MgO和纳米MgO高性能混凝土微观表征及早龄期性能研究

发布时间：2020-05-29 16:53

【摘要】：为了提高结构的承载能力和使用寿命,建筑工程材料逐步向高强高性能混凝土方向发展,在结构强度和耐久性等方面得到较大改善。在桥梁工程中应用高性能混凝土时,水泥含量相对较高,胶凝材料水化热释放集中,结构体系产生温度收缩变形。结构收缩变形过大时,高性能混凝土内容易产生收缩应力,加剧骨料与水泥浆界面区脆性开裂的可能性,影响体系的耐久性和承载能力,缩短结构的正常使用寿命。在水泥基材料中掺加MgO、CaO或硫铝酸盐膨胀剂,水化形成Mg(OH)2、Ca(OH)2或钙矾石等以提供外体积膨胀量,有效地补偿水泥石的收缩变形。在水化产物结晶生长过程中产生的微膨胀效应能够在结构体系内产生预压应力,在混凝土塑性阶段和凝结硬化阶段足以抵抗早期收缩应力,降低混凝土的收缩开裂。本文通过研究MgO和纳米MgO高性能混凝土的微观结构和早龄期性能,为纳米膨胀材料的工程应用和矿粉对镁质膨胀剂的水化抑制机理提供了有效的数据支持和理论参考。基于膨胀剂在水利结构和普通混凝土中的应用,本文以MgO和纳米MgO在水泥环境中的水化膨胀为研究点,对MgO和纳米MgO混凝土结构的微观表征和早龄期性能及改性试验进行了研究。主要研究内容及结论如下:(1)MgO和纳米MgO基本物化特性及对水泥基本工作性能的作用研究。通过XRD、SEM以及热分析法对MgO和纳米MgO的纯度、粒径尺寸、晶体活性和水化速率等基本物化特性进行了微观表征。基于MgO和纳米MgO的材料特征研究了MgO和纳米MgO对胶凝体系标准稠度用水量、凝结时间和砂浆减水率等水泥基本工作性能的作用机理。试验结果表明纳米MgO晶体颗粒较小,晶格生长完整度较低,分子参与反应的能力较强。MgO显著增大了胶凝体系的标准稠度用水量和凝结时间,MgO掺比达到10%时水泥胶凝体系的凝结时间超出规范要求,严重影响了胶凝材料的质量和使用性能。在相同掺比的膨胀剂作用下水泥-纳米MgO胶凝体系的标准稠度用水量较小,纳米MgO可有效降低了结构内部的孔隙率;纳米MgO掺比大于4%时,胶凝体系的水化阻力有效降低,促进未水化的水泥胶凝颗粒水化,水泥胶凝体系凝结时间显著减小。(2)MgO和纳米MgO高性能混凝土制备及力学和微观性能研究。研究了MgO和纳米MgO膨胀剂在混凝土塑性阶段、凝结硬化阶段和后期强度稳定阶段中对结构强度、韧性和膨胀性能的影响。借助XRD和SEM微观方法分析了MgO和纳米MgO在水泥环境中的水化膨胀作用,结合混凝土的微观结构和膨胀产物的晶体分布对高性能微膨胀混凝土微观性能表征和宏观工作性能的映射机理进行了研究。对比分析MgO和纳米MgO微膨胀混凝土的试验数据,结果显示纳米MgO的作用效果优于MgO膨胀剂。在低水灰比的水泥环境中,纳米MgO水化形成大量的Mg(OH)2棒状晶体,相互交叉生长形成致密结构,提高了结构的力学性能,改善了结构的韧性,晶体生长产生膨胀效果,实现了高性能混凝土的力学性能与膨胀性能的协同发展。(3)活性矿物掺合料对MgO和纳米MgO高性能混凝土的改性试验研究。在低水胶比的混凝土中加入活性矿物掺合料,研究了矿粉环境中MgO和纳米MgO微膨胀混凝土的强度、韧性和膨胀性能的发展趋势。通过SEM和TG-DSC微观试验分析了高性能混凝土中的矿粉活性掺合料对MgO和纳米MgO水化程度和膨胀性能的作用机理,探究了矿粉、MgO和纳米MgO共同作用下高性能混凝土宏观性能和微观结构的演化规律。试验结果表明矿粉活性掺合料有效提高了MgO和纳米MgO混凝土的强度和韧性,但不利于MgO和纳米MgO水化膨胀效应的发展。结合微观数据分析,矿粉掺比达到40%时胶凝体系OH-离子浓度降低,对MgO和纳米MgO的水化程度和有效膨胀效能产生了不利影响,并削弱了高性能混凝土结构的体积膨胀变形;纳米MgO对水泥浆体碱度变化的敏感性较大,碱度降低严重阻碍了纳米MgO的水化进程。
【图文】：

