超高性能水泥基材料的力学行为及机理分析

研究安防系统对超高性能水泥基复合材料工作性及超高力学性能的特殊要求,以大掺量超细工业废渣取代水泥,掺加超高硬度细集料,采用高温干热养护制度,成功制备出一种超高性能水泥基复合材料.对其工作性及不同养护温度和养护时间下的力学性能进行测试,结果表明,制备的材料具有较好的工作特性及超高力学性能,可满足安保产品要求,其抗压强度最高可达240 MPa.采用X射线衍射技术、差热-热重分析方法及扫描电镜对其微观结构形成进行分析,结果显示,超高硬度细集料与胶凝材料的强物理结合使其在复合材料中起增强相的作用,高温养护加速了水泥的水化及矿物惨合料的火山灰反应,降低了材料中Ca(OH)2的含量,增加了C-S-H凝胶的含量,提高了材料的密实度,改善了界面微观结构,提高了超高性能水泥基复合材料的宏观力学性能.     

水泥基复合材料界面过渡区体积分数的定量计算

为了计算水泥基复合材料的界面过渡区体积分数,采用最邻近表面分布函数和骨料比表面积2种方法,结合实际骨料的筛分曲线,给出了界面过渡区体积分数定量关系式．结果表明：单位体积水泥基复合材料中,当骨料的体积分数〈0．5,界面厚度〈50μm时,2种方法计算的误差约为10％;界面区厚度越小,2种方法计算的误差也越小．     

掺钢渣粉超高韧性水泥基材料拉伸性能研究

从固废利用和材料高性能化出发,通过掺加钢渣粉来制备超高韧性水泥基复合材料。考虑了水胶比(0.25、0.35)、钢渣粉(0、20%、40%、60%、80%)两个因素,采用立方体抗压试验和直接拉伸试验探究掺钢渣粉的PVA纤维增强水泥基复合材料基本力学性能。结果表明:利用钢渣制备超韧性水泥基复合材料是可行,钢渣粉掺量不超过60%时,掺钢渣PVA纤维增强水泥基复合材料能满足一般工程对抗压强度的需求;钢渣粉的掺入使水泥基复合材料表现出明显的应变硬化特点,拉伸极限应变得到了极大的提升。     

矿物掺合料对机制砂水泥基自流平砂浆性能的影响

试验选用普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥与半水石膏的三元胶凝体系,选用机制砂作为细集料,制备全机制砂水泥基自流平砂浆.选用粉煤灰、石粉与硅灰作为矿物掺合料,并研究矿物掺合料对全机制砂制水泥基自流平砂浆流动度、抗压抗折强度与尺寸变化率的影响.研究结果表明:矿物掺合料的火山灰效应对自流平砂浆力学性能的发展产生积极影响,自流平砂...     

纤维浸润角对纤维增强水泥材料性能的影响

在相同的工艺条件下，对不同纤维增强水泥的宏观性能及微观结构进行了对比研究，结果表明纤维浸润性能与复合材料的微观结构及宏观性能闻具有良好的规律性，指出了改善纤维浸润性能是提高复合材料性能的途径之一的新观点。     

