超高性能混凝土工作及力学性能分析北大核心

为研究水胶比、减水剂和矿物掺合料掺量对超高性能混凝土(UHPC)工作性能的影响以及水胶比、矿物掺合料和钢纤维掺量对UHPC力学性能的影响,分别进行净浆流动度试验和UHPC抗折、抗压强度试验。结果表明:提高水胶比和增加粉煤灰掺量可以改善浆体的流动性,但会降低UHPC的抗折强度和抗压强度;增加矿渣粉掺量可以在改善浆体流动性的同时,提高UHPC后期的抗折强度和抗压强度;随着硅灰掺量的增加,浆体的流动性不断降低,而UHPC的抗折强度和抗压强度呈现先上升后下降的趋势,当硅灰掺量为25%时,UHPC的强度达到峰值,抗折强度和抗压强度分别提高23.7%和32.0%;钢纤维掺量的增加会提高UHPC强度,当掺入2%的钢纤维时,UHPC的抗折强度与抗压强度分别提高39.7%和59.1%。综合考虑,建议硅灰掺量在20%~30%之内为宜,矿渣粉掺量不超过30%,粉煤灰掺量不超过20%,钢纤维掺量宜取2%。     

再生微粉掺量对超高性能混凝土力学性能影响研究

将再生微粉(RCP)取代硅灰制备超高性能混凝土(UHPC),研究了再生微粉取代率对UHPC性能的影响。结果表明:再生微粉取代率为0～45%时,随取代率的增加,UHPC的流动性逐渐降低,收缩逐渐减少,强度逐渐降低;再生微粉取代率从0增大到45%时,UHPC的流动度降低了30%,收缩率下降了44.5%,抗压强度降低了12.9%,抗折强度下降了13.2%。微观分析表明,用再生微粉取代硅灰作为外掺料对UHPC水化产物影响不大,再生微粉的颗粒为不规则形态,且粒径整体偏大是UHPC性能变化的主要原因。     

原灰掺量对铁尾矿RPC性能影响的研究

利用粉煤灰原灰代替硅灰,采用铁尾矿砂为细骨料替代磨细石英砂,制备了环保型铁尾矿RPC,研究了粉煤灰、硅灰等矿物外加剂对RPC性能的影响。研究表明:使用粉煤灰原灰取代硅灰后,随粉煤灰原灰掺量的增加,拌合物的流动性明显提高。蒸养与标养条件下的试件抗压、抗折强度均呈现先增大后减小的趋势。当粉煤灰原灰代硅灰百分量为30%时,90℃蒸养3 d条件下,铁尾矿RPC的抗压强度可达到175 MPa,抗折强度达到27 MPa;标养28 d条件下,铁尾矿RPC的抗压强度为140 MPa,抗折强度达到32 MPa。     

硅灰和粉煤灰取代率对橡胶混凝土强度影响试验研究

文中以橡胶混凝土为研究对象,分别考虑10%、20%、30%三种橡胶颗粒体积代替等体积细骨料,同时考虑不同水泥取代率的硅灰和粉煤灰的影响,研究其立方体抗压强度、抗折强度、折压比的变化规律,并揭示破坏机理。研究表明,与普通混凝土相比,橡胶混凝土破坏时表现为明显的延性破坏,随橡胶取代率增加,橡胶混凝土的抗压和抗折强度均有不同程度的下降,其中抗压强度的下降程度更大,而折压比随橡胶掺量逐渐增大,韧性有明显的改善;利用硅灰可以使橡胶混凝土的强度得到一定程度的提高,当硅灰的取代率为10%时,抗折强度和抗压强度分别提高了16%、13%,此后若继续增大硅灰取代率,强度则无明显变化,而粉煤灰对橡胶混凝土的增强效果并不明显。     

钢纤维粉煤灰再生混凝土强度正交试验研究

利用正交试验方法对钢纤维粉煤灰再生混凝土（以下简称再生混凝土）的强度性能进行了试验,考察了粉煤灰取代率（质量分数）、钢纤维掺量（体积分数）和再生粗骨料取代率（质量分数）对再生混凝土28d立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度的影响,并对试验结果进行了系统分析.结果表明：粉煤灰取代率对再生混凝土抗压与抗折强度的影响规律一致,但对其劈裂抗拉强度的影响规律却不相同;再生混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度均随钢纤维掺量的增加而增大,但钢纤维掺量对劈裂抗拉和抗折强度的影响显著,对抗压强度的影响较小;再生粗骨料取代率对抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度的影响规律基本一致,强度总体上随再生粗骨料取代率的增大而增大.要使再生混凝土强度得到提高,需降低粉煤灰的取代率,增大钢纤维掺量和再生粗骨料取代率.当粉煤灰取代率在30%以内、钢纤维掺量在18%以内时,粉煤灰取代率对再生混凝土抗压强度的影响最大,其次是再生粗骨料取代率,最次是钢纤维掺量;钢纤维掺量对再生混凝土劈裂抗拉强度和抗折强度的影响最大,其次是粉煤灰取代率,最次是再生粗骨料取代率.     

