水泥乳化沥青砂浆静态力学性能与组成的关系EI北大核心CSCD

基于背散射电子成像、扫描电子显微镜等微观实验结果,运用Hashin复合球模型,从水泥水化产物、水泥凝胶骨架、水泥沥青复合胶凝体系和水泥乳化沥青(CA)砂浆4个尺度,建立了CA砂浆的静态受压力学模型,分析了CA砂浆弹性模量ECA、抗压强度f与组成的关系。结果表明:水泥水化物相体积分数VCH是影响CA砂浆弹性模量ECA和抗压强度f的主要参数;沥青视为气孔或低模量组分时,CA砂浆静态弹性模量ECA与水泥水化物相体积分数VCH、抗压强度f与胶空比x,均存在幂函数的关系,且R2>0.8;试验与模型分析表明,CA砂浆中水泥水化物为连续相并构成复合胶凝体骨架,沥青穿插其中,沥青对CA砂浆静态强度和弹性模量贡献较小。     

高强型水泥乳化沥青砂浆抗压强度的计算公式

为建立高强型水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)抗压强度的计算公式,采用万能材料试验机对不同配合比的CA砂浆进行了应力-应变压缩试验,研究了砂灰比(mS/mC)对CA砂浆抗压强度的影响,推导了CA砂浆抗压强度与组成配比的定量关系.结果 表明,在一定mS/mC范围内,砂对CA砂浆抗压强度的影响较小;CA砂浆的强度主要取决于水泥沥青胶凝材料和胶凝材料与砂的界面性能;依据水泥基材料的细观力学理论,建立了CA砂浆抗压强度与配合比参数的数学模型,经与相关文献中的数据进行验证,所建模型具有良好的普适性.     

用多层次二元复合法则计算高强型CA砂浆弹性的模量

根据细观力学模型,将水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)分解成多个层次的二元复合体系。通过借鉴二元复合体弹性模量计算模型逐层进行计算,建立了通过配合比参数计算CA砂浆弹性模量的方法,并对不同配合比的水泥沥青砂浆的弹性模量进行了计算,并与实验结果进行了比对,有较好的一致性,验证了该计算方法的合理性与有效性。     

水对水泥乳化沥青砂浆静态力学性能的影响

为了研究水对水泥乳化沥青砂浆(SL砂浆)静态力学性能的影响,采用阳离子型(A1)、复合离子型(A2)和阴离子型(A3)3种乳化沥青制备了沥青与水泥质量比(mA/mC)为0.3、0.5、0.7和0.9的SL砂浆圆柱体试件,将其真空吸水饱和后经低湿和恒湿两种干燥方法获得不同饱水度,再对不同饱水度的试件进行抗压试验。结果表明:SL砂浆的饱和体积吸水率均大于10%,且与mA/mC值和乳化沥青种类有关;其抗压强度和弹性模量随饱水度增加而显著降低,且抗压强度降低幅度较大,最大可达40%以上;mA/mC值越大,力学性能降低幅度也越大。3种乳化沥青制备的试件中,A1试件降低幅度最大,A3试件次之,A2试件最小。提高SL砂浆抗水性的关键是增强界面结合力和减小吸水率。     

水泥乳化沥青砂浆的静态热机械性能及拟合模型

为了获得水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)的静态热机械性能,采用德国GABO公司生产的动态热力学谱仪EPLEXOR500 N系统研究了CA砂浆在–40~60℃的温度范围内和0.1 MPa的恒定荷载下变形随温度的发展规律。结果表明:CA砂浆的变形随着温度的升高逐渐增大,整体变形可分为减速变形阶段和变形速率相对稳定的第1、第2匀速变形阶段;当温度相同时,CA砂浆的变形随着沥青和水分含量的增大而增大;当沥青/水泥比由0.3增加到0.9和水/水泥比由0.63增加到0.83时,由减速变形阶段进入第1匀速变形阶段的转变温度T1分别由–30.1℃升高到–27.2℃和由–31.3℃升高到–21.7℃;当沥青/水泥比由0.3增加到0.9,由第1匀速变形阶段进入第2匀速变形阶段的转变温度T2由33.3℃降低到15.6℃,当水/水泥比由0.63增加到0.83时,T2由15.6℃升高到17.9℃。建立了CA砂浆的静态热机械模型,模型拟合结果与试验结果的相关系数均大于0.97,能够有效体现转变温度T2随沥青和水分含量的变化规律。模型参数较少,可为CA砂浆变形性能的温度依赖性提供有效预测。     

水泥乳化沥青砂浆峰值应变的试验研究

采用万能材料试验机对不同配合比的水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)进行了单轴压缩试验,研究了结构组成对CA砂浆峰值应变的影响,并进一步建立了峰值应变与抗压强度的定量关系.结果表明,峰值应变随A/C、W/C的减小而减小,A/C的变化改变了CA砂浆的结构特性,W/C的不同则影响了内部能量的释放过程.CA砂浆的峰值应变与抗压强度的平方根成正比,且符合林大炎方程,结合峰值应变的理论计算及CA砂浆充填层的实际受力状态,估算了充填层发生伤损破坏时的几何尺寸变化.     

