硫酸盐侵蚀对不同养护制度UHPC水化产物微结构的影响

采用29Si和27Al MAS NMR、XRD、SEM等测试技术研究了硫酸盐侵蚀对不同养护制度的超高性能混凝土(UHPC)水化产物微结构的影响.结果表明:标准养护和80 ℃高温蒸汽养护条件下,UHPC水化产物主要为C-S-H、Ca(OH)2、AFt、AFm和TAH;210 ℃、2 MPa蒸压养护8 h后,水化产物主要为tobermorite、Ca(OH)2和TAH.硫酸盐侵蚀对不同养护制度的UHPC抗压强度和水化产物微结构的影响微弱,但可促进210 ℃蒸压养护的UHPC胶凝浆体中TAH向AFm和AFt的转化.同时硫酸盐侵蚀180 d时,C-S-H凝胶MCL和Al[4]/Si略有降低,但降低幅度较小,UHPC具有良好的抗硫酸盐侵蚀能力.     

干湿循环下MgSO4侵蚀对UHPC相组成及其微结构的影响机理

UHPC在海洋工程建设中具有良好的应用前景,但海洋环境中存在的腐蚀性离子和干湿循环作用将会影响UHPC的微观结构,进而影响其耐久性能.通过XRD,SEM-EDS,29 Si和27 Al NMR等方法研究了干湿循环下MgSO4侵蚀和养护制度对UHPC微结构的影响.结果表明:干湿循环下MgSO4侵蚀可促进UHPC浆体中AFt和Mg(OH)2生成,降低C-S-H凝胶的Al[4]/Si和Ca/Si,并促进TAH和硅氧链上脱离的Al向AFt和AFm转化;210℃-2 MPa压蒸养护过程可降低UHPC浆体中的Ca(OH)2和SiO2含量,提高UHPC浆体的水化程度和致密度,并形成Al[4]/Si较高且Ca/Si较低的C-S-H凝胶;压蒸养护可减少侵蚀作用下AFt和Mg(OH)2的生成,有效削弱MgSO4干湿循环侵蚀对UHPC浆体中C-S-H凝胶的脱铝和脱钙作用,并减少Al相转化程度.     

碱激发高掺量玄武岩石粉砂浆的强度及微观性能研究

为提高石粉的活性和掺量,采用单掺和复掺的方式选用不同掺量的激发剂对玄武岩进行激发;对不同掺量激发剂的玄武岩石粉砂浆进行抗压、抗折实验和微观实验.结果表明:单掺激发剂中激发效果最好是掺量为0.5％的Ca(OH)2,其3 d的抗压强度提高38.46％,抗折强度提高4.87％,电镜扫描得出集料-浆体截面过渡区周围及内部有大量针刺状及柱状水化硅酸钙(C-S-H)等凝胶产生;复掺激发剂水玻璃+Ca(OH)2中水玻璃掺量为1.0％激发效果最好,7 d抗压强度提高24.88％,抗折强度提高5.1％,电镜扫描得出集料-浆体截面过渡区大量水化产物呈板状和柱状;未加激发剂胶砂只有水化到后期才会产生大量板状和柱状的胶凝材料,说明激发剂大大加速了水化反应,这是胶砂强度前期迅速提高的原因.     

压蒸条件下花岗岩石粉对UHPC性能的影响

研究了在压蒸条件下花岗岩石粉取代石英粉掺量对超高性能混凝土力学性能(3d、180 d抗压/抗折强度)和微观结构(水化产物、C-S-H凝胶平均分子链长)的影响,并探明两者之间的关系.XRD、SEM-EDS、29Si NMR测试结果表明:3 d、180 d胶凝浆体水化产物主要为低钙硅比、本征强度较高的tobermorite晶体.随着花岗岩石粉取代率增加,混凝土抗压/抗折强度先增加后减小,当取代率为50％时,其180 d抗压强度≥190 MPa、抗折强度≥40MPa;且随着取代率的增加,C-S-H凝胶平均分子链长降低、Al[4]/Si增加;在相同取代率时,平均分子链长为180d＞3d,Al[4]/Si为180 d＜3 d.高温和高压条件下,C-S-H凝胶平均分子链长不是混凝土性能的单一影响因素,混凝土抗压强度与C-S-H凝胶平均分子链长不直接相关.     

卤水侵蚀对水泥粉煤灰浆体微结构影响

采用XRD、29Si和27Al MAS NMR测试技术,研究了粉煤灰掺量和侵蚀龄期对卤水侵蚀下水泥-粉煤灰浆体水化产物相组成、含铝相产物迁移与转变、C-S-H凝胶微结构变化的影响规律.研究结果表明:卤水侵蚀导致浆体Ca (OH)2含量降低,AFm和TAH向AFt转变,同时生成大量Friedel盐,C-S-H凝胶中Al[4]脱出;随粉煤灰掺量增加,浆体中AFt、AFm和TAH生成量降低,C-S-H的MCL和Al[4]/Si增大,Friedel盐生成量先增后减;侵蚀早期,水泥-粉煤灰浆体结构疏松,AFt生成量较纯水泥高,后期浆体致密性提高,抑制卤水侵蚀,AFt生成量较少,C-A-S-H脱铝作用减弱.     

