自密实混凝土稳定性机理及其影响因素研究新进展

自密实混凝土浇筑成型后发生离析会对力学性能和耐久性能产生不同程度的危害,这一问题决定了自密实混凝土在满足施工性能的同时必须具有足够的稳定性。而自密实混凝土高流动性、高填充性及高间隙通过性等优异的工作性能特征,又决定了其拌合物的稳定性高度敏感。从静态稳定性和动态稳定性两方面分别阐述了自密实混凝土的稳定性机理,探讨了自密实混凝土静态稳定性和动态稳定性的表征方法,从配合比参数、拌合物流变性能、施工工艺等方面讨论了影响自密实混凝土稳定性的因素,提出了自密实混凝土稳定性的研究前景。     

矿物掺合料对地聚合物抗冻性能的影响

以碱激发偏高岭土制备地聚合物混凝土,分别研究了掺入15%的钢渣、矿渣或粉煤灰的地聚合物混凝土的力学抗压强度和抗冻性能,测试了地聚合物混凝土的真空饱水体积吸液率,运用XRD、SEM和DSC-TG等测试方法分析了矿物掺合料对地聚合物微观结构和水化产物的影响。结果表明:钢渣或矿渣能有效提高地聚合物混凝土的抗压强度,而粉煤灰的掺入使其强度稍有降低;地聚合物表观形貌中存在较多的孔洞和微裂缝导致其抗冻性能较差,掺入钢渣或者矿渣后地聚合物形成了新的产物C-S-H凝胶、C-A-S-H凝胶等并填充在结构中形成更加密实的板状结构,降低了地聚合物混凝土冻融破坏速率,五次冻融循环后地聚合物的相对强度均在90%以上,抗冻性能得到提高;粉煤灰降低了制备地聚合物混凝土的用水量且未水化的粉煤灰颗粒镶嵌在结构中增加了其密实性和抗冻性能,五次冻融循环后相对强度为86.9%,基准组的相对强度仅为79.7%。     

高性能混凝土研究进展Ⅰ:原材料和配合比设计方法

高性能混凝土具有高工作性、高体积稳定性和高耐久性等优异性能,被称为"21世纪混凝土"。掺入活性矿物掺合料和化学外加剂等组分,可以配制出满足工程施工要求的高性能混凝土,且矿物掺和料替代部分水泥可以减少水泥用量,降低CO2排放量,缓解环境恶化。总结了高性能混凝土中矿物掺合料和化学外加剂的研究进展,介绍了国内外高性能混凝土的配合比设计方法的应用,并对高性能混凝土的现状和发展趋势进行了讨论。     

自密实混凝土施工技术和质量控制

自密实混凝土是高性能混凝土的一种,它主要通过依靠自重,不用振捣就可自行填充模型,它的拌合物具有良好的流动性、保水性,粘聚性及填充性,硬化后具有良好的力学性和耐久性。本文分别分析了自密实混凝土的施工技术和它的质量控制。     

自密实混凝土工作性研究

本文主要介绍了自密实混凝土的定义。就流动性而言,自密实混凝土属于宾汉姆（Bingham）模型,成型好坏与混凝土塑性黏度η有关。高效减水剂、砂率、矿物掺合料、水胶比和胶凝材料的用量对自密实混凝土的工作性能有显著的影响。     