料逡逑是混凝土的重要组分，作为无机胶凝粉状材料，、石等集料以及拌合水搅拌混合后形成混凝土拌合粗骨料间紧密胶结，，使混凝土结构具有承载能力泥材料采用泰安中联水泥厂生产的Ｐ＇邋ＩＩ邋５２．５级硅１所示。根据ＧＢ邋１７５－２００７《通用硅酸盐水泥》标基本性能和有害成分，结果如表２－１和表２－２所示。水泥的安定性、凝结时间、抗压强度和抗折强度；硅酸盐水泥的Ｓ０３含量、ＣＬ？含量、碱含量和不指标值。逡逑

逡逑图２－２粗集料逦图２－３细集料逡逑本试验的粗集料采用济南鲁平建材有限公司生产的５？１６ｍｍ粒径的碎石，逡逑骨料颗粒级配良好；细集料采用泰安市汶河砂场生产的河砂，如图２－２和图２－３逡逑所示。碎石和河砂样品根据ＧＢＡＴ邋１４６８５－２０１１《混凝土用碎石或卵石质量标准及逡逑检验方法》和ＪＧＪ邋５２－２００６《建筑用砂》等规范的具体试验规程进行检测，粗集逡逑料和细集料基本性能指标的检测结果如表２－３和表２－４所示。粗集料的针片状逡逑颗粒含量、含泥量和压碎值均低于规范指标值，表观密度、松散堆积密度和振逡逑１７逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U444

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 王婧;;MgO含量对高炉渣SiO_2-CaO-MgO-Al_2O_3渣系的影响[J];兰州文理学院学报(自然科学版);2017年02期

