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。     

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。     

荷载与腐蚀冻融耦合作用下再生混凝土耐久性能试验

现有的荷载与环境多因素研究大多是通过给试块设计安装一套夹具,然后拧紧螺丝或者用千斤顶对试块施加荷载（应力）,再用此带着夹具的试块进耐久性试验,此方法操作困难、繁琐,极易发生应力损失,使研究的准确性急剧降低。该文提出了一种具有操作简便、控制精准等优点的耦合作用机制,采用先加载再腐蚀冻融,且以此循环作用的方式来模拟混凝土真实工作状态,并对普通混凝土及再生混凝土在多因素耦合作用下耐久性能进行研究。该文试验加载制度分别采用0、40%、70%应力水平的重复荷载与25次腐蚀冻融交替2次,并对此耦合作用下再生混凝土与普通混凝土进行了宏观和微细观试验研究。试验结果显示：在宏观方面,随着应力水平的从0增加至70%,再生混凝土和普通混凝土的抗压强度损失率分别增加27.2%和100%,再生混凝土在多因素耦合作用下的耐久性能表现更佳,荷载会使普通混凝土和再生混凝土的劣化速度加快;在微观方面,在腐蚀冻融50次后,再生混凝土和普通混凝土的显微硬度损失率分别为8.1%和23.8%,环境扫描电镜（environmental scanning electron microscope, ESEM）结果也可以看出界面过渡区是混凝土中较薄弱的环节,且在冻融循环作用前,天然粗骨料界面过渡区处黏结强度和塑性变形能力较强,冻融循环作用后,再生粗骨料界面过渡区处抗冻融腐蚀能力更好。该结果为普通混凝土耐久性改进及再生混凝土的推广应用提供理论参考。     

玉米芯骨料生态混凝土的制备及性能

农村大量玉米芯焚烧或占地堆放,严重污染环境且造成资源浪费。玉米芯具有轻质、保温等建筑性能,可用于制备生物质建筑材料,该研究将破碎后的玉米芯颗粒掺入再生砂浆中制备玉米芯骨料生态混凝土,通过改变胶砂比及玉米芯体积分数探讨生态混凝土的基本性能。试验结果表明:玉米芯小颗粒(4.75 mm≤直径d (27)9.5 mm)与大颗粒(9.5 mm≤d (27) 19 mm)的质量比为1∶1.5时骨料的级配较合理,生态混凝土的强度较高;生态混凝土的胶砂比对干密度影响不大,但导热系数和强度则随胶砂中再生砂比重的增加而降低;随生态混凝土中玉米芯含量的增加,混凝土的干密度、导热系数及强度均明显降低。试验范围内,生态混凝土的干密度为1 200～1 550 kg/m3,导热系数为0.20～0.26 W/m·K,28 d强度为2.0～5.7 MPa。玉米芯骨料生态混凝土的研究可为开发轻质保温的墙体材料用于农业农村建设提供参考。     

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%。     

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。     

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。     

人工降雨条件下多层渗滤介质系统产流与入渗规律试验研究

透水性铺装地面是雨水利用的重要措施之一。该文通过建立透水砖铺装地面物理模型，采用3种透水砖铺装形式(垫层由不同厚度的无砂混凝土、碎石、中砂组合而成)和1种不透水砖铺装(对照)，研究不同垫层结构的透水砖铺装地面在降雨条件下的产流与入渗规律。结果表明：3种透水砖铺装地面系统对地面产流均具有明显的削减作用；在模拟降雨强度为59.36 mm/h的情况下(相当6年1遇1h降雨量)，无砂混凝土10 cm和石子15 cm垫层结构的入渗效果最优，此时无地面产流，其径流系数比不透水性铺装对照处理减小85%。     

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。     

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。     

渠道衬砌抗渗型粉煤灰-稻壳混凝土抗渗性能试验

为了满足渠道衬砌的需要,提高稻壳混凝土的抗渗性能,在稻壳混凝土中加入了粉煤灰。该文通过试验对渠道衬砌抗渗型粉煤灰-稻壳混凝土的抗渗性能进行了研究,得到粉煤灰质量分数、稻壳质量分数和水灰比对粉煤灰稻壳混凝土抗渗性能的影响规律,同时得到了粉煤灰-稻壳混凝土相对渗透系数小于0.783×10-8 cm/s的混凝土配合比。通过对混凝土抗渗性能主效应分析得到混凝土抗渗性能的影响因素顺序：水灰比>稻壳质量分数>粉煤灰质量分数;粉煤灰-稻壳混凝土的相对渗透系数随着粉煤灰质量分数和稻壳质量分数的增大呈现出先减小后增大的抛物线的变化趋势,随着水灰比的增大呈现出一直增大的线性变化的规律。试验结果表明在不降低混凝土导热系数的前提下,在稻壳混凝土中掺入粉煤灰后确实能提高稻壳混凝土的抗渗性能。     

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。     

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。     

Effect of freezing and thawing processes on some physical properties of saline–sodic soils mixed with sewage sludge or fly ash

Dispersion of saline–sodic soils was rather difficult to leach. Therefore, negative effects of freeze–thaw on soil physical properties should be reduced by inexpensive and practical methods. This study investigates the effect of freeze–thaw cycles (3, 6, and 9) on wet aggregate stability, bulk density, and permeability coefficient in three soils with different electrical conductivity and exchangeable sodium percentage levels (soil I: 5.30 dS m⁻¹, 47.51%; soil II: 42.80 dS m⁻¹, 55.45%; soil III: 36.30 dS m⁻¹, 59.34%) which consist of different proportions of sewage sludge and fly ash by volume (10%, 20%, and 30%). The experiment was conducted under laboratory conditions using disturbed and non-cropped soil samples mixed with sewage sludge and fly ash. Soils mixed with sewage sludge produced higher aggregate stability and permeability coefficients and lower bulk density values as compared to the soils mixed with fly ash. Sewage sludge added with a rate of 30% eliminated the negative effects of freeze–thaw processes on wet aggregate stability. Freeze–thaw processes did not affect the bulk density of the soils II and III, which were mixed with sewage sludge. However, fly ash addition decreased the bulk density of these soils very significantly after nine freeze–thaw cycles. Addition of sewage sludge or fly ash with rates of 20% and 30% significantly increased the permeability coefficients in soil I after nine freeze–thaw cycles. Results indicated that addition of sewage sludge and/or fly ash to saline–sodic soils could be alternative way for reducing negative effects of freezing–thawing on soil wet aggregate stability, bulk density, and permeability coefficient.     

Use of Power Plant Ash to Remove and Solidify Heavy Metals from a Metal-finishing Wastewater

This laboratory-scale study investigated initially the potential of heavy metal removal from a metal-finishing wastewater using fly and bottom ash from a power plant as coagulants. It was found that the maximum heavy metal content in the ash–sludge mix was obtained at a fly ash-to-bottom ash ratio of 1.5:1 and a stirring time of 3 h, which resulted in heavy metal removal (i.e., Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, and Pb) in excess of 99%, with effluent concentrations below the corresponding regulatory standards of Thailand. Furthermore, the feasibility of using fly ash as an admixture to stabilize and solidify the ash–sludge mix generated previously was explored. Results indicated that the stabilization/solidification process can achieve a high level of heavy metal removal efficiency from the ash–sludge mix. The optimum ratio regarding chromium leaching was found to be 1:0.75:0.75 (cement:fly ash:ash–sludge). In addition, the compressive strength and the chromium leaching concentration of the solidified sludge were within acceptable levels for secure landfill disposal and/or use as a construction material.