水泥泡沫混凝土的改性研究

采用丁苯乳液、苯丙乳液、硅灰、粉煤灰和橡胶粉等外加剂分别对物理发泡水泥混凝土的性能进行单一和复合改进试验。结果表明,复掺硅灰和丁苯乳液可显著提高泡沫混凝土早期强度,并降低吸水率,改善混凝土性能,当硅灰掺量4%,丁苯乳液掺量12%时,混凝土吸水率降低17%,7d抗压强度增加0.5 MPa;丁苯乳液对降低泡沫混凝土吸水率有一定促进作用;苯丙乳液对混凝土强度影响较大;硅灰与粉煤灰降低吸水率效果不佳;橡胶粉不能作为混凝土外加改性材料。     

速凝剂对低水胶比浆体早期水化与微观结构的影响

低水胶比、高胶凝材料掺量的超高性能混凝土(UHPC)在常温养护条件下易产生凝结硬化不及时的问题。为促进UHPC在隧道初支、工程结构快速修复中的推广应用,拟采用有碱速凝剂(NA)和无碱速凝剂(AS)提升低水胶比浆体的早期凝结硬化速率。本工作通过水化热、水化溶出离子浓度、凝结时间和抗压强度试验研究速凝剂作用下低水胶比浆体的早期水化行为及凝结硬化规律,采用X射线衍射、SEM形貌观察和EDS能谱等手段对水化产物物相组成及微观结构演变规律进行了分析。结果表明,速凝剂的掺入加快了低水胶比复合胶凝材料浆体的早期水化速率,同时也促进了浆体的凝结硬化;NA对UHPC的促凝效果优于AS,其中NA-2%的1 d抗压强度为53.3 MPa, 28 d强度比为94.9%,而AS-4%的1 d抗压强度为38.9 MPa, 28 d强度比为92.3%;速凝剂促使低水胶比浆体快速生成大量水化产物,进而提高了浆体早期微观结构的致密性,且水化产物物相组成受速凝剂类型的影响较为显著。     

纤维素等若干因素对仿钢纤维增强透水混凝土性能的影响

本实验研究了不同仿钢纤维掺量(0%、0.2%、0.4%、0.6%)对透水混凝土抗压强度和透水系数的影响,并分析了骨料粒径、细骨料、纤维素等因素对仿钢纤维增强透水混凝土抗压强度和透水性能的影响。研究表明:仿钢纤维能够在一定程度上提高透水混凝土的早期强度;随仿钢纤维掺量的增加,透水混凝土28 d的抗压强度呈先上升后下降趋势,即存在最优掺量;当仿钢纤维掺量增加时,透水混凝土的透水能力先下降后上升;透水混凝土的抗压强度随骨料粒径的增大而降低,透水系数随骨料粒径的增大而明显增大;细骨料会使透水混凝土的早期抗压强度降低,但会提高透水混凝土28 d的抗压强度;随着细骨料取代量的增加,透水混凝土的透水系数先增大后减小;透水混凝土的抗压强度随纤维素掺量的增加而降低,透水系数随纤维素掺量的增加而增大。本研究可为实际透水混凝土施工过程中外掺料的选择提供参考。     

硅灰粒径分布对混凝土微观结构及其低温抗压强度的影响

在不改变混凝土配合比的前提下,将研磨制备的不同粒径分布的硅灰掺入到混凝土中;在低温环境下对硅灰混凝土进行不同龄期的养护后研究其抗压强度以及孔隙特征、孔径分布等微观结构的变化。结果表明:在温度为-10℃、养护龄期为28 d的条件下,掺入比表面积为18. 2 m~2/g硅灰的混凝土的抗压强度提高了35. 89%,总孔隙率降低了3. 1%,多害孔和有害孔占比分别降低了19. 4%、44. 1%,少害孔和无害孔占比分别提高了31. 6%、46. 4%,优化硅灰的粒径分布可以改善混凝土的微观结构的致密性,从而提高混凝土在低温环境下的抗压强度。     

丁苯乳液改性水泥混凝土弯曲性能研究

研究了丁苯乳液掺量对混凝土压折比、最大弯曲荷载挠度、弯曲韧性系数等弯曲性能的影响以及相互之间的关系。结果显示乳液掺量由0提高至60%时,混凝土的抗弯拉强度与弯曲韧性系数呈现先提高后降低的现象;当乳液掺量为17%时,混凝土的抗弯拉强度达到最大值7.54 MPa,而当乳液掺量为19%时,混凝土的弯曲韧性系数达到2.029;混凝土最大弯曲荷载对应挠度值随乳液掺量的增加则大致呈现线性增大的变化趋势;而压折比呈现先降低后升高的变化规律,在丁苯乳液掺量为19%时达到最小值。弯曲荷载-挠度曲线特征显示改性后混凝土弯曲变形能力随乳液掺量的增加而逐渐增强,综合考虑聚合物乳液的成本,建议丁苯乳液的最佳掺量为13%~15%。经过数据归纳分析,当乳液掺量≤21%时,压折比、最大荷载挠度随弯曲韧性系数的提高而分别呈指数降低、线性增加。     

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.     

