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。     

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。     

高寒灌区风沙吹蚀对农业水利工程混凝土抗冻耐久性的影响

针对内蒙古引黄灌区农业水利工程混凝土实际服役环境,同时加大风积沙资源化利用效率,配制满足农业水利工程设计要求的风积沙混凝土,并研究风沙吹蚀作用对风积沙混凝土抗冻耐久性的影响。结果表明:相对动弹性模量可准确表征风积沙混凝土受风沙吹蚀影响下的冻融破坏,且风沙吹蚀影响下混凝土冻融循环后的内部损伤是未受风沙吹蚀影响下混凝土冻融循环后的2倍;在风沙吹蚀影响下的冻融过程中,风积沙混凝土水泥浆体在冻融过程发生"酥化",同时在风沙流的持续撞击、削切下,"酥化"的水泥浆体进一步剥落,迫使破坏表面水泥浆体与骨料连接处的界面过渡区较光滑;风积沙替代率为40%可以配制满足抗冻性要求的风积沙混凝土,但风积沙混凝土气泡间距系数不能准确评价其抗冻性,气泡盒维数与细骨料细度模数可反映气泡结构特征和细骨料颗粒级配,且二者呈负相关趋势,二者结合可对风积沙混凝土抗冻耐久性优劣进行初步判定。     

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.     

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。     

青藏高原地区混凝土冻融环境量化方法

对青藏高原地区混凝土冻融环境进行合理量化是高原抗冻混凝土设计所面临的首要问题。该文通过对处于同一冻融环境作用等级下的平原与高原地区大气及地表温度特征进行比较,发现相较于平原地区,高原地区因太阳辐射强度大,具有年正负温交替次数更多、温度日较差更大且日最低温更低的环境温度特征。通过将地表温度近似代替混凝土结构物表面温度,结合青藏高原1971-2003年20个地区的典型气象年数据,建立了与最冷月平均气温及年太阳辐照量相关的青藏高原地区混凝土年均冻融循环次数确定方法。利用该方法对青藏高原主要地区混凝土年均冻融循环次数进行估算,结果表明,青藏高原地区混凝土年均冻融循环次数主要集中在150次以上,部分地区甚至大于200次,因此,高原地区应加强对混凝土进行抗冻耐久性设计。最后,该文给出青藏高原地区混凝土结构物抗冻设计等级推荐值。该研究可为青藏高原地区混凝土抗冻耐久性设计提供参考。     

高粉煤灰掺量的常态混凝土性能研究

在重力式混凝土坝设计中,一些发达国家正在研究大体积常态混凝土高掺粉煤灰,以减少水泥用量、降低工程造价,减少水化热、简化温控措施,而不影响大坝质量要求的混凝土配合比。据查询国内外已建的混凝土重力坝资料,粉煤灰最高掺量不超过50%。美国外部混凝土粉煤灰掺量为25%,内部常态混凝土粉煤灰掺量为50%;日本大坝混凝土粉煤灰最高掺量为30%;我国湖南江垭大坝部分常态混凝土粉煤灰掺量为45%……,我国《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》(DL/T5055-1996)规定常态混凝土粉煤灰掺量不能超过55%。辽宁省朝阳市阎王鼻子水库大坝设计中,经试验测试,常态混凝土采用碾压混凝土配合比的水泥用量,其中粉煤灰掺量高达68.4%,其热物理性能、力学性能指标、混凝土自生体积变形等技术指标均达到设计要求。不仅单位体积节省水泥用量42.86%;而且节省胶凝材料费31.47%。在一般情况下,对于混凝土粉煤灰掺量,在我国北方较低,南方较高。该项研究,不仅突破了北方的条件限定,而且突破了国家技术规范的限定,该项研究成果,1999年通过专家技术鉴定,2001年获朝阳市科技进步一等奖,2004年获辽宁省政府科技三等奖。相信此项研究在水土保持骨干工程中应用,一定取得费省效宏的结果。建议此项研究成果能在水土保持工程措施中应用。但对北方地区,应注意研究其掺入粉煤灰后,混凝土的抗冻性。     

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。     

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。     

虹吸管道坡度对气液两相流动特性影响的试验研究

为了探明坡度对中行管段倾斜布置的正虹吸管路水力特性的影响,设置11个不同坡度(0、±1/60、±1/30、±1/20、±1/15、±1/10)和2个安装高度(4、6 m)在不同水位差下量测了虹吸管内的气液两相流动现象、含气率、气泡的运动速度、过流能力及总水头损失等水力特性。通过试验得到了正坡和逆坡管路坡度变化对管路水气流动现象的影响规律,揭示了坡度改变对管内含气率和气泡运动速度、虹吸管路流量及管路水头损失的影响规律,并结合理论分析探讨了气体存在对流量和总水头损失的影响。结果表明,随着坡度逐渐增大,管内伪空化现象逐渐减弱,气体的体积逐渐减小,含气率逐渐减小,气泡运动速度逐渐加快,虹吸管路的输水流量逐渐增大,总水头损失也逐渐增大。通过量纲分析的方法,推导出适用于倾斜布置的不同坡度下正虹吸管路输水流量的计算公式;经验证,公式计算值与实测值相接近,逆坡管路中相对误差控制在±6%,正坡管路控制在±7%。以上探究结果为实际工程中管路布置形式提供了参考依据。     