硅酸盐水泥—阳离子乳化沥青浆体的流变模型

硅酸盐水泥--乳化沥青浆体的流变性决定了水泥乳化沥青砂浆的施工性能,并影响高速铁路板式无砟轨道砂浆充填层的施工质量和耐久性。采用P·II52.5R硅酸盐水泥和阳离子乳化沥青制备了不同配合比的硅酸盐水泥--阳离子乳化沥青(PC-CEA)浆体。在25℃用同轴旋转流变仪测量各种PC-CEA浆体的流变曲线。用不同流变模型拟合实测的PC-CEA浆体的剪切应力和剪切应变数据,分析了其流变行为和组成配比的关系。结果表明:PC-CEA浆体具有屈服应力和触变性,并主要呈剪切变稀行为;依据拟合良好性,Herschel-Bulkley模型最适合表征PC-CEA浆体流变性;由该模型拟合获得的PC-CEA浆体的屈服应力和稠度系数随浆体中水泥占浆体总体积分数(水泥体积分数)增加而增加,随着浆体中水泥和沥青颗粒的体积分数(固体体积分数)的减小而减小;当固体体积分数≤40%时,PC-CEA浆体出现剪切增稠行为。     

CRTS Ⅱ型水泥乳化沥青砂浆力学性能的应变率效应及模型

研究了CRTS Ⅱ型水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)应力--应变关系的应变率效应,利用统计损伤力学的方法建立了CA砂浆的应变率本构模型。结果表明:随着应变率的提高,CA砂浆通过增加应力和产生更多细小裂纹来抵消和耗散外部能量,CA砂浆的抗压强度增大,破坏时的贯通裂纹增多,碎裂程度增大;CRTS Ⅱ型CA砂浆力学性能的应变率效应低于CRTS I型CA砂浆的。用建立的应变率本构模型对CRTS Ⅱ型CA砂浆的应变率效应进行拟合,其结果与实验结果的相关系数均大于0.98,对CRTS I型CA砂浆的拟合结果与实验结果的相关系数均大于0.97,拟合结果与实验结果在峰值强度前的相关性较好,峰值强度后的相关性相对较差。     

温度对水泥-矿渣复合胶凝材料水化的影响（英文）

研究了温度对水泥-矿渣复合胶凝材料硬化浆体微观结构及净浆和砂浆后期强度的影响。利用背散射图像分析法测定了硬化浆体中水泥和矿渣各自的反应程度。探讨了水泥-矿渣复合胶凝材料水化程度、微观结构和力学性能之间的关系。结果表明:温度对纯水泥的水化程度影响很小,但高温(60℃)降低了纯水泥净浆的后期抗压强度。高温阻碍了复合胶凝材料浆体中水泥的后期水化,但促进了矿渣的水化,提高了矿渣的后期反应程度。高温下矿渣持续反应使硬化浆体的孔结构细化,使复合胶凝材料净浆的后期抗压强度与常温养护时相近。高温对水泥-矿渣复合胶凝材料砂浆后期抗压强度的不利影响大于净浆后期抗压强度。高温养护并不导致水泥-矿渣复合胶凝材料的后期水化程度降低。复合胶凝材料的水化程度与强度不呈线性相关。     

高速铁路水泥乳化沥青砂浆专用乳化沥青的研究进展

水泥乳化沥青(CA)砂浆广泛应用于高速铁路建设中,作为CA砂浆的主要成分,乳化沥青对CA砂浆的性能有重要影响.从基质沥青、乳化剂、外加剂、制备工艺四个方面对CA砂浆专用乳化沥青性能的影响进行了综合评述,分析表明:乳化剂是影响乳化沥青性能的关键因素,乳化工艺中各种参数(如温度、乳化时间、胶体磨间隙等)对乳化沥青性能也有重...     

