干湿循环下MgSO4侵蚀对UHPC相组成及其微结构的影响机理

UHPC在海洋工程建设中具有良好的应用前景,但海洋环境中存在的腐蚀性离子和干湿循环作用将会影响UHPC的微观结构,进而影响其耐久性能.通过XRD,SEM-EDS,29 Si和27 Al NMR等方法研究了干湿循环下MgSO4侵蚀和养护制度对UHPC微结构的影响.结果表明:干湿循环下MgSO4侵蚀可促进UHPC浆体中AFt和Mg(OH)2生成,降低C-S-H凝胶的Al[4]/Si和Ca/Si,并促进TAH和硅氧链上脱离的Al向AFt和AFm转化;210℃-2 MPa压蒸养护过程可降低UHPC浆体中的Ca(OH)2和SiO2含量,提高UHPC浆体的水化程度和致密度,并形成Al[4]/Si较高且Ca/Si较低的C-S-H凝胶;压蒸养护可减少侵蚀作用下AFt和Mg(OH)2的生成,有效削弱MgSO4干湿循环侵蚀对UHPC浆体中C-S-H凝胶的脱铝和脱钙作用,并减少Al相转化程度.     

高温养护下粉煤灰效应机理研究

大体积混凝土施工过程中,为降低水化热而采用大量的粉煤灰替代水泥,故对高掺量粉煤灰水泥的水化硬化机理进行深入系统的研究具有重要的意义.以大掺量粉煤灰胶凝材料硬化浆体为研究对象,结合XRD、FTIR、NMR等测试分析,研究高养护制度下粉煤灰掺量对其水化相C-S-H凝胶硅氧四面体聚合程度的影响规律.结果表明:高温养护的硬化浆体,其水化相C-S-H凝胶硅氧四面体聚合程度和Al原子取代Si原子的程度,在各个养护龄期始终高于常温养护的硬化浆体.     

卤水侵蚀对水泥粉煤灰浆体微结构影响

采用XRD、29Si和27Al MAS NMR测试技术,研究了粉煤灰掺量和侵蚀龄期对卤水侵蚀下水泥-粉煤灰浆体水化产物相组成、含铝相产物迁移与转变、C-S-H凝胶微结构变化的影响规律.研究结果表明:卤水侵蚀导致浆体Ca (OH)2含量降低,AFm和TAH向AFt转变,同时生成大量Friedel盐,C-S-H凝胶中Al[4]脱出;随粉煤灰掺量增加,浆体中AFt、AFm和TAH生成量降低,C-S-H的MCL和Al[4]/Si增大,Friedel盐生成量先增后减;侵蚀早期,水泥-粉煤灰浆体结构疏松,AFt生成量较纯水泥高,后期浆体致密性提高,抑制卤水侵蚀,AFt生成量较少,C-A-S-H脱铝作用减弱.     

基于裹浆工艺的煤矸石混凝土性能研究

采用裹浆工艺对煤矸石骨料进行预处理,研究原状煤矸石骨料与不同浆体裹浆煤矸石骨料的吸水率、压碎值和干湿、冻融环境下的劣化行为以及裹浆煤矸石混凝土的强度和耐久性能,并分析骨料性能强化与混凝土性能提升的相关性。采用XRD、SEM分析原状煤矸石骨料与裹浆煤矸石骨料干湿、冻融循环前后的矿物组成、微观形貌和界面过渡区。结果表明,原状煤矸石骨料吸水率高,硬度低,在干湿、冻融环境下劣化明显,裹浆后煤矸石骨料性能提升。原状煤矸石混凝土强度与耐久性能较差,裹浆后煤矸石混凝土性能得到增强,骨料性能与混凝土性能相关性良好。煤矸石骨料劣化的主要原因是黏土矿物吸水后在干湿、冻融环境下软化失稳,而裹浆可以起到隔绝水分的作用,从而使骨料性能得到强化。骨料强化以及骨料与砂浆基体的结合程度提高共同促进了裹浆煤矸石混凝土性能提升。     