稻壳灰对本地化高延性水泥基材料性能的影响

为了降低高延性水泥基复合材料的生产成本和提高废弃稻壳的建材资源化利用,首先利用国产涂油PVA纤维和天然河砂分别替代进口PVA和石英砂探究了本地化高延性水泥基复合材料的配制工艺,在此基础上试验研究了稻壳灰作为辅助胶凝材料替代部分水泥（10%、30%和50%,质量分数）对高延性水泥基复合材料流动度、抗压强度、拉伸性能和弯曲性能的影响规律。研究结果表明：采用国产涂油PVA纤维和天然河砂可成功配制强度等级可达C30且14 d的极限拉伸应变可达到1.44%的国产化高延性水泥基复合材料。水胶比和PVA纤维掺量分别是影响高延性水泥基复合材料抗压强度和拉伸强度的主要因素。相比对照组,随着稻壳灰替代率的增加,浆体流动度由于稻壳灰的吸水性逐渐下降,最大可降低10%;基体14 d抗压强度略有提高后大幅降低;试件抗拉强度呈略微下降趋势,而极限拉伸应变则显著提高可高达2.94%;基体弯曲强度呈先增加后逐渐降低的趋势,,且纯弯段裂纹数量明显增多,且裂纹宽度均低于100μm。可见,稻壳灰替代10%的水泥有利于高延性水泥基复合材料抗压强度、极限拉应变和弯曲强度的提高,同时对浆体流动度影响较小。微观分析可知,具有良好火山灰活性的稻壳灰可与水泥水化产物反应提高胶凝产物总量,同时降低Ca(OH)2数量,进而增强了高延性水泥基复合材料的强度。     

秸秆纤维水泥基复合材料性能的研究

对秸秆纤维水泥复合材料的基体相、界面相、复合效果、秸秆纤维水泥基复合材料性能，以及界面剂对其性能的影响等方面进行了研究，结果表明，在界面剂的作用下，秸秆植物纤维和水泥之间取得了良好的界面效果。     

磷酸盐水泥界面过渡区研究

磷酸镁水泥(MPC)是一种新型胶凝材料,常用作快速修补材料,并取得了良好的效果,但关于磷酸镁水泥的界面过渡区的研究目前却十分缺乏。采用XRD、SEM以及EDX等方法对磷酸镁水泥与抛光大理石界面处的物相、微观形貌进行了分析,同时也对界面过渡区的各元素分布进行了测试,对磷酸镁水泥的界面过渡区进行了分析。实验结果表明,磷酸镁水泥在界面处与内部的水化产物晶体生长状况均良好,界面过渡区晶体生长状况与内部差别不大,在加水拌合1h后有大量生长状况良好的水化产物晶体形成,随着龄期的增加,晶体会逐渐增大、增多,晶粒形状也会发生一定变化,结合EDX分析界面过渡区元素变化情况可知,在界面处有大量的Mg及P元素分布,但在距离界面70μm后分布才有一定规律。     

硅灰改性高韧性水泥基材料性能试验研究

工程水泥复合材料（ECC）具有良好的韧性和裂缝控制能力,可用于解决地下和水工工程中的混凝土开裂和渗漏水问题。高水灰比ECC(w/c=1.03)流动度好,但抗渗性能差,且水灰比过高使得材料坍落度大、黏聚性差,不满足可喷射性的指标要求。为了解决上述问题,将硅灰（SF）以不同的SF/水泥质量比引入高水灰比ECC中,以改善其工作性能、抗渗性能、微观结构和力学性能。结果表明,当SF/水泥比为15％时,高水灰比ECC的工作性能大大提高,达到新拌材料可泵送及可喷射的指标要求,高水灰比ECC的抗渗性能提高至P8以上;扫描电镜(SEM)和能量分散光谱仪（EDS）的观察结果证实,添加SF使ECC的显微组织更致密,而且还可以减少碱性物质的产生,从而抑制碱集料反应,提高耐久性。对ECC展开韧性、抗渗性及工作性能(可泵送及可喷涂)研究,获得了高韧性、高抗渗、可喷可泵的ECC配合比,为其在实际工程中的推广及应用奠定了基础。     

超低离子渗透性水泥基材料的性能与微观结构

采用显微硬度、MIP、SEM—EDXA研究了超低离子渗透性水泥基材料（Ultra Low Ion Permeability Cementitious Materials,简称ULIPCM）的微观结构,同时研究了UI。IPCM的宏观性能。结果表明：ULIPCM的28d抗压强度≥80MPa,抗折强度≥11．0MPa,弹性模量在38．0～42．0GPa之间;Cl^-扩散系数≤0．8×10^-13m^2·s^-1,6h导电量≤300C;抗硫酸盐侵蚀性能较好;28d收缩值可控制在400×10“以内。UI．IPCM的集料与水泥石界面过渡区的微观结构和性能得到了显著改善,有利于提高其力学性能和抗渗性能。ULIPCM的集料与水泥石界面过渡区由普通混凝土的60～100μm细化为30μm以下,有效阻断了侵蚀性介质的渗入通道;ULIPCM的孔隙率、最可几孔径等孔结构参数均得到了优化,显著改善了其孔结构;ULIPCM的集料与水泥石界面过渡区中的CH晶体较少,且CH晶体的取向性差。     

