掺玻璃粉超高性能混凝土力学性能

为解决超高性能混凝土胶凝材料用量高,能耗高的问题,在制备超高性能混凝土（简称UHPC）时可用玻璃粉替代部分胶凝材料,在减少水泥、硅灰等胶凝材料用量的同时,促进废弃玻璃的再利用。通过试验研究了玻璃粉掺量、外加剂掺量和纤维类型及掺量对掺玻璃粉超高性能混凝土基本性能的影响。试验结果表明：掺加10%玻璃粉时抗压强度提高最多,玻璃粉掺量对流动性影响较小。UHPC对外加剂较为敏感,制备时应保证外加剂的同一性。消泡剂能够很好的消除材料气孔,增加流动度,建议掺量为0.3%。圆直型钢纤维比端钩型钢纤维对UHPC的抗压强度提升更高,但抗折强度不及端钩型。在保证UHPC流动度的前提下,建议钢纤维的掺量不超过2%。玄武岩纤维可有效提高UHPC的抗折强度,但对抗压强度影响不大,且会减少材料的流动性。研究结果对减少UHPC能耗,解决废玻璃再利用,促进UHPC工程应用具有积极的意义。     

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。     

基于复合胶凝材料体系的超高性能混凝土性能研究

针对桥梁伸缩缝过渡区频繁出现的混凝土破损问题,研发了一种用于桥梁伸缩缝过渡区修复的硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥胶凝材料体系超高性能混凝土（UHPC）,并对其性能及微观结构进行了研究;优选了硫铝酸盐水泥的掺入比例,在某公路伸缩缝修复工程中进行了实际应用。结果表明：合适掺量的硫铝酸盐水泥能够有效提高UHPC的综合性能;当硫铝酸盐水泥质量为水泥总质量的10%时,所制备的UHPC在实际修复工程中的应用效果较好,养护24 h后抗压强度已经达到40 MPa。     

再生微粉对超高性能混凝土抗压强度的影响

为了探究再生微粉作为矿物掺合料部分取代硅灰制备超高性能混凝土(UHPC)的可行性,通过力学试验,研究了再生微粉的掺量和品质对UHPC抗压强度的影响,并根据压汞法和微观形貌分析,揭示了再生微粉的影响机理。结果表明,掺加10%品质较高的RP-C65取代硅灰可制备出符合强度要求的UHPC。     

矿粉与粉煤灰对高贝利特硫铝酸盐水泥水化和强度的影响

掺加矿物掺合料是降低高贝利特硫铝酸盐水泥（HB-SAC）混凝土的生产成本并改善其凝结硬化性能的有效措施。研究了水灰比为0.5时,矿粉（MP）、粉煤灰（FA）对高贝利特硫铝酸盐水泥抗压强度、砂浆流动度、标准稠度用水量、凝结时间的影响;并通过XRD、SEM对掺加不同矿物掺合料的高贝利特硫铝酸盐水泥净浆进行分析。结果表明：掺加矿物掺合料延长了高贝利特硫铝酸盐水泥的凝结时间;水泥浆体标准稠度用水量随矿物掺合料掺量的增加呈先减小后增大趋势,掺量为10%时达到最小值;掺加矿物掺合料后水泥砂浆流动度变大,粉煤灰对砂浆流动度的影响显著;当掺量从0增加至30%时,掺加矿粉抗压强度降低15.4%,掺加粉煤灰抗压强度降低27.6%;掺矿粉、粉煤灰后,水泥浆体中C-S-H凝胶数量增加,其他水化产物无明显变化。     

胶粉对纤维增强水泥基复合材料强度的影响

纤维对水泥基复合材料具有一定的增强增韧作用,同时,由废旧橡胶制成的胶粉以骨料形式掺入水泥基复合材料中也可增加基体韧性。研究了在聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料中,以不同掺量的可再分散乳胶粉部分替代纤维对其抗折强度和抗压强度的影响。结果表明,掺加体积分数0.5%胶粉后的纤维增强水泥基复合材料,较对比试件抗折强度提高了24.3%;掺加体积分数1%胶粉后的试件抗压强度提高了40.4%;掺加体积分数0.5%胶粉的试件在抗折强度和抗压强度大幅度提高的同时,保持了折压比不降低。因此,在水泥基复合材料中存在纤维的情况下,加入适当掺量的胶粉部分替代纤维可更大程度地提高构件的强度,并可节约材料成本,减少工程造价。     

