基于低场核磁共振技术水泥砂浆反复高温热损伤的研究

为了研究水泥砂浆反复经历高温及局部水冷作用后的损伤演化特征,将水泥砂浆试件中部进行钻孔,将试件加热到400 ℃并且向孔洞注水冷却至室温,重复操作。采用低场核磁共振技术、数字声波仪器、数码显微镜分别研究了水泥砂浆试件在高温及局部水冷作用下的损伤行为。结果表明,随着高温及局部冷却次数增多,试件小孔孔径及数量不断增大,而大孔孔径则减小,试件在经过第一次处理后其性能劣化最明显,且局部注水冷却使得孔洞周围的损伤大于其他部位。同时,随着高温及局部冷却次数增多,概率密度峰值所对应的灰度值增大并向右移动。另外,高温弱化了胶凝材料与砂粒的胶结能力,反复高温处理使得水泥浆与砂粒之间的胶结能力进一步削弱,试件的波速减小,但孔洞中注水冷却产生的温度应力使得胶凝材料与砂粒的胶结能力急剧下降,温度骤降产生的温度应力对胶凝材料与砂粒间的胶结能力的影响远大于反复高温处理。     

基于核磁共振技术对水泥砂浆高温后孔隙结构及水分迁移特征的研究

为研究高温后水泥砂浆内部水分迁移特征，将水泥砂浆试件300、400、500℃高温处理后表面镀蜡(留有一个上表面),随后将试件未镀蜡一端置于液面下2 cm进行自渗吸试验。采用核磁共振(NMR)技术T₂谱及核磁共振成像研究高温作用后水泥砂浆试件水分迁移情况及特征。结果表明，随着处理温度升高，试件胶凝孔和气孔或裂隙占比增大，而毛细孔占比逐渐降低，试件吸水质量减小，吸水质量前24 h内快速增加，随后减缓并趋于稳定。同时，高温作用影响毛细管吸水率，当处理温度小于等于400℃时，高温可增大毛细管吸水率；当处理温度大于400℃时，高温反而削弱毛细管吸水率。通过引入毛细吸收系数S来表征毛细管吸水率，S在6 h前大于10,而在6 h后减小超过2个数量级。另外，水分迁移存在优先孔径，在毛细孔中迁移的优先孔径为10～480 nm,在气孔或者裂隙中迁移的优先孔径为1 680～16 800 nm,且随浸水时间增加，水分更倾向由大孔传输到较小孔隙中。最后，通过核磁共振成像可实时观测到水分迁移位置由外到内，迁移速度与试件处理温度呈正相关。     

316L钢高温疲劳裂纹扩展的规律研究

对316L钢在常温、200℃、400℃和550℃。下的疲劳裂纹扩展速率进行了测试和分析，对疲劳断口形貌进行观察，得到了四种温度下的疲劳裂纹扩展规律。结果表明：裂纹扩展率随着温度的升高而增大；高温下氧化作用增强。     

高温循环作用下水泥砂浆的力学性能研究

为了研究高温循环作用下水泥基材料的力学特性,对经高温循环作用后的水泥砂浆试件进行了单轴压缩变形试验.研究结果表明:当循环次数为5次以内时,水泥砂浆的抗压强度随着高温循环次数的增加呈波动变化,无明显增大或减小趋势,但随温度和水灰比的增大而减小;在400℃以内,温度对水泥砂浆的峰值应变影响较小,但峰值应变随着高温循环次数的增加而增大;水泥砂浆的弹性模量随着高温循环次数的增加呈先增大后减小的变化规律.     

高温后混凝土强度与孔隙结构变化规律试验研究

针对高温后混凝土力学性能衰弱特性,运用氮气吸附原理,分析高温后混凝土比表面积、孔径分布等结构损伤特征,从微观孔隙角度阐释宏观力学性能衰弱特性.结果表明:①混凝土的抗压强度随温度的升高逐渐降低,且呈线性变化;②混凝土微孔启裂扩展的阀值温度是200℃,此时混凝土的比表面积最大;混凝土大孔启裂扩展的阀值温度是600℃,此时混凝土的比表面积最小;③影响高温混凝土力学性能的微观孔隙直径与温度呈现正相关分布;200℃时,混凝土微孔增多,微孔占总孔比为34.6％;400℃时,混凝土中孔增多,中孔占总孔比为53.97％;600℃时,混凝土大孔缓慢增多,大孔占总孔比为36.3％;800℃时,混凝土大孔急剧增多,大孔占总孔比为72.26％.     

