水泥砂浆孔结构分形特征的研究

利用压汞仪测定了不同水灰比及龄期水泥砂浆的孔结构,通过基于热力学关系的分形模型计算得到了水泥砂浆的孔表面积分形维数,并探讨了孔表面积分形维数与微观孔隙率、孔表面积、平均孔径、中值孔径等其他孔结构参数及砂浆强度之间的关系.结果表明:基于热力学关系的分形模型能够很好地表征水泥砂浆孔隙的复杂程度;孔表面积分形维数与微观孔隙率的相关性较差,而与孔表面积、平均孔径、中值孔径以及强度之间有较好的相关关系;随着孔表面积分形维数的增大,平均孔径和中值孔径减小,孔表面积增加,水泥砂浆的抗折强度及抗压强度增加.基于热力学关系的分形模型计算得到的孔表面积分形维数可作为水泥砂浆孔结构特征的综合评价指标,并且分形维数与其宏观力学性能相关性良好.     

碳化对混凝土孔结构的影响

通过对混凝土快速碳化试验和微观孔结构测试,研究了碳化龄期对碳化深度和碳化区试样密度的影响,分析了碳化区孔隙率和孔径大小随碳化龄期的变化规律,采用灰熵法探讨了4种孔隙对碳化区密度的影响程度,并基于热力学分型模型计算得到各个碳化龄期下碳化区孔结构分形维数.结果表明:混凝土碳化深度随碳化龄期的增加而增加,密度随碳化龄期先增加后减小,7 d时密度最大;碳化填充了多害孔和有害孔,提高了无害孔比例,并使多害孔更好的分散,连通和集聚了少害孔;对碳化区密度影响最大的是有害孔表面积,其分形维数随碳化龄期的增加出现了先降低后增加的趋势;碳化区密度与有害孔分形维数相关性良好,碳化区密度随有害孔分形维数的增加而减小.     

双掺聚丙烯纤维与聚酯纤维混凝土抗冲击性能试验研究

利用压汞法(MIP)测试了不同锂渣掺量的C30、C60混凝土的孔结构参数,计算了被测混凝土的孔体积分形维数、孔轴线分形维数,并研究了混凝土气体渗透系数、锂渣掺量与孔体积分形维数、孔轴线分形维数之间的关系。结果表明,混凝土的气体渗透系数与孔体积分形维数相关性高;C60混凝土在锂渣掺量为10%时,孔体积分形维数和孔轴线分形维数最大;随着锂渣掺量的提高,C30混凝土孔体积分形维数和孔轴线分形维数呈降低的趋势。     

锂渣混凝土孔分形维数与气体渗透性能关系研究

利用压汞法(MIP)测试了不同锂渣掺量的C30、C60混凝土的孔结构参数,计算了被测混凝土的孔体积分形维数、孔轴线分形维数,并研究了混凝土气体渗透系数、锂渣掺量与孔体积分形维数、孔轴线分形维数之间的关系。结果表明,混凝土的气体渗透系数与孔体积分形维数相关性高;C60混凝土在锂渣掺量为10%时,孔体积分形维数和孔轴线分形维数最大;随着锂渣掺量的提高,C30混凝土孔体积分形维数和孔轴线分形维数呈降低的趋势。     

渗透孔隙水压对混凝土孔结构影响的试验研究

通过压汞试验探究了混凝土在渗透孔隙水压作用前后,孔隙的孔隙率、总孔隙面积、平均孔径、最可几孔径、临界孔径、孔径分布的演化规律,并计算不同状态下混凝土孔体积分形维数,进一步分析渗透孔隙水压对混凝土不同位置孔隙结构以及混凝土渗透性能的影响。结果表明,受渗透孔隙水压后混凝土孔隙结构与孔径分布都发生变化,其中对毛细孔改变最大;混凝土外侧孔隙特征改变要比内部显著;渗透率和孔隙率与大孔阶段的分形维数D1呈正相关关系,定性分析了混凝土渗透率与孔结构的关系。     