Properties and microstructure of polymer emulsions modified fibers reinforced cementitious composites

The synthesis and characterization of a new class of cementitious composites filled with polymer emulsions were investigated, and their superior mechanical strength and durability properties compared to composites devoid of fi llers were reported. Polymer emulsions were utilized to mechanically reinforce the composite and bridge the cement, fly ash, aggregate and fibers. The results reveal that the epoxy emulsion and poly（ethylene-co-vinyl acetate） emulsion markedly enhance the mechanical and durability properties of cemetitious composites. The fi bers can be pulled out in the form of slip-hardening and the abrasion phenomenon can be observed clearly on the surface of the fibers. The hydration extent of cement is higher than that of the pristine composites. The polymer modified cementitious composites designed on micromechanics, have fl exibility and plasticity which could be applied for a novel form of multifunctional materials with a range of pipeline coatings applications.     

超高性能轻质混凝土的力学性能及微观结构

超高性能轻质混凝土(ultra-high performance lightweight concrete,UHPLC)是一种由高强水泥浆体、漂珠和纤维组成的密度低于1 950 kg/m~3的新型水泥基结构材料。本文研究了不同养护制度及养护龄期对UHPLC抗压强度、轴拉力学性能和弯曲性能的影响,最后利用扫描电镜观察了UHPLC中漂珠的微观形貌。结果表明:随着龄期增长,UHPLC的抗压强度、轴拉性能和弯曲性能均提高,并出现明显的应变强化现象,说明养护龄期对UHPLC基体强度和纤维-UHPLC基体的界面黏结强度均有显著提高作用;高温蒸汽养护3 d可促进UHPLC基体早期强度发展,使UHPLC的抗压强度和弯曲性能迅速达到标准养护28 d时的水平,显著缩短养护龄期,但对纤维-基体界面黏结强度的贡献不大,黏结强度仍主要受龄期影响;UHPLC实测密度为1 815.2 kg/m~3,100 mm立方体抗压强度达103.1 MPa,极限抗拉强度达7.60 MPa,极限拉应变达0.431%,出现明显的应变强化现象,弯曲峰值强度达22.43 MPa,满足了RPC160的抗折强度要求,实现了水泥基结构材料轻质高强的目标。     

考虑界面过渡区及集料因素的水泥基材料碳化模型

集料和界面过渡区对水泥基材料抗碳化性能有显著影响。基于Fick第二定律,提出一种考虑集料和界面过渡区影响的CO₂扩散模型,模型中首次引入界面过渡区的扩散系数并给出相应参数的计算方法,并基于质量守恒定律给出CO₂反应模型,利用该模型研究荷载作用下C30和C50混凝土中CO₂的浓度分布。结果表明,考虑集料和界面过渡区影响能更准确地计算CO₂在水泥基材料中的扩散系数及碳化深度值。通过与文献中的试验数据进行比较,进一步验证了理论模型的可靠性。模型将集料和界面过渡区作为评价混凝土耐久性的重要因素,为钢筋混凝土结构的设计和寿命预测提供依据。     

