聚丙烯纤维增强水泥基复合材料界面过渡区的纳米力学性能

研究了不同水灰比条件下聚丙烯纤维增强水泥基复合材料界面过渡区(ITZ)的纳米力学性能。通过纳米压痕试验测试界面过渡区及其附近区域的载荷–深度(P–h)曲线,运用Oliver-Pharr方法得到各测点弹性模量和压痕硬度,采用高倍显微镜成像与扫描电子显微镜技术绘制了界面过渡区微结构表征云图。利用反褶积法对水泥基体及界面过渡区的弹性模量及压痕硬度进行多峰拟合,得到了各相的频率分布。结果表明:不同水灰比条件下界面过渡区的厚度均处于10~20μm之间,且其弹性模量和压痕硬度均低于水泥基体的;随着水灰比的变化,界面过渡区水化产物的成分及体积分数也产生相应改变。     

钢纤维-水泥基界面过渡区纳米力学性能

研究不同水灰比条件下的钢纤维增强水泥基复合材料界面过渡区(ITZ)的纳米力学性能。通过纳米压痕试验,测试界面过渡区及其附近区域的荷载–压痕深度曲线,运用Oliver-Pharr方法研究了弹性模量和硬度分布规律并绘制相应的微结构表征云图,结合扫描电子显微镜分析ITZ形成机制。此外,利用反褶积法对ITZ的弹性模量及压痕硬度的频率分布曲线进行多峰拟合,得到了各相的频率分布。结果表明:不同水灰比样品界面过渡区的厚度均为40μm左右;在界面过渡区内,弹性模量和压痕硬度的最弱点在距纤维表面20μm附近,且水灰比越大,弹性模量与压痕硬度值越小;随着水灰比的增大,界面过渡区孔洞和低密度水化硅酸钙含量逐渐增高,高密度水化硅酸钙含量逐渐降低。     

养护温度对活性粉末混凝土孔结构的影响研究

研究了养护温度对活性粉末混凝土(RPC)的抗压强度及孔结构的影响.采用X射线计算机断层扫描技术(X-CT)和压汞法(MIP)对不同养护温度下RPC的孔结构进行了对比分析,并使用红外光谱(IR)与扫描电镜(SEM)分别对RPC的水化程度与微观形貌进行研究.结果表明,RPC的抗压强度随着养护温度的升高而先增大后减小,在250℃高温养护下达到最大值303.5 MPa.X-CT测量了孔半径6～220μm之间的孔洞,孔数主要分布在10～40μm的范围内.MIP测量的孔半径范围为0.003～60μm,浆体内孔体积主要分布在3～10 nm的范围内.两种测试方法均显示高温养护能细化孔隙,但X-CT能更精确地呈现样品中微米级别孔洞的孔体积和孔数分布.此外,IR分析表明RPC胶凝体系的水化程度随着养护温度的升高而提升.通过SEM观察,发现在高于250℃的养护温度下浆体孔洞内壁生成了针状硅酸钙.显然,高温养护能够提升水化程度,细化RPC的孔结构,改善微观结构,从而提高抗压强度,但养护温度高于250℃时抗压强度略有下降.     

石英粉、矿粉对压蒸高强混凝土强度和界面显微硬度的影响

采用单掺和双掺石英粉、矿粉制备压蒸养高强混凝土,研究了混凝土的抗压强度、界面显微硬度及其水化产物的微观形貌.结果表明:在高压蒸汽养护下石英粉与矿粉一样也有火山灰活性,单掺与双掺石英粉、矿粉对混凝土抗压强度的规律不同,这取决于其内部显微结构.双掺可使压蒸养高强混凝土界面过渡区的水泥石结构更加致密,同时使得界面过渡区和本体的水泥石性质趋于均匀.     

抗硫酸盐侵蚀防腐剂对混凝土性能影响

在相同配合比条件下,选用三种不同性能的水泥配制混凝土,研究不同种类胶凝材料对混凝土的工作性能、力学性能以及抗侵蚀性能的影响.通过SEM扫描电镜观察混凝土3d、7d、28 d的浆体—骨料界面过渡区的微观结构以及水化产物形貌.试验结果表明:掺入10％ SSP防腐剂后,混凝土的工作性能、力学性能均优于基准和抗硫酸盐水泥混凝土.水泥水化后期,浆体—骨料界面过渡区很难区分,水化产物增多.SSP防腐剂可以促进水泥的水化程度,生成较多的钙矾石和C-S-H凝胶,使结构更致密,提高混凝土的抗侵蚀性能.     