海洋环境下混凝土抗氯离子侵蚀的相似性研究进展

氯离子侵蚀已成为影响海洋环境下混凝土结构耐久性最主要的因素;混凝土耐久性破坏是一个长期的过程。试验室常采用人工加速模拟的方法研究混凝土耐久性劣化过程。然而,针对混凝土耐久性室内模拟与实海暴露的研究,目前在试验方法、试验制度及加速因素等方面尚未形成统一认识与规范,使研究成果在工程中应用推广具有一定局限性。若能建立真实暴露条件和室内模拟混凝土氯离子侵蚀试验两者之间的相似性关系,更能准确地分析海洋环境下混凝土结构耐久性和预测其使用寿命。考虑环境(温度和湿度)和材料性能(水胶比和矿物掺合料)等因素影响,基于单因素和多因素作用,主要从试验研究、理论分析及数值模拟3个角度,分别综述了混凝土抗氯离子侵蚀的研究进展,总结了海洋环境下混凝土抗氯离子侵蚀相似性研究成果,并对其进行了讨论和展望,为未来的理论研究及实际工程应用提供一定依据。     

抗硫酸盐侵蚀防腐剂对混凝土性能影响

在相同配合比条件下,选用三种不同性能的水泥配制混凝土,研究不同种类胶凝材料对混凝土的工作性能、力学性能以及抗侵蚀性能的影响.通过SEM扫描电镜观察混凝土3d、7d、28 d的浆体—骨料界面过渡区的微观结构以及水化产物形貌.试验结果表明:掺入10％ SSP防腐剂后,混凝土的工作性能、力学性能均优于基准和抗硫酸盐水泥混凝土.水泥水化后期,浆体—骨料界面过渡区很难区分,水化产物增多.SSP防腐剂可以促进水泥的水化程度,生成较多的钙矾石和C-S-H凝胶,使结构更致密,提高混凝土的抗侵蚀性能.     

压蒸条件下花岗岩石粉对UHPC性能的影响

研究了在压蒸条件下花岗岩石粉取代石英粉掺量对超高性能混凝土力学性能(3d、180 d抗压/抗折强度)和微观结构(水化产物、C-S-H凝胶平均分子链长)的影响,并探明两者之间的关系.XRD、SEM-EDS、29Si NMR测试结果表明:3 d、180 d胶凝浆体水化产物主要为低钙硅比、本征强度较高的tobermorite晶体.随着花岗岩石粉取代率增加,混凝土抗压/抗折强度先增加后减小,当取代率为50％时,其180 d抗压强度≥190 MPa、抗折强度≥40MPa;且随着取代率的增加,C-S-H凝胶平均分子链长降低、Al[4]/Si增加;在相同取代率时,平均分子链长为180d＞3d,Al[4]/Si为180 d＜3 d.高温和高压条件下,C-S-H凝胶平均分子链长不是混凝土性能的单一影响因素,混凝土抗压强度与C-S-H凝胶平均分子链长不直接相关.     

超塑化剂对C_3S水化产物C-S-H的影响

首次采用三甲基硅烷化法(TMS)研究超塑化剂对C-H-S凝胶中硅酸盐阴离子聚合度的影响。同时还用定量X射线分析(QXDA),热分解气体分析(TEGA)和氮气静态吸附等方法研究了C_3S水化产物C-S-H的化学成分和比表面积。结果表明,如水灰比保持不变,掺加少量超塑化剂对C-S-H的本质无明显影响;如果在掺加超塑化剂的同时减少拌合水量,则C_3S水化度下降,而硬化浆体的强度则提高。这主要是由于浆体孔结构改变的缘故,而C-S-H本身变化不大。     