超高性能混凝土连接装配式柱抗震性能试验研究

为了改善装配式结构中构件连接部位的抗震性能,提出采用超高性能混凝土（UHPC）连接预制柱.设计1个普通混凝土（NC）整浇柱和6个塑性铰区采用UHPC的装配式柱,通过拟静力试验,研究轴压比、搭接长度、配箍率、搭接段配置短钢筋对试件破坏形态、滞回特性、承载力、变形能力、耗能能力等的影响.结果表明,搭接长度为8倍钢筋直径的装配式柱的各项抗震性能均高于普通混凝土整浇试件,可以实现与现浇整体柱相同的效果.随着搭接长度的增大,装配式柱的承载力逐渐增大,变形能力与耗能能力显著提高.在搭接区段设置短钢筋,可以提高装配式柱的受弯承载力,改变破坏形态,使塑性铰区上移.基于试验结果,考虑UHPC的受拉作用,提出UHPC装配式柱的正截面受弯承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好.     

冻融环境下PVA纤维水泥基复合材料断裂性能

针对冻融循环次数对PVA纤维水泥基复合材料断裂性能的影响问题,提出了基于快冻法的三点弯曲试验方法,研究了冻融循环次数对PVA纤维水泥基复合材料的起裂韧度、失稳韧度及断裂能的影响,并对冻融循环后的试件质量及表面现象进行了分析.结果表明:在冻融循环250次后,试件的质量增加1.92%,起裂韧度、失稳韧度、断裂能分别降低了37.2%、51.1%及48.4%;随着冻融循环次数的增加,试件的质量呈现增长趋势,试件表面破坏情况愈发严重,试件的起裂韧度、失稳韧度及断裂能均呈现下降趋势.     

养护温度对高延性水泥基材料力学性能的影响

研究养护温度对高延性水泥基复合材料性能的影响,分析养护温度在20、40、60和80℃时水泥基复合材料的抗弯性能、抗压强度、抗折强度及裂缝分布特点.结果表明,养护温度越高,高延性水泥基复合材料的早期跨中挠度越小;养护温度高于40℃时,试件的跨中挠度和韧性指数随龄期延长无明显变化;高养护温度能显著提高高延性水泥基复合材料的早期抗压强度和抗折强度,龄期对高温养护条件下高延性水泥基复合材料的抗压、抗折强度影响不大;粉煤灰掺量相同时,常温养护下高延性水泥基复合材料的裂缝更加细密均匀;养护温度为60℃时,粉煤灰掺量提高至80%,高延性水泥基复合材料的韧性显著提高,28d抗压强度可达70MPa.     

超高分子量聚乙烯纤维防弹复合材料的研究

讨论了不同基体种类、不同结构超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维复合材料的防弹性能。实验结果表明：聚氨酯(PU)和低密度聚乙烯(LDPE)均可以作为UHMWPE纤维防弹复合材料的基体使用；正交辅层结构为UHMWPE纤维防弹复合材料的首选结构。另外，还研究了基体含量、模压工艺对UHMWPE纤维复合材料防弹性能的影响，确定以LDPE为基体时其最佳基体含量在26％左右，同时指出模压工艺对复合材料的防弹性能无显著相关性。     

Electromagnetic shielding and absorption properties of fiber reinforced cementitious composites

In order to investigate the electromagnetic shielding effectiveness (SE) and absorbing properties of fiber reinforced concrete, steel fiber, carbon fiber and synthetic polyvinyl alcohol (PVA) fiber reinforced concrete were researched. The results show that with the increase of fiber volume fraction, the SE and trend of frequency change of corresponding fiber reinforced concrete are enhanced. When the volume content of steel fiber is 3%, the SE of concrete is above 50 dB and its frequency is above 1.8 GHz. Moreover, in the range of 8-18 GHz, steel fiber, carbon fiber and PVA fiber all can improve the microwave absorption properties of concrete. The concrete with 0.5% carbon fiber can achieve the best absorbing property, the minimum reflectivity is about -7 dB; while steel fiber optimal volume fraction is 2%. The reflectivity curve of PVA fiber reinforced concrete fluctuates with the frequency, and the minimum value of the reflectivity is below -10 dB. The results show that fiber reinforced concrete could be used as EMI(electromagnetic interference) prevention buildings by attenuating and reflecting electromagnetic wave energy.