渠道衬砌膨胀混凝土力学特性试验研究

在水灰比保持不变的条件下,通过正交试验研究了膨胀剂AEA掺量、粉煤灰掺量及养护条件对混凝土膨胀率和强度的影响规律,提出了强度等级达到C15、自由膨胀率最大的渠道衬砌补偿收缩混凝土最优配合比.结果表明:随着膨胀剂掺量的增大,混凝土膨胀率先升后降,混凝土28d强度有一定幅度的降低;在试验条件下,膨胀剂AEA掺量为水泥质量的12%、粉煤灰掺量为水泥质量的30%及养护条件为水中养护时,混凝土的膨胀率达到最大,强度亦满足渠道衬砌要求.这表明,在渠道衬砌工程中应用微膨胀混凝土是完全可行的.     

掺合料和水胶比对水泥基材料水化产物和力学性能的影响

掺合料和水胶比是影响混凝土性能发展的重要因素。该研究结合纯硅酸盐水泥和掺合料的水化反应机理,推导出复合水泥基材料的水化产物、理论最大掺量和孔隙率的计算公式,探究粉煤灰、钢渣和锂渣掺量对水化产物、孔隙率以及砂浆力学性能的影响,并推算出3种掺合料在混凝土中的理论最大掺量。结果表明:同掺量的粉煤灰、钢渣和锂渣掺入后,复合胶凝材料水化产物CH、CSH和总孔隙率较纯水泥砂浆要小;相比4种砂浆中水化产物而言,按水化产物CSH含量排序为水泥砂浆水泥-锂渣砂浆水泥-钢渣砂浆水泥-粉煤灰砂浆;按总孔隙率大小排序为水泥-钢渣砂浆水泥-粉煤灰砂浆水泥-锂渣砂浆水泥砂浆;按理论最大掺量值大小排序为粉煤灰锂渣钢渣。经砂浆力学性能测试发现:当掺量为20%时,水泥-锂渣砂浆后期的抗压强度优于纯水泥砂浆,若掺量再增加时,水泥-粉煤灰砂浆、水泥-锂渣砂浆和水泥-钢渣砂浆的力学性能均低于纯水泥砂浆。综合上述研究发现锂渣的活性较钢渣和粉煤灰要好,该研究可为掺合料在砂浆和混凝土中的使用提供参考。     

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。     

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。     

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。     

高原低气压环境对引气混凝土含气量及气泡稳定性的影响

该文利用低气压试验箱模拟高原气压环境,试验研究了不同配合比及初始含气量水平下环境气压的降低对引气混凝土含气量及其气泡稳定性的影响。结果表明:与常压相比,环境气压的降低能够显著削弱引气剂的引气能力,当混凝土配合比及引气剂掺量一定时,混凝土含气量随环境气压降低呈线性减少,当环境气压降低至50 k Pa时,混凝土含气量降低约20%~49%。另外,低气压条件下混凝土气泡稳定性变差,具体表现为混凝土含气量经时损失变大,延长振捣时间导致低压混凝土损失更多气泡,二者均使低压下硬化混凝土的气泡间距系数增大,影响混凝土抗冻性。因此,在高原地区应通过采取优选引气剂类型、增大引气剂掺量以及避免过振等技术措施,以确保高原地区引气混凝土含气量能够达到抗冻设计要求。     

泥石流防治工程混凝土材料的抗冲磨性能

[目的] 开展在混凝土中复掺纳米二氧化硅、微硅粉、聚丙烯纤维等材料,增强工程耐磨性的试验研究,探讨复掺材料掺量变化影响抗冲磨强度的规律,旨在为泥石流防护工程建设中抗冲磨混凝土的配合比设计提供科学参考。[方法] 采用正交试验设计的水下钢球法对混凝土试件进行水下冲磨试验,得出了复掺纳米二氧化硅、微硅粉、聚丙烯纤维的混凝土试件的抗冲磨强度。[结果] 在选定的掺量范围内,混凝土试件的抗冲磨强度随纳米二氧化硅的增加先增大再减小,在掺量为1.5%时达到最大值;随微硅粉的增加而增大,在掺量为12%时达到最大值;随聚丙烯纤维的增加先减小再增大,在掺量为1.8 kg/m³时达到最大值;随着引气剂的增加先减小再增大,在掺量为0.005%时达到最大值。[结论] 影响混凝土抗冲磨性能最为显著的因素是纳米二氧化硅掺量,其次是聚丙烯纤维,再次是微硅粉,最后是引气剂。     

