研究了不同活性MgO含量(60.4%、46.7%、45.9%)对改性硫氧镁水泥强度的影响规律,并结合XRD、SEM等方法分析了其影响机理。结果表明:改性硫氧镁水泥试件的抗压强度均随n(MgO)∶n(MgSO4)的增大而增大;用活性含量为45.9%的MgO制备的水泥试件各龄期抗压强度均高于活性含量为46.7%和60.4%的MgO;改性硫氧镁水泥样品的主要成分为MgO、Mg(OH)2和5Mg(OH)2·MgSO4·7H2O相(5·1·7相),随着养护时间的延长,5·1·7相的衍射峰增强;样品内生成大量针棒状晶体,存在较多空隙。

通过强度、干密度测试以及XRD、FTIR、SEM分析,研究了纳米C-S-H对固硫灰蒸压加气混凝土性能及水化产物的影响。结果表明:随着纳米C-S-H掺量的增加,蒸压加气混凝土的干密度和抗压强度均呈先增后降的趋势,且当纳米C-S-H掺量为3%时,蒸压加气混凝土的抗压强度最大,较空白组提高了13.2%;在蒸压养护条件下,纳米C-S-H的掺入一方面促进了体系中的Ca(OH)2与固硫灰中的活性SiO2和Al2O3反应,形成了更多的托贝莫来石和C-S-H凝胶,另一方面加速了托贝莫来石和C-S-H凝胶的生长速度,形成了尺寸更大的反应产物;纳米C-S-H的掺入降低了蒸压加气混凝土中的孔洞率,提高了蒸压加气混凝土的密实度和强度;固硫灰中的三种主要物相与Ca(OH)2的蒸压反应活性大小为薄片叠层状的黏土矿物热分解产物最高,带棱角粒状的石英颗粒次之,球状的铝硅酸钙物相最低。

研究了水泥用量、水胶比、砂率对超硫酸盐水泥混凝土力学性能和抗碳化性能的影响,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)测试方法对比分析了超硫酸盐水泥混凝土与矿渣水泥混凝土的微观形貌和水化产物的差异。结果表明:当水泥用量为8%时,超硫酸盐水泥混凝土的力学性能较佳,但抗碳化性能较差;当水胶比为0.35时,超硫酸盐水泥混凝土的性能最佳;当砂率为40%时,超硫酸盐水泥混凝土的性能最佳;超硫酸盐水泥的主要水化产物是AFt和C-S-H凝胶,缺少硅酸盐水泥中常见的Ca(OH)2;相较于矿渣水泥混凝土,超硫酸盐水泥混凝土的微观结构致密性较差。

研究了-5℃环境条件下,不同掺量的碳酸锂单掺及与硝酸钠复掺对风电灌浆料的流动度、5 h抗压强度和收缩率的影响,并采用HEA膨胀剂进行性能优化。结果表明:碳酸锂的掺入会降低灌浆料的流动度,且随着掺量的增加,流动度的降低幅度增加,硝酸钠对灌浆料流动度的影响相对较小;碳酸锂与硝酸钠复掺能显著提高灌浆料的5 h抗压强度;相较于碳酸锂单掺,碳酸锂与硝酸钠复掺显著提高了水化产物的生成速率,但早期强度发展过快会使灌浆料的收缩较大;当HEA膨胀剂掺量为0.6%~0.8%时,灌浆料具有较好的流动性、抗压强度及微膨胀特性。

研究了经过化学螯合稳定化处理后的城市生活垃圾焚烧飞灰(CFA)对水泥浆体凝结时间、抗压强度、电阻率和水化产物的影响规律。结果表明,掺入CFA后,水泥浆体的凝结时间缩短,在3 d和28 d龄期时生成了水化产物Friedel盐,且水泥浆体的液相离子浓度增大,电阻率减小;当CFA掺量为5%时,硬化水泥浆体7 d龄期内的抗压强度提高,但28 d抗压强度降低;当CFA掺量从10%增大到60%时,硬化水泥浆体的抗压强度均小于空白组,并逐渐降低。