养护温度和矿物掺合料对蒸养混凝土脆性的影响

为了掌握蒸养混凝土的脆性特性,以脆性系数和冲击韧性为评价指标,研究了养护温度(20、45、55、65、75℃)及矿物掺合料对混凝土脆性的影响,并通过扫描电子显微镜和压汞仪分析了养护温度和矿物掺合料对混凝土水化产物微结构和孔结构的影响。结果表明,随着养护温度的升高或养护龄期的延长,混凝土的脆性系数增大,且蒸养降低了混凝土的冲击韧性,复掺粉煤灰和矿渣粉掺合料可以改善蒸养混凝土的脆性和抗冲击性能。较高养护温度导致水化产物结晶粗大,界面过渡区形成微裂缝和基体孔隙率增大,从而使蒸养混凝土脆性增大,复掺粉煤灰和矿渣粉掺合料改善了蒸养混凝土的孔结构和界面过渡区微结构。     

养护制度对粉煤灰水化产物的影响

以粉煤灰、生石灰为原料,利用水热合成方法研究了粉煤灰制品在蒸养(在80℃下养护10 h)、蒸压(分别在120、140、160、180℃下养护6 h)两种养护条件下水化产物的矿物组成和微观形貌。利用SEM、XRD、TG-DSC对水化产物的矿物组成和微观形貌进行了表征。结果表明:粉煤灰在不同养护制度下的水化产物种类和形貌有显著变化。蒸汽养护条件下,粉煤灰颗粒表面除了有卷箔状水化硅酸钙外,还有团絮状水化硅酸钙和板状水化石榴石生成;蒸压养护条件下,随着反应温度的升高,卷箔状水化硅酸钙的宽度收缩,结晶度逐渐提高,在160℃时,出现了片状的托贝莫来石。     

内养护对不同细度水泥制备的砂浆性能的影响

研究了饱和轻骨料内养护对不同细度水泥配制的砂浆自收缩、强度、水化程度、显微硬度以及界面过渡区形貌等的影响。结果发现：内养护可显著降低不同细度水泥配制的砂浆的早期自收缩,但减缩效果随着水泥比表面积增大而降低;内养护的砂浆后期自收缩仍持续增加,水泥越粗,自收缩后期增长越大;内养护能够显著促进水泥早期水化,这种促进作用在细水泥中最显著。在相同条件下,轻骨料的引入对砂浆强度的影响作用与水泥细度有关;显微硬度以及界面过渡区微观形貌结果显示,轻骨料内养护能显著改善粗水泥体系微观结构,对细水泥体系微观结构的改善则无显著贡献。     

混凝土界面过渡区微观结构及其数值模拟方法的研究进展

混凝土界面过渡区(ITZ)是混凝土中最薄弱的连接部位,对混凝土性能有关键性的影响。综合已有研究成果,从界面过渡区的空间尺度与显微硬度、孔隙率、水化产物以及未水化颗粒等方面进行了阐述。诸多因素如水灰比、水化时间、骨料种类和表面形貌以及掺合料等都会改变混凝土界面的微观结构。并介绍了在描述ITZ体积分数、ITZ对力学与传输等性能影响方面的数值模拟方法,比较分析了不同学者提出的理论模型,对未来的研究方向作出了展望。     

蒸汽养护过程中混凝土力学性能的演变

为了研究混凝土在蒸汽养护过程中力学性能的演变,通过测试蒸养混凝土24 h内的力学强度、动弹性模量、动剪切模量及阻尼比的变化,并基于Arrhenius方程推导的等效龄期方法和20℃条件下的实测水化热曲线,预测了蒸养过程中混凝土的水化放热曲线。分析了蒸养过程中混凝土抗压强度与水化放热量之间的关系,探讨了相同水化程度下蒸养(蒸汽养护)混凝土和标养(标准养护)混凝土力学性能的差异。结果表明,60℃蒸汽养护过程中,在静停和升温阶段(0–4 h),混凝土抗压强度非常低,几乎可以忽略;在恒温阶段(4–12 h),混凝土力学强度、动弹性模量及动剪切模量均迅速增长,阻尼比迅速降低,其中12 h的抗压强度达到28 d的60%以上,动弹性模量在第12 h时达到了28 d时的70%以上;恒温结束至24 h (12–24 h)阶段,混凝土的力学强度和动弹性模量增长缓慢。相同的水化程度条件下,蒸养混凝土抗压强度比标养混凝土低9 MPa左右。蒸养混凝土的动弹性模量和动剪切模量均低于相同水化程度的标养混凝土,但随着水化程度的不断增长,两种混凝土的动弹性模量和动剪切模量的差异逐渐变小。     