养护参数对常压干热养护灰砂混凝土力学性能的影响

本文通过掺入一种外加剂MH,提高了灰砂混凝土在高温下的保水性,研究了常压干热养护工艺参数对灰砂混凝土力学性能的影响。钙硅比为0.25,水固比为0.14,胶集比为0.5,MH掺量为9%的灰砂混凝土在升温速率为1℃/min,恒温温度为140℃,恒温时间为5h的养护制度下进行常压干热养护,抗压强度可达40.2MPa,抗折强度可达8.3MPa。X射线衍射和扫描电子显微镜分析结果表明:掺入MH制备的常压干热养护灰砂混凝土主要反应产物为NaCaHSiO_4、Na_2Ca_2Si_2O_7·H_2O和沸石类为主的水化产物。     

乳液浆体蓄冷性能实验研究

本文选用二甲基硅油作为油相,硅烷偶联剂作为添加剂制备了乳液浆体,利用混合量热法测试了二甲基硅油-水乳液浆体的含冰率与二甲基硅油、硅烷偶联剂添加量和温度间的关系。实验表明:在相同的相变结晶时间内,随着二甲基硅油质量分数的增加,乳液的冰点和含冰率降低。虽然硅烷偶联剂的添加降低了含冰率,但可以防止冰浆粘附容器壁面,改善了流动性。当添加的硅烷偶联剂和二甲基硅油质量分数分别为4%和10%,环境温度为-8.5℃,相变结晶时间为90 min时,制备的乳液浆体含冰率达到33.4%,浆体不粘附壁面,浆体颗粒分散均匀,具有良好的流动性。     

高性能环氧树脂透水混凝土的制备及其性能研究

以不同质量分数(0,1%,2%,3%)的水性环氧树脂为改性剂,制备了高性能环氧树脂透水混凝土,研究了环氧树脂掺杂量对透水混凝土力学性能、透水性能、抗冻性能和微观形貌的影响。结果表明,适量的环氧树脂掺入透水混凝土后,可以增加骨料与砂浆之间的粘度,并提高其结合强度,从而提高了改性透水混凝的力学性能、透水性能和抗冻性能;随着环氧树脂掺杂量的增加,改性透水混凝土的抗压强度和抗折强度先增大后减小,透水系数和质量损失率先减小后轻微增大;当环氧树脂的掺杂量为2%(质量分数)时,28 d的抗压强度和抗折强度达到最大值,分别为13.17和1.26 MPa,透水系数和质量损失率(60次冻融循环下)达到了最小值,分别为4.84 mm/s和0.3233%;环氧树脂的掺杂提高了透水混凝土的结构致密性,当环氧树脂的掺杂量为2%(质量分数)时,改性透水混凝土的结构致密性最高,微裂纹较少,抗冻性能最佳。     

基于再生粗骨料裹浆厚度的含砂透水混凝土配合比设计方法

研究了不同水胶比下外加剂掺量对胶凝材料净浆流动度的影响,以及净浆流动度、中砂/净浆质量比双因素耦合作用下再生粗骨料裹覆砂浆厚度的变化规律;建立了胶凝材料净浆流动度与外加剂掺量,再生粗骨料裹覆砂浆厚度与净浆流动度、中砂/净浆质量比两个数学关联模型,并将两个数学关联模型应用到透水混凝土配合比设计中.结果表明,再生粗骨料裹覆砂浆厚度随砂浆流动度减小而增大,且骨料粒径愈大,其裹覆厚度愈大.采用再生骨料RCA-9.5配制含砂透水混凝土,其砂浆浆体稳定包裹再生粗骨料,无漏浆封底、露骨散架等问题;混凝土试件28 d抗压强度为14.1～17.1 MPa,28 d抗折强度为2.0～2.7 MPa,透水系数大于6 mm·s-1,抗冻性和耐磨性良好.     