大掺量粉煤灰对UHPC性能影响研究

采用粉煤灰取代分别为0、25%、50%、75%水泥配制UHPC,研究粉煤灰不同取代率对UHPC工作性能、力学性能的影响规律。研究表明,粉煤灰取代率增加,UHPC抗压强度、抗劈拉强度逐渐降低,但取代率为25%时UHPC强度发展较为理想,个别龄期强度甚至超过了基准混凝土的强度,所以粉煤灰掺量为25%时工作性能、力学性能最为理想。     

高强砂浆制备技术研究

采用硅灰、超细矿粉及粉煤灰单掺、双掺或三掺制备高强砂浆.结果表明:单掺硅灰或超细矿粉时,砂浆的抗压强度随掺量的增加而增加,当硅灰或超细矿粉掺量达到30%～40%,砂浆抗压强度达到100MPa,抗折强度达到20MPa.当用40%的硅灰与超细矿粉复掺制备砂浆,其抗压强度最大达到100MPa.单掺和复掺粉煤灰,降低了砂浆早期抗压强度,但流动性提高.此外,高强砂浆中大于50nm的孔隙体积率为15%,相比普通砂浆降低了约50%,孔结构得到明显优化.     

复掺稻壳灰/硅灰以及橡胶粉对水泥砂浆性能的影响

将原状稻壳在600℃控温煅烧,制备了高活性的稻壳灰,采用力学方法和快速冻融法分别研究了稻壳灰和硅灰的复掺比例以及橡胶粉的掺量对水泥基材料抗压强度、抗折强度以及抗冻性的影响。研究表明:随着橡胶粉掺量的不断增加,水泥基材料的抗压强度和抗折强度都有不同程度的降低,但抗冻性得到了较为明显的提高;随着稻壳灰取代硅灰比例的增加,水泥基材料的抗压强度、抗折强度都有一定程度的提高,当取代比例达到100%时,28 d抗压强度、抗折强度分别较基准组提高了15.4%和16.0%,除此之外,水泥基材料的抗冻性得到了较为明显的提高,在取代比例为100%时抗冻性达到最佳;最后,通过扫描电镜分析表明橡胶粉能够在水泥基体中引入大量封闭微小的气泡,它们是影响水泥基体抗冻性的一个很重要的因素。     

活性粉末混凝土配制技术的试验研究

首先研究了各种减水剂和配合比设计对活性粉末混凝土(RPC)性能的影响。试验对水胶比以及硅灰、粉煤灰、磨细石英粉和钢纤维等原材料的掺配比例对RPC的抗折强度、抗压强度和流动性的影响规律进行了研究。结果显示,掺入粉煤灰取代部分水泥用量,可较好地改善RPC的强度和工作性能。最后提出了一种通过热水养护,抗压强度可以超过200MPa的超高强混凝土。     

粉煤灰取代不同集料对再生混凝土路面砖性能影响的试验研究

力学性能是再生混凝土的重要性能之一,许多因素对再生混凝土的力学性能有着不同程度的影响。将废弃混凝土破碎、筛分作为骨料制成再生混凝土路面砖,并以不同比例(2%、4%、6%)粉煤灰取代再生混凝土中的水泥和细骨料,对比7组再生砖试块在14、28 d龄期下的孔隙率、抗压强度、抗折强度。试验结果表明,再生混凝土路面砖的孔隙率随粉煤灰取代率的增加而增加。不同龄期下,粉煤灰取代率在4%以内时,再生砖的抗压、抗折强度基本随着取代率的增加而增加,其中抗折强度增加显著;粉煤灰取代率为4%时,再生砖的抗压、抗折强度均达到较大值;当粉煤灰取代率超过4%时,强度有所降低,但仍高于水泥再生混凝土砖的强度。     