纤维增强水泥基复合材料的流动性与流变性研究进展

纤维增强水泥基复合材料(Fibers reinforced cementitious composites,FRCC)具有优异的抗拉、抗弯、耐久性等硬化性能,因此被广泛应用于道路、桥梁等建筑工程中。但纤维的存在常导致材料在拌合状态下无法良好成型,进而导致其力学性能劣化。为了优化拌合物性能,其流动性与流变性受到了人们的广泛关注。传统的流动性试验能够快速检验拌合物是否达到了成型要求,但存在人工误差并且测试范围有限;而流变试验则能反映出拌合物在剪切应力条件下材料各组分之间的相互作用,但难以应用于工程。两种试验各有利弊,但互为补充。因此,建立拌合物流动性与流变性之间的关系成为研究水泥基材料拌合性能的必然趋势。为了分析二者的关系,流动性能与流变性能的机理分析是必要的。在实验设计中,研究者们通常采用的手段是对材料的组分进行调整,宏观调控基准配合比或者改变纤维参数,通过对比各因素下拌合物的流动参数及流变参数,或结合硬化材料的微观结构,最终得到拌合性能与硬化性能俱佳的最优化配比。在这一过程中,可获得流动参数与流变参数的变化规律,由数学拟合或者分析模型则可以得到二者关系式。水泥基材料最初的流动-流变关系式由此得来。然而,这种传统分析方法的适用性受到外加剂、材料品种、分析模型等多方面差异的影响,其关系式的物理意义及适用性都是模糊不清的。由于高性能纤维水泥基材料逐渐成为研究对象,低水胶比的设计要求必然导致减水剂的大量使用,多种矿物外加剂的复掺也会改变基体的内部结构,使分析环境更为复杂。此外,关系式的建立依赖于流变分析模型,不同的纤维水泥基材料对应的流变模型也可能不同,这些因素都导致传统的流动-流变关系式无法应用于新型的、掺有纤维的水泥基材料。为了减少因素变化给关系式带来的影响,基于材料自身性质的分析方法是可取的。以材料固有属性为参数建立关系式,试验数据仅作为验证,最终得到的关系式不以试验条件为转移,具有更广泛的适用性与可靠性。本文通过综述FRCC拌合物性能的研究进展,分析了不同纤维因素和基体因素对FRCC拌合物性能的影响方式,探讨了FRCC拌合物的流动性与流变性的关系,指出了现阶段对FRCC拌合物性能研究的不足,为以多尺度混杂纤维增强水泥基材料(Hybrid fibers reinforced cementitious composites,HyFRCC)为代表的新型FRCC的拌合物性能研究提供参考。     

Design-Expert7.0在设计C60高抛钢管自密实混凝土中的应用研究

利用Design-Expert7.0软件对C60高抛钢管自密实混凝土进行配合比优化设计,并对试验结果进行模型拟合。通过扫描电子显微镜(SEM)、X衍射分析(XRD)、超声波法、钻芯法及现场模拟浇筑实验,研究了硬化钢管自密实混凝土性能。结果表明,通过Design-Expert7.0优化设计获得的C60钢管自密实混凝土拌合物工作性能较好,水化产物以球状颗粒的Ⅲ型C-S-H凝胶为主。优化设计有效减少了混凝土的收缩,避免了混凝土与钢管内壁粘结性能不良,完全满足工程应用要求。     

纤维种类和长度对混凝土力学强度和耐久性能的影响研究

纤维掺入混凝土会改变混凝土的孔隙结构和空隙率,影响混凝土的耐久性能。为研究不同纤维种类对混凝土力学性能和抗渗性能、抗冻性能的影响,该文选取3种长度（11.5 mm、16 mm和20 mm）的聚丙烯纤维、3种长度（11 mm、15 mm和20 mm）的聚乙烯醇纤维,通过力学试验和耐久性试验,得到以下结论 ：1）纤维的掺入提高了混凝土的抗压强度,较未掺纤维的混凝土高3.7%～11.4%。不同纤维类型和长度对抗压强度的影响较小。2）掺入纤维后,纤维混凝土的相对渗透系数较未掺纤维的普通混凝土高42.3%～186.4%。纤维长度越长,对混凝土抗渗性能的改善效果越显著。3）聚乙烯醇纤维对混凝土抗冻性改善效果优于聚丙烯纤维。     

碱矿渣高性能混凝土冻融耐久性与损伤模型研究

采用矿渣、Na2SiO3和NaOH复合激发剂制备了高性能碱矿渣混凝土(Alakali-slag Concrete,ASC),通过冻融循环试验、扫描电镜和能谱分析测试,研究了ASC的冻融耐久性、微观结构、性能机理、冻融后内部损伤变量的变化规律及损伤模型。结果表明:ASC抗冻等级在F300以上,具有优异的抗冻融耐久性;ASC的水化产物主要为低Ca/Si比的C-S-H(Ⅰ)、碱性铝硅酸盐和沸石型矿物等,没有Ca(OH)2和过渡带,结构的密实性和均匀性好,抗压强度高达90MPa,因此ASC具有优异的抗冻性;以相对动弹模量为损伤变量建立了ASC冻融损伤模型,发现动弹模量衰减模型的拟合精度优于冻融累积损伤模型,幂函数模型比指数函数模型有更好的拟合精度和相关性,模型能够较好地反映ASC的冻融损伤规律和损伤程度。     