20g钢在高温下的断裂行为

对20g钢的高温断裂行为进行了试验研究：高温断裂韧性的温度和应变速率效应;裂纹扩展速率da／dt与C*积分的相关性。试验结果表明,断裂韧性Ji值随应变速率的增大而有较大幅度的降低;在同一应变速率下,温度400℃时的Ji值小于500℃时的。在C*=10-4～10-1J/mm2·min的负我强度下,da／dt与C*积分相关;C*积分可作为裂纹扩展速率的控制参量。温度400℃下裂纹扩展速率da／dt明显地大于500℃下的da／dt。因此,在温度400℃左右时更应尽量避免超载。     

受火温度与冷却方式对C60HPC抗压强度及超声波速的影响

设计了聚丙烯纤维掺量为0％、0.2％、0.3％的三种C60高性能混凝土,制作成标准立方体试件,模拟高温试验,分别采用自然冷却和喷水冷却两种方式把C60HPC试件冷却至常温.测试混凝土试件的抗压强度和超声波速,分析C60HPC试件的抗压强度和超声波速随受火温度的变化及其受冷却方式的影响.结果表明:C60HPC试件的抗压强度随受火温度的升高而降低,当受火温度在200～300℃时,掺加聚丙烯纤维的C60 HPC试件抗压强度有所提高;随着受火温度的增长,C60 HPC试件的超声波速减小;喷水冷却后C60 HPC试件的抗压强度在400℃以前降低缓慢,但是在400℃以后降低速度加快;喷水冷却后C60HPC试件的抗压强度和超声波速值均小于自然冷却后C60HPC试件;聚丙烯纤维掺量为0.2％C60HPC试件的抗压强度和超声波速值均大于掺量为0％和0.3％的C60 HPC试件.     

高温下玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的动态压缩力学行为

为研究高温下玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(BFRGC)的动态压缩力学行为,本文制备了纤维体积掺量为0%、0.1%、0.2%、0.3%的BFRGC试件,并对其进行了不同温度(20、200、400、600、800℃)下的动态冲击试验。结果表明：BFRGC试件静态抗压强度、动态抗压强度和比能量吸收具有明显的温度强化效应和高温损伤效应,峰值应变表现出显著的温度塑化效应。BFRGC试件的静态抗压强度、动态抗压强度的温度阀值为400℃。随着温度的升高,BFRGC试件的静态抗压强度、动态抗压强度和比能量吸收均先增大后减小,峰值应变不断增大。掺加适量的玄武岩纤维可以提高常温及高温下地质聚合物混凝土的静态抗压强度和动态力学性能,且其最佳掺量为0.1%。     

冻融循环作用下饱水砂浆孔结构的演变规律

为揭示水泥基材料低温冻融孔结构损伤的演变规律,以饱水白水泥砂浆为研究对象,利用低场磁共振技术测试了砂浆试件在连续冻融循环作用下的孔结构。设计了20℃常规养护和80℃高温养护制度以改变砂浆的初始孔隙结构,随后对这两种相同配比、不同孔结构的砂浆进行快速和慢速冻融循环试验。结果表明:80℃高温养护会显著降低砂浆抗冻性,增大凝胶孔并提高粗毛细孔体积分数,但不会显著改变介观毛细孔的分布强度;与高温养护作用相反,冻融循环作用不会改变凝胶孔和粗毛细孔的分布强度,但能显著提高微裂纹的分布强度;80℃高温养护砂浆在冻融作用下的微裂纹体积增长速率显著高于20℃常规养护砂浆;冻融速率不会显著影响砂浆的孔径分布变化规律;砂浆内部微裂纹体积增大和质量损失增加呈双线性关系。砂浆内部冻融破坏和外部剥落均主要源自于微裂纹的产生和发展,与凝胶孔和粗毛细孔无明显相关性。     

