电常数的变化或者材料对入射电磁波的反射系数和透射系数的变化, 可以对水泥材料进行成分测定以及水分含量的测定。

水泥材料是民用和军事工程建设中最常用的建筑材料之一, 但水泥本身的电磁屏蔽效能和吸波性能都比较低, 通过对水泥材料加入一定的添加剂进行改性来达到对电磁辐射的屏蔽和吸收是一种简单而且可行的方法。在高性能水泥基复合材料的组成方面, 所用的无机材料大都是Portland水泥和高铝水泥体系, 可用于水泥基体中的吸波组分主要有三类:导电聚合物类、碳类和金属类。其中, 比较常见、应用也比较广的是碳素类 (包括石墨、炭黑及碳纤维) 和金属类 (主要有金属粉、金属纤维和金属片) 。

由于水泥成分比较复杂, 在选择合适的吸波剂时需要注意各掺合物料与水泥骨料之间的各种物理化学变化, 以及各物料的电磁吸波性能, 以确定掺合料的品种和比例, 同时还应充分考虑复合材料的电磁吸收频带、化学活性、颗粒级配和力学性能四个因素。在可供选用的吸波剂中, 考虑到经济性、实用性以及对材料性能的影响, 超微粉纤维以及磁性铁氧体等比较适合配制水泥基电磁吸收复合材料。目前已有的研究也表明, 它们都可以在实验测试的频段内达到-10~-20 d B的吸收效果, 可以满足民用对平板型吸波材料的要求。

2 其它水泥基吸波材料

随着纳米科技的迅速发展, 纳米吸波材料也引起了人们的极大关注。由于纳米颗粒尺寸远小于电磁波波长, 电磁波的透射率要比常规粒子大得多, 使材料具有了更好的匹配特性;同时纳米颗粒的活性和比表面积都远远大于传统吸波粒子, 当电磁波通过纳米吸波材料时, 将有更多微粒产生畴壁共振与涡流损耗, 从而使粒子对电磁波的吸收也大于大颗粒尺寸的吸波材料。将纳米Ti O2粉体掺入水泥净浆中制成10~15m m厚的试样, 发现其在2~18 GHz频段内具有较好的吸收性能。当Ti O2粉体的质量百分比为5wt%时, 反射率超过-10 d B的带宽为4.5GHz, 最大吸收峰值可达-16.34 d B。而且掺加纳米Ti O2粉体, 材料的力学性能会有一定程度的提高。

空心微珠 (或飘珠) 是一种新型的多功能材料, 它是燃煤电厂排出的粉煤灰中的一种细小、轻质、中空的球形颗粒, 其主要成分是硅、铝、铁的氧化物。如果对其进行表面改性处理, 则可以用于电磁波吸收或屏蔽材料的制备。粉煤灰粒径小, 一般只有3~300μm, 比重轻, 具有跟硅微粉类似的性质, 可以用作一种分散剂。以Portland水泥为原料, 粉煤灰为添加剂做成4.3mm厚度的试样, 测得在频率1.0 GHz和1.5GHz时的吸收性能为-4~-8d B。虽然粉煤灰在降低水泥试样电阻率方面比硅微粉差, 但其吸收性能比相同质量百分含量的硅微粉高。这是因为粉煤灰中含有部分Fe2O3, 起到了吸波作用[5]。

硅粉的具体成分为Si O2, 它属于二氧化硅体系透波剂。具有良好的稳定性和力学性能, 在塑料、橡胶、涂料和陶瓷等领域应用非常广泛, 是一种常用的工艺原料。常规Si O2又是无机材料中介电常数极低的物质之一, 具有良好的透波性能, 常被用来作为窗口材料。Kondo等曾以Si O2为基体, 以Ni-Zn铁氧体为吸波剂, 对吸波材料的吸波性能进行了研究, 发现随着复合材料中Si O2含量的增加, 材料的介电常数和磁导率都呈比例下降, 说明复合材料的复电磁参数符合Lichite ne ke r对数混合定律。对复合材料吸波性能的研究结果表明, Ni-Zn铁氧体复合硅粉后可以提高其吸波性能, 吸收达到-20d B的可供选择的厚度范围比单独Ni-Zn铁氧体材料得到拓宽。

参考文献

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[2]熊国宣, 邓敏, 徐玲玲等.隐身材料和隐身混凝土的研究现状与趋势[J].功能材料与器件学报, 2003.

[3]王普照, 谭宏斌, 冯小明等.掺合材石墨不锈钢纤维对水泥基材料电磁屏蔽效能的影响研究[J].铸造技术, 2007.

