地质聚合物混凝土研究现状

地质聚合物混凝土是一种新型绿色建筑材料,以来源广泛的工业固体废弃物为原材料,能耗小、碳排放低、制备方便,并且抗压抗折强度、抗酸碱侵蚀性能、冻融性能、抗碳化性能优异,具有广阔的应用前景,是普通硅酸盐水泥基材料的最佳替代物之一。本文回顾了地质聚合物混凝土的国内外研究进展,综述了原材料组成、配合比设计、工作性、力学性能以及耐久性等几个方面的发展状况,评述了地质聚合物混凝土技术所面临的问题。     

高性能混凝土抗裂性能研究

该文对高性能混凝土的抗裂性能进行了系统的研究,主要包括:高性能混凝土收缩与抗裂性能的试验方法,研制出一种测试混凝土抗裂性能的诱导开裂试验方法,该方法避免了混凝土裂缝出现位置的随机性以及混凝土塑性沉降引起的材料不均匀等带来的测试结果不准确,同时研制出一种多点、实时、自动监测混凝土试件开裂时间的系统,可应用于测试混凝土早期的裂缝出现时间;进行了大量自生收缩试验和干燥收缩试验,对影响高性能混凝土自生收缩和干燥收缩的因素进行了深入的研究,提出了减少收缩变形的混凝土原材料选用和粉煤灰及矿渣单掺与多掺的最佳掺量,提出了高性能混凝土自生收缩和干燥收缩计算模型;采用平板诱导开裂法和圆环测试系统进行了大量的抗裂性能试验,深入研究了混凝土原材料特别是粉煤灰及矿渣影响高性能混凝土抗裂性能的规律,提出了实现高抗裂性能的混凝土原材料选用和粉煤灰及矿渣单掺与多掺的最佳掺量;研究成果成功地应用于实际工程中,取得了显著的技术和经济效益。     

地质聚合物凝结硬化及其调节技术的研究进展

地质聚合物(Geopolymer)是一类由活性铝硅酸盐矿物在碱激发作用下形成的非传统胶凝材料,具有高强、耐久、绿色环保等特点.但地质聚合物原材料和碱性激发剂的多样性使其水化机理异常复杂,凝结硬化性质不确定性增加,且受环境温度变化影响大.因原材料及制备工艺不同,地质聚合物凝结硬化特性可能走向两个极端:(1)凝结硬化过快,难以施工;(2)长时间不凝结硬化,早期强度发展慢.通过合理有效的方法将其凝结时间调控至适合范围,是实际工程应用中亟需解决的关键问题.本文分别阐述了高钙、低钙和无钙体系下地质聚合物的凝结硬化机理,详细分析了铝硅酸盐原料细度、活性及CaO含量,激发剂的类型、掺量以及环境温度等因素对地质聚合物凝结时间的影响,概括总结了调节地质聚合物凝结时间的技术方法,并分析了其作用机理,以期为地质聚合物的应用研究提供技术支持.     

钢纤维地质聚合物混凝土冲击力学性能研究EI北大核心CSCD

通过控制粉煤灰、矿渣用量制备基准强度分别为C50、C60和C70的普通地质聚合物混凝土试件,再掺入不同体积量(0.3%, 0.6%, 0.9%和1.2%)的钢纤维制备出钢纤维地质聚合物混凝土试件。采用霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)对试件在不同冲击气压(对应不同应变率)下的抗冲击性能进行研究,探讨钢纤维掺量、应变率及混凝土基准强度对试件动态抗压强度和韧性指数的影响;采用ABAQUS软件进行数值模拟,对模拟与试验结果加以分析和验证;建立钢纤维地质聚合物混凝土动态应力-应变本构模型。结果表明:各组试件的动态抗压强度随着应变率、混凝土基准强度地提高逐渐增大,而钢纤维掺量仅对强度较低地质聚合物混凝土产生较大影响;应变率的提高使试件完整性逐渐变差,而随着钢纤维掺量与混凝土基准强度的提高,试件完整性逐渐变好,冲击耗能与韧性逐渐增加;数值分析与试验结果吻合较好,验证了结果的可靠性;钢纤维地质聚合物混凝土动态应力-应变本构模型计算结果与试验结果整体吻合较好,可用于预测冲击荷载下钢纤维地质聚合物混凝土的力学性能。     

多孔地质聚合物保温材料研究进展

为拓展地质聚合物功能化应用,并满足建筑节能对高性能无机保温材料的迫切需求,多孔地质聚合物因具有一系列优异性能而可望成为建筑保温领域的新选择.综述了多孔地质聚合物浆体流变性能调控、孔结构分级表征和孔结构参数与导热系数关系模型等方面的研究现状,分析了多孔地质聚合物发展面临的挑战,并展望了开发高性能多孔地质聚合物需要进一步研究的问题.     