矿物超细粉混合骨料混凝土微观结构研究

利用扫描电镜(SEM)观察冻融试验前后单掺粉煤灰和复掺粉煤灰、硅粉时混合骨料混凝土的骨料-水泥石界面过渡区(ITZ)的微观结构和水化产物,从微观层面分析矿物超细粉对混合骨料混凝土抗冻性能的影响.SEM分析结果表明:单掺30％粉煤灰比复掺20％粉煤灰与10％硅粉的界面结构劣化严重,并且粉煤灰与硅粉复掺和未掺掺合料的混凝土界面结构与抗冻性能较为接近.因此采用20％粉煤灰与10％硅粉复掺来替代部分水泥可以保证混凝土具有较好抗冻性能.     

纳米二氧化硅对混凝土界面过渡区的改性机制及其多尺度模型

从宏观和微观尺度上研究了纳米SiO_2改性对早龄期混凝土中界面过渡区(ITZ)力学行为的影响。测试了混凝土的强度及弹性模量,采用纳米压痕技术并结合统计手段对ITZ进行了表征。同时,从2个尺度层面分别建立了模型进行分析。结果表明:纳米SiO_2的掺入有效提高了早龄期混凝土的综合力学性能,并主要提高了ITZ的力学性能,使ITZ与浆体本体的模量比从50%提升到80%。纳米SiO_2改性机制以加速水化反应为主,在早期生成大量水化产物,尤其是低密度水化硅酸钙凝胶,进而填充微孔,改善ITZ的微观组织结构。     

废轮胎橡胶混凝土界面过渡区特征试验研究

采用SEM、EDS等测试技术,研究了1~3 mm废轮胎橡胶颗粒混凝土中橡胶与水泥石界面过渡区(ITZ)的微观形貌,水化产物分布以及ITZ宽度。结果表明:橡胶混凝土中橡胶与水泥石的界面粘结较普通混凝土中粗骨料与水泥石更为薄弱,ITZ的结构较为松散,孔隙率也较大;界面区水化产物中C-S-H凝胶含量小于普通混凝土,氢氧化钙晶体(CH)和钙矾石晶体(AFt)的含量则大于普通混凝土;1~3 mm橡胶颗粒混凝土ITZ宽度约为50 μm,而普通混凝土仅有40 μm,比普通混凝土更加不稳定。     

负温养护条件及水灰比对混凝土抗氯离子渗透性和细观结构影响试验研究

为研究养护条件和水灰比对混凝土抗氯离子渗透性和细观孔结构的影响规律与程度,采用气孔分析法和直流电量法对-3℃养护条件下和标准养护条件下的不同水灰比的混凝土28 d细观孔结构和电通量进行了测试.试验结果表明:-3℃负温养护条件下的混凝土气孔间距系数和平均气孔直径明显大于标准养护条件下的同种混凝土,孔径粗化严重,粗大孔明显增多;-3℃负温养护条件下的混凝土电通量值也明显大于标准养护条件下的混凝土,与细观孔结构测试结果一致.标准养护条件下,随着水灰比的提高,混凝土细观孔结构随之劣化,抗氯离子渗透性减弱;但在-3℃养护条件下,混凝土细观孔结构随着水灰比的提高反而优化,抗氯离子渗透性亦随之变强,究其原因,在-3℃养护条件下,随着水灰比提高,混凝土中液相水含量随之增大,水化反应更加充分,故出现上述现象.水灰比对细观孔结构和抗氯离子渗透性的影响程度较养护条件小,且随着水灰比的增大,养护条件对其影响程度减弱.     

石灰石粉对浮石混凝土力学性能和微观结构的影响

以天然浮石作为粗骨料,通过内掺0％、10％、20％、30％和40％质量分数的石灰石粉替代相同质量的水泥配制浮石混凝土,研究不同掺量石灰石粉对浮石混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度的影响,并借助扫描电镜观察分析混凝土微观结构.结果表明:石灰石粉掺量为10％时,浮石混凝土各龄期力学性能显著提高;石灰石粉可加速水泥早期水化,提高水泥石基体和浮石-水泥石界面过渡区密实度;石灰石粉具有后期水化活性.     