利用玄武岩粉末制备超高性能混凝土及其性能研究

为降低超高性能混凝土（UHPC）的成本,实现绿色可持续发展,采用玄武岩粉末制备UHPC,研究了水胶比及玄武岩粉末掺量（等质量取代河砂）对UHPC力学性能的影响。通过结合压汞试验、XRD、SEM探讨了养护温度对玄武岩粉末UHPC微结构的影响。结果表明：随着水胶比的增大,UHPC的抗折与抗折强度明显降低;随着玄武岩粉末掺量的增加,UHPC的抗折与抗压强度先提高后降低。当玄武岩粉末掺量达到55%时,UHPC的抗折与抗压强度较参照组分别提高了43.99%、15.85%。提高养护温度可有效降低混凝土内部的孔隙,提高混凝土内部的密实度,优化混凝土的微观结构。     

快硬型超高性能混凝土的制备及性能研究

研究了快硬硫铝酸盐水泥、减水剂种类和掺量以及缓凝剂和早强剂等对快硬型超高性能混凝土(UHPC)性能的影响。结果表明,硫铝酸盐水泥可明显提高UHPC的早期抗压强度,其最佳掺量为15%;3种市售聚羧酸减水剂在快硬型UHPC中发挥的减水效果差异显著,宜选用减水剂B,且其最佳掺量为0.6%;快硬型UHPC制备时宜掺加早强剂碳酸锂和膨胀剂氧化钙。按硫铝酸盐水泥取代15%硅酸盐水泥、掺0.2%酒石酸作为缓凝剂、0.2%碳酸锂作为早强剂、3%氧化钙膨胀剂制备快硬型UHPC,其28 d抗压和弯拉强度分别为124.7、17.8 MPa、抗冻等级达到F800,磨耗量仅为0.5 kg/m^(2),具有较好的力学性能和耐久性。     

石屑制备超高性能混凝土力学性能试验研究

使用破碎、筛分后的废弃石屑代替石英砂作为骨料制备超高性能混凝土(UHPC)。基于单因素分析试验,研究了各因素(水胶比、胶集比、减水剂掺量、钢纤维掺量)对石屑UHPC抗压强度、抗折强度及流动度的影响规律,考查了四种不同养生方式下石屑UHPC力学性能的变化。结果表明,当胶集比、水胶比、减水剂掺量、钢纤维掺量分别为0.63、0.2、2.1%和1.5%时,石屑UHPC的力学性能和工作性能最优,7d抗压强度最高为113.7MPa,抗折强度为35.2MPa;分析应力-应变曲线发现,掺加钢纤维不仅可以提高石屑UHPC的力学强度,还能显著提高石屑UHPC的韧性和残余抗压强度;经过水浴养护、干热养护和水浴+干热组合养护后,石屑UHPC的抗压强度分别提高了5.7%、27.1%和40.3%,但热养护对抗折强度影响不大。     

新型超高性能混凝土力学性能试验研究

通过对不掺硅灰的新型超高性能混凝土的力学性能试验,分析了养护条件、钢纤维掺量和振捣方法对UHPC材料基本力学性能的影响。研究表明:用超细水泥替代硅灰可以制备出性能优良的新型UHPC;钢纤维体积掺量从0提高到1%、1.5%、2%、3%时,立方体抗压强度分别提高8.6%、17.5%、27.5%、35.7%,轴心抗压强度分别提高8.2%、21.5%、35.9%、43.3%,弯曲初裂强度分别提高9.6%、25.0%、41.1%、74.2%,钢纤维掺量对UHPC材料弯曲初裂强度的提高明显优于对抗压强度的提高;随着养护温度的提高,新型UHPC的力学性能得到明显的提高,且早期强度提高较快;浇筑时采用振动台振捣与自密实UHPC相比,材料的抗压强度和弯曲韧性均有所提高,但轴拉强度有所下降。     

不同养护条件和钢纤维掺量对超高性能混凝土收缩性能的改善

为改善超高性能混凝土（ultra-high performance concrete,简称UHPC）的收缩性能,研究了钢纤维掺量为1.5%、2.0%、2.5%的UHPC在自然养护、标准养护、热水养护3种养护条件下的收缩性能变化,通过X射线衍射（X-ray diffraction,简称XRD）和扫描电镜（scanning electron microscopy,简称SEM）分析,进一步分析了影响其收缩性能变化的微观因素。结果表明：标准养护和热水养护条件下对UHPC的收缩抑制作用比较显著,随着钢纤维掺量的提高,UHPC的收缩性能会降低,钢纤维掺量为2.5%时UHPC的收缩性能仍满足要求,且在热水养护中混凝土的收缩率最小;此外,加入矿物掺合料可以促进水泥二次水化,形成致密的微观结构,使钢纤维与基体黏结更紧密。     

