粉煤灰对煤矸石混凝土界面过渡区的改性效应

为了促进煤矸石在混凝土生产中的使用,考虑不同粉煤灰掺量(0%、10%、20%、30%、40%)对煤矸石混凝土(Coal gangue concrete, CGC)界面过渡区(Interfacial transition zone, ITZ)结构的影响,从宏观力学和微观力学两个尺度出发,揭示了粉煤灰对CGC的ITZ微观结构及宏观性能的改性机理。研究表明：在宏观力学上,掺加30%的粉煤灰可以提高CGC的劈裂抗拉强度。在微观力学上,加入30%的粉煤灰能显著提高ITZ的薄弱区的硬度值,使其硬度值的分布变得较为均匀。掺加粉煤灰后CGC的ITZ厚度明显减小。这说明掺入的适量粉煤灰在CGC的ITZ上发挥了物理作用及化学作用,改变了CGC的ITZ结构。     

混凝土损伤自修复技术的研究与进展

混凝土自修复技术在土木工程领域中发挥着重要作用。该技术能使混凝土表面裂缝有效愈合,改善内部结构,提高服役期间的力学性能和耐久性。本文系统介绍了目前国内外关于混凝土损伤自修复领域的研究成果及应用情况;对混凝土自修复技术的原理进行了分类总结;对基于化学原理、物理学原理以及生物学原理的自修复技术进行了阐述和对比,分析了当前混凝土自愈合效果的评价方法,并给出了各自的适用范围;指出了混凝土自修复研究存在的问题,展望了其发展趋势和前景。     

水泥基材料的微观结构与离子传输性能

采用水泥基材料孔结构和界面过渡区逐渐优化的方法,设计了普通混凝土(Ordinary Concrete,简称OC)、高性能混凝土(High Performance Concrete,简称HPC)、低渗透混凝土(Low Permeability Concrete,简称LPC)、普通砂浆(Ordinary Mortar,简称OM)、无细观界面过渡区水泥基复合材料(Meso-interfacial transition zone-free cement-based materials,简称MIF)等5种水泥基材料,其抗离子渗透性能排列顺序为:LPC>HPC>OC,OM>OC,MIF>OM,MIF>LPC,其孔隙率、最可几孔径、孔径≥50nm的孔含量的排列顺序均为:LPC相似文献   

界面过渡区厚度对再生混凝土损伤性能的影响分析

界面过渡区一直是混凝土和再生混凝土的薄弱点,为了进一步研究界面过渡区对再生混凝土损伤性能的影响.本文工作对再生混凝土界面过渡区厚度的计算公式进行了推导,得到了再生混凝土界面过渡区的厚度定量计算公式,并计算了再生骨料掺量为30％(质量分数)的再生混凝土中不同粒径骨料的界面过渡区厚度.采用混凝土模型试验方法,运用有限元分析软件对普通混凝土界面过渡区厚度为0.05 mm和再生混凝土界面过渡区厚度分别为1 mm、2 mm、3 mm、4 mm的混凝土模型进行了模拟分析.结果表明,不同厚度的界面过渡区对再生混凝土损伤开裂强度影响明显,随界面过渡区厚度的增加,再生混凝土损伤开裂荷载不断降低;再生混凝土的损伤开裂都是从界面过渡区开始的,且随界面过渡区厚度增加,损伤程度增加;与普通混凝土相比,当界面过渡区厚度不超过2 mm(再生骨料替代率不超过30％)时,再生混凝土损伤开裂荷载降低不明显.     

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。     

镀锡银钎料扩散过渡区的物相和形成机制

采用温度梯度法对镀锡银钎料进行热扩散处理,形成了扩散过渡区。为了揭示镀锡银钎料扩散过渡区的形成机制和主要物相的形成过程,借助金相显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射分析仪(XRD)对扩散过渡区的显微组织、Sn元素的面扫描分布、物相组成及形貌进行分析。研究表明,Sn元素在镀锡银钎料中分布均匀、无偏析,在扩散过渡区主要以棒状Ag_3Sn相和块状Cu_3Sn相存在。随着热扩散温度升高,Ag_3Sn相和Cu_3Sn相的相对衍射强度逐渐增大。Ag_3Sn相的形成过程分为三个阶段:Ag_3Sn颗粒相弥散分布、Ag_3Sn颗粒相互相接触合并、生成大块棒状化合物相。Cu_3Sn相主要是锡晶须生长冲破镀层的氧化膜,在张应力和压应力协同作用下形成。镀锡银钎料扩散过渡区的形成机制为"钎接、互扩散、亚稳态、合金化"。     