龄期和掺合料对混凝土孔隙影响的分形学评价

为研究龄期和掺合料对混凝土孔隙的影响，采用压汞法测试不同龄期和不同掺合料混凝土的孔结构参数，并计算混凝土孔隙的体积分形维数，探究孔隙体积分形维数的变化及其与强度和耐久性的关系。结果表明：混凝土的孔结构具有明显的分形特征，随着龄期的增长，孔隙率逐渐降低，而孔隙体积分形维数逐渐增大，混凝土孔隙结构越来越不规则；不同掺合料混凝土孔隙体积分形维数与强度和氯离子渗透系数都有一定相关性，强度随分维的增大而增大，氯离子渗透系数随分维增大而降低；掺合料会影响混凝土孔隙结构，掺加矿粉会使混凝土的孔隙率降低，孔隙体积分形维数增大，而掺加粉煤灰会使混凝土早期孔隙率增大，孔隙体积分形维数降低。     

基于分形理论的废弃纤维再生混凝土碳化深度模型

为改善再生混凝土由于骨料自身缺陷产生的性能不稳定,通过掺入废弃聚丙烯纤维的方式探讨其对再生混凝土碳化深度的影响,同时将分形理论引入到废弃纤维再生混凝土孔隙结构的评价体系中,为定性或定量评定废弃纤维再生混凝土孔结构的复杂性及孔结构与宏观性能的关系开辟新的思路。通过快速碳化试验,以再生骨料掺入量、废弃纤维掺入量、水灰比等为影响因素,结合分形理论对废弃纤维再生混凝土的碳化深度进行研究。结果表明:水灰比、再生骨料掺入量的减小及纤维掺入量的增大均会减小碳化深度;废弃纤维再生混凝土孔隙体积分形维数越小,碳化深度越大。利用孔隙体积分形维数与碳化深度的关系,建立了废弃纤维再生混凝土碳化深度预测模型,模型预测结果与试验值吻合良好。     

荷载和试件形状对水泥基材料碳化反应孔结构分形特征的影响

利用MIP压汞仪对碳化反应前后不同荷载应力水平和不同试件形状的孔结构信息进行定量研究,利用分形理论中的热力学分形模型计算出各组试样的孔表面积分形维数,分形维数越大表示孔结构的曲折和复杂程度越大,有害侵蚀性介质传输难度增加。研究结果表明:利用分形理论中的热力学分形模型可以定量地表述孔结构的变化,其数值结果在拓扑维数2.0和2.7之间。荷载影响下砂浆试样的孔表面积分形维数的分维值在2.1~2.5之间;对应力水平为0.2的试样,拉应力作用下其孔表面积分形维数的分维值比压应力作用下的大;对应力水平为0.4,0.6的试样,其拉应力作用下的分维值比压应力作用下的小。不同形状的水泥基试样其孔表面积分形维数在2.0~2.7之间,碳化前后其分维值都减小,但是块状试件的分维值减小的幅度比圆柱状试件要大。     

压力成型对砂浆孔结构、强度及分形维数的影响

采用压汞法测试了不同初始加压时间水泥砂浆的孔结构参数，并计算孔分形维数，研究了初始加压时间与抗压强度、孔结构、孔分形维数之间的关系。结果表明：初始加压时间对砂浆孔隙率和抗压强度的影响显著，加压时间过早或过晚均不利于砂浆抗压强度的发展，初始加压时间宜为养护2.5 h左右；压力成型下砂浆的孔结构具有明显的分形特征，孔分形维数范围为3.0～3.2，孔分形维数与孔隙率存在良好的相关性，能够在一定程度上反映水泥基材料宏观性能的优劣。     

透水模板成型混凝土分形维测试与分析

通过压汞试验,测试了普通模板与透水模板工艺成型混凝土的孔结构,用体积分形维数揭示了试样距表面不同深度处各自孔结构的特征.结果表明:试验获取的材料孔隙率P和相应孔径r的函数关系——lg(1-P)~lg(r/R)曲线均有拐点,显示试样存在大孔和微孔2个无标度区域,可获取不同的体积分形维数;透水模板试样微孔段体积分形维数提高显著、阈值孔径减小且孔结构改善效果由表层到内层逐渐减弱.     