水泥基材料准静态压缩疲劳试验研究 第8篇

“水泥基材料”是指以水泥作为胶凝材料的工程材料,工程中最常见的有砂浆、水泥石和各种混凝土。如无筋混凝土、钢筋混凝土、聚合物混凝土、纤维混凝土、硅酸盐混凝土等。水泥基材料已被广泛地用于高层建筑、长跨桥、大坝、水电站、隧道、码头等。这些工程在服役期间不可避免的要承受随机或周期性的反复载荷,所以研究水泥基材料在反复载荷下的疲劳特性具有积极意义。

过去人们对素混凝土材料和钢纤维混凝土等水泥基材料的疲劳特性的研究较多[1,2,3,4],但是在亚临界载荷下的准静态压缩疲劳试验研究比较少,且测量水泥基材料的剩余力学性能数据和种类不全。本文重点测试了水泥砂浆在亚临界载荷压缩疲劳下的剩余强度和剩余弹性模量,揭示了其变化规律。

1水泥砂浆试样的准静态压缩疲劳试验

1.1 试件制备

试件尺寸为3030 mm(L=D),如图1,砂浆的力学性能分散性与工艺密切相关,为了尽量减小试件引起的误差,采用的骨料为0.1～ 1 mm之间。砂浆材料配料质量比为砂∶水泥∶水=2∶1∶0.6。试件成型后24 h拆模,之后在HBY-40B 型水泥(混凝土)恒温恒湿标准养护箱里进行标准养护28 d,温度控制在20±1 ℃,湿度95%以上。标准养护后的试样经过磨床水磨加工,以保证试样的平整度、光洁度、垂直度在标准范围内。

1.2 压缩强度和弹性模量的测定

在Instron液压伺服试验机(见图2)上进行上述试样的准静态压缩破坏试验,应变率为10-3/s。通过对几组试件进行试验测定,得到砂浆在应变率为10-3/s准静态下破坏强度σf=22.4 MPa 和弹性模量E=17.9 GPa,测试结果见表1。

1.3 压缩疲劳试验方法与结果

采用Instron液压伺服试验机以90%破坏强度幅值(亚临界载荷)在应变率为10-3/s下对3组试样压缩n(n=1,2,3,)次。并且运用Instron液压伺服试验机分别测量试样各次压缩之后的剩余力学性能σrs(剩余强度)和Er(剩余弹性模量),得到了水泥砂浆试样剩余强度和剩余弹性模量与压缩次数的变化图,分别见图3(a)～(b)。

(a) 剩余强度(b) 剩余杨氏模量

从图3可知:在亚临界准静态压缩疲劳下,水泥砂浆的剩余强度是逐渐减小的,但是剩余弹性模量则是一个先增加后减小的过程,试验结果应深入探讨。

2试验现象分析

疲劳损伤指的是由于重复载荷作用而引起的结构材料受力性能衰减的过程,即疲劳微裂纹的发生、发展、形成宏观裂纹、发生破坏的过程[5]。由于水泥基材料是一种非均匀的多相介质,在制作过程中伴随水化热和质量不均匀等因素,内部产生大量的微裂纹和微空洞。存在微裂纹的水泥基材料在受到循环载荷作用之后,微裂纹将发生改变、扩展、连接并根据载荷幅值大小稳定在一定的开裂水平或者最终破坏。这就是在亚临界压缩载荷下砂浆剩余强度逐渐减小的原因。由于水泥基材料存在微空洞,水泥基材料在受到循环载荷作用之后,将会造成微空洞的坍塌,刚开始疲劳载荷循环的几个周期之内,水泥砂浆试件变得越来越密实,即弹性模量逐渐增加。当疲劳载荷循环到一定程度时,由微裂纹扩展所引起的弱化效应超过微空洞坍塌所引起的弹性模量的增强效应时,此时剩余杨氏模量开始减小。这就是在亚临界压缩载荷下水泥砂浆剩余弹性模量先增大后减小的机理。

3结论

本文采用Instron液压伺服试验机以90%破坏强度幅值,在应变率为10-3/s下对水泥砂浆试样进行压缩疲劳试验,得到了在亚临界压缩载荷下水泥基材料的剩余力学性能的变化规律,也就是其剩余强度是逐渐减小的,而其剩余弹性氏模量则是一个先增大后减小的过程。本试验成果为后续对水泥基材料的深入研究打下了基础。

参考文献

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废弃水泥基材料 第9篇

1实验部分

1.1原料

本试验原料采用华新水泥有限公司生产的P.O. 42.5水泥,实验室自制偏高岭土基抗渗剂,细集料为标准砂,拌合用水为自来水。

1.2仪器与方法

微观检测设备为德国Bruker公司生产的D8 Advance型X射线衍射仪和日本电子株式会社生产的JSM-5610LV扫描电子显微镜。

参照GB/T 8077—2000《水泥净浆流动度》进行净浆流动度及经时变化试验。参照GB/T 17671— 1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》制备、测定砂浆强度。参照JC 474—2008《砂浆、混凝土防水剂》进行抗渗试验。