考虑过渡区界面影响的混凝土宏观力学性质研究

混凝土材料的宏观力学特性及破坏机理由其细观组分来决定,界面过渡区是影响混凝土断裂破坏路径及宏观力学特性的重要因素。认为界面过渡区是区别于远处砂浆基质的一层含较高孔隙率的近场砂浆材料,采用“两步等效法”得到了混凝土细观单元的等效本构关系模型。最后基于细观单元等效化方法分析了在单轴拉伸、单轴压缩及弯拉载荷条件下混凝土试件的破坏过程及宏观力学性质,探讨了界面过渡区对混凝土力学特性的影响,并与随机骨料模型分析结果进行了对比。结果表明:界面相的存在对混凝土的弹性模量、强度及残余强度等力学性质有很大影响,在对混凝土宏观力学特性及细观断裂破坏过程进行研究时不可忽略其影响。     

水泥浆-碳化协同增强再生混凝土骨料研究

提高再生混凝土骨料(RCA)的性能对其在结构工程中得到更广泛的应用有着重要的研究意义。本研究利用水泥浆-碳化协同增强方法对再生混凝土骨料(RCA)进行强化处理,并与未强化、单一水泥浆增强、单一碳化增强处理RCA进行对比分析。结果表明：协同强化后RCA的基本性能明显改善,吸水率、压碎值、孔隙率较未处理RCA分别降低了16.04%、19.77%、36.29%;与单一强化相比,水泥水化与碳化的协同效应可以在加固RCA表面的同时,进一步利用碳化产物修补RCA的附着砂浆和界面过渡区(ITZ)。水泥浆-碳化协同强化是一种效果明显、环境友好且成本低的RCA增强方法。     

考虑微观结构影响的混凝土界面过渡区裂隙渗流-溶蚀耦合模型

根据四参数随机生长法生成了混凝土界面过渡区(ITZ)的微观结构,基于格子Boltzmann方法,采用双分布函数分别模拟渗流速度场和溶质浓度场的演化,建立了考虑微观结构影响的ITZ裂隙渗流-溶蚀耦合过程的数值模型。结合2个经典算例,验证了计算模型在处理溶质对流-扩散及反应-扩散问题方面的准确性。最后讨论了渗流流速、Ca(OH)₂含量以及Ca(OH)₂排布状态等因素对ITZ裂隙渗流-溶蚀耦合作用特性的影响。研究表明:裂隙初始渗流流速越快,壁面的溶蚀速率越快,其整体孔隙率增加越快。ITZ的Ca(OH)₂含量越高,在壁面处其与流体的接触面积越大,溶蚀现象越易发生,并导致裂隙内Ca2+浓度也相应的增加。如果溶蚀出来的Ca2+得不到及时运移,将反过来抑制Ca(OH)₂的进一步溶蚀,故ITZ裂隙的渗流-溶蚀过程受控于Ca(OH)₂含量与Ca2+浓度的综合作用。对于Ca(OH)₂不同排布状态的ITZ裂隙,由于渗流受到微观结构的影响,溶蚀过程稳定后其相对渗透率水平生长最大,均匀生长次之,竖向生长最小。     