水工抗冻混凝土施工问题探讨

本文分析了混凝土冻融破坏的机理和影响混凝土抗冻性能的因素，并对冻融破坏防治措施进行分析，供大家参考。     

风积沙混凝土盐冻多尺度劣化机制

研究风积沙混凝土盐冻劣化规律，揭示劣化机制对其推广应用有重要指导意义。基于室内快速冻融试验及力学特性试验研究了风积沙混凝土盐冻劣化规律，结合SEM、NMR、XRD等表征技术及损伤力学理论从多尺度揭示了盐冻劣化机制。结果表明：风积沙影响混凝土的抗冻性，100%掺量风积沙混凝土强度低，但抗冻性最好。混凝土质量损失率及抗压强度损失率均随盐冻循环次数的增加而增大，相对动弹性模量随盐冻循环次数的增大而减小。风积沙混凝土的盐冻损伤是一个物理-化学过程，界面过渡区(ITZ)骨-浆剥离及附近砂浆基质开裂是导致其宏观物理、力学性能退化的主要原因。风积沙可以改变混凝土内部的孔隙结构及水分传输路径，进而影响孔隙饱和度及混凝土的抗盐冻性能。     

自密实道面抢修混凝土试验研究

针对机场水泥混凝土道面破坏时如何能够在短时间内进行快速修复的迫切问题,采用快硬早强型特种水泥、高效外加剂和矿物掺合料,进行配合比优化设计和性能试验研究。试验表明,所配制的混凝土工作性能良好,加水拌合后4h即可达到某新型战机起飞最低强度要求,能够满足机场道面抢修技术要求,这种混凝土也可用于公路水泥混凝土路面抢修。     

混凝土在碳化和干湿循环作用下的抗硫酸盐腐蚀性能

采用自然浸泡和干湿循环的试验方法, 研究了碳化后的粉煤灰混凝土(FAC)、 大掺量矿物掺合料混凝土(HVMAC)及高性能混杂纤维增强膨胀混凝土(HPHFREC)在5%硫酸镁溶液中的损伤过程。结果表明: 碳化一定程度上密实了混凝土表层, 但改变了混凝土表层的化学组成, 降低混凝土的抗硫酸镁腐蚀性能。干湿循环加速硫酸镁的扩散作用, 扩展混凝土内部原有的微裂缝。在碳化+硫酸镁双重破坏因素作用下, HVMAC具有优异的抗腐蚀性能, 适合应用于硫酸镁腐蚀的严酷环境; 在碳化+干湿循环+硫酸镁多重破坏因素作用下, HPHFREC2的三元纤维混杂起到明显的增强增韧效果, 抗腐蚀性能较好。     

泡沫混凝土微观结构对宏观性能的影响机理

针对当前阻碍泡沫混凝土广泛应用的主要因素,即对泡沫混凝土性能的基本认知不足且技术研究尚不充分,综述泡沫混凝土在混凝土拌合至初凝、硬化过程和使用过程3个阶段中微观结构的形成及劣化机理,介绍泡沫混凝土微观结构与宏观性能之间的理论模型和模型的适用范围,证实泡沫混凝土的微观结构对自重、导热、机械强度、渗透等宏观性能的影响;从胶凝材料、集料、矿物混合材、发泡剂、外加剂、配合比以及材料制备工艺等角度分析影响泡沫混凝土微观结构的因素,探讨微观结构控制的机理和可行性,指出未来的研究方向是在当前研究的基础上对泡沫混凝土的制备条件和工艺参数控制进行进一步改进和探索。     

萘系减水剂对硬化水泥浆体及孔隙液中钢筋腐蚀的影响

为了研究外加剂对混凝土中钢筋腐蚀的影响,模拟了混凝土孔隙液及制备了硬化水泥浆体,研究了添加不同含量的萘系减水剂对钢筋腐蚀的影响.结果表明:在模拟混凝土孔隙液中加入萘系减水剂对钢筋腐蚀有轻微的促进作用,当减水剂含量达到一定值时腐蚀增大的趋势就会消失;在硬化水泥浆体中加入萘系减水剂可以减缓钢筋的腐蚀,添加0.5%萘系减水剂阻锈效果最明显,且随着时间的延长,萘系减水剂对硬化水泥浆体中钢筋的阻锈效果增加;加入减水剂增强了硬化水泥浆体的密实性,从而减缓了钢筋的腐蚀.     

不同环境中矿物掺合料混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的研究进展

硫酸盐侵蚀是混凝土耐久性研究的热点之一。矿物掺合料的掺入改变混凝土内部的组成,细化了混凝土的孔结构,对混凝土抗硫酸盐侵蚀起着重要作用。掺合料的化学组成、细度、掺量等对混凝土抗硫酸盐侵蚀均有很大的影响。外界腐蚀环境的不同,矿物掺合料混凝土抗硫酸盐侵蚀的性能也有显著的差别。大量的研究表明,在连续浸泡的硫酸盐溶液中,矿物掺合料只要掺量适当能够提高混凝土抗硫酸盐侵蚀的能力。在干湿循环与硫酸盐溶液共同作用下,矿物掺合料混凝土抗硫酸盐侵蚀的能力有所争议,有些研究表明矿物掺合料能够提高干湿循环条件下混凝土抗硫酸盐侵蚀的能力;然而有些研究结果却呈现相反的结论,这需要进一步探索。     

