低气压环境对混凝土含气量及气泡稳定性的影响

通过低气压试验箱模拟高原不同海拔地区气压环境,研究了低气压环境对引气混凝土含气量及气泡稳定性的影响。结果表明:环境气压的降低能够显著削弱引气剂的引气能力,混凝土含气量随环境气压降低呈线性减少,当环境气压降低至50 k Pa时,混凝土含气量比常压环境下降低约28%~52%。低气压环境使引气混凝土气泡稳定性变差,在搅拌结束50~55 min内,低压引气混凝土含气量经时损失较大,且气泡间距系数明显增大;延长振捣时间会使低压引气混凝土损失更多气泡,从而导致含气量降低幅度以及间距系数的增大程度均大于常压引气混凝土。     

高原地区抗冻引气混凝土含气量设计方法研究

对高原与平原地区不同水胶比引气混凝土的含气量、气泡间距系数及抗冻耐久性指数进行测试,同时搜集整理国内外相关研究成果,研究分析了高原低气压环境对引气混凝土含气量损失、气泡间距系数变化及临界抗冻耐久性指数的影响。结果表明:相较于平原地区,高原低气压环境下引气混凝土含气量损失增大,硬化后混凝土含气量损失约1.0%~1.5%;硬化混凝土含气量与气泡间距系数的对数间存在良好的线性关系,但高原低气压环境可能劣化引气混凝土的气孔结构;硬化混凝土气泡间距系数与抗冻耐久性指数间也具有良好的线性关系,且不受环境气压影响;以引气混凝土气泡间距系数为桥梁,提出一种基于混凝土抗冻耐久性要求的高原地区引气混凝土含气量设计方法。     

多年冻土季节活动层区引气混凝土孔结构演变规律与抗冻性研究

以多年冻土季节活动层区铁路、公路线路中桥梁的墩台基础混凝土灌注桩为背景,将持续-3℃养护下84 d时的引气混凝土和标养下28 d时的引气混凝土(两者抗压强度相同)的孔结构及抗冻性进行了对比分析,得出引气混凝土在-3℃养护环境下孔结构的演变规律和抗冻性能.结果表明:持续-3℃养护下混凝土平均孔径为标养下的1.48～1.63倍,气泡间距指数为标养下的1.37～1.61倍,孔隙率为标养下的1.25～2.02倍,且平均孔径随着含气量的增大先减小后增大,气泡间距系数随着含气量的增大而减小,孔隙率随着含气量的增大而增大;通过延长养护龄期抗压强度虽然最终可以达到标养下的抗压强度(龄期滞后),但混凝土的抗冻性能降低,其降低幅度不仅与含气量有关,而且与孔结构有关,含气量对混凝土抗冻性能的影响存在最优含气量,即最优含气量在3.2％左右.     

低温(3℃)养护条件下引气混凝土孔结构对强度与抗渗性的影响

主要研究了低温(3 ℃)养护环境下28 d、56 d龄期下引气混凝土孔结构参数对早期强度以及抗渗性能的影响.试验结果表明:随着含气量的增加,孔隙率增加,混凝土强度逐渐降低,抗渗性呈现先减小后增大的趋势;当掺入适量引气剂时,混凝土气泡间距系数达到最佳,此时氯离子渗透路径变长,抗渗性能达增强;低温(3 ℃)养护条件导致混凝土孔径分布劣化,主要孔径分布范围明显变大,随着龄期增长,混凝土孔径朝着大孔减小,小孔增大的趋势发展,但是发展速度比较缓慢.     

消泡剂对引气剂的界面行为和作用效果的影响

研究了消泡剂与引气剂之间的界面行为,计算了其在混合界面处的分子组成、分子间作用力常数(β)及混合体系的附加自由能,对比了多种比例搭配的消泡剂与引气剂体系在溶液和硬化砂浆中的性能差异。结果表明:在引气型表面活性剂中引入消泡型组分时,会导致表面活性剂分子在界面排列的自由能增加,从而导致溶液泡沫稳定性和砂浆含气量稳定性明显下降,并且消泡剂可有效减小硬化砂浆气泡孔径和气泡间距系数,提高砂浆的抗压强度。     