纤维增强地质聚合物混凝土早期冲击力学性能的对比研究

为对比研究玄武岩纤维和碳纤维对地质聚合物混凝土（geopolymeric concrete ,GC）早期冲击力学性能的改善效果,首先以矿渣与粉煤灰作为原材料,并采用液体硅酸钠与NaOH作为碱激发剂,配制了纤维体积掺量分别为0、0.1%、0.2%、0.3%的玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土（basalt fiber reinforced geopolymeric concrete ,BFRGC）和碳纤维增强地质聚合物混凝土（carbon fiber reinforced geopolymeric concrete ,CFRGC）,再采用Φ100 mm 霍普金森压杆 (split Hopkinson pressure bar ,SHPB) 试验装置测试了两种材料3d、7d的冲击力学性能,并对试验进行对比分析。结果表明：纤维增强地质聚合物混凝土 (fiber reinforced geopolymeric concretes ,FRGCs) 早期冲击力学性能具有显著的应变率相关性;BFRGC的早期动态强度特性优于CFRGC;BFRGC在10–102 s-1范围内的能量吸收能力与CFRGC的相当,但BFRGC相对于CFRGC在吸收冲击能上的优势,将会随着应变率的增加而越发明显。对比可知：BFRGC较CFRGC而言,具有更加优越的早期冲击力学性能,主要体现在动态强度和能量吸收能力上。     

有机纤维与聚合物复掺改性水泥砂浆力学性能研究

要 在固定水灰比为0.35条件下,分别研究了聚酯纤维、聚合物丁苯乳液单掺与复掺时对水泥混凝土抗压抗折强度、折压比的影响.结果表明:单掺聚酯纤维在一定掺量下可以不同程度地提高水泥砂浆的抗压抗折强度,折压比随着聚酯纤维含量的增加呈先减小后增加的趋势;单掺聚合物乳液降低了水泥砂浆的抗压强度,而折压比则随聚合物乳液掺量增加呈现逐步变大的趋势;聚酯纤维与聚合物乳液复掺时,聚合物乳液的掺入使聚酯纤维混凝土的抗压强度出现小幅降低,增强了其抗折强度,提高了其折压比,当纤维体积掺量为0.1％、聚灰比为15％时,聚酯纤维聚合物水泥混凝土的柔性最大;纤维-聚合物复掺能够使其性能得到进一步改善,效果优于两者的单掺效果.并通过扫描电镜探讨了聚酯纤维与聚合物乳液在水泥砂浆中的作用机理,表明两者复掺有效填充了水泥基材料内部的宏观与微观缺陷,提高了界面过渡区的密实程度.     

地质聚合物的研究与应用发展前景

地质聚合物是一种新型高性能胶凝材料.由于其特殊的缩聚三维网络结构,使其在众多方面具有高分子材料、水泥和陶瓷等材料的特征.综述了国内外地质聚合物的制备研究及聚合反应机理,概述了地质聚合物具备的性能特点及其在土木工程、快速修补和有毒废料及放射性废料处理等领域广阔的应用发展前景,分析了目前国内地质聚合物推广应用中存在的问题,并结合自身的研究提出了几点建议.     