温度对水泥沥青砂浆力学性能影响程度试验研究

为研究不同温度下配比不同的水泥沥青砂浆的力学性能,采用电液伺服万能试验机测试了不同温度下水泥沥青砂浆静态单轴抗压下的应力-应变关系,获得了弹性模量和最大应力随温度的变化规律.试验结果表明:随着温度的降低,应力-应变曲线的上升斜率变大,出现最大值后下降段逐渐变陡;水泥沥青砂浆的弹性模量与最大应力值随沥青含量和温度的增大而降低,其温度敏感性主要由沥青含量决定.联系试验结果,建立了可定量分析水泥沥青砂浆力学性能随温度变化的本构关系,且拟合结果显示用温感因子描述其力学性能的温度敏感性有较高的合理性,随着沥青含量的增高,温感因子数值增大,最大应力所对应的温感因子大于弹性模量的.     

铜渣-水泥复合胶凝材料力学性能研究

铜渣以5%、10%、15%的比例取代水泥制备铜渣-水泥复合胶凝材料.研究铜渣对水泥基胶凝材料标准稠度用水量、凝结时间、净浆抗压强度、胶砂抗折与抗压强度的影响,并利用XRD、TG/DSC和SEM-EDS技术手段分析掺入铜渣后水泥基胶凝材料物相和微观形貌的变化.研究结果表明:铜渣掺入会使水泥胶凝材料的标准稠度用水量增加,凝结时间延长,一定程度上提高水泥胶凝材料的抗折、抗压强度;铜渣-水泥胶凝材料的主要水化产物和水泥胶凝材料类似,并有Fe(OH)3/Fe(OH)2凝胶生成.铜渣-水泥复合胶凝材料微观结构较水泥胶凝材料密实.     

CaF2污泥对硅酸盐水泥性能的影响及机理分析

固废利用是实现“双碳”目标的重要途径之一。本文以固废CaF₂污泥为水泥掺合料,通过抗压强度、浆体流动度试验探讨了CaF₂污泥掺量对水泥胶凝材料性能的影响,并结合XRD、SEM及TGA-DSC等微观表征测试进行机理分析。结果表明,CaF₂污泥的掺加有利于提高水泥胶凝材料的早期强度,CaF₂污泥掺量为8%(质量分数)的胶凝材料抗压强度表现较好。CaF₂污泥的掺加会导致浆体流动度降低,但掺量低于10%(质量分数)时对浆体流动度影响并不显著,掺量为8%、10%(质量分数)时浆体流动度比未掺加CaF₂污泥时降低了3.0%。CaF₂污泥在胶凝材料中主要起物理效应,CaF₂污泥能够形成更多的结晶位点,促进水泥水化。CaF₂污泥掺量增加使水泥的稀释效应及团聚效应显著。掺量为8%(质量分数)的CaF₂污泥复合水泥的微观性能较好。     

聚丙烯酸酯乳液掺混水泥乳化沥青砂浆的性能研究

对比研究了进口聚合物乳液、自制聚丙烯酸酯乳液分别与进口乳化沥青、自制乳化沥青掺混制备水泥乳化沥青(CA)砂浆的性能,并利用SEM分析了CA砂浆的微观结构.结果表明:自制聚丙烯酸酯乳液与自制的乳液沥青掺混CA砂浆在各方面的性能表现更优异,可工作时间更长,抗冻性和耐候性也有明显改善.     

可再分散乳化沥青粉末改性水泥砂浆的力学性能和微观形貌

为解决水泥基材料脆性大、韧性差问题,本文提出了掺加可再分散乳化沥青粉末（REAP）以改善水泥基材料韧性的方法。试验制备了REAP 掺量为胶凝材料用量0、10%、20%、30%的可再分散乳化沥青颗粒改性水泥砂浆（REAPMCM）,研究了REAP对REAPMCM抗压、抗折强度、折压比、弹性模量等力学性能影响,分析了其对水泥水化产物微观形貌影响,对比了其与采用乳化沥青制备水泥乳化沥青砂浆微观形貌。结果表明,随着REAP掺量增加,REAPMCM抗压、抗折强度与弹性模量均有所降低,折压比有所提高,REAP掺量30%的REAPMCM折压比为28.5%,其相比未掺加REAP砂浆的折压比提高了46.6%;掺入REAP改善了水泥基材料的韧性,但其改善效果随着水泥水化龄期增长而有所降低;随着REAP掺量增加,一方面浆体总孔隙率含量有所增大,另一方面水泥水化产物间填充覆盖的沥青膜面积增大,且其断面显微形貌与相同沥青固含量掺量的乳化沥青砂浆断面基本类似,证实了REAP亦可较好分散、成膜分布于水泥水化产物间,达到了其与乳化沥青乳浊液对水泥基材料改性相类似的使用效果。     