在等强度下-3℃与标准养护环境引气混凝土渗透性能与孔结构的关系

为了研究等强度下引气混凝土渗透性能与孔结构的关系,在-3 cc养护及标养下进行了不同引气剂掺量的混凝土孔结构及抗氯离子渗透试验,测试了-3℃养护84 d与标养下28 d时混凝土的孔结构的分布规律及电通量的变化规律.结果表明,标养28 d时混凝土的气泡平均孔径、气泡平均孔径、孔隙率及比表面积均小于-3℃养护84d时混凝土的气泡平均孔径、气泡平均孔径、孔隙率及比表面积;-3℃养护下混凝土的电通量是标养下的3～4倍左右,混凝土的电通量随含气量的升高而逐渐增大,即抗氯离子渗透性提高,而在标养下随着含气量的增大,混凝土的抗氯离子渗透性先增强后减弱.     

引气剂对混凝土气泡结构的影响研究

为了便于引气剂的开发与应用,本文采用图像分析方法测试了掺有6种引气剂的混凝土气泡结构参数,研究了引气剂品种对混凝土的含气量、气泡间距系数、气泡平均直径及孔径分布的影响。结果表明,引气剂品种对新拌混凝土含气量与硬化混凝土含气量的相关性、硬化混凝土气泡间距系数、气泡平均直径及孔径分布会产生显著影响,仅通过新拌混凝土含气量来评价掺加不同品种引气剂混凝土的引气效果,可能会存在较大偏差。对于耐久性混凝土的配合比设计,建议采用含气量和气泡间距系数双控。     

-3℃养护条件下不同含气量混凝土的微观孔结构及渗透性研究

采用气孔分析法和直流电量法对在-3 ℃条件下养护28 d的不同含气量混凝土的孔结构和渗透性进行了试验研究.结果表明:-3 ℃养护条件下,随着含气量的升高,混凝土的气孔间距系数减小,混凝土中孔径＜100 nm的气泡所占的比例逐渐减小,而孔径＞ 100 nm的气泡所占的比例逐渐增大,混凝土的电通量增大,混凝土的立方体抗压强度降低;-3 ℃养护条件对混凝土的孔结构和抗压强度影响较大,而对混凝土的抗氯离子渗透性影响更大.     

低温(3℃)养护条件下不同水胶比对引气混凝土孔结构参数及抗渗性的影响

针对西部寒冷以及盐渍土地区的灌注桩混凝土,主要研究了低温(3 ℃)养护环境下不同水胶比对引气混凝土孔结构参数以及抗渗性能的影响.试验结果表明:随着水胶比的增大,引气混凝土的孔隙率与气泡间距系数都呈现增大的趋势,低温养护条件下孔隙率与气泡间距系数大于标准养护条件下;低温养护条件下混凝土主要孔径分布范围明显大于标准养护条件;低温养护条件下混凝土抗渗性能小于标准养护条件下混凝土,随着水胶比的增大,抗氯离子渗透性能下降,水胶比越大,抗渗性能下降越快;混凝土电通量和氯离子迁移系数与混凝土孔结构参数(孔隙率、气泡间距系数、孔径分布)呈现高度正负相关.     

含气量对低温养护下混凝土早期实际强度及抗冻性能的影响研究

本文以低温(3±0.2)℃养护下引气混凝土为研究对象,采用压汞法、气孔分析法、快速冻融法测试了不同含气量低温养护下混凝土的孔隙结构及抗冻耐久性.结果表明:掺入引气剂,可使混凝土孔隙率、总孔体积、总孔面积增加,平均孔径、孔间距系数减小,孔径均匀分布,显著改善混凝土的内部孔隙结构,明显提高混凝土的抗冻耐久性.为更好的阐述含气量对混凝土实际强度的影响,本文通过测出的气孔结构,进一步推算出低温养护下混凝土的实际抗压强度,通过理论计算得出,随着含气量的增大,实际强度降低.     