新型聚合物乳胶粉对碳纤维增强混凝土力学性能的影响

为了更好地提升碳纤维混凝土的力学性能,通过加入VAE聚合物乳胶粉,研究4种碳纤维掺量(0,0.1%,0.2%,0.3%)下乳胶粉掺量对碳纤维混凝土性能的影响,并对混凝土的抗压强度、抗折强度、抗压峰值应变、抗折峰值应变和折压比进行分析。试验结果表明,随着VAE聚合物乳胶粉掺量的增加,乳胶粉对碳纤维混凝土性能的提升效果呈现先升高后下降的趋势,乳胶粉掺量在4%～8%范围内对碳纤维混凝土性能的提升最为明显,且碳纤维掺量和乳胶粉掺量之间存在交互作用。     

新型抗盐聚合物溶液的性能及驱油效果评价

利用室内渗流实验及岩心驱油实验,研究了新型抗盐聚合物的吸附特性、渗流特性及溶液性能对驱油效果的影响.结果表明:在普通聚合物分子链上嵌入甲基丙磺酸(AMPS)单体,可以有效地抑制地层中的钙、镁、铁、硫等二价离子对聚合物分子链的降解,显著提高其抗盐性能;经过5次动态吸附后,抗盐聚合物黏度保留率较普通聚合物高24.20％;相同浓度条件下,抗盐聚合物黏度是普通聚合物的2倍;抗盐聚合物阻力系数及残余阻力系数均小于普通聚合物,更接近于线性,具有更好的注入性能,聚驱采收率较普通聚合物高3.5％,单位用量提高采收率较普通聚合物高8.5％.     

智能混凝土与结构

智能混凝土是通过将极少量具有某种特殊功能的材料复合于传统的混凝土材料中形成的具有多功能特性或某一种特殊功能特性的新型土木工程结构材料。与其他智能材料相比,智能混凝土是多功能本征性智能材料,可从本质上提高工程结构的性能。自感知混凝土(纳米混凝土、碳纤维混凝土)、自阻尼混凝土和自愈合混凝土等是智能混凝土研究的热点。总结了近年来作者在智能混凝土的制备、性能、机理,以及智能混凝土结构等方面的研究成果,并指出需进一步研究的问题。     

混凝土材料与结构破坏过程模拟分析

采用离散单元法对混凝土材料和混凝土结构破坏机理进行分析。在细观尺度上将混凝土材料视为由粗骨料、水泥砂浆及界面过渡区三相组成,建立了混凝土材料的离散元模型;在宏观尺度上将混凝土视为均质材料建立了混凝土结构离散单元模型。计算分析结果表明:细观尺度上的二维离散单元模型可以用来很好地模拟混凝土材料的单轴受力破坏过程,但不能很好地模拟复合受力状态下的混凝土材料的破坏;宏观尺度上的离散单元模型可以很好地模拟钢筋混凝土构件的破坏过程,但模拟结果对单元的形状有较大的依赖性;宏观尺度上的离散单元模型可以很好地模拟结构的倒塌过程,但计算效率有待提高。     

基于数字图像的混凝土破坏过程的数值模拟

把混凝土看作是由水泥砂浆为基相,粗细骨料为分散相的复合材料。在细观尺度上,应用数字图像处理技术表征混凝土材料中由骨料的形状、大小和分布对混凝土材料造成的非均匀性,在组成相材料内部细微观尺度上,采用统计方法来描述材料的非均匀性,建立了细-微观尺度耦合分析的混凝土损伤数值模型,模拟了混凝土单轴载荷作用下的破坏过程。数值模拟结果能反映出骨料分布和组成相材料的非均匀性对混凝土力学行为的影响,较好的模拟了混凝土试样从裂纹萌生扩展到宏观裂纹形成的整个破坏过程。     

Quantitative deformation model for two-phase composites including concrete

New rheological models are presented that can reproduce the load-induced deformations of two-phase composite materials from their compositions. The models are extensions of the earlier published ‘composite average’ concept. The mathematical forms of the rheological models are obtained first by considering the composite as a linearly viscoelastic, nonageing material. For ageing materials, such as concrete, the modulus of elasticity and viscosity of the hardened cement paste were estimated by suitable formulas from the cement type, water-cement ratio and age, and substituted into the nonageing solution (Equation 19). It is shown by two examples that Equation 19 can reproduce the creep of normal weight concrete quite well in terms of concrete composition, modulus of elasticity of aggregate and age of concrete, as well as age and duration of loading.     