养护温度和水灰比对混凝土微观孔结构及抗氯离子渗透性影响研究

为研究养护条件和水灰比对混凝土抗氯离子渗透性与微观孔结构的影响规律与程度,采用压汞法和RCM法对-3℃养护条件下和标准养护条件下的不同水灰比的混凝土28 d微观孔结构和氯离子渗透系数进行了测试.试验结果表明:-3℃负温养护条件下混凝土的临界孔径和最可几孔径明显大于标准养护条件下的同种混凝土,孔径粗化严重,粗大孔明显增多,其氯离子渗透系数也明显大于标准养护条件下的混凝土,与孔结构的发展规律一致.标准养护条件下,随着水灰比的提高,混凝土水泥石孔结构劣化,混凝土抗氯离子渗透性减弱;但在-3℃养护条件下,混凝土水泥石孔结构随着水灰比的提高呈现出先优化后劣化的趋势,混凝土抗氯离子渗透性变化规律亦与之相同.     

养护制度对高强混凝土强度发展规律的影响

对比研究了标准养护(20℃、相对湿度≥90%)、高温养护(50℃)以及温度匹配养护对高强混凝土的抗压强度发展规律的影响。结果表明:提高养护温度到50℃以上可显著激发水泥–磨细矿渣粉和水泥–粉煤灰–硅灰复合胶凝材料的反应活性,复合胶凝材料混凝土的3 d强度提高1倍以上,并使其后期强度持续增长,但对纯水泥混凝土的后期强度发展有抑制作用;当胶凝材料处于结晶成核与晶体生长或相边界反应阶段时,混凝土强度随之明显增长,当水化反应进入扩散控制阶段时,混凝土强度增长幅度减小,各种混凝土之间的差别也变小;无论何种养护条件,用水泥–粉煤灰–硅灰复合胶凝材料配制的混凝土都具有最高的强度和最好的抗氯离子渗透性能,适合配制高强混凝土。采用标准条件养护的试件进行强度测定,基本能反映实体结构内部混凝土长龄期的状态。     

氧化镁对高镁熟料膨胀性能的影响

借助XRD,SEM,TGA等检测方法探讨了内含MgO的高镁熟料在20℃,50℃和80℃水浴养护条件下的膨胀性能及其水化过程.结果显示:高镁熟料的体积膨胀约为低镁熟料的3倍;养护至60 d,80℃和50℃条件下养护的水泥试块的体积膨胀约为20℃的6.3倍和4.8倍.80℃水浴养护120 d的高镁水泥中形成CaMg(CO3)2.高镁熟料在80℃条件下养护至7 d,距离未水化的方镁石5μm左右的区域存在水化硅酸钙镁(C(M)-S-H).Mg2+生成的M-A-H相Mg:Al摩尔比约为2.     

不同养护条件下同等强度混凝土抗氯离子渗透性和细观结构对比分析试验研究

为研究不同养护条件下同强度混凝土抗氯离子渗透性和细观孔结构的差异,采用气孔分析法和直流电量法对-3℃养护条件下养护56 d和标准养护条件下养护28 d的抗压强度基本一致的混凝土的细观孔结构和电通量进行了测试.试验结果表明:两者抗压强度基本相同,孔隙率也基本相同,但-3℃负温养护条件下养护56 d混凝土的气孔间距系数和平均气孔直径明显大于标准养护条件下养护28 d的同种混凝土,粗大孔明显增多;-3℃负温养护条件下养护56 d的混凝土电通量值也明显大于标准养护条件下养护28 d的混凝土.在-3℃养护条件下,混凝土中部分液相水很快转化成冰,一方面降低了水泥的水化速率,另一方面,因水结成冰产生膨胀内应力,使内部孔结构劣化严重,故出现上述现象.因此,强度不能作为衡量混凝土性能优劣的唯一指标,强度相同而养护温度不同时,其抗氯离子渗性和细观孔结构也不同.     

不同温度下粒径对玻璃粉抑制碱硅酸反应的影响

为了研究不同温度和不同粒径条件下玻璃粉对碱硅酸反应抑制作用的影响,采用快速砂浆棒法研究了在不同温度(80℃、60℃、25℃)以及不同粒径分布(≤13μm、13～38μm、38～75μm)下,玻璃粉对碱硅酸反应的抑制作用效果,并通过比长仪和扫描电镜(SEM)测得不同龄期砂浆棒膨胀率与水化产物的形貌.研究结果表明降低温度、减小玻璃粉粒径都可以有效抑制碱硅酸反应.养护15 d后不同粒径玻璃粉对碱硅酸反应抑制作用差别逐渐扩大,小粒径对碱硅酸反应抑制作用效果明显优于大粒径,从长期考虑减小玻璃粉粒径对抑制碱硅酸反应有积极作用.分析SEM图发现玻璃粉减少了碱硅酸凝胶的数量,改善了砂浆微观结构.