复合引气剂对砂浆性能调控分析

通过复合引气剂来调控砂浆的性能,研究调控组分c对掺入引气剂H的砂浆含气量、强度、流动度的影响规律,并利用图像分析法对硬化砂浆的孔结构进行分析。研究表明,c调控组分对掺入引气剂H的砂浆含气量没有明显影响;c调控组分可以有效改善砂浆性能,当H:c=3:25时,砂浆的性能达到最佳;在保持总体含气量不变的条件下,调控组分的含量增加有利于增加小孔(100μm~200μm)所占的百分比,减少大孔(800μm~1600μm)所占的百分比;小孔孔隙率的增加有利改善砂浆的孔结构,降低强度损失率,提高流动性。     

原材料对引气剂含气量的影响研究

研究了原材料对引气剂引气效果的影响,水泥品种及水泥用量对含气量的影响。结果表明,不同的水泥品种及用量都会使含气量产生差别,复合型水泥使含气量降低较大;人工机制砂比天然河沙的影响更大,会大大降低含气量;粉煤灰种类、质量、产地对含气量的影响很大,需要增大引气剂的掺量几倍到十几倍。     

不同养护温度下引气剂对混凝土性能的影响研究

通过试验,研究了混凝土含气量的经时损失规律及其影响因素,以及养护温度和引气剂对混凝土强度、抗氯离子渗透性和微观孔结构等性能的影响.结果表明:新拌混凝土的含气量损失与混凝土的初始含气量有关,初始含气量越大,损失也会更大,且处于动态过程的新拌混凝土的含气量损失较静态过程更大;与标准养护条件相比,负温养护条件一方面会使混凝土内部的水化反应变慢,水化程度变低,另一方面水结冰也会引起体积膨胀,破坏混凝土内部的晶体结构,对混凝土内部孔结构造成了一定程度的损伤,使得混凝土抗压强度降低,电通量、气孔间距系数等参数增大;掺入引气剂会引入了大量的微小气泡,使混凝土内部小孔径的孔含量增多,在一定程度上会提高孔的连通性,从而相对减小混凝土受力面积,造成混凝土抗压强度降低,电通量增大,孔径分布也会朝着小孔径方向移动.     

影响聚丙烯发泡倍率和泡孔结构的主要工艺参数研究

以自行研制的高熔体强度聚丙烯为原料,在同向双螺杆挤出机-熔体泵发泡系统上,采用超临界二氧化碳为发泡剂,分析研究了影响聚丙烯发泡倍率和泡孔结构的主要因素.结果表明:随发泡剂注入量增大,聚丙烯发泡倍率提高,但发泡剂注入量应控制在一定的范围内,小于气体在聚丙烯熔体中的溶解度,否则,泡孔容易破裂、合并,发泡倍率降低;熔体温度是影响聚丙烯发泡倍率的关键因素,随熔体温度降低,聚丙烯发泡倍率增大,控制熔体温度在聚丙烯树脂结晶温度以上5℃左右内,能够得到发泡倍率高,泡孔结构好的聚丙烯发泡体;聚丙烯泡孔结构参数与机头压力和熔体温度密切相关,提高机头压力有利于气泡成核,降低熔体温度有利于减少气泡合并和破裂,得到泡孔尺寸小且均匀、泡孔密度高的聚丙烯发泡制品.     

CRTS Ⅱ型板式无砟轨道支承层混凝土粉化成因分析及修复方案

经调研,CRTS Ⅱ型板式无砟道床运行过程中出现混凝土支承层粉化病害,且呈劣化加速趋势。本文研究了支承层混凝土抗压强度、气泡间隔系数、含气量和抗冻性能。研究表明,支承层混凝土含气量不足,且长期处于冻融环境下,最终导致其粉化、承载力不足等问题。通过提高混凝土含气量、提高混凝土密实度和使用防水材料,可显著降低支承层混凝土粉化风险,提高无砟道床结构稳定性和耐久性。     

3℃下含气量对混凝土强度、孔结构及抗冻性的影响

本文通过混凝土强度试验、压汞试验、孔间距系数试验和冻融循环试验,对低温(3±0.2)℃养护下不同含气量混凝土的强度、孔结构及抗冻性进行了研究.结果表明,低温养护下混凝土的强度比标准养护下混凝土的强度低;随着含气量的增大,混凝土净浆的总孔体积、总孔面积、比表面积和骨架密度均增大,但硬化后混凝土的孔间距系数和平均孔径减小,孔径分布更加均匀合理;随着含气量的增大,混凝土的抗冻性提高,但混凝土的强度会降低,所以含气量存在一个合理的范围.     