矿渣-水泥复合胶凝体系低温水化动力学研究

研究了低温下矿渣-水泥复合胶凝体系的水化反应特性和水化反应动力学.研究表明:低温下,复合胶凝体系的水化放热速率随着矿渣掺量的增加和环境温度的降低而下降;非蒸发水含量随着矿渣掺量的增加呈现降低的趋势;对已有水泥水化动力学方程进行计算,得到了低温条件下复合胶凝体系的动力学参数以及不同阶段反应速率和水化度间的关系,通过计算获得的动力学参数,可以对低温条件下复合胶凝体系不同反应阶段水化反应程度进行预测;在水化早期,复合胶凝体系中矿渣水化程度较低,消耗少量Ca(OH)2,使生成C-S-H凝胶的Ca/Si降低较少.在水化后期,复合胶凝体系中矿渣水化消耗较多的Ca(OH)2,使生成C-S-H凝胶的Ca/Si降低较多.矿渣掺量为50％时,硬化浆体C-S-H凝胶的Ca/Si远小于纯水泥体系.     

高性能碱激发胶凝材料的正交试验研究

利用正交试验研究了Ca(OH)2,Ca SO4·2H2O和硅灰的掺量对碱激发胶凝材料强度的影响;同时借助扫描电子显微镜(SEM)对胶凝材料微观结构进行分析。试验结果表明:在水化初期,Ca SO4·2H2O掺量对碱激发胶凝材料的强度影响起较大作用,其次是Ca(OH)2掺量的影响,再次是硅灰;而随着水化反应进行程度的不断加深,碱掺量逐渐起较大作用,Ca SO4·2H2O次之,硅灰再次之。随着水化反应的不断进行,矿渣中的玻璃体不断被消耗而生成C-S-H凝胶,而生成的C-S-H凝胶不断搭接融合,形成整体的组织结构,使胶凝材料不断密实,强度逐渐提高。另外通过试验得出了配制强度达到50MPa的碱激发胶凝材料的具体配合比,即Ca(OH)2掺量为8%,Ca SO4·2H2O掺量为3%,硅灰掺量为3%。     

丁苯乳液和乳胶粉对水泥水化产物形成的影响

用X射线衍射对晶态水化产物钙矾石(AFt)和Ca(OH)2进行表征,用环境扫描电镜观察水化硅酸钙(C-S-H)凝胶的变化,结合铝酸三钙(C3A)和硅酸三钙(C3S)的变化,分析丁苯乳液和乳胶粉对72 h内水化产物的影响.结果表明:丁苯乳液和乳胶粉促进了水泥浆体中AFt的生成,乳胶粉的效果更明显.丁苯乳液增加了AFt在浆体中的稳定性.丁苯乳液和乳胶粉使Ca(OH)2的生成量减少,乳液的效果更明显;延缓了水泥浆体中C-S-H凝胶的形成.水化72h时,改性浆体结构与未改性浆体差别不大,只是水化产物表面覆盖了一层聚合物薄膜.     

水泥–矿渣复合胶凝材料中矿渣的水化特性

通过对不同矿渣掺量时水泥–矿渣复合胶凝材料中矿渣的反应程度、硬化浆体中Ca（OH）2含量以及水化硅酸钙（C–S–H）凝胶的Ca/Si比（Ca和Si的摩尔比）的测定,研究复合胶凝材料体系中矿渣的水化特性。结果表明：在水泥–矿渣复合胶凝材料中,矿渣掺量越大,矿渣反应程度越低,但矿渣掺量≤70%时,对矿渣的反应程度影响不大。高温养护可提高早期矿渣的反应程度,但阻碍其后期的进一步水化。矿渣早期水化生成外部水化产物时消耗一定的Ca（OH）2,使硬化浆体中Ca（OH）2含量降低,矿渣水化吸收Ca（OH）2中的Ca2＋,使生成的C–S–H凝胶的Ca/Si比降低较少;在水化后期,矿渣生成内部水化产物不再消耗较多的Ca（OH）2,使C–S–H凝胶的Ca/Si比降低相对较多,硬化浆体中Ca（OH）2含量有增加的趋势,保证硬化浆体的长期稳定性。     

石膏-矿渣胶凝材料的碱性激发作用

采用扫描电镜、X射线衍射、差示扫描量热分析-热重分析表征了碱激发石膏-矿渣胶凝材料的水化产物.研究表明:添加质量分数为0.5%的碱性激发剂时,石膏-矿渣胶凝材料的各项强度和耐水性能最好.碱激发石膏-矿渣胶凝材料的水化产物主要为二水石膏(CaSO4·2H2O)、水化硅酸钙凝胶(C-S-H)以及少量的钙矾石(ettringite,AFt)和莱粒硅钙石[Ca5(SiO4)2(OH)2].C-S-H凝胶含量越高,材料的强度越高、耐水性能越好.     