富硅镁冶金镍渣是一种具有潜在火山灰活性的固体废弃物,可通过超细硅灰改性激发潜在活性,使其在硅酸盐水泥中火山灰反应充分,形成致密的网络状C-S-H凝胶,针刺状AFt等水化产物。抗压强度、粒度分布、比表面积、水化热、孔径分布、TG-DSC、SEM等宏观及微观测试表明,熟料∶镍渣∶硅灰∶石膏=85%∶5%∶5%∶5%体系的28d抗压强度可达67.1MPa,较空白样高近7MPa;水化诱导前期放热量峰值为0.19379J/g,水化加速期放热量峰值为0.25262J/g;体系1的28d水化试样粉末2~50nm细孔所占比例为51%,可明显观察到C-S-H凝胶,AFt等水化产物。

以磷渣-粉煤灰复合辅助性胶凝材料为对象,研究了不同磷渣掺量对低等级粉煤灰的需水量比、活性指数以及与减水剂适应性的影响,并利用XRD,SEM,TG等测试手段探究磷渣-粉煤灰-水泥体系的相互作用机理。结果表明,磷渣的掺入有助于降低粉煤灰需水量比、提高粉煤灰的活性指数,改善与外加剂的适应性,磷渣-粉煤灰-水泥体系的水化产物主要包含Ca(OH)_2、AFt、CaCO_3、C-S-H凝胶。

利用自主研发的旋转空蚀设备对不同龄期的硬化水泥净浆和硬化水泥砂浆进行连续空蚀试验,观察分析空蚀区和磨蚀区破坏方式的异同,并利用SEM、EDX、XRD、TG&DSC等分析手段观察空蚀对于水泥基材料壁面的破坏形貌,研究空蚀过程对水泥水化产物的破坏。试验结果表明,经过2 h连续不断地空蚀试验破坏,水泥基材料表面尖锐的边缘发生钝化,表现为片状,杆状晶体基本消失,形成熔融组织。空蚀对水泥净浆表面的破坏不仅是简单的力学破坏,同时空蚀效应可以造成水泥水化产物的部分分解,其破坏形式为热分解。具体而言,经过2 h旋转空蚀试验后的28 d水泥净浆试样,水化凝胶损失量不低于30%,氢氧化钙的损失量在25%以上,对硬化水泥浆体的劣化有较为显著的影响。

采用X射线半定量分析方法研究了在快硬混凝土中掺加缓凝剂和促硬剂对硫铝酸盐水泥凝结时间、水化历程、水化产物种类的影响。结果表明:快硬硫铝酸盐水泥的水化产物主要有AFt、AFm、C4AH13及Al(OH)3,而C2S的水化非常缓慢;快硬硫铝酸盐水泥快凝早强的主要原因是AFt的生成,而后期强度发展停滞甚至倒缩的原因主要是AFt向AFm的转化,后期C2S的水化可能弥补这一缺陷;缓凝剂的作用是阻碍了C4A3S軈和铁铝矿物的水化,并且抑制了AFt向AFm的转化;促硬剂的作用是与缓凝剂发生化学反应,终止了缓凝作用,使硫铝酸盐型水泥矿物恢复正常水化。

根据长沙国金中心混凝土400m以上超高层泵送冬季施工情况,通过改变胶凝材料组分及含量,设计九组不同的配合比制备高性能混凝土,分别对其工作性能、力学性能、水化产物等方面进行分析,并结合工程应用,得出混凝土冬季环境下工作性能、力学性能变化的相关规律。结果表明,硅灰在超高层泵送混凝土中掺量为3%~5%比较适宜,对混凝土工作性能指标改善明显,压力泌水率保持在20%以内,扩展度达到700mm以上无泌水现象;硅灰具备火山灰效应及填充作用,可提高混凝土的强度;采用热水生产法、罐车保温法、泵管保温法、配合比优化法等方法后,在5℃左右养护温度下,C50混凝土构件实体抗压强度在浇筑后36h达到25MPa,72h后达到38MPa,拥有较高的早期强度,满足冬季施工进度要求。