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。     

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。     

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。     

灰分混凝土与钢筋粘结性能试验及粘结滑移本构模型研究

为建立适用于灰分混凝土与月牙纹钢筋的粘结-滑移（?-s）本构模型,将灰分等量替代水泥质量的0、5%、10%、15%掺入混凝土中,用以制备C20、C30、C40强度等级的灰分混凝土粘结试件。采用中心拔出的方法,获得灰分混凝土与月牙纹钢筋?1-s1曲线;在?1-s1曲线基础上,建立灰分混凝土与3种不同直径（12、16、20 mm）月牙纹钢筋?-s本构模型;并通过扫描电镜法从微观角度解释不同灰分掺量下灰分混凝土?1-s1曲线的变化原因;最后利用ABAQUS中的spring2单元对中心拔出试验进行仿真模拟以验证该文提出的?-s本构模型。试验结果表明：灰分混凝土与月牙纹钢筋的粘结破坏模式主要为混凝土劈裂破坏和拔出破坏,劈裂-拔出破坏仅出现在灰分掺量15%、混凝土设计强度等级C20、钢筋直径12 mm的粘结试件中;当灰分掺量为5%时,混凝土微观结构连续密实,粘结性能最优,灰分掺量增至15%,引起混凝土微观形貌由连续密实向疏松多孔转变,导致混凝土劈裂抗拉强度降低52%,灰分混凝土与月牙纹钢筋粘结性能相应减弱,?-s本构模型中形状参数也随掺量的改变而改变。该文提出的?-s本构模型曲线拟合决定系数为0.94,拟合曲线决定系数方差为0.001,相对于Harajli?-s本构模型拟合曲线决定系数方差0.002降低了50%,其拟合稳定程度优于Harajli?-s本构模型。     

秸秆灰混凝土力学性能试验及强度预测

为了优化混凝性能,减少水泥产业耗能,尝试采用以部分秸秆灰替代水泥制备混凝土。该文通过试验对油菜秸秆灰混凝土拉压性能进行了研究,得到秸秆灰质量分数和水胶比对秸秆灰混凝土拉压性能的影响规律,如当秸秆灰质量分数增大时,混凝土拉压性能呈下降趋势;当水胶比过大时,混凝土力学性能急剧下降。同时提出秸秆灰混凝土抗拉性能与抗压性能间的线性函数关系以及混凝土轴心抗压强度计算公式,并与其他混凝土抗压强度公式进行比对验证。采用小波神经网络的预测方法,引入随机函数,对试验数据抽样进行训练,而后预测数据并与试验数据进行比对,计算误差,并将预测数据用于该文提出的拉压公式进行验证,结果表明验证较好。最后试验结果表明:当秸秆灰替代掺量为10%时,秸秆灰混凝土劈裂抗拉强度下降了25%,抗压强度仅下降了8%;当替代掺量为20%时,抗压强度下降了31%。     

风积沙混凝土的抗冻性与冻融损伤机理分析

为探讨沙漠沙(又名风积沙)替代河砂对低温环境下混凝土的耐久性能影响,按照风积沙替代河砂质量的20%、40%、60%、80%、100%共设计了5种强度等级为C25的风积沙混凝土(aeolian sand concrete,ASC)。采用加速试验方法研究了风积沙混凝土在冻融条件下的损伤失效规律,借助环境电镜扫描(environmental scanning electron microscope,ESEM)、应变监测和核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)等测试手段得到了风积沙混凝土的损伤机理。研究发现风积沙掺量80%以上的混凝土冻融次数超过200次,冻融损伤残余应变小,内部封闭小孔隙数量多对冻融损伤的抑制阻碍作用增强。结果表明风积沙混凝土的抗冻性能随着风积沙掺量的增加而提高,掺量为100%的风积沙混凝土的抗冻性最好。该研究可为风积沙混凝土大范围应用于寒区渠道衬砌及水利设施建设提供理论依据。     

植被混凝土基材崩解特性试验研究

应用设计好的试验装置,对3组不同水泥掺入比的植被混凝土基材进行了崩解试验,阐述了植被混凝土基材遇水时的崩解机理。试验结果表明:水泥掺入比对植被混凝土基材总孔隙率的影响是抑制基材崩解的主要原因,掺有水泥的植被混凝土基材的崩解速率明显低于未掺水泥的基材样品,基材崩解速率随水泥掺入比的加大而降低。依据获得的试验数据分析得出了基材应用效果不佳的原因并提出了建议,可为植被混凝土基材的改良提供一定的理论基础。     

气压环境对不同引气剂性能及引气混凝土气孔结构的影响

为研究不同气压环境下引气剂的引气行为特征及其对引气混凝土气孔分布特征的影响,该文通过引气水泥稀浆溶液摇泡试验及硬化混凝土气孔结构分析,获得不同气压环境对烷基磺酸盐类、皂甙类及聚醚类3种类型引气剂的起泡能力、气泡衰减行为及混凝土气孔分布特征的影响规律。结果表明,气压降低导致引气剂引气能力下降,相较于常压(101 kPa),低气压(64 kPa)时3种引气剂引气能力分别下降30.1%(磺酸盐类)、28.1%(皂苷类)及22.0%(聚醚类)。同时,气压降低导致引气气泡寿命缩短,气泡稳定性下降,引气结束15 min时,低压64 kPa下各引气剂的留存气泡体积占比分别为10%(磺酸盐)、17%(皂苷类)及29%(聚醚类),而常压101 kPa时该值分别为25%(磺酸盐)、38%(皂苷类)及49%(聚醚类)。在混凝土硬化过程中,因低气压引气混凝土气泡稳定性较差而导致其含气量损失约0.6%～1.2%,而常压下该值为0.3%～0.5%。低压引气混凝土气孔结构参数要劣于常压引气混凝土,具体表现为单位体积气泡数量减少,气泡间距系数增大且气泡比表面积减小。因此,建议在高原地区采取提高抗冻混凝土含气量设计值、优选并研发高原型引气剂及避免对引气混凝土过分扰动等技术措施,以确保高原地区引气混凝土达到抗冻耐久性所需的含气量值。     