316L钢高温疲劳裂纹扩展的规律研究

对 3 1 6L 钢在 2 5℃、 2 0 0℃、 40 0℃和 550℃下的疲劳裂纹扩展速率进行测试和分析 ,对疲劳断口形貌进行观察 ,得到四种温度下的疲劳裂纹扩展规律。结果表明 :裂纹扩展速率随着温度升高而增大 ;高温下氧化作用增强。     

热处理对聚合物改性纤维增韧水泥基复合材料物理力学性能的影响

采用环氧乳液、乳胶粉制备了聚合物改性纤维增韧水泥基复合材料,研究了200 ℃、400 ℃、600 ℃、800 ℃热处理对材料物理力学性能的影响。结果表明:掺加聚合物可以改善试样的高温体积稳定性,使得试样在800 ℃高温下热处理时不发生爆裂;室温冷却条件下,聚合物使得材料峰值残余强度对应的温度由400℃降低至200 ℃,而在水冷却条件下,试样的残余强度随着热处理温度的升高持续降低,800 ℃热处理后聚合物改性试样在水冷却时溃散;聚合物分解在试样内部形成的交联孔道,改善了试样热处理后的孔结构,延缓了高温热处理对试样力学性能的劣化速率。     

水灰温度对寒区水泥物理力学性能影响的试验研究

为了解水泥出罐温度对水泥早期物理力学性能的影响,通过控制水泥使用温度及拌和用水温度,进行了12组水泥标准稠度用水量试验及16组水泥胶砂强度试验,结果表明,随着水泥出罐使用温度的升高,使用常温水(17℃)和冷水(5℃)的水泥标准稠度用水量都会增加,但使用冷水时标准稠度用水量相对较小;水泥早期力学性能也会随着出罐使用温度的升高而降低,但冷水拌和时具有更高的早期力学性能;在水泥试件长期养护条件下,拌和水温及水泥出罐使用温度对水泥的力学性能影响不明显。寒区工程中,当水泥出罐使用温度过高时,可使用温度较低的地下水进行拌和,以避免水泥拌和物过于干燥并有效提高水泥早期力学性能。     

Effect of pumice and fly ash incorporation on high temperature resistance of cement based mortars

The effects of high temperature on the mechanical properties of cement based mortars containing pumice and fly ash were investigated in this research. Four different mortar mixtures with varying amounts of fly ash were exposed to high temperatures of 300, 600, and 900 °C for 3 h. The residual strength of these specimens was determined after cooling by water soaking or by air cooling. Also, microstructure formations were investigated by X-ray and SEM analyses.Test results showed that the pumice mortar incorporating 60% fly ash revealed the best performance particularly at 900 °C. This mixture did not show any loss in compressive strength at all test temperatures when cooled in air. The superior performance of 60% FA mortar may be attributed to the strong aggregate-cement paste interfacial transition zone (ITZ) and ceramic bond formation at 900 °C. However, all mortar specimens showed severe losses in terms of flexural strength. Furthermore, specimens cooled in water showed greater strength loss than the air cooled specimens. Nevertheless, the developed pumice, fly ash and cement based mortars seemed to be a promising material in preventing high temperature hazards.     

低温干湿循环条件下砂浆抗硫酸盐侵蚀性能试验研究

研究了不同水胶比水泥砂浆试件在低温干湿循环条件作用下的抗硫酸盐侵蚀性能.试验制作了0.36与0.5两种水胶比的普通硅酸盐水泥、中抗硫水泥以及矿粉-硅灰复掺的水泥砂浆试件,检测了试件标养28 d后的孔结构及各试件在(5±1)℃的3％Na2 SO4溶液中干湿循环后的强度、动弹性模量变化情况,对砂浆在低温干湿循环条件下的抗硫酸盐侵蚀性能进行了评价,并分析了检测指标间的相关性.结果表明:低温干湿循环条件下,0.5水胶比砂浆抗硫酸盐侵蚀性能低于0.36水胶比砂浆,抗硫酸盐侵蚀性能随着水胶比的降低而提高;低水胶比砂浆复掺矿粉-硅灰后抗低温干湿循环条件下的硫酸盐侵蚀性能提升明显;两个水胶比砂浆的相对动弹模均与抗压强度高度相关.     