模拟海水对高性能混凝土浆体的侵蚀作用研究

海水对混凝土的侵蚀作用决定了海洋环境中混凝土结构的服役性能.本文研究了模拟海水对高性能混凝土浆体(掺加粉煤灰、矿渣、硅灰以及石灰石粉的低水胶比浆体)的侵蚀作用,结果表明:矿物掺和料能阻碍海水的侵蚀,却导致浆体的早期强度较低.粉煤灰对后期强度贡献较大,而对早期强度影响最严重;掺加石灰石粉的浆体早期强度较高,但后期强度损失较大;掺矿渣的浆体后期强度损失较大,膨胀率较高;掺硅灰的浆体膨胀率低,强度损失较小.评价综合指标,掺硅灰的浆体整体表现出较好的抗海水侵蚀能力.     

基于CT图像三维重建的高温下高性能混凝土 孔隙衍化分析

为研究高温对高性能混凝土内部孔隙变化的影响,采用X射线CT技术,分别对常温、200℃ 、300℃ 、400℃ 、500℃ 、600℃ 温度作用下的混凝土进行扫描和图像重建,采用MIMICS软件对掺与不掺聚丙烯纤维混凝土进行三维细观结构重建,分析其内部孔隙随温度的变化情况.结果表明,随着温度的升高,混凝土内部孔隙体积及孔隙表面积呈不同幅度增加,混凝土内部微结构不断劣化,掺加聚丙烯纤维,在400℃ 前可明显改善混凝土内部结构高温劣化,在200～400℃ 时可减缓混凝土小孔隙的增加,有利于抑制高性能混凝土的高温爆裂,并减缓高温对混凝土内部结构劣化的影响.     

超细粉煤灰和偏高岭土对高强混凝土耐热性能的影响

以普通硅酸盐水泥为主要胶凝材料,超细粉煤灰和偏高岭土作为辅助胶凝材料制备了高强混凝土,研究了其在400℃热处理前后的力学性能,分析了浆体物相组成、断面形貌的变化.结果 表明,超细粉煤灰和偏高岭土的引入可以明显改善高强混凝土受热条件下的力学性能,同时引入30wt％超细粉煤灰和5wt％偏高岭土可制备出常温抗压强度、残余强度分别为87.18MPa、109.72 MPa的高强混凝土.微观分析发现,在热处理过程中,未掺加辅助胶凝材料的试样浆体中氢氧化钙和硅钙石分解,浆体结构劣化,力学性能退化明显;掺加超细粉煤灰可以改善试样浆体的孔结构,且超细粉煤灰可在高温下与氢氧化钙及其分解产生的氧化钙反应生成更多的硅钙石以及耐高温矿物相,改善了加热过程中由于氢氧化钙和部分硅钙石分解而产生的结构缺陷,进而提升材料耐热性能,使得混凝土热处理后的残余强度不降反升;在掺加超细粉煤灰的同时复掺偏高岭土,可以在常温下水化生成更多的水化硅酸钙凝胶,使得粉煤灰微珠与浆体的界面结合更加紧密,并在高温下进一步加快水化反应速率,在浆体中生成大量硅钙石、钙铝榴石与蓝晶石三种耐高温物相,进而大幅度提升混凝土的耐热性能,使得混凝土高温残余强度更高.     

海洋环境条件下碱骨料反应对海洋结构物性能影响的研究现状、存在问题及其发展趋势

海洋环境中有害物质侵蚀是造成海洋结构物性能劣化的主要原因。本文从影响碱骨料反应膨胀因素、氯离子与碱骨料反应共同作用对碱骨料反应膨胀行为影响、氯离子扩散与结合行为影响和力学性能损伤及损伤模型等方面出发,对海洋环境下碱骨料反应对结构物性能影响研究现状进行总结。分析此研究领域存在问题。提出了需引入能更准确反映碱骨料反应下材料损伤程度的变量参数;需加强氯离子与碱骨料共同作用下多维应力状态下混凝土长期力学性能演化规律研究;建立三轴应力状态下混凝土损伤的本构模型等新的研究思路。     

