混凝土界面过渡区物相微结构表征方法及演变规律浅析

混凝土界面微结构物相特征是影响混凝土宏观性能重要因素,其主要构成物相CH晶体、孔隙和C-S-H凝胶的表征方法及其演变规律一直是研究的重点和热点。总结了混凝土界面过渡区主要构成物相的表征方法及其优缺点,并建议采用SAXS结合MIP的方法研究界面在微观和细观尺度的孔结构、XRD方法研究界面区域CH的取向性、FTIR和NMR分别对界面C-S-H凝胶做定性和定量分析。分析发现水胶比减小、养护龄期增长、活性掺和料的掺入、渗透性较好和尺寸较大的骨料都会导致界面CH取向指数和孔隙率减小,界面C-S-H凝胶含量会随着养护龄期延长和活性掺和料掺入呈现出有规律的增长。     

水溶性渗透结晶材料对混凝土性能的影响

水溶性渗透结晶(WCCW)材料能够修复受损混凝土并提高耐久性能。研究了WCCW材料对混凝土早期抗裂性能、抗压强度和抗氯离子侵蚀性能的影响,并借助扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外(FTIR)和能谱分析(EDS)技术,研究了硬化水泥石微观结构的变化情况、水化硅酸钙(CSH)凝胶的聚合程度以及WCCW材料的渗透深度。结果表明：WCCW材料能够改善混凝土表观质量、提高早期抗裂性能、抗压强度和抗氯离子侵蚀性能,并增大CSH凝胶的聚合程度、增强微观结构的密实程度。WCCW材料渗透遵循Fick定律,最大渗透深度可达10～12 mm。混凝土强度等级和再养护龄期对作用效果有影响,再养护龄期超过14 d后的作用效果变化较小。     

采空区充填新型浆液固化机理与影响因素研究

为了研究碱渣、粉煤灰和硅酸钠溶液制成的新型采空区充填注浆材料的固化机理,开展了扫描电镜和交互混合试验,并分析了原材料配比、碱渣过筛粒径和养护条件对抗压强度、凝结时间、结石率等工程指标的影响。结果表明:浆液体系早期固化是因碱渣中有效含钙成分与硅酸钠溶液反应生成水化硅酸钙凝胶(C-S-H),后期强度发展是因粉煤灰受碱激发形成了硅铝酸盐聚合物凝胶(N-A-S-H);原材料配比显著影响着浆液的各项工程性能指标;随着碱渣过筛粒径范围的减小,流动度、凝结时间和结石率都减小,而抗压强度增大,0.5 mm粒径是28 d强度增幅出现较大差异的临界点;高温高湿养护条件有利于浆液的固化进程。研究结果可供类似水泥注浆液材料制备参考。     

水化硅酸钙纳米颗粒间水特性

C-S-H(calcium silicate hydrate,水化硅酸钙)纳米颗粒(约几十到几百个nm)是硬化水泥浆体纳米层次的重要组成,水分在其中的输移特征对硬化水泥浆体有着极其重要的影响。本文通过理论分析,结合原子力显微镜观测结果,提出了水在C-S-H纳米颗粒簇中流动的控制方程,然后确定了黏滞系数和滑移长度2个参数对控制方程的影响,同时考虑C-S-H纳米颗粒表面的范德华力对周围流体的作用,建立了水在C-S-H纳米颗粒簇中流动的物理模型。研究发现,C-S-H纳米颗粒簇间的流体特性不可忽略,在C-S-H纳米颗粒间水分可进行局部的自由交换,交换的结果可能会导致C-S-H纳米颗粒的堆聚结构产生变化,最终会影响水泥基材料的收缩变形行为。     

淤泥-稻壳灰基胶凝材料试验研究

探讨了以河道淤积泥沙和农业废料稻壳灰为主要原料的新型胶凝材料的可行性。试验研究了稻壳灰和石灰掺量、水玻璃用量及养护龄期对试件抗压强度和软化系数的影响,并用扫描电子显微镜观察了试件的微观形貌。试验结果表明:养护龄期、稻壳灰掺量及水玻璃用量对试件的抗压强度和耐水性能影响明显。试件抗压强度和软化系数呈现随养护龄期、稻壳灰掺量及水玻璃用量增加而增长的趋势,其中稻壳灰掺量对试件抗压强度的影响最为明显,水玻璃次之,石灰掺量影响最弱。试件56 d抗压强度最高可达15.30 MPa,相应软化系数为0.93。扫描电镜观察(SEM)结果表明:淤泥-稻壳灰基胶凝材料的反应产物主要是均匀致密的絮状凝胶物质(水化硅酸钙凝胶C-S-H)和少量的Ca CO3晶体。     