掺乙烯基可再分散聚合物水泥水化的交流阻抗研究

采用交流阻抗谱测试方法研究了掺乙烯基可再分散聚合物水泥浆体的水化进程,结果表明,纯水泥浆体正常的电化学反应在其水化9 h时已开始,而掺乙烯基可再分散聚合物水泥浆体正常的电化学反应则在其水化3 d时才开始,相应的交流阻抗谱曲线为准Randles曲线.孔溶液电阻Rs、电化学反应电阻Rct以及分形维数值Ds等交流阻抗参数的分析表明,乙烯基可再分散聚合物对水泥水化进程具有一定的延缓阻抑作用;在水化14 d时,掺乙烯基可再分散聚合物水泥浆体孔结构已基本稳定;相对于纯水泥浆体,掺乙烯基可再分散聚合物水泥浆体的孔形貌更简单、均匀,也更趋于三维体.     

水泥净浆絮凝结构研究

通过试验研究了掺加超塑化剂前后水泥净浆流动度的变化,并结合光学显微镜观察相应的水泥絮凝结构,讨论了微观絮凝结构与宏观流动度的联系.得出结论,水泥的絮凝结构中确实包裹了大量的自由水,严重影响了水泥的流动性.同时还应用分形理论得出水泥絮团属于典型的分形结构,其分形维数为1.846 8.     

Microstructural properties and compressive strength of lime or/and cement solidified silt: a multi-scale study

Because of its poor engineering properties, silt often needs to be treated to meet the design requirements. Solidification using binder is one of the most common methods to improve the engineering properties of silt. Lime or/and cement are often used to treat silt. However, the mechanical properties of soil are closely related to its microstructure. Although much research has been done on the mechanical properties and stabilization mechanism of lime or/and cement solidified silt, the multi-scale research between the microstructure and macroscopic mechanics properties of solidified silt has received no attention. Therefore, in this paper, unconfined compression, mercury intrusion, and scanning electron microscope (SEM) tests were conducted on lime, cement, and lime and cement mixtures (LC) solidified silt. The microstructure parameters of particle, pore, and contact zone were extracted from SEM images. Meanwhile, the effect of curing time and binder dosage on the microstructure parameters was analyzed. In addition, the relationship between micro-parameters and macro-mechanical strength was established. The results showed that the particle diameter, particle area, contact zone diameter, and contact zone area increased with increasing curing time and binder dosage, while the pore ratio, fractal dimension of particle size distribution (PSD), and fractal dimension of contact zone size distribution (CZSD) decreased with increasing binder dosage. The unconfined compressive strength (UCS) decreased with the increase of particle roundness, pore area, pore diameter, pore ratio, and fractal dimension of PSD, and increased with increasing fractal dimension of pore size distribution (PPSD). In addition, there were no obvious relationships between UCS and pore roundness, contact zone area, and fractal dimension of CZSD.

     

非饱和硬化水泥浆氯离子扩散性能的数值模拟

基于固相分形模型和格子Boltzmann方法,通过数值模拟手段研究非饱和硬化水泥浆的氯离子扩散性能.首先应用固相分形模型来模拟硬化水泥浆的多孔结构,在此基础上采用格子Boltzmann方法模拟相应的氯离子扩散.在固相分形模型中,按照孔隙尺寸分布对硬化水泥浆多孔结构进行逐级饱和来实现饱和度的变化.对比当前数值模拟的结果与经典幂函数型饱和函数的预测结果,发现二者吻合较好,饱和系数的合理取值为4~5.     

Effect of fly ash fineness on microstructure of blended cement paste

This research demonstrates the effect of fly ash fineness on pore size and microstructure of hardened blended cement pastes. Two sizes of fly ash, original fly ash and classified fly ash were used to replace Portland cement type I paste. Test results indicated that the pore sizes of hardened blended cement paste were significantly affected by the rate of replacement and the fineness of fly ash. The replacement of cement by original fly ash decreased the pore sizes of blended cement paste and the incorporation of classified fly ash resulted in a further decrease in the pore sizes of blended cement paste. The X-ray diffraction (XRD) results showed that the blended cement paste with classified fly ash was more effective at reducing the intensity of Ca(OH)₂ than that with the original fly ash. The scanning electron microscope (SEM) results revealed that the hardened blended cement paste containing finer fly ash produced a denser structure than the one containing coarser fly ash.     

