纳米锂铝类水滑石对硫铝酸盐水泥水化硬化影响研究

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纳米材料因为具有小尺寸效应、表面效应等特性而被广泛的应用于各种研究中。水泥是世界上使用最多的建筑材料,作为混凝土的主要粘合剂而被广泛的应用于基础建设,这是因为它具有成本低、强度高等优良特性,而硫铝酸盐水泥(CSA)更是拥有早期强度高、碱性较低、抗冻性好等优点而备受欢迎。随着纳米材料技术的快速发展,其制备工艺日渐成熟,纳米材料在水泥中的应用也越来越广泛。本文主要针对纳米锂铝类水滑石(LiAl-layered doublehydroxides,LiAl-LDHs)对CSA水泥水化硬化性能影响进行探究。主要研究内容和结论如下:(1)研究了不同水灰比和不同掺量LiAl-LDHs在常温下对CSA水泥水化硬化性能的影响。测试了水泥试件的抗压强度和凝结时间,并通过水化热、热分析(TG-DTG/DTA)、X射线衍射(XRD)等对影响机理进行讨论。研究表明,LiAl-LDHs并不会诱导水泥水化反应产生新的物质,其在水泥水化过程中起到晶核作用、填充作用和阻碍作用,该纳米材料在不同水灰比下均可显著缩短水泥浆体的凝结时间,对抗压强度的影响随水灰比的不同而有所差异,对于w/c为0.3、0.4和0.5的试件,当抗压强度最高时所对应的纳米材料掺量分别为0.6%,1%和1%。抗压强度增长率随水灰比的增加而变大。(2)研究了柠檬酸缓凝剂对CSA水泥的影响,并探究了柠檬酸与LiAl-LDHs混合使用对CSA水泥水化硬化影响的问题。实验设计了三个水灰比,每个水灰比设计三组实验,分别为空白组、柠檬酸组和LiAl-LDHs+柠檬酸组,采用萘系减水剂和柠檬酸控制后两组的凝结时间和流动性基本相同。实验测试了抗压强度、水化热、XRD和TG-DTA。研究表明,柠檬酸与LiAl-LDHs不能在CSA水泥中混合使用。(3)研究了不同温度下LiAl-LDHs对CSA水泥水化硬化性能的影响。制备了不同LiAl-LDHs掺量的硫铝酸盐水泥试件并分别在10℃、20℃、30℃下进行养护。测试了试件的抗压强度、凝结时间、扩展度、水化热和XRD。研究表明,LiAl-LDHs对硫铝酸盐水泥硬化体抗压强度的影响随随温度和龄期的不同而不同。10°C下,LiAl-LDHs可显著提高水泥块1d抗压强度,20℃和30℃下强度提升不明显。LiAl-LDHs对3d和7d强度的提升均低于20%,掺量较高时,28d抗压强度出现倒缩现象。进一步研究了-10℃条件下LiAl-LDHs对CSA水化硬化的影响,测试了凝结时间、抗压强度、TG、XRD、NMR(核磁共振)和MIP(孔结构)。研究表明,在-10°C条件下该纳米材料可显著缩短CSA水泥浆体凝结时间;随纳米材料掺量增加,强度逐步提升且存在最佳掺量,掺量为1%的水泥试件抗压强度是空白组的5.5倍。
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