衬砌工程中混凝土板短时间内发生破坏的原因分析

为系统地研究鸡龙河渠道衬砌过程中混凝土板经过一个冬季就发生快速破坏的原因,对混凝土板原材料质量、施工工艺、周围影响因素等逐一排查,利用Raman光谱和成分研究方法,分析出混凝土板侵蚀物为硅灰石膏,由此确定水泥基材料与高含量SO_4~(2-)的土壤和水密切接触,同时在低温、潮湿的共同催化下,发生化学反应,使混凝土中的C-S-H凝胶在上述因素综合作用下变成灰白色无胶结能力的硅灰石膏,导致混凝土板强度降低甚至完全丧失,造成混凝土板被侵蚀。     

粉煤灰混凝土在高温热害隧洞中早期水化特性研究

为探讨粉煤灰在高温热害隧洞混凝土中的应用,以新疆齐热哈塔尔水电站引水隧洞为例,在高温养护条件下对复合胶凝材料的早期水化特性进行研究。结果表明,高温环境下粉煤灰作为胶凝材料掺入混凝土后,可明显降低水化速度并减小水化热;水化反应进行1 d后,纯水泥浆体中有大量Ca(OH)_2、C-S-H凝胶和未水化的水泥颗粒,掺入粉煤灰后,Ca(OH)_2、Ca/Si和浆体抗折强度有所降低。     

PVA纤维-纳米SiO2对混凝土抗疲劳性能的影响及机理分析

为研究PVA纤维和纳米SiO₂的掺入对混凝土抗疲劳性能的影响，设计了单掺PVA纤维(P组)、单掺纳米SiO₂(S组)和混掺PVA纤维与纳米SiO₂(SP组)3组试件，对其展开疲劳后的单轴压缩试验，以经历疲劳荷载后混凝土试件的相对动弹性模量和抗压强度，作为分析评价不同掺料方式对混凝土疲劳性能影响的评价指标，并利用SEM电镜扫描试验研究了掺合料的微观作用机理。结果表明：3组混凝土较普通混凝土在抗疲劳性能上都有明显的提升，S组在提高混凝土强度方面表现最为明显；而SP组能够更有效地抑制混凝土内部劣化损伤的发展。从作用机理上来讲，PVA纤维是通过提高混凝土各单元间的抗拉能力，有效降低了混凝土在疲劳荷载作用下的损伤破坏，相当于延长了混凝土的破坏过程；而纳米SiO₂则是通过参与反应生成C-S-H(水化硅酸钙)凝胶填充混凝土薄弱区，提高了混凝土的抗压强度，相当于提高了混凝土在疲劳荷载作用下的破坏起点。研究成果对混凝土结构抗疲劳设计有参考价值。     

纳米胶混凝土防护技术在水利工程中的应用

本文阐述了硅酸盐纳米胶混凝土防护技术的原理、使用工艺及主要特点。硅酸盐纳米胶喷涂在混凝土表面后,可以快速渗透到混凝土内部40mm,并在渗透层内生成水化硅酸钙凝胶,封堵混凝土中的细微裂缝,保持混凝土的碱性环境,从而显著提高混凝土的耐久性。该防护技术在实际工程应用中经济效益和社会效益良好。     

Na+和K+对水泥基材料早期收缩性能的影响

利用压汞、纳米压痕以及27Al固体核磁共振方法,系统研究了不同碱金属离子(Na~+和K~+)与含量对水泥基材料早期自收缩和干燥收缩性能的影响规律。结果表明,超量的Na~+或K~+均促进了水泥基材料早期自收缩和干燥收缩,但K~+的促进作用明显大于Na~+,其机制在于:(1)K~+比Na~+更易促进水泥基材料中小于50纳米孔数量的增加,这使得超量K~+水泥基材料在干燥时具有更大的收缩驱动力;(2)虽然K~+比Na~+更易促进水泥基材料生成高密度水化硅酸钙(HD C-S-H),但同时超量K~+水泥基材料中C-S-H总量也较高,大量的C-S-H是导致较高早期收缩的根源;(3)与Na~+相比,K~+更明显地阻碍了钙矾石(AFt)晶体的形成,削弱了AFt的骨架作用,且K~+可促使AFt向单硫型水化硫铝酸钙(AFm)转变,因而导致超量K~+水泥基材料更易发生收缩变形。     

低水胶比下粉煤灰复合矿粉配制高强泵送混凝土的性能研究

为了探讨低水胶比(0.20)下粉煤灰复合矿粉高性能混凝土的性能,对其力学性能和微观形貌进行了实验分析。结果表明:粉煤灰混凝土早期强度低后期强度高,矿渣微粉混凝土早期强度发展迅速,两者复掺时对混凝土强度的互补较明显;粉煤灰、矿渣单掺和复掺时高性能混凝土拌和物的工作性较好,均满足泵送混凝土对工作性的要求;其颗粒表面活性的Al2O3和SiO2与水泥产生的Ca(OH)2在浆体中发生火山灰反应,生成C-S-H凝胶,细化和减少混凝土界面区域的Ca(OH)2,未水化的颗粒能够填充于混凝土,能够明显地改善混凝土的密实度,降低混凝土的钙硅比。     