膨胀水泥石的孔结构探讨

本文探讨了膨胀水泥和掺加膨胀剂的硅酸盐水泥的孔结构试验结果。分析表明,膨胀水泥石的孔结构特征不仅与水泥品种相关,而且与限制状态有很大关系。不同的膨胀水泥水化产生膨胀性晶体和填充性凝胶相不同,是造成不同水泥石孔结构特征差异的内在原因。影响膨胀水泥石孔结构特征的外在原因是限制条件,限制会明显改善膨胀水泥石的孔结构特征。     

矿物掺和料-水泥浆体电学特性与其微结构的关系

采用循环伏安法和交流阻抗法系统研究了粉煤灰、矿渣粉和石灰石粉水泥浆体的电学特性,通过等效电路对电学测试结果进行拟合,并将拟合所得浆体电学参数与浆体化学结合水和压汞所测孔结构之间的相关性进行比较。结果表明：浆体的化学结合水与其电阻率具有较好的正相关性,即化学结合水越多,水化程度越大,浆体电阻率越高;粉煤灰和矿渣粉可以提高浆体电阻率,而石灰石粉在5%掺量下对浆体电阻率无影响;随着水化龄期的延长,浆体孔溶液电阻增大,其变化规律与浆体电阻率一致;浆体凝胶电容和凝胶电阻与C-S-H凝胶含量有关,二者有很好的负相关性;随着水化龄期的延长,浆体孔结构曲折程度提高,交流阻抗法所测得常相角指数减小,压汞测得的分形维数增大。     

基于分形理论的水泥砂浆强度预测模型

测试了多组配合比砂浆不同龄期的强度及孔隙结构,引入基于热力学关系的分形模型计算得到了砂浆的孔表面积分形维数。利用统计学方法,探讨了孔隙量参数和孔径分布参数与砂浆抗压强度的定量关系,建立了同时考虑孔隙量和孔径分布的强度预测模型,采用该模型对多组配合比混凝土的抗压强度进行预测。结果表明,预测强度接近室内试验实测强度。     

煤矸石掺合料对水泥浆体结构与性能的影响

研究了煤矸石作为掺合料对水泥浆体强度及孔结构的影响。结果表明:与基准水泥浆体相比,煤矸石水泥浆体早期强度较低,但后期强度发展较快,低掺量(<30%)煤矸石水泥浆体后期(28d)强度可接近或达到基准水泥浆体强度;相同掺量条件下,与粉煤灰水泥浆体相比,煤矸石水泥浆体各龄期强度均较高;与矿粉水泥浆体相比,煤矸石水泥浆体早期强度较高,后期两者强度相当;与基准水泥浆体相比,煤矸石水泥浆体总孔隙率有所上升,但其孔径后期有所细化。     

基于徐州矿区煅烧煤矸石细集料活性的砂浆孔结构研究

 采用X射线衍射法(XRD)、压汞法(MIP)以及环境扫描电镜(SEM)分析方法,研究煤矸石细集料在不同煅烧温度下的活性,并对不同活性的煤矸石细集料水泥硬化砂浆的孔结构进行探讨,并进一步分析孔结构与砂浆强度之间的关系。试验结果研究表明：不同活性的煤矸石细集料,在水化初期可以与水泥水化产物发生不同程度的二次水化反应,煤矸石细集料活性会对水泥硬化砂浆的孔径分布和孔隙率产生一定影响。采用较高活性的煅烧煤矸石细集料,可以降低水泥硬化砂浆的孔隙率和优化孔径分布,且大于200 nm的有害孔明显减少,100,20 nm以下的无害孔和少害孔相应增加,水泥硬化砂浆的水化产物相应增多。煅烧煤矸石细集料的活性由低到高,可以使砂浆的孔隙得到细化,更能有效地改善砂浆的孔结构,降低其孔隙率,能够提高砂浆的强度。