-3℃下粉煤灰对水泥水化和水泥石微观孔结构影响的试验研究

通过水泥水化放热试验和水泥石孔结构分析试验,研究持续-3℃下28 d龄期时水胶比和粉煤灰掺量对水泥水化和水泥石孔结构的影响,分析微观孔结构和水泥水化之间的关系,探究粉煤灰对水泥石微观孔结构的作用机理.试验结果表明,在持续-3℃下,水泥水化程度随着水胶比的增加而增大,水泥石含气量和平均孔径也随着水胶比的增大而增大,在一定的水胶比下,随着粉煤灰掺量的增加,水泥浆28 d龄期水化程度逐渐降低,同时,相较于纯水泥浆体,掺入粉煤灰后,水泥石28 d龄期含气量、平均孔径都有一定程度的升高,且粉煤灰掺量越大,升高幅度越大.     

注气孔位置对文丘里管式微气泡发生器成泡特性的影响分析

尽管文丘里管式微气泡发生器的注气口位置会对气泡在文丘里流道内的碎化特征产生直接影响,但迄今缺乏针对性的深入研究。通过可视化实验方法,对比分析了注气口分别位于喉管处（结构1型）和进水管处（结构2型）时的气液流型、气泡破碎特征以及成泡特性。实验表明,气、液相流量对结构1型微气泡发生器内的气液流型影响显著,初始成泡区域随液相流量增加,环状流或泡状流向弹状流转变,而随气相流量增加则由泡状流或弹状流向环状流转变;结构2型微气泡发生器则在此过程中始终为泡状流,其对操作工况的适应范围大于结构1型。在相同工况下,结构1型微气泡发生器的成泡Sauter平均粒径小于结构2型,但随着液相Reynolds数的增大,二者间的成泡平均粒径差值随之减小。分析原因是由于弹状流流型下,延伸至扩张段区域的弹型泡的表面积更大,能量转化率更高,气泡界面失稳碎化的程度更显著。随着液相Reynolds数的增大,初始成泡体积减小,湍流破碎机理作用占据主导,掩盖了由于界面失稳引起的气泡破碎。结构1型微气泡发生器的成泡能耗高于结构2型,并且随液相Reynolds数的增大,两者之间的差值随之增大。综合来看,结构2型微气泡发生器能够在低能耗下实现高效成泡,面向工程应用将更具优势。     

不同羧基密度聚羧酸减水剂对水泥石孔结构的影响

通过水溶液自由基聚合法合成了不同羧基密度的聚羧酸减水剂,并对所合成聚羧酸减水剂分子结构进行表征,研究了不同羧基密度的聚羧酸减水剂对硬化水泥砂浆孔结构及力学强度的影响。结果表明:水泥砂浆抗压强度与其孔隙率成负相关性,但当孔隙率相同时,分级孔分布显著影响水泥砂浆抗压强度。随着聚羧酸减水剂中羧基密度的增加,聚羧酸减水剂分散性能及引气性能显著增加。当聚羧酸主链羧基密度为6时,水泥砂浆中孔隙率达到最大值。聚羧酸减水剂引入水泥砂浆中的气泡会显著改变硬化砂浆的分级孔分布,显著增加中小孔(200–500μm)的比例,减少大孔(1 200–1 600μm)比例。说明聚羧酸减水剂能够显著改善硬化砂浆孔径分布,使得硬化水泥砂浆中孔径分布更加细小化。砂浆孔结构参数与抗压强度多元线性拟合关系表明,为了提高砂浆力学性能,应采用总引气量小的聚羧酸减水剂,而当总引气量接近时,应优先选择引入分级孔(100–500μm)含量较高的聚羧酸减水剂。     

低气压环境下硬化水泥浆体的水分传输特性

高原地区的低气压环境对水泥基材料的干燥收缩与抗冻融性能等均有不利影响，该环境下水分传输特性的改变是重要的影响因素。对不同水灰比的硬化水泥浆体开展了不同气压(101、60kPa和20kPa)与相对湿度(43%、98%)环境中270d的等温暴露试验，研究了低气压环境对硬化浆体中含湿量及化学结合水含量的影响，并建立数值模型分析了低气压环境对水分传输特性的影响。结果表明：在等温干燥环境中，低气压环境会促进硬化浆体中水分散失，并导致化学结合水含量的轻微下降；在等温润湿环境中，水分逐渐扩散进入硬化水泥浆体中，使试件质量随暴露龄期呈对数增长，环境气压降低会明显提升早期的质量增长速率与最终质量增加值。水分传输的数值模拟结果说明了低气压环境中水蒸气扩散系数、对流传质系数与硬化浆体的本征渗透率的增大是导致等温干燥和润湿过程水分传输行为的主要原因。