再生细砂超高性能混凝土力学性能研究

为研究再生细砂替代石英砂对超高性能混凝土基本力学性能的影响，以再生细砂的取代率（0、25%、50%和100%）和砂胶比（0.6、0.8和0.9）为试验参数，对再生UHPC的工作性能、抗压性能、抗拉性能和弹性模量开展试验研究。结果表明：随着再生细砂取代率和砂胶比的增大，UHPC的扩展度逐渐减小；随着再生细砂取代率的增大，UHPC抗压强度、抗拉强度和弹性模量均呈下降趋势；随着砂胶比的增大，抗压强度逐渐降低，但抗拉强度和弹性模量变化无明显规律；各配合比再生UHPC轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值约为0.91；建立了静弹性模量与动弹性模量关于再生细砂取代率的关系式、静弹性模量与立方体抗压强度的关系式。为再生细砂在UHPC中的应用提供了试验基础。     

矿物添加剂对混凝土力学性能的影响

对掺加矿渣、粉煤灰、硅灰等矿物掺合料混凝土力学性能进行了研究。结果表明,单掺矿渣与硅灰能提高混凝土的保水性、黏聚性,但对于拌合物流动性的提高要比单掺粉煤灰的差。随着掺量的增加,单掺粉煤灰或矿渣的混凝土强度降低,单掺粉煤灰早期强度下降较大。双掺粉煤灰、矿渣混凝土,混凝土强度随着矿渣掺量的增加而降低;矿渣、粉煤灰掺量分别为30.5%、20.5%时,混凝土91 d的抗压强度要比基准混凝土的抗压强度高。在掺合料总量不小于61%时,AB组混凝土28、91 d的抗折强度和基准混凝土强度比较接近。其91 d强度甚至超过了基准混凝土。双掺粉煤灰、硅灰混凝土,当粉煤灰掺量不变时,单掺硅灰对提高混凝土强度比较显著。对于粉煤灰、矿渣、硅灰三掺的混凝土,与同等掺量的双掺组AB和AC相比,该组混凝土具有较高的抗压强度。     

珊瑚砂掺量对超高性能混凝土力学及干湿循环耐久性的影响研究

为研究珊瑚砂掺量对超高性能混凝土(UHPC)的抗压、抗折力学性能及干湿循环耐久性的影响，用珊瑚砂取代石英砂制备成UHPC,替代率分别为0%、20%、40%、60%、80%、100%,研究了不同珊瑚砂掺量的UHPC的抗压、抗折和抗硫酸盐干湿循环能力。结果表明：在标准养护28d后，掺入100%的珊瑚砂UHPC的抗压强度为108.9MPa,抗折强度为37.7MPa,珊瑚砂由于其吸水性强的特点会抑制UHPC早期抗压强度(28d前)的发展，抗折强度变化率高于抗压强度；随着硫酸钠干湿循环次数的增加，UHPC抗压强度逐渐增加，珊瑚砂掺量与抗压强度差值之间存在较好的相关性；干湿循环15次时，UHPC基体中水泥砂浆结构更加疏松多孔，孔隙直径较大，水化产物晶体数量少，而干湿循环60次时，珊瑚砂掺量为100%的UHPC组的扫描电镜中钙矾石晶体发育状态良好，其结构尺寸较小且极为纤细。     

不同配合比下UHPC的早期性能研究

研究了水胶比以及粉煤灰、矿渣粉、硅灰、钢纤维掺量对UHPC工作性能和早期力学性能的影响。结果表明:水胶比对UHPC工作性能影响较大,随着水胶比的增大,拌合物流动性增加,强度降低;粉煤灰、矿渣粉的掺入可有效改善拌合物的流动性,适量硅灰的掺入有助于改善拌合物的流动性,存在最佳掺量。粉煤灰、矿渣粉的掺入会使UHPC的1 d强度降低,但会提高3 d、7 d强度,且矿渣粉的提高效果强于粉煤灰。硅灰的掺入对UHPC早期强度具有提高效果,但掺量的改变对强度影响不大。增加钢纤维掺量会显著降低新拌混合物的流动性,对抗折强度有较大提高效果。     

河砂和骨料对UHPC性能的影响研究

文中通过采用普通河砂替代石英砂及掺入粗骨料,研究其对超高性能混凝土(UHPC)基本性能的影响,制备出性能良好、成本较低的UHPC,以推动UHPC在土木工程中更广泛的应用。试验结果表明,随着河砂掺量的增加,UHPC的工作性能逐步提高,UHPC的力学性能先升高后降低,河砂掺入30%时抗压强度、抗折强度达到最大值,UHPC的抗拉强度不断降低,UHPC的耐久性能因抗氯离子渗透性能的提高而更加优异;河砂掺量50%、粗骨料体积掺量15%的UHPC的工作性能、抗折强度、抗拉强度及耐久性能有所降低,但其抗压强度提高明显,具有一定实用性。     