基于PVA纤维-基体界面性能分析水泥基材料的弯曲性能

通过调整水胶比形成三种配比的聚乙烯醇纤维增强水泥基材料(PFRCC),应用单纤维拔出试验测定了PVA纤维-水泥基体界面参数(化学脱粘能Gd和摩擦粘结强度τ0),发现水胶比增加,界面性能参数Gd、τ0均降低;应用三点弯曲试验获得了材料的弯曲韧度和强度,基于PVA纤维-基体界面性能分析,并结合断裂面处PVA纤维宏观影像和微观的扫描电镜(SEM)影像,研究了界面性能对材料弯曲性能的影响。结果表明:低水胶比下由于裂缝处高的应力和界面处纤维与水泥基体高的化学粘结力使大量桥接裂缝的纤维瞬间断裂而失效,导致材料的弯曲韧度和从开裂到弯曲材料强度的增幅较小;中水胶比下裂缝处纤维脱粘后滑动并受摩擦粘结强度作用被严重刮削;高水胶比下裂缝处大量纤维由于界面处低的化学粘结力被拔出,而且拔出的纤维在滑动过程中由于低的摩擦粘结强度被轻微刮削,故桥接裂缝的纤维经历长的滑动,宏观上呈现出高的弯曲挠度特征,因而材料的弯曲韧度和强度的增加幅度显著提高。     

钢基材表面磷酸钾镁水泥浆体涂层制备及其性能

为开发维护周期长的新型无机防腐涂料,研究了掺入硅灰、偏高岭土和粉煤灰改性后,磷酸钾镁水泥浆体的强度、体积变形、水稳定性、吸水率和水化温度等性能及其影响.结果表明,硅灰可以显著提高浆体的早期抗压和抗折强度,偏高岭土对其后期强度提升明显;粉煤灰的掺入改善了浆体粘结抗折强度倒缩的问题.采用X射线衍射(XRD)、热重分析(TG...     

花岗岩/硅烷偶联剂/水泥浆界面层的形成机理

用硅烷偶联剂(SCA)处理粗骨料,用分光光度法、接触角测定仪、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)分析SCA与花岗岩表面的结合形式及其影响因素.结果表明,在常温下SCA与花岗岩表面可形成较强结合,包括化学键合.对花岗岩/SCA/水泥浆界面层的扫描电镜观测结果表明,水解SCA的羟基和间断分布的有机基团是界面结合增强的主要原因.     

水泥基复合材料界面过渡区体积分数的定量计算

借助邻近函数公式, 给出了水泥基复合材料集料与浆体间界面过渡区体积分数的定量计算公式, 并采用随机点采样方法验证采用该定量公式计算水泥基复合材料界面过渡区体积分数的可行性。在此基础上, 预测了由符合Fuller 分布的集料制备的混凝土中界面过渡区体积分数随集料体积分数和集料粒径范围的变化曲线。讨论了界面厚度变化、集料体积分数变化以及集料粒径分布变化对界面过渡区体积分数影响的差别, 并给出了衡量界面过渡区重叠程度的定性和定量方法。结果表明: 在常规集料体积分数下, 三者中对界面过渡区体积分数以及界面过渡区重叠程度影响的主次顺序均为: 界面过渡区厚度变化带来的影响> 集料体积分数变化带来的影响> 集料细度变化带来的影响。      

聚合物改性水泥基材料性能和机理研究进展

论述了聚合物改性水泥基材料的性能和机理研究进展.性能研究进展方面主要从聚合物改性、聚合物和外加剂复合改性以及聚合物和其他填料复合改性水泥基材料3个方面进行了讨论.而聚合物改性机理则从聚合物改性水泥基材料的微观结构、聚合物对水泥水化的影响以及聚合物与无机胶凝相间的相互作用等方面进行了讨论.     

石英岩尾砂与水泥浆体微界面的改性

采用电石渣对石英岩尾砂进行煅烧改性,利用X射线衍射仪、背散射扫描电镜和能谱分析等方法对改性石英岩尾砂矿物组成和微观结构进行表征,并研究了改性石英岩尾砂的水化性能。通过背散射扫描电镜和压汞仪分析了掺改性石英岩尾砂水泥浆体的微界面结构与孔结构。结果表明:改性石英岩尾砂具有复合结构,内部是惰性的石英岩尾砂,表层为矿物β-C2S层。改性石英岩尾砂可水化生成C-S-H凝胶,改善了石英岩尾砂与水泥浆体的微界面,降低了水泥浆体的孔隙率。     