基于胶浆特性的透水混凝土强度及抗冻性研究

透水混凝土的强度和抗冻性是影响其在重荷载交通道路和寒冷地区推广应用的关键性能。本工作研究了胶浆工作性能、强度、界面粘结性能及透水混凝土强度、抗冻性,并揭示了影响透水混凝土性能的主要因素。结果表明,通过最大浆集比可以评价胶浆和透水混凝土的工作性能,且当最大浆集比与设计浆集比接近时,透水混凝土的工作性能最佳。未改性胶浆界面冻融前后均发生粘结破坏。而改性胶浆未冻融时界面拉拔强度提升67%～156%,发生内聚破坏;冻融后界面拉拔强度显著降低,发生内聚、粘结混合破坏。工作性能良好的透水混凝土抗压强度为38.2～40.3 MPa,抗折强度为3.8～4.3 MPa,透水系数为2.85～2.92 mm/s。主成分分析结果表明,各因素对透水混凝土性能影响的占比依次为：界面性能、胶浆配合比、空隙特征共占44.8%,胶浆裹覆性能占27.5%,胶浆强度占20.0%。     

聚丙烯酰胺乳液对脱硫建筑石膏性能的影响

采用高分子聚合物——聚丙烯酰胺乳液改性脱硫建筑石膏,提高其力学与防水性能。研究聚丙烯酰胺乳液掺量、分子量对脱硫建筑石膏物理力学性能和防水性能的影响,采用X-射线衍射仪XRD)、扫描电子显微镜SEM)对脱硫建筑石膏水化微观结构进行表征。结果表明:当掺入聚丙烯酰胺乳液浓度2%、掺量为脱硫建筑石膏的1%、分子量300万时,软化系数由0.34提高到0.69,水中浸饱24后的抗压强度由4.9MPa提高到6.1MPa,使用分子量为300万聚丙烯酰胺配制的乳液对脱硫建筑石膏进行改性效果优于分子量为500万的改性效果。聚丙烯酰胺乳液对脱硫建筑石膏水化的作用机理是:一方面与脱硫石膏中Ca2+相互作用生成化合物,填充于脱硫建筑石膏水化产物二水硫酸钙晶体之间的空隙中,另一方面聚丙烯酰胺分子将脱硫建筑石膏颗粒包裹起来,阻碍与水发生水化反应。     

硅灰对再生混凝土界面过渡区的影响

为改善再生混凝土的力学和耐久性能,以硅灰为增强材料对再生混凝土进行改良。研究了硅灰对再生混凝土3 d、28 d、90 d抗压强度和28 d、90 d抗氯离子渗透性能的影响。结合扫描电镜、显微硬度等微观观测手段,分析了28 d再生混凝土试样微观结构和性能变化。采用压汞法测试了再生混凝土的孔结构参数,探究硅灰对再生混凝土孔隙性能的影响。结果表明：硅灰可以提升再生混凝土的抗氯离子渗透性能,随掺量的增加提升效果先增后减;掺入硅灰可以改善再生混凝土多重界面过渡区结构,增加界面过渡区(ITZ)显微硬度,降低孔隙率。再生混凝土内部存在较多有害孔隙,硅灰可以细化孔隙结构,降低孔隙率,掺量为6%时效果最佳。     

活性MgO改性流化床炉底渣-硅灰复合材料的力学性能及产物

为了充分利用流化床炉底渣,采用活性MgO改性法制备了具有良好力学性能的流化床炉底渣（CFB）-硅灰（SF）复合材料。研究了养护温度、MgO及SF掺量对MgO-CFB-SF复合材料的抗压强度、水化产物及微观结构的影响。初步研究了MgO活性和细度对抗压强度的影响。利用流变仪研究新拌浆体的屈服应力和塑性黏度。利用XRD、TGA、FTIR和SEM对不同龄期试样的反应产物及微观结构进行分析。掺入SF有助于提高该体系的强度,适量的SF （16wt%~20wt%）和20wt% MgO有助于提高MgO-CFB-SF浆体的流动性。常温条件下养护540天的试样微观分析结果表明：产物中的主要相是细小致密的网格状水化硅酸镁（M-S-H）、类水滑石相（Ht）或富铝硅酸盐相（M-S （A）-H）。     

硫铝酸盐水泥和丁苯乳液对水泥基修补材料性能的影响

将硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥复合,并引入丁苯乳液作为聚合物改性剂制备高性能修补材料,研究硫铝酸盐水泥和丁苯乳液对修补材料的强度、凝结时间和黏度的影响和作用机制。结果表明:硫铝酸盐水泥明显提高复合水泥的早期强度,缩短初凝和终凝时间,增大黏度;适量丁苯乳液能在复合水泥浆体中形成网状结构,提高力学强度;丁苯乳液中的羧基能够减小熟料矿物铝酸钙、硅酸三钙和硅酸二钙的水化速率,复合水泥净浆的初凝和终凝时间均明显延长,黏度减小。     