玄武岩纤维增强超高性能混凝土基本力学性能研究

超高性能混凝土（Ultra high performance concrete,UHPC）是一种具有高强度、高韧性及优良耐久性的水泥基复合材料。研究了UHPC常用原材料组分及玄武岩纤维（Basalt fiber,BF）对UHPC流动性及力学性能发展的影响。试验研究结果表明：纤维的掺入使得UHPC流动性降低,且随着纤维掺量的增加,流动度逐渐减小,使用1%掺量的12 mm BF的试样获得最佳的抗压强度、抗折强度及良好的流动度;在标养情况下,UHPC的性能受水灰比影响较大,随着水灰比增大,UHPC新拌物流动性增加,强度逐渐减小;UHPC流动度随着灰砂比增大而增大,强度则表现为1∶1.2时最佳;硅灰掺量对UHPC性能影响相对较小;矿渣粉可考虑作为较佳的矿物掺合料选择。综合分析原材料组成为12 mm纤维掺量1%、水灰比0.17、灰砂比1∶1.2、硅灰掺量12.5%、减水剂掺量1.5%时UHPC性能最佳。     

海砂超高性能混凝土性能影响因素试验研究

为更好地开展海砂UHPC配合比设计,研究了水胶比、砂胶比、硅灰、钢纤维等因素对海砂UHPC性能的影响,试验结果表明：水胶比越低,海砂UHPC强度越高;海砂UHPC的流动度随胶砂比增大而增大,抗压、抗折强度的变化规律为先增大后减小;随硅灰掺量增加,海砂UHPC的流动度、抗压强度、抗折强度均先增加后降低;随钢纤维体积掺量增加,海砂UHPC的流动度随之降低,抗压强度、抗折强度随之增加,其中钢纤维掺量对抗折强度影响极为显著。     

粉煤灰改性透水再生混凝土力学性能试验研究

通过改变粉煤灰取代率及超掺系数,研究了粉煤灰对不同水灰比及再生混凝土粗骨料取代率透水再生混凝土力学性能的影响。结果表明,粉煤灰等量取代水泥的透水再生混凝土立方体抗压强度、抗折强度及折压比均低于基准透水再生混凝土;当粉煤灰超量取代水泥时,粉煤灰取代率低于20%时的立方体抗压强度、抗折强度及折压比均随超量系数增加而增大,但超量系数超过1.4后效果不明显;粉煤灰取代率为30%时,不同粉煤灰超量系数下力学性能均低于基准试验值;随着再生混凝土粗骨料取代率或水灰比的增大,立方体抗压强度、抗折强度及折压比均随之下降,相同水灰比或再生混凝土粗骨料取代率时,立方体抗压强度、抗折强度及折压比均随粉煤灰超量系数增大而增大,但超量系数超过1.4后效果同样不明显。     

大流动度活性粉末混凝土的配制

利用砂浆坍落扩展度考察了减水剂掺量、水胶比、粉煤灰替代水泥比例、硅灰替代石英粉比例对活性粉末混凝土流动性的影响;同时考察了这些因素对活性粉末混凝土抗压、抗折强度的影响.研究表明,当聚羧酸盐减水剂固体掺量为胶凝材料质量的0.8%~1.0%时,可配制出坍落扩展度在255 mm以上、具有自密实性能,抗离析性能和钢筋间隙通过能力良好,标准养护条件下28 d抗压强度和抗折强度分别超过105 MPa和15 MPa的活性粉末混凝土.     

活性粉末混凝土的配合比试验研究

考察了各组分掺量、纤维的种类和掺量、作为第六组分的超细粉煤灰的掺鼍以及原状粉煤灰取代石英粉在不同水胶比条件下对RPC强度和流动度的影响,同时考察了高温养护对强度的影响.结果表明:当石英砂:水泥:原状粉煤灰:超细粉煤灰:硅灰:减水剂=0.9:1:0.35:0.3:0.35:0.016,水胶比为0.16,RPC具有较好的力学性能和工作性能.在高温养护条件下,不掺纤维时抗压强度达到199.8 MPa,加入钢纤维和聚丙烯纤维时,抗折强度为51.1 MPa,而抗压强度分别高达210.2 MPa和242.6 MPa.