第二龄期老混凝土与新混凝土粘结劈拉强度研究

实际工程混凝土浇筑意外中断时有发生,恢复浇筑新混凝土时,中断前的老混凝土很多处于第二龄期。为提高第二龄期老混凝土与新混凝土的粘结性能,通过采用不同水灰比水泥净浆和不同掺量粉煤灰水泥浆界面剂,研究不同水泥第二龄期老混凝土与新老混凝土7 d和28 d粘结劈拉强度的变化规律。结果表明:三种水泥混凝土粘结劈拉强度均随水泥净浆界面剂水灰比的增大而减小;水泥净浆(使用水泥为普通硅酸盐水泥)界面剂对普通硅酸盐水泥的粘结效果最好,次之为矿渣硅酸盐水泥,最差为复合硅酸盐水泥。界面剂中掺加粉煤灰可在一定程度上改善第二龄期老混凝土与新混凝土的粘结性能。     

不同温度对混凝土坯层间劈裂抗拉强度影响试验研究

研究不同环境温度作用下混凝土坯层间性能的变化规律,对预测施工风险及施工过程中准确控制坯层结合质量具有重要意义。通过测定低热水泥混凝土在不同温度作用下坯层间的劈裂抗拉强度及坯层覆盖时下层混凝土的含水量和贯入阻力,对不同温度作用下低热水泥混凝土坯层间性能劣化机理进行了分析。结果表明:随着温度的升高,低热水泥混凝土的贯入阻力不断增大,表层含水量及劈裂抗拉强度逐渐降低。这主要是与温度影响着坯层间混凝土的水化速率、最终水化程度及上下层骨料间的嵌入程度有关。此外,引入了成熟度理论,建立了基于等效龄期的混凝土坯层间劈裂抗拉强度预测模型,根据该模型可以准确预测混凝土坯层间劈裂抗拉强度,并对坯层间结合质量进行实时预警和控制。     

三峡工程永久船闸六闸首边墙混凝土高温季节的施工温控

高温季节混凝土施工的温控措施是：尽可能采用水化热较低的水泥；尽可能降低胶凝材料的用量；加大混凝土的浇筑强度；加强混凝土施工各个环节的温控工作；埋设冷却水管。简述了三峡工程永久船闸六闸首边墙混凝土高温季节施工的温控措施.     

南水北调工程江苏境内泵站混凝士配合比试验

探讨了粉煤灰、高效减水剂及引气剂掺量对混凝土性能的影响,为南水北调东线工程泵站混凝土提供施工配合比。通过掺人粉煤灰、高效减水剂及引气剂,配制了不同强度等级的混凝土,研究了C20、C25、C30等3种不同强度等级混凝土力学性能、耐久性能及体积稳定性,并用扫描电镜法（SEM）表征混凝土界面过渡区。研究表明：掺入粉煤灰、高效减水剂及引气剂后,混凝土立方体抗压强度均达到设计指标;在较高水胶比条件下,混凝土抗压、抗拉强度、弹性模量、抗渗性能均随着粉煤灰掺量增加而略有提高,同时掺入粉煤灰改善了混凝土界面过渡区。粉煤灰、高效减水剂及引气剂掺量分别不超过胶凝材料用量的30％、1％、0．015％时,所配制的C20、C25、C30混凝土满足南水北调工程江苏境内泵站混凝土施工要求。     

碾压混凝土层间水分非饱和传输试验与数值分析

混凝土结构遭受环境侵蚀破坏的现象普遍存在于水利工程中,非饱和水分传输是产生环境侵蚀的一个重要因素.碾压混凝土由于自身施工特点容易出现层间、界面等薄弱面,研究非饱和水分传输行为有助于提高混凝土耐久性能.为深入分析碾压混凝土中水分传输的特点和影响机理,采用试验和细观模拟相结合的方式,在分析初始条件、吸水时间等水分传输影响因...     

一般干湿循环对混凝土力学性能及抗氯离子渗透性能的影响

为了解我国淡水区干湿循环作用下混凝土构件的性能变化情况,研究模拟了无盐害共同作用的一般干湿循环环境,测试一般干湿循环前后混凝土的抗压强度表征力学性能,动弹模量表征内部损伤情况以及非稳态氯离子迁移系数表征混凝土的抗氯离子渗透能力。结果表明,干湿循环后,混凝土抗压强度有所增长,内部出现损伤,抗氯离子侵蚀性能增强。研究同时进行了混凝土孔结构参数的测试,混凝土孔隙率减小、平均孔径变小、凝胶孔含量增多以及大孔含量减少,使得混凝土变得更加密实,是导致混凝土强度提高的主要原因。混凝土内部损伤可能是由于干湿循环作用下混凝土内部出现了微裂纹,并非是孔结构变差导致。干湿循环后混凝土临界孔径的减小是其抗氯离子侵蚀性能增强的主要原因。