硅质尾矿对发泡水泥性能的影响

为了研究硅质尾矿的掺入对粉煤灰发泡水泥性能的影响,采用以SiO2为主的黄金尾矿,分别按照0、5%、10%、15%、20%、25%、30%的比例取代粉煤灰制备发泡水泥,研究尾矿的不同掺量对发泡水泥抗压强度的影响以及尾矿的掺入对发泡水泥微观结构的影响,并在此基础上,对尾矿进行粉磨,研究尾矿比表面积对发泡水泥的抗压强度的影响。结果表明,与空白样相比,掺入10%比表面积为233m2/kg的尾矿能够将发泡水泥的28d抗压强度提高84%;掺入10%比表面积为1 161m2/kg的尾矿可以使发泡水泥的抗压强度提高133%。适量尾矿替代粉煤灰,能够降低发泡水泥的孔径、提高气孔的浑圆度和孔壁的密实度。     

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。     

氧化石墨烯对水泥砂浆力学性能的影响

该文通过改进Hummers法制备氧化石墨烯(GO),研究了GO对水泥砂浆力学性能和微观结构的影响,结果表明GO的掺量为0.04%时水泥砂浆的28d抗折强度和抗压强度相比基准组分别提高了21.0%和15.9%。通过扫描电镜对水泥砂浆微观结构进行分析,发现GO能够细化水泥石微裂纹,促进水泥水化;对水泥砂浆表面进行元素分析可知,当GO掺量过高时容易因产生团聚而降低水泥水化硬化性能。     

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。     

矿物掺合料与增效剂对混凝土的力学性能影响试验研究

为研究矿物掺合料与增效剂对混凝土力学性能的影响,设计了C30和C40两种强度等级的20个配合比及基准对照组配合比,每个强度等级又设计了3组单掺CTF混凝土增效剂时水泥用量分别减少7%、10%、15%的配合比,复掺时粉煤灰掺量分别为15%、20%、25%,硅灰掺量为6%和9%,CTF混凝土增效剂掺量为10%,通过测试试块在7d、28d、60d的抗压强度,研究其抗压强度随龄期的变化规律。结果表明,CTF混凝土增效剂单掺时水泥减少量为10%～15%的情况下,增效剂的增效效果最明显,且此时CTF混凝土增效剂对混凝土抗压强度也有很大的提高,当粉煤灰、硅灰以及CTF混凝土增效剂复掺时,试块抗压强度值高于基准组试块,此时粉煤灰最佳掺量为20%左右,硅灰掺量为6%左右,且复掺时由于增效剂的作用以及粉煤灰和硅灰的替代,节约了大量的水泥。     

粗粒度区间钢渣微粉在UHPC中的应用研究

用粒度区间为45～80μm的较粗钢渣微粉作为掺合料进行了UHPC的应用研究,试验结果表明,与基准混凝土相比,45～80μm钢渣微粉在UHPC中以5%掺量取代水泥和复合掺合料后,UHPC的孔隙率降低、孔径分布得到优化、塑性黏度降低了42 Pa·s、流动性能提升(V漏斗排空时间减少了20 s)、28 d抗压强度提高了10～12 MPa、抗折强度提高了2～3 MPa。     

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。     

氧化石墨烯及样品形状对水泥基复合材料力学性能的影响

为了研究氧化石墨烯（GO）掺量、龄期和样品形状对GO水泥基复合材料的压缩强度和弹性模量的影响。分别制备7组不同GO掺量的水泥基复合材料立方体试件（边长为50 mm）和圆柱体试件（直径60 mm、高30 mm）,进行3、7、28 d的静态压缩试验,给出其应力-应变曲线,提出形状效应系数及其计算式;同时用扫描电镜（SEM）观测28 d圆柱体试件断面的微观形貌,阐述GO水泥基复合材料强度随GO掺量变化的微观机理。结果表明：3、7 d立方体和圆柱体的抗压强度达到最大时,GO掺量为0.03%,28 d立方体和圆柱体的抗压强度达到最大时,GO掺量为0.04%。SEM结果发现GO可以优化水化产物的微观形貌,形成致密的微观结构。随着龄期的增加,立方体和圆柱体抗压强度呈现增加的规律。GO水泥基复合材料圆柱体试件与立方体试件测得的材料性能有差异,样品形状对力学性能的影响不可忽略,GO掺量相同时,样品形状分别对3 d时抗压强度和28 d时弹性模量影响最大。