隧道初支混凝土抗冲刷溶蚀技术评价及作用机理

隧道初支混凝土被钙溶蚀破坏将导致孔隙率增加、强度下降,进而缩短其服役寿命.根据溶蚀计算模型,可以从减少可溶性钙含量、降低孔隙率和降低混凝土基体的水分传输速率等方面来提升混凝土的抗溶蚀性能.采用硬化气泡、X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱分析、ICP等方法测试分析分别掺加矿物掺和料(AD)、密实材料(纳米二氧化硅,DM)和疏水材料(有机羧酸酯聚合物,HM)混凝土溶蚀前后的孔隙结构、水化产物、微观形貌和钙离子溶出量等指标.结果表明:矿物掺和料AD可以从降低可溶物Ca(OH)2的含量、细化混凝土孔隙等方面提升混凝土的抗溶蚀性能,溶蚀14 d时混凝土钙离子溶出量较纯水泥组降低10％,但混凝土早期强度偏低,不利于隧道初支混凝土施工;密实材料DM同样具有降低可溶物Ca(OH)2的含量、细化混凝土孔隙等优势,且其早期强度较高,溶蚀14 d时钙离子溶出量较纯水泥组降低22％;疏水材料HM可以从细化混凝土孔隙、降低水分传输速率等方面提升混凝土的抗溶蚀性能,溶蚀14 d时钙离子溶出量较纯水泥组降低30％,且对混凝土强度无不利影响.因此,混凝土的抗溶蚀提升效果顺序为:疏水材料HM>密实材料DM>矿物掺和料AD.     

冻融作用下硬化水泥浆体和混凝土结构的变化

用压汞法和扫描电子显微镜研究了冻融循环作用下硬化水泥浆体和混凝土宏观与细观结构的变化.结果表明,冻融以后硬化水泥浆体和混凝土中砂浆的孔隙率,特别是大于50 nm的毛细孔体积和微裂纹增大较多,导致硬化水泥浆体由密实体向松散体发展,最后导致粗骨料与砂浆分离.提出了快速冻融破坏机理与自然条件下缓慢冻融的破坏机理存在差异的观点.     

玄武岩纤维对煤矸石陶粒混凝土抗冻性的影响

为促进废弃煤矸石在寒冷地区的建材资源化利用,研究了煤矸石陶粒作为粗骨料对混凝土抗冻性能的影响,探究了玄武岩纤维对煤矸石陶粒混凝土抗冻性能提升的效果。试验共设计了4种类型混凝土,纤维体积掺量分别为0%,0.1%,0.2%和0.3%。采用快速冻融循环试验,比较了纤维掺入对基体动弹性模量的影响规律,同时,利用图像识别技术引入分形维数定量表征试件冻融损伤程度。之后,开展了毛细吸水试验,对比了冻融损伤后基体的累积吸水量和毛细吸水系数的变化规律。结果表明,玄武岩纤维的加入能显著提高煤矸石陶粒混凝土的抗冻性能。随着纤维掺量的增加,煤矸石陶粒混凝土的动弹性模量损失率降低,基体表面冻融剥蚀明显缓解,引入分形维数可以定量地分析煤矸石陶粒混凝土外观形貌的变化规律。冻融损伤后,基体毛细吸水能力显著提高,而在相同的冻融循环下,基体的毛细吸水能力随着玄武岩纤维掺量的增加而降低。     

纤维/高强混凝土抗冻性能试验

通过纤维/高强混凝土快速冻融循环试验,从试件外观损伤形态、相对动弹性模量、抗冻等级、抗冻耐久性指数角度,研究了不同纤维体积分数的玄武岩纤维、纤维素纤维和不同纤维长度的玄武岩纤维对C60高强混凝土抗冻性能的影响。结果表明,加入玄武岩或纤维素纤维可改善C60高强混凝土的外观剥落损伤程度。C60高强混凝土的抗冻性均随玄武岩纤维（长度为18 mm）和纤维素纤维体积分数的增大而提高,在体积分数0.10vol%~0.20vol%内,前者的提高程度远大于后者,玄武岩纤维/高强混凝土能在更严酷的寒冷环境中满足更久的使用时间。玄武岩纤维长度的改变对C60高强混凝土的抗冻性影响较大,相对于18 mm长度,6 mm和30 mm长度的玄武岩纤维对C60高强混凝土抗冻性能改善作用很有限。