海洋环境下干湿循环对结构混凝土性能影响的研究现状、存在问题及其发展趋势

干湿循环是导致干湿交替区混凝土劣化的主要原因.从海洋环境下干湿循环区结构物易遭受干湿循环-环境因素耦合作用破坏的现状出发,针对干湿循环破坏机理、影响干湿循环下混凝土性能的因素、干湿循环与环境因素耦合下混凝土力学性能、耐久性能演变规律等几个方面,对干湿循环影响海洋环境下结构物性能的研究现状进行了归纳与总结.分析了此研究领域存在的问题,提出了加强干湿循环条件、干湿循环-碱骨料反应共同作用对混凝土长期性能演化规律的研究,引入能更加准确反映干湿循环下混凝土材料力学性能损伤程度的指标,深入研究三轴应力状态下混凝土性能损伤变化规律等新的研究思路.     

C3A掺量对C3A-C3S浆体微结构的影响

采用X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)、29Si核磁共振(29Si Nuclear Magnetic Resonance,29Si NMR)、27Al核磁共振(27Al Nuclear Magnetic Resonance,27Al NMR)和BET氮吸附等方法研究了标准养护条件下C3A掺量对C3S-C3A复合浆体微结构的影响.结果表明:C3A的加入可以促进C3S-C3A复合浆体的水化,释放的Al3+可以进入C-S-H凝胶硅氧链上的桥硅氧四面体位置,形成Al掺杂C-S-H凝胶;随C3A掺量增大,复合浆体中C-S-H凝胶的Al[4]/Si和MCL增大;随养护龄期增大,Al掺杂C-S-H凝胶硅氧链上的Al[4]逐渐脱出,进入浆体并转化为Al[6],导致相同C3A掺量下的复合浆体中Al[4]相对含量下降,Al[6]相对含量增长;C3A的加入在降低复合浆体平均孔径的同时,也提高了浆体的孔隙率.     

热-力耦合作用下混凝土劣化特性及其损伤本构模型的研究

为研究热-力耦合作用下混凝土损伤特性,对预设30％极限应力的混凝土进行实时升温至800℃,而后进行单轴压缩试验,并利用AE21C声发射检测仪进行全程监测.研究发现:400℃后C-S-H凝胶的高温脱水和Ca(OH)2的分解对于混凝土在热-力耦合作用下升温过程中性能劣化影响较大;在750℃后混凝土自身劣化严重导致热应变下降.通过对比掺入聚甲醛纤维、钢纤维及聚甲醛纤维与钢纤维混杂的混凝土热应变,发现掺入纤维以后可以有效的降低混凝土因温度产生的热膨胀应变.其中,聚甲醛纤维与钢纤维混杂混凝土热应变最小.同时利用声发射参数对试验加载段混凝土的损伤程度进行表征,建立了与试验结果较为吻合的损伤本构模型.     

基于微生物矿化作用的混凝土自愈合性能研究进展

混凝土材料在实际服役阶段常常受到力学和环境因素的耦合作用,因"湿–热–化学–力"复杂应力使其内部较易产生微裂缝,有利于水分及腐蚀性离子的侵入,从而加速了钢筋混凝土结构耐久性劣化过程。为了延缓严酷环境下混凝土力学及耐久性能劣化过程,目前学者们通过微生物矿化技术对混凝土裂缝自愈合机理展开了大量研究。基于混凝土自愈合机理,针对微生物愈合的实现方式及其对耐久性的影响,对矿化作用下水泥基材料微生物自愈合研究进行了总结和讨论,最后综述了不同类型微生物诱导碳酸钙沉淀技术在水泥基材料中的应用。     