2结果与讨论

本研究分别从工作性能和力学性能等方面来表征偏高岭土基抗渗剂对水泥基材料性能的影响,并从微结构角度进行了机理探讨。

2.1偏高岭土基抗渗剂对流动度经时变化的影响

偏高岭土基抗渗剂对水泥净浆流动度的影响结果见图1。其中,偏高岭土基抗渗剂的内掺量为水泥质量的10%,水胶比为0.29。由图1可知,偏高岭土基抗渗剂在一定时间内使水泥净浆的流动度逐渐增大,并能较长时间保持良好的流动度;120 min后流动度虽然轻微下降,但仍然具有较好的流动度。这是因为该偏高岭土基抗渗剂的活性分子吸附在偏高岭土的层间结构中,在使用过程中缓慢释放并发挥作用,从而使水泥在一定时间仍保持较好的工作性能。 因此,该偏高岭土基抗渗剂具有良好的保塑效果。

2.2偏高岭土基抗渗剂对砂浆抗渗性的影响

基准砂浆和受检砂浆的3 d与7 d抗渗压力如表1所示。由表1可知,内掺偏高岭土基抗渗剂后, 砂浆的3 d抗渗压力均高于基准砂浆,并且随着偏高岭土基抗渗剂内掺量的增加而增大;内掺偏高岭土基抗渗剂后,砂浆的7 d抗渗压力均大于1.5 MPa,超过JC 474—2008的指标要求。当偏高岭土基抗渗剂内掺量为6%时,受检砂浆3 d的透水压力比达到了200%,满足合格品的要求;当偏高岭土基抗渗剂内掺量超过8%以后,受检砂浆3 d的透水压力比甚至超过一等品的要求。试验结果表明,偏高岭土基抗渗剂能够在短期内迅速提高砂浆的抗渗性,并随龄期增长抗渗强度逐渐升高,满足工程的抗渗要求。

2.3偏高岭土基抗渗剂对砂浆抗压强度的影响

本试验采用B1(纯水泥砂浆),B2(偏高岭土内掺量为10%)和B3(偏高岭土基抗渗剂内掺量为10%) 3种试件,胶砂比为1∶3,流动度控制在(230±5) mm内,确定其水灰比,研究了3种试件的抗压强度,结果如图2所示。

由图2可知,在保证流动度的前提下,偏高岭土直接作为矿物掺合料代替水泥,砂浆的3 d抗压强度不增反减,但中后期抗压强度发展迅速,28 d抗压强度超过了基准。因为偏高岭土颗粒细小易团聚,为了达到相同的工作性能,需增加用水量,所以早期强度会轻微降低。内掺10%偏高岭土基抗渗剂能显著提高砂浆各个龄期的抗压强度,其3 d抗压强度比基准砂浆高了61.6%,28 d抗压强度更是达到了67.6 MPa。结果表明,通过对偏高岭土进行改性制备成偏高岭土基抗渗剂,不仅克服了需水量大的问题,而且可以使其在水泥砂浆中均匀分布,更好地发挥其火山灰活性和填充效应,极大地提高了砂浆的早期力学性能。

2.4物相分析

本试验采用B1(纯水泥砂浆)、B2(偏高岭土内掺量为10%)和B3(偏高岭土基抗渗剂内掺量为10%) 净浆试块,在养护3 d、7 d后取样进行XRD测试,结果见图3。由图3可知,在掺有偏高岭土基抗渗剂的B3试件中,水化产物Ca(OH)2的峰强非常低,这是由于偏高岭土基抗渗剂中活性的氧化铝和氧化硅可促进水泥水化反应生成硅酸钙凝胶,从而降低了对水泥强度和稳定性有不良影响的Ca (OH)2晶体的含量,有效改善了水泥的性能。

1—AFt;2—Ca(OH)2;3—C2S;4—C3S

2.5SEM分析

B2(偏高岭土内掺量为10%)和B3(偏高岭土基抗渗剂内掺量为10%)净浆试块的SEM图见图4。从图4可以看出,B2试件中在3 d时有大量未水化的水泥颗粒和发育不太完全的细针状的钙矾石,而B3试件中形成了密实的C—S—H凝胶结构。C—S—H凝胶填充于水泥颗粒之间,提高了界面过渡区的密实度并减小了界面过渡区的厚度,从而减少了砂浆的总毛细孔隙率,使孔隙彼此间连接变得困难,很好地优化了砂浆内部的孔隙结构,大大提高了其抗渗性能。

3结论