超高性能轻质混凝土的弯曲性能研究

本文主要以漂珠作为轻集料,制备出密度在1700-1950kg/m~3的超高性能轻质混凝土(Ultra High Performance Light-weight Concrete,简称UHPLC),对其进行四点弯曲试验,并根据ASTM C1609标准研究其弯曲性能。研究表明:密度范围在1700~1950kg/m~3的UHPLC,其抗压强度在78.8~114.2MPa;2%体积率钢纤维掺量的UHPLC在开裂后有明显的挠度硬化行为,表现出优异的抗弯性能;根据ASTM C1609测试指标,随着密度的增加,UHPLC的初裂强度、0.5mm挠度下的残余强度、2mm挠度下的残余强度、峰值强度、弯曲韧性均增加;U1900抗压强度、抗弯强度比抗弯强度分别为114.2MPa、22.4MPa、11.7k Pa/kg·m-3,其抗弯性能可达国家标准《活性粉末混凝土》RPC160水平,比抗弯强度超过RPC最高等级RPC180。     

用于隧道高性能填充砂浆性能研究

为了向隧道盾构、城市管道和煤矿回填等实际工程提供性能优越、经济环保的高性能填充材料,本文通过正交试验,以凝结时间、泌水率、稠度、流动性和抗压强度为性能指标,探讨了胶凝材料、减水剂、膨胀材料和水胶比等因素对水泥填充砂浆的各项性能的影响,得出优化配比.     

纤维对抗冲磨超高性能混凝土性能的影响

针对西部山区洪水、泥石流对桥梁墩柱冲磨冲击病害问题,开发一种高抗冲磨、高抗冲击的超高性能混凝土(UHPC)材料,研究了纤维种类、掺量和混掺方式对抗冲磨UHPC性能的影响规律.研究结果表明:多锚点钢纤维与基体的锚固粘结作用较强,对UHPC抗冲磨/冲击性能提升最大;随着多锚点钢纤维掺量的增加,UHPC抗冲磨/冲击性能先提升后降低,最优掺量为2.5vol％;与单掺纤维相比,不同纤维混掺乱向分布形成更加致密的三维网络结构,纤维与基体间界面粘结强度更高,镀铜长钢纤维与多锚点钢纤维混掺时制备的抗冲磨UHPC在工作性能良好的同时,具有较高的抗冲磨/冲击性能,28d抗冲磨强度达162.8h/(kg/m2),冲击功1690 J.     

高性能氟碳涂料的制备及其综合性能研究

以含氟乙烯/乙烯基单体共聚氟树脂(FEVE)为基料,Ti O2/Al2O3复合颗粒为主要耐磨增硬填料,协同聚四氟乙烯(PTFE),制备了高性能氟碳涂料,并对涂层综合性能进行了测试。结果表明:当体系的颜料体积浓度(PVC)为30%,Ti O2/Al2O3复合颗粒含量为14%,PTFE含量为6%时,涂层的硬度和耐磨性达到最佳,且具有良好的疏水性和耐候保光性,同时常规理化性能优异。     

原状粉煤灰对超高性能混凝土性能的影响

为提高粉煤灰的综合利用率,降低原料成本,采用未经磨细和分选的原状粉煤灰等质量替代硅灰来制备超高性能混凝土(UHPC),并研究了不同掺量的原状粉煤灰对UHPC力学性能及微观结构的影响。结果表明:原状粉煤灰的掺入可使UHPC中胶凝材料的粒度呈梯度分布,形成良好的微级配;并且使新拌混凝土的流动度增大,影响了钢纤维在UHPC基体中的分布;当原状粉煤灰掺重不超过30%时,UHPC抗折强度随着原状粉煤灰掺量的增加呈现不同程度的增长,30%原状粉煤灰掺量的UHPC抗折强度与不掺粉煤灰的空白样相比提高了34%;由于原状粉煤灰水化缓慢,当原状粉煤灰掺量在0%~40%时,UHPC抗压强度随着原状粉煤灰掺量的增加有所下降。孔结构分析表明:UHPC的平均孔径以及总孔体积均随着原状粉煤灰的掺入而减小,基体更加密实;当原状粉煤灰掺量为30%时,SEM照片显示钢纤维与UHPC基体结合紧密,界面黏结增强。     

细集料对超高性能混凝土的性能影响

为探寻出一种低成本、可替代石英砂的细集料来制备超高性能混凝土(UHPC),研究了不同种类、级配的细集料对超高性能混凝土的工作性能、力学性能和收缩性能影响规律,通过XRD、SEM等测试方法对其微结构进行分析.研究结果表明:在相同胶凝材料体系、水胶比、钢纤维掺量、标准养护条件下,河砂制备的UHPC的流动性略低于石英砂制备的UHPC;河砂制备的UHPC与石英砂制备的UHPC的抗压/抗折强度均可达140 MPa/20 MPa以上;粒径小于1.18 mm河砂制备的UHPC的收缩率最低,可至600×10-6.分析XRD、SEM等表征结果发现石英砂和河砂制备的UHPC中砂与胶凝浆体连接更紧密,而机制砂制备的UHPC中界面较为明显.粒径小于1.18 mm河砂制备的UHPC的流动性、力学性能和收缩率综合最佳,并且河砂的价格较低,可降低UHPC的成本,良好的替代传统UHPC中的石英砂.