掺粉煤灰和偏高岭土对高强混凝土不同温度下力学性能的影响

通过掺加粉煤灰和偏高岭土制备高强混凝土,研究了其在400℃、600℃、800℃、1000℃高温热处理后的力学性能变化,并与相同强度等级的混凝土进行对比,分析其在高温混凝土领域的应用优势.试验结果表明:普通高强混凝土经600℃热处理后,表观裂纹已经非常明显,而掺粉煤灰和偏高岭土的高强混凝土表观破坏温度为800℃;掺粉煤灰与偏高领土高强混凝土的高温力学性能出现先增长后迅速降低的现象,抗压强度最大值达到125.2 MPa,而普通高强混凝土高温处理后力学性能不断下降;普通高强混凝土随着热处理温度升高,浆体中的水化产物硅钙石、氢氧化钙不断分解,结构劣化严重,而掺粉煤灰和偏高岭土后浆体中会形成大量的耐高温相,而此过程会改善浆体中产生的部分结构缺陷,大幅度延缓力学性能退化,在1000℃热处理后浆体向陶瓷转变;掺粉煤灰和偏高领土的高强混凝土与相同强度等级的混凝土相比,在高温领域内的有着更加明显的优势,应用前景广阔.     

电场与硫酸盐侵蚀共同作用下混凝土的劣化及其机理

通过试验模拟电场与硫酸盐的共存环境,测试了不同配比的混凝土在这两种因素共同作用后的外观、抗压强度等宏观性能变化,并借助能谱分析、扫描电子显微镜和X射线衍射等方法,探讨了混凝土的劣化机理。结果表明:在电场作用下,混凝土孔溶液中的Ca2+发生定向迁移从而导致Ca2+浓度降低;Ca(OH)2分解溶出Ca2+来维持其平衡;此外,水化硅酸钙(C-S-H)凝胶的Ca/Si比下降,表明C-S-H凝胶也分解析出Ca2+,这对强度产生不利影响。同时,大量SO42–因电场作用从阴极溶液进入混凝土内部,并与水泥水化产物反应生成更多钙矾石和石膏晶体,导致强度进一步降低。低水胶比或掺粉煤灰混凝土的耐蚀性有所提高,但其劣化仍较为明显。因此,当混凝土受到电场和硫酸盐侵蚀共同作用时,应针对性地提出更为合理的混凝土耐久性设计及防范措施。     

锂渣掺量对水泥-减水剂浆体流变特性和混凝土性能的影响

本文研究了锂渣掺量对水泥-减水剂浆体流变特性、新拌混凝土工作性及硬化混凝土强度的影响。从紧密堆积理论和固体颗粒体积分数角度解释了锂渣掺量对水泥-减水剂浆体流变性能的影响。结果表明：锂渣水化初始的屈服应力和塑性黏度均随锂渣掺量的增加而增大，流变性能劣化。新拌混凝土的工作性与锂渣掺量呈负相关；随锂渣掺量的增加，7 d抗压强度不断降低，28 d抗压强度呈现出先增后降的趋势。     

水泥净浆、砂浆和混凝土等温干燥过程对抗压强度的影响

研究了水泥净浆、砂浆和混凝土的等温干燥过程对抗压强度的影响,从微观尺度上分析了干燥对强度的影响机理。结果表明:等温干燥对水泥基材料抗压强度影响显著;干燥后混凝土抗压强度的增长主要来自水泥净浆的强度提高,且增强效应与净浆质量分数呈对数关系;水泥净浆、砂浆、混凝土的干燥变形具有先膨胀后收缩特征,混凝土干燥过程及其变形取决于水泥净浆的干燥失水与变形;干燥后水泥净浆和砂浆孔隙率与平均孔径均显著增大,净浆孔隙率增大主要源于100nm小孔的增多,而砂浆孔隙率增大主要源于100～1 000 nm毛细孔的增多;干燥后水泥水化产物密实度提高,但骨料与水泥水化产物间粘结减弱,混凝土干燥后强度的改变是水泥水化产物密实度提高引起的强化效应和孔隙率增大、微裂纹扩展引起的劣化效应共同作用的结果。