氯盐环境下复合胶凝材料砂浆中钢筋锈蚀状态EI北大核心CSCD

采用腐蚀电位、线性极化、循环动电位极化等电化学方法,研究了氯盐环境下偏高岭土(MK)改性复合胶凝材料砂浆中钢筋的锈蚀状态,分析了不同电化学参数之间的关系。结果表明:在氯盐环境中,当MK掺量不高于MK/水泥总质量的30%时,随MK掺量的增加,复合胶凝材料中钢筋的腐蚀电位增大,锈蚀速率降低,耐点蚀性能增强;复合胶凝材料砂浆中钢筋的腐蚀电流密度与腐蚀电位存在相关关系;循环动电位极化测试的电化学参数可以反映复合胶凝材料砂浆内部钢筋的点蚀破坏程度;MK改善了复合胶凝材料砂浆的孔隙结构,降低了复合胶凝材料砂浆的氯离子扩散系数。复合胶凝材料砂浆延长了钢筋的脱钝化时间和钢筋保护层的预期开裂时间。     

氯盐环境下复合胶凝材料砂浆中钢筋锈蚀状态

采用腐蚀电位、线性极化、循环动电位极化等电化学方法,研究了氯盐环境下偏高岭土(MK)改性复合胶凝材料砂浆中钢筋的锈蚀状态,分析了不同电化学参数之间的关系。结果表明:在氯盐环境中,当MK掺量不高于MK/水泥总质量的30%时,随MK掺量的增加,复合胶凝材料中钢筋的腐蚀电位增大,锈蚀速率降低,耐点蚀性能增强;复合胶凝材料砂浆中钢筋的腐蚀电流密度与腐蚀电位存在相关关系;循环动电位极化测试的电化学参数可以反映复合胶凝材料砂浆内部钢筋的点蚀破坏程度;MK改善了复合胶凝材料砂浆的孔隙结构,降低了复合胶凝材料砂浆的氯离子扩散系数。复合胶凝材料砂浆延长了钢筋的脱钝化时间和钢筋保护层的预期开裂时间。     

阴离子CA砂浆的制备及性能

制备了阴离子乳化沥青CA砂浆,并研究了CA砂浆的弹性模量、流动度、可工作时间等性能,结果表明:先加乳化沥青时CA砂浆的早期弹性模量低于后加乳化沥青CA砂浆的早期弹性模量,而两种加料顺序的后期弹性模量基本相同;CA砂浆的流动度随着乳化沥青含量的增大而增大,而可工作时间随着乳化沥青含量的增大而减小;随着砂浆中水含量增加,可工作时间和空气含量增加,而流动度和单位体积质量减小。     

水泥沥青砂浆力学性能的温度敏感性

研究了不同温度条件下不同沥青含量的水泥沥青砂浆的抗压性能,以揭示该类有机–无机复合材料力学性能的温度敏感性规律。在–40～80℃范围内选择不同环境温度,采用电液伺服控制材料万能试验机测试了水泥沥青砂浆静态单轴抗压荷载下的应力–应变全曲线,获得了峰值应力和弹性模量随温度变化的基本规律。结果表明:随温度的降低,应力–应变曲线的上升段斜率增大,峰后下降段逐渐变陡,力学特性逐渐出现韧–脆转换。一般而言,水泥沥青砂浆的弹性模量和峰值应力随温度的升高和沥青含量的增大而降低,其温度敏感性随沥青含量的增大而增大。沥青含量较大的水泥沥青砂浆,其弹性模量和峰值应力随沥青含量变化幅度不大。建立的经验关系式成功描述了不同沥青含量的水泥沥青砂浆力学性能随温度变化的定量关系,且拟合结果表明以温感因子表征其力学性能对温度的敏感性具有一定的合理性。温感因子随着沥青含量的增大而增大,峰值应力的温感因子大于弹性模量的。     

水泥乳化沥青砂浆力学性能的分析模型

基于能量机制研究了中国铁路轨道系统(CRTS)Ⅰ型水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)在6种应变率(3.33×10--5/s~1.67×10--1/s)条件下的力学性能。结果表明:CA砂浆的峰值应力、弹性模量及峰值应力对应的应变均随着应变率的增大而增大,峰值应力对应变率的敏感性最高,峰值应力对应的应变对应变率的敏感性最低,随着应变率的增大,CA砂浆破坏的脆性特征越明显,碎裂程度越高。机械能与耗散能随着变形的增加持续增大,弹性能在峰值应力前不断积累,峰值应力后迅速释放,导致CA砂浆的整体破坏,应变率越大,机械能与耗散能的增加速率越大,弹性能在峰值应力前的积累速率越大,峰值应力后的释放速率越大。采用统计损伤理论建立了CA砂浆的本构模型,拟合结果与试验结果的相关系数均在0.97以上,能够有效预测CA砂浆在不同应变率条件下的力学性能。