2 罗果萍;赵彬;刘景权;郝志忠;;包钢含MgO球团矿矿相结构与冶金性能研究[J];烧结球团;2015年05期

3 张中中;阮志勇;罗秀传;王子宏;陈伟兰;;MgO对烧结过程及烧结矿性能影响的试验研究[J];柳钢科技;2014年01期

4 邓晓波;刘然;王杏娟;;硼铁矿碳热还原氮化过程中MgO的失重[J];河北冶金;2013年02期

5 李明吉;王秀锋;李红姬;吴小国;曲长庆;杨保和;;单晶MgO纳米带的生长特性和发光性能[J];无机化学学报;2013年06期

6 黄利美;邓敏;莫立武;;粉煤灰对外掺轻烧MgO水泥浆体膨胀的影响[J];混凝土;2011年09期

7 毛雪松;顾华志;汪厚植;;添加熔融石英对MgO材料抗热震性的影响[J];稀有金属材料与工程;2007年S2期

8 姜鑫;吴钢生;金明芳;沈峰满;;MgO对烧结矿软熔性能的影响[J];东北大学学报;2006年12期

9 李少鹏;;外掺MgO砼快速筑拱坝新技术在广东省的应用[J];广东水利水电;2006年S1期

10 韩宝军;徐洲;;铸造法制备MgO增强铜基复合材料的研究[J];特种铸造及有色合金;2005年12期

相关会议论文 前10条

1 李文英;;承钢烧结矿降低MgO含量生产实践[A];2011年河北省炼铁技术暨学术年会论文集[C];2011年

2 夏星;范玉锋;郭滨刚;刘纯亮;;等离子体显示器中MgO介质保护膜结构和放电性能研究[A];中国物理学会静电专业委员会第十二届学术年会论文集[C];2005年

3 姜鑫;吴钢生;李光森;魏国;沈峰满;;MgO对烧结矿软熔性能的影响[A];2006年全国炼铁生产技术会议暨炼铁年会文集[C];2006年

4 吴胜利;韩宏亮;朱锦明;冯根生;张作程;;烧结矿中MgO作用机理的试验研究[A];2008年全国炼铁生产技术会议暨炼铁年会文集（上册）[C];2008年

5 任雪红;张文生;叶家元;;MgO对熟料烧成及性能的影响[A];中国硅酸盐学会水泥分会第六届学术年会论文摘要集[C];2016年

6 李华;李刚;;高炉渣MgO化验分析方法的改进[A];山东省金属学会理化检验学术委员会理化检验学术交流会论文集[C];2009年

7 张永明;贾彦忠;;熔剂性含MgO球团矿特点及生产实践[A];2004年全国炼铁生产技术暨炼铁年会文集[C];2004年

8 袁明道;杨光华;;MgO微膨胀混凝土自生体积变形的计算与原型观测的对比分析[A];中国水利学会首届青年科技论坛论文集[C];2003年

9 张国新;杨卫中;罗恒;杨波;;MgO微膨胀混凝土的温降补偿在三江拱坝的研究和应用[A];2004年全国碾压混凝土坝筑坝技术交流会论文集[C];2004年

10 盛力;张立峰;李亚琼;侯新梅;;铝镇静钢钢液对MgO质耐火材料侵蚀的研究[A];第十九届（2016年）全国炼钢学术会议大会报告及论文摘要集[C];2016年

相关重要报纸文章 前3条

1 宏济;优化MgO配比改善烧结矿还原性的研究[N];世界金属导报;2016年

2 高宏适;添加MgO对高炉出铁口耐火泥特性影响[N];世界金属导报;2012年

3 全荣;转炉炼钢用溶剂和耐火材料中MgO溶解行为的研究[N];世界金属导报;2014年

相关博士学位论文 前10条

1 曹梦雄;辐照引起的MgO单晶缺陷及磁性研究[D];南京理工大学;2018年

2 阿齐（Abdulaziz Alhussein）;MgO基耐火材料与Fe-Al合金相互作用的研究[D];北京科技大学;2019年

3 郭家俊;非晶MgO和HfO_2薄膜的阻变效应与磁性研究[D];河北师范大学;2018年

4 陶绍平;钢包内衬用MgO基和Al_2O_3基耐火材料对钢质量的影响研究[D];郑州大学;2007年

5 高强健;MgO基球团添加剂制备及对球团矿质量影响的机理研究[D];东北大学;2014年

6 周妍;对称破缺与ZnO、MgO纳米晶形成过程[D];兰州大学;2013年

7 王科;单晶MgO基片化学机械抛光机理与工艺研究[D];大连理工大学;2010年

8 栾彩娜;TiO_2、MgO基底氧化锡外延薄膜的结构和光电性质研究[D];山东大学;2012年

9 王振;制备MgO晶体电弧炉的建模研究[D];大连理工大学;2011年

10 董志刚;单晶MgO微观力学行为和磨粒加工表面层损伤[D];大连理工大学;2010年

相关硕士学位论文 前10条

1 张雪;MgO和纳米MgO高性能混凝土微观表征及早龄期性能研究[D];山东大学;2019年

2 张和;MgO·1.8Al_2O_3透明陶瓷的水基凝胶注模成型与制备研究[D];武汉理工大学;2018年

3 魏晓慧;小粒径纳米MgO及其静电纺丝纤维毡的制备和性能评价[D];天津科技大学;2018年

4 袁泽;MgO·nAl_2O_3(n=1~2)透明陶瓷的制备研究探索[D];武汉理工大学;2015年

5 周骏宇;MgO对碱矿渣砂浆固化氯离子性能影响研究[D];福州大学;2017年

6 王宏伟;活性MgO/碱-粉煤灰固化淤泥力学特性与微观机理研究[D];武汉大学;2018年

7 高慧芳;粒度和形貌对纳米MgO吸附热力学与动力学的研究[D];太原理工大学;2018年

8 郭会强;基于MgO的非双势垒磁性隧道结输运和噪声特性的研究[D];郑州大学;2015年

9 李召峰;优化钢渣物相组成、控制MgO分布及其机理研究[D];济南大学;2011年

10 何环宇;低硅铁冶炼与炉渣MgO含量对生铁含硅量的影响研究[D];武汉科技大学;2002年

本文编号：2687220