废旧橡胶颗粒对混凝土强度的影响及界面分析

以旧轮胎橡胶颗粒等体积取代混凝土中的砂子,取代量分别为砂子体积的5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%、50%、60%、80%、100%.研究了混凝土抗压强度随取代量的增加的变化规律.用显微硬度方法测试了橡胶颗粒与水泥基体界面过渡区的结构,并与石子水泥界面过渡区的结构进行了比较.发现随橡胶颗粒取代砂子量的增加,混凝土的抗压强度降低,体积取代量小于25%时,抗压强度降低较快;而取代量在25%～50%之间时,强度降低较为缓慢;取代量大于50%时,抗压强度又较快降低.显微硬度测试表明石子与水泥基体界面过渡区范围在85μm左右,而橡胶水泥基体界面过渡区范围在130μm左右,而且在橡胶颗粒周围45μm左右范围无法测得显微硬度,扫描电镜分析证明,橡胶颗粒与水泥基体间存在孔隙.     

水泥基材料中的早强剂及其作用机理综述

早强型外加剂的研究主要集中在水泥基材料强度发展早期阶段的水化速率变化、产物变化、液相离子变化等方面,但对其作用机理和效果等缺乏系统性的总结。本文归纳了三类早强剂(无机、有机和复合)的早强机理及在各水化阶段的作用,得出以下结论：无机系早强剂通过提高体系碱度、压缩双电层、提供晶核以降低成核势垒等作用,破坏了水化阻滞膜或液相离解平衡,从而加速离解期的离解速率、增大液相中的离子浓度;此外,还通过加速诱导期水化产物的消耗,破坏水化反应平衡以加快水化产物钙矾石或钙铝水滑石形成,提高早强固相体积含量和体系致密度,从而提高早期强度。有机早强剂主要通过分散作用来促进离解速率,通过络合作用或水化作用破坏反应平衡,但掺量影响其早强效果和凝结速度。复合早强剂则协调多种机理来加快水化的整体进程,需注意避免新产物的生成阻碍原有活性组分正常的水化进程。总而言之,早强剂的选择应与胶凝材料体系相匹配,结合其作用机理促进各水化阶段强度发展。为满足尽可能早强的需求,阴离子宜选择硫酸系和硅酸系,阳离子宜选用Ca²⁺、Al³⁺,或较高活性成分且无耐久性隐患的Li⁺     

水泥基材料固化氯离子的研究现状与展望

水泥基材料对氯离子的固化不但影响氯离子的传输而且对钢筋混凝土结构的寿命预测具有重要意义.综述了目前研究水泥基材料固化氯离子的现状,包括固化能力的测试方法、水泥基材料自身组成的影响、环境因素的影响以及固化氯离子的机理.通过对目前国内外研究成果的总结和分析,展望了水泥基材料固化氯离子进一步研究的方向.     

偏高岭土-矿渣基地聚物与花岗岩骨料界面的分布特性及影响因素

以碱激发偏高岭土-矿渣作为胶凝材料、花岗岩为骨料制备地聚物混凝土,通过扫描电镜SEM-EDS及显微硬度分析研究地聚物与骨料的界面粘结区的微观结构、分布,以及液固比和骨料尺寸对地聚物-骨料界面的影响。研究结果表明,在地聚物与骨料的界面区域存在界面过渡区(ITZ),包含了以N-A-S-H凝胶为主的固相和收缩裂缝,化学组分与地聚物凝胶有较大不同。界面过渡区沿骨料周围不同位置表现出明显的分布不均匀特性,骨料下缘处的界面过渡区的微观结构和硬度都显著更差。随着液固比及骨料半径的增大,其分布的不均匀性增加:骨料下界面ITZ中的裂缝宽度增大,N-A-S-H凝胶厚度减小且强度降低;但配比及骨料尺寸对骨料上界面及侧界面的ITZ影响并不显著。骨料下界面ITZ应是偏高岭土-矿渣基地聚物混凝土的薄弱区域。     

膨胀玻化微珠及其在水泥基材料中应用现状的综述和分析

从原材料、生产工艺、颗粒形貌特征和性能方面将膨胀玻化微珠与传统膨胀珍珠岩做了系统对比分析,并综述和分析了玻化微珠掺量变化对水泥砂浆和混凝土性能影响的相关研究成果,指出了当前膨胀玻化微珠及其应用于水泥基材料中应着重加强的一些关键基础和技术研究.