碳纤维套箍约束混凝土的应力--应变关系

介绍了72根碳纤维套箍约束的混凝土圆柱体的轴压试验结果。试验参数包括素混凝土强度、套箍厚度与材料类型。在对试验结果分析的基础上,提出了一个经改进的高强组合材料约束混凝土的本构模型,并对模型的参数进行了分析。     

混凝土试样在静态载荷作用下断裂过程的数值模拟研究

提出了一个模拟混凝土断裂过程的细观力学模型,并应用该模型从混凝土的细观非均匀性结构出发,对混凝土试样在单轴和双轴静态载荷作用下的断裂过程进行了数值模拟,给出双轴载荷作用下混凝土的强度包络面。数值模型结果较好地模拟了混凝土试样从裂纹萌生、扩展到宏观裂纹形成的整个断裂过程,与实验结果表现出较好的一致性。     

A review of characterisation methods for superabsorbent polymer (SAP) samples to be used in cement-based construction materials: report of the RILEM TC 260-RSC

Superabsorbent polymers (SAPs) have proven to be a very promising admixture which can positively influence various properties of cement-based materials. SAP samples intended for such use should be pre-tested with respect to their absorptivity as well as their kinetics of ab- and desorption prior to implementation in concrete or mortar. This not only reduces workloads in concrete laboratories in pre-testing modified cement-based mixtures but in fact discloses essentials of the eventual performance of the SAP in concrete and other cementitious materials. The review at hand outlines fundamentals of the thermodynamics of polymer chemistry as a basis for the sorptivity tests. The importance of the ionic composition of the test liquids and the interplay among expansive (swelling) and collapse-causing chemical forces in the hydrogel network are highlighted. Methods of free sorptivity testing in adequate saline solutions as well as absorbency determined subject to the application of external forces are summarised. Advantages and drawbacks of these methods are discussed, including a validation of anticipatory evaluations of SAPs’ performance as admixtures in cement-based building materials. Apart from sorptivity pre-tests several methods of instrumental analytics for the chemical characterisation of SAP samples are drawn up, which represent standard approaches of polymer-chemical analytics.     

导电混凝土的导电性能及影响因素研究进展

导电混凝土是具有导电、电热、电磁屏蔽等诸多特性或功能的复合材料,在道路融雪化冰、电气设备接地、结构健康监测以及电磁屏蔽等领域具有广阔的应用前景。导电混凝土应具有适宜的导电性能和电阻率稳定性,但是导电材料类型、形态和掺量以及导电混凝土含水率和环境温湿度等诸多因素都可能导致导电性能和电阻率稳定性降低,从而制约导电混凝土的工程应用。分类对比了常见导电材料的性能差异以及用不同导电材料制备的导电混凝土的导电性能差异,在此基础上,探讨了导电混凝土的导电性能和制备方法的研究现状,较为系统地分析了导电材料类型和掺量等因素对导电性能的影响,并提出了改善导电性能和电阻率稳定性的建议。     

Polymers in concrete: a vision for the 21st century

Polymers in concrete have received considerable attention over the past 25 years. Polymer-impregnated concrete (PIC) was the first concrete polymer composite to receive widespread publicity. PIC has excellent strength and durability properties, but it has few commercial applications. Polymer concrete (PC) became well known in the 1970s and is used for repair, thin overlays for floors and bridges, and for precast components. Polymer-modified concrete (PMC) has been used primarily for repair and overlays. Several limitations have slowed the use of concrete polymer materials. However, there are many current and future uses for these materials that will effectively use their unique properties. Improved, automated repair methods, improvements in materials, replacements for metals, structural applications, and architectural components will prove to be popular uses of concrete-polymer materials.     

“板—桁模型”计算预应力混凝土复合受力构件抗扭强度

弯、剪、扭复合受力下混凝土构件的受力特性非常复杂,准确计算构件的抗扭强度对构件的设计及工作性能的分析都非常重要。在钢筋混凝土构件的板-桁模型理论基础上,以预应力混凝土构件在复合受力下的板—桁模型理论为基础,以箱形截面预应力混凝土构件为例,由力及力矩的平衡、变形关系、材料本构关系及构件的破坏准则,建立了在小扭弯比情况下复合受力构件抗扭承载力的计算方法。所建立的计算模型及公式理论基础强、概念清晰,经试验值与理论计算值对比,符合情况较好,证实了板—桁模型理论分析复合受力构件抗扭性能的正确性。