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。     

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。     

大气压力对小型农用柴油机怠速工况燃烧与排放的影响

怠速是非道路用柴油机重要的运行工况之一。为了深入探究大气压力对小型农用柴油机怠速工况下燃烧与排放性能的影响,利用大气压力模拟装置,研究了满足非道路国III排放标准的小型农用柴油机在怠速工况下燃烧特性与排放性能随大气压力(80、90、100 kPa)的变化规律。试验结果表明:在怠速工况下,小型农用柴油机匹配的涡轮增压器不起作用,并且在高原地区涡轮增压系统不具备自补偿能力;最高缸内压力、压力升高率峰值以及放热率峰值均随着大气压力的升高而升高,大气压力每升高10 kPa,上述燃烧参数分别平均升高13.33%、37.24%以及6.76%;而最高缸内燃烧温度随着大气压力的升高而降低,大气压力每升高10 kPa,平均降低11.18%;大气压力对CO排放与HC排放影响较大,大气压力每升高10 kPa,CO排放与HC排放分别平均降低47.47%与55.77%;大气压力对NO_x排放与烟度的影响相对较小,大气压力每升高10 kPa,NO_x排放平均升高18.93%,而烟度平均降低11.90%。该研究可为高原地区小型农用柴油机怠速工况的排放控制提供参考依据。     

模拟暴雨条件下植被混凝土坡面侵蚀的水动力学特征

[目的] 探究不同外掺料对暴雨条件下植被混凝土坡面侵蚀水动力学特征的影响,在降雨侵蚀方面为植被混凝土的配方改进提供科学依据。[方法] 通过室外模拟降雨试验,在60°坡度、3种雨强（60,90,120 mm/h）下研究4种外掺条件（无添加、聚丙烯酰胺、生物炭、棕榈纤维）的植被混凝土坡面侵蚀状况,并分析坡面水动力学参数与土壤侵蚀量之间的关系。[结果] 坡面雷诺数始终小于500,坡面流为层流;未添加外掺料的坡面弗劳德数始终小于1,坡面流为缓流,添加外掺料的坡面弗劳德数始终大于1,坡面流为急流。添加外掺料的坡面具有较大的坡面流速、水流功率,较小的水流剪切力、径流深度和阻力系数。添加生物炭的坡面土壤侵蚀量显著高于无添加坡面,添加聚丙烯酰胺和棕榈纤维的坡面土壤侵蚀量显著低于无添加坡面。[结论] 外掺料对植被混凝土坡面水动力学参数影响显著。土壤侵蚀量与雷诺数、水流功率呈极显著正相关关系。添加聚丙烯酰胺和棕榈纤维能有效降低植被混凝土边坡土壤侵蚀量,可在高陡边坡生态恢复工作中进行应用。     

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%。     

高浓度CO2下氮素对小麦叶片干物质积累及碳氮关系的影响

高大气CO₂浓度下植物叶片干物质积累、碳氮关系和糖含量的变化对光合作用的适应性下调有重要的反馈作用,通过研究不同施氮量对高大气CO₂浓度下植物叶片干物质积累、叶氮浓度和糖含量的影响,可进一步明确氮素对植物光合作用适应性下调的调控机制。以不同大气CO₂浓度和氮素水平为处理条件,测定盆栽小麦拔节期叶片鲜重、干重、含水量、还原糖、可溶性糖、全氮含量,研究了氮素对长期高大气CO₂浓度(760μmol·mol-1)下小麦叶片的干物质积累、糖含量及碳氮含量的影响。结果表明,大气CO₂浓度升高使小麦叶片的鲜重和干重增加,含水量下降。大气CO₂浓度升高使N0处理的小麦叶片还原糖含量下降,而可溶性糖含量显著升高;施氮后小麦叶片还原糖含量无显著变化,但可溶性糖含量降低。高大气CO₂浓度条件下小麦叶片全氮含量下降,C/N比增加,而增施氮素后C/N比显著下降。可溶性糖含量和C/N比的下降有利于减轻同化物质对光合作用的反馈抑制,提高大气CO₂浓度增高条件下小麦叶片的P_n。     

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。