水泥固化锌污染红粘土强度与微观孔隙特征

污染场地开挖置换后的污染土经过固化处理（S/S法）,可作为浅层地基或护岸等非敏感区域的建筑材料,进行污染土的二次利用。针对该项技术,将一定量硝酸锌溶液与风干后红粘土混合,掺入适量水泥,并搅拌均匀、压实成型,标准养护7 d和28 d后依次进行无侧限抗压实验、压汞实验和含水率、体积等指标的测定,研究不同锌离子浓度、水泥掺量和养护龄期对锌污染红粘土水泥固化产物强度、微观孔隙和含水率等的影响。实验结果表明：水泥掺量在10%以内,锌离子浓度小于5000 mg·kg-1,固化物强度随龄期增长而增加;锌离子浓度大于5000 mg·kg-1,强度随龄期增长而先增加后减小。水泥掺量6%和8%时,固化物强度与锌离子浓度呈负相关;而水泥掺量10%时,锌离子浓度对强度的影响存在阈值,且阈值在1000 mg·kg-1附近。与不含锌离子的28 d固化物相比,锌离子浓度小于1000 mg·kg-1时,固化产物孔径小于10 nm的孔隙增加,孔径大于10μm的孔隙减少,强度提高;锌离子浓度在大于1000 mg·kg-1时,严重阻碍C-S-H凝胶物的生成,10μm以上的孔隙和总孔隙率均显著增加,并且生成大量孔径为0.1~10μm的无定型物,同时使红粘土出现亲水性,养护过程中吸收水分且体积增加,强度则大幅度降低。     

外掺植物纤维对冻融作用下植被混凝土抗剪强度的影响

[目的]研究外掺2种植物纤维对冻融作用下植被混凝土抗剪强度的影响,为植被混凝土生态防护技术在高寒地区的应用提供科学依据。[方法]参考相关标准(GB/T50082-2009)中的慢冻法,采用2因素3水平全面交叉试验开展研究。[结果]未掺植物纤维的植被混凝土,冻融后黏聚力显著减小,内摩擦角变化不明显。掺入植物纤维可使经受5次冻融循环作用后植被混凝土的内摩擦角平均增加5°左右,并且随植物纤维掺量的增加,内摩擦角变化无明显规律,黏聚力则呈先增加后减小的趋势。表明纤维加筋对黏聚力的贡献存在临界掺量。棕纤维掺量对黏聚力的影响比黄麻纤维掺量更为敏感。[结论]外掺植物纤维可有效改善植被混凝土抵抗冻融破坏的能力,棕纤维和黄麻纤维的建议掺入比为0.6%和0.6%,具备推广应用前景。     

秸秆灰分混凝土与钢筋粘结性能试验及粘结滑移本构模型研究

为建立适用于灰分混凝土与月牙纹钢筋的粘结-滑移(τ-s)本构模型,将灰分等量替代水泥质量的0、5%、10%、15%掺入混凝土中,用以制备C20、C30、C40强度等级的灰分混凝土粘结试件。采用中心拔出的方法,获得灰分混凝土与月牙纹钢筋τ_1-s_1曲线;在τ_1-s_1曲线基础上,建立灰分混凝土与3种不同直径(12、16、20 mm)月牙纹钢筋τ-s本构模型;并通过扫描电镜法从微观角度解释不同灰分掺量下灰分混凝土τ_1-s_1曲线的变化原因;最后利用ABAQUS中的spring2单元对中心拔出试验进行仿真模拟以验证该文提出的τ-s本构模型。试验结果表明:灰分混凝土与月牙纹钢筋的粘结破坏模式主要为混凝土劈裂破坏和拔出破坏,劈裂-拔出破坏仅出现在灰分掺量15%、混凝土设计强度等级C20、钢筋直径12 mm的粘结试件中;当灰分掺量为5%时,混凝土微观结构连续密实,粘结性能最优,灰分掺量增至15%,引起混凝土微观形貌由连续密实向疏松多孔转变,导致混凝土劈裂抗拉强度降低52%,灰分混凝土与月牙纹钢筋粘结性能相应减弱,τ-s本构模型中形状参数也随掺量的改变而改变。该文提出的τ-s本构模型曲线拟合决定系数为0.94,拟合曲线决定系数方差为0.001,相对于Harajliτ-s本构模型拟合曲线决定系数方差0.002降低了50%,其拟合稳定程度优于Harajliτ-s本构模型。     

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。