新拌超高性能纤维增强混凝土流动性能对其抗压强度的影响

钢纤维掺入能提高超高性能纤维增强混凝土(Ultra-high performance fiber reinforced concrete,UHPFRC)的抗压强度,但削弱新拌浆体的流动性能,降低了对抗压强度的增强效果,且影响UHPFRC的工作性能。为研究这种不利影响,以钢纤维体积分数和长径比为变量,进行了A、B两组试验。A组固定水胶比为0.18,不控制流动性能,主要研究钢纤维对流动性能和抗压强度的影响。试验结果表明,新拌UHPFRC流动性能随钢纤维的体积分数、长径比增加而下降;当钢纤维体积率超过一定值(2.00vol%)时,流动性能明显下降,抗压强度增强效果也相应下降。通过X-ray CT扫描发现钢纤维掺入减弱浆体的自密实能力,导致硬化后的基体内部孔隙尺寸增大和孔隙率增加,进而削弱抗压强度。综合考虑钢纤维掺入对抗压强度的正、负效应,提出了抗压强度的半经验预测公式。B组改变水胶比,控制扩展度为240 mm,对比A组研究流动性能控制后,钢纤维体积分数和长径比对抗压强度的影响规律。结果表明,钢纤维体积分数较大时,增大水胶比,保持一定流动性能,能有效提高纤维的增强效果;钢纤维体积分数较小时,在满足流动性能要求的前提下,减小水胶比,可以进一步提高抗压强度。在UHPFRC配合比设计时,应考虑钢纤维对流动性能的不利影响,以提高纤维的增强效应并保证其良好的工作性能。      

地聚物基透水混凝土的制备与性能

透水混凝土因具有透水透气、吸声减噪等功能而被广泛研究和关注。然而,其普遍存在孔隙结构,造成受力不均,使得透水混凝土只能用于低荷载的路面。为了提高透水混凝土的强度和耐久性,本研究将地聚物作为透水混凝土的胶凝材料,并采用正交试验研究了最佳配比,分析了孔隙率、骨料粒径、激固比、矿渣掺量、水玻璃模数对其性能的影响。以抗压强度、劈裂抗拉强度、透水系数、抗冻性为指标,拟合分析了孔隙率与透水系数、透水系数与抗压强度、孔隙率与抗劈裂强度之间的关系。结果表明:目标孔隙率15%、激固比60%、骨料粒径2～5 mm、水玻璃模数1. 4、矿渣掺量20%为最优配比,所得地聚物透水混凝土的28 d抗压强度为33 MPa,抗劈裂强度为2. 4 MPa,透水系数为8. 4 mm/s,抗冻性能达标。     

镁氯胶凝材料复合改性的研究

在对磷酸、粉煤灰分别改性研究的基础上,采取磷酸、粉煤灰及苯丙乳液对镁氯胶凝材料耐水性进行复合改性。研究结果表明,同时掺入20%粉煤灰、1%磷酸及5%苯丙乳液,可有效提高5.1.8主晶相在水中的稳定性,提高材料的密实度和抗水性能;水泥石的软化系数及早期强度均得到显著提高,分别达到0.90和48.6MPa;浸水28d抗压强度衰减较小,保持64.4MPa的高水平。综合改性效果显著。     

复合改性氯氧镁水泥泡沫混凝土耐水性能与机理的研究

在磷酸、硬脂酸钙分别改性研究的基础上,采用磷酸、硬脂酸钙、苯丙乳液改性剂对氯氧镁水泥泡沫混凝土进行复合改性。结果表明,同时掺入1%磷酸和1%硬脂酸钙,氯氧镁水泥泡沫混凝土的综合改性效果好于单掺硬脂酸钙或磷酸改性。复掺1%的苯丙乳液,氯氧镁水泥泡沫混凝土的耐水性能及抗压强度进一步提升,软化系数达到0.83,3,7 d和泡水7 d后的抗压强度分别达到1.40,1.48和1.23 MPa,接近和好于空白样,综合复合改性效果优良。     

新型聚合物水泥胶浆界面剂粘结性能及作用机理研究

采用新型聚合物水泥胶浆作为界面剂以提高新旧混凝土之间的粘结性能,通过拉拔粘结强度与劈裂抗拉粘结强度实验对5种不同类型的聚合物水泥胶浆界面剂的粘结性能进行了测试,并利用扫描电镜(SEM)分析研究了丁苯聚合物水泥胶浆的界面增强机理。实验结果表明,5种聚合物乳液中,丁苯聚合物水泥胶浆具有较好的拉拔粘结性能,当优选m(水泥)∶m(DB-1乳液)=3∶2时,其7d、28d拉拔粘结强度分别达到1.83MPa、2.41MPa,相比水泥净浆空白样分别提高了144%、96%;在劈裂抗拉粘结强度方面,水平方向浇筑时劈裂抗拉粘结强度相对较高,当聚合物水泥胶浆的优选m(水泥)∶m(DB-1乳液)=3∶2,水平浇筑时其28d劈拉粘结强度达到2.96MPa,明显高于不掺界面剂的试样以及掺加其它配比界面剂的混凝土试样;经过微观测试分析,丁苯DB-1聚合物水泥砂浆内部界面过渡区(ITZ)相比空白样明显致密,表明丁苯聚合物的加入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。