海水海砂砂浆力学与毛细吸水性能及微观结构研究

对不同龄期、水灰比的海水海砂砂浆(SSM)试块开展了抗压、抗折强度测试,通过称重法研究了水灰比、龄期及水温对SSM毛细吸水性能的影响,并基于低场核磁共振技术研究了SSM力学、毛细吸水性能与微观结构的关系,最后将基于多孔介质毛细管吸水模型计算的代表性毛细管直径与基于低场核磁横向弛豫时间估算的砂浆孔隙直径进行了对比分析与讨论。结果表明,SSM前3天强度发展较快,水灰比为0.4的SSM试块养护3 d时的抗压、抗折强度分别为养护28 d时的56.2%、70.3%。当水温从20 ℃升至40 ℃时,水灰比为0.4、养护28 d的SSM试件毛细吸水系数增大1.2倍。长期一维吸水过程中,试件单位面积累计毛细吸水量与吸水时间的0.25次幂呈线性关系。随龄期增长,SSM试件孔隙率呈减小趋势。基于毛细管吸水模型得出的代表性毛细管直径与基于低场核磁横向弛豫时间估算的砂浆孔隙直径较为接近。     

Zero-eccentricity direct-tension testing of thermally damaged cement-based materials

This study presents some results on direct-tension strength of two cementitious mortars using a test set-up specifically designed to virtually eliminate any load eccentricity. The tests were conducted on cement mortars with and without condensed silica fume after being exposed to high temperature (200, 300, 400 and 500 °C). Direct-tension tests were also carried out at room temperature (20 °C) for reference. The specimens were exposed to high temperature and were then allowed to cool to room temperature before testing up to failure. The strength values measured in this study exhibit a trend that is similar to that exhibited by the compressive strength cited in the literature. The results show that mortar specimens exhibited a small increase in strength at temperatures up to 200 °C for regular mortar and up to 230 °C for silica fume mortar. At temperatures above 200/230 °C, the residual tensile strength of the mortar decreases significantly and rapidly. Adding silica fume to the cement mortar increases the resistance to high temperature.     

低温(10℃)-干湿循环下水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀试验研究

在低温(10 ℃)-干湿循环双重环境下,对不同水灰比不同胶凝材料方案的水泥砂浆试件的抗硫酸盐侵蚀性能进行了试验研究,其中水灰比采用0.5和0.36,胶凝材料分别为普通硅酸盐水泥、中抗硫酸盐硅酸盐水泥和在普通硅酸盐水泥中分别掺入15%矿粉+1%硅灰和15%矿粉+3%硅灰.结果表明:在低温(10 ℃)-干湿循环双重条件下,既存在化学侵蚀又存在物理侵蚀,但是以物理侵蚀为主;通过降低水灰比或者使用抗硫酸盐硅酸盐水泥能显著提高砂浆抗硫酸盐侵蚀性能;在不同的水灰比下,复掺矿粉和硅灰会得到不同的效果,在低水灰比时能提高抗硫酸盐侵蚀的性能,在高水灰比时反而会降低抗硫酸盐侵蚀的性能.     

不同细度水泥的水化特性及其对水泥砂浆自愈合性能的影响

研究了不同细度水泥的水化热、水化产物和力学性能,以及水泥细度和养护条件对预制裂缝的水泥砂浆强度恢复率和裂缝愈合的影响.结果表明:随着水泥比表面积增大,水泥水化放热量峰值越高,相同龄期下的水化程度越高;预制裂缝试块在自然养护、标准养护和水中养护90 d后的强度恢复率呈现出来相似的规律,均随着细度增加而逐渐减小;比表面积为254 m2/kg和407 m2/kg的水泥制成的砂浆试块,预制裂缝的初始最大宽度都为0.070 mm,前者水中养护90 d后裂缝基本愈合;而后者的裂缝愈合率只有57.1%.