喷射3D打印磷酸镁水泥与混凝土界面粘结性能研究

本文结合喷射3D打印全角度智能建造与磷酸镁水泥(MPC)快硬早强、高粘结性能,研究喷射3D打印MPC与混凝土界面粘结性能。通过掺加偏高岭土(MK)和粉煤灰(FA)调控MPC凝结时间、流变和力学性能,研发可喷射3D打印MPC,分析喷射3D打印MPC与混凝土界面粘结强度和微观结构变化规律。结果表明:MK通过降低MPC水化放热速率可明显提高MPC凝结时间,FA可缩短MPC初凝与终凝时间差,进而提高喷射3D打印MPC稳定性;MPC抗折强度随MK掺量先增大后降低,FA可进一步提高MPC抗折强度;随MK掺量增加,MPC静态屈服应力逐渐提高,FA对MPC屈服应力作用不明显,但可显著降低MPC塑性粘度,当掺加30%MK和15%FA时,可保证MPC良好可喷射3D打印建造性和泵送性;喷射3D打印通过高速喷射挤压作用,提高MPC与混凝土界面以及MPC层间粘结强度,使喷射3D打印MPC层间及其与混凝土微观界面粘结密实。     

普通硅酸盐水泥基3D打印砂浆的性能及应用(英文)

以普通硅酸盐水泥(OPC)为胶凝材料制备具有快硬早强性能的3D打印砂浆。研究了OPC-3D打印砂浆的工作性、力学性能、层间粘结强度和收缩性能。结果表明:制备的OPC-3D打印砂浆初始状态的贯入强度约为0.05MPa,在35min时它的贯入强度达到0.7 MPa,之后强度快速增长。减水剂和触变剂能够使OPC-3D打印砂浆具有适合于3D打印施工的工作性,3D打印试件的28 d抗压强度能达到C40;3D打印的砂浆试件的抗压强度和钢筋握裹强度比标准模具成型的试件强度分别降低了10.65%和8.84%;3D打印试件的层间粘结强度为2.53 MPa;硫铝酸盐水泥早强组分水化生成钙矾石不仅促进了OPC-3D打印砂浆凝结,而且使其在标准养护条件下具有一定微膨胀性能。并利用普通硅酸盐水泥3D打印砂浆打印了小型房屋和构件。     

3D打印水泥净浆层间拉伸强度及层间剪切强度

为研究打印时间间隔以及纤维掺量对3D打印水泥基材料层间结合强度的影响,采用陶瓷领域的十字交叉法测试了3D打印水泥净浆层间拉伸强度及层间剪切强度,分析了层间结合强度随打印时间间隔变化的原因。结果表明:十字交叉法可很好地测试3D打印水泥基材料层间结合强度,且不存在直接拉伸法所具有的受力偏心问题;层间结合强度在净浆终凝前后有显著差异,终凝前,层间结合强度随着打印时间间隔的增加而明显降低;终凝后,层间拉伸强度不随打印时间间隔的改变而改变,层间剪切强度则随着打印时间间隔的增加而增大;由于纤维沿打印方向定向分布,掺入纤维未能提高3D打印水泥净浆的层间结合强度。     

原位聚合对3D打印砂浆力学性能的影响及机理

为了实现3D打印砂浆力学性能的提升，选用丙烯酰胺为单体，以原位聚合的方式在3D打印砂浆中生成聚丙烯酰胺网络，探究原位聚合对3D打印砂浆力学性能的影响，并通过Fourier变换红外光谱、扫描电子显微镜、压汞仪测试和X射线计算机断层成像等手段对其影响机理进行探究。结果表明：AM原位聚合体系可以提高3D打印砂浆的流动性，减少宏观缺陷的产生，提高打印质量。AM单体聚合后会形成有机网络与水泥水化产物相互交错连接形成的“刚-柔”复合网络结构。这种结构极大的增强了3D打印试件的抗折强度和界面粘接强度，最高可使其28 d抗折强度提高52.4%,28 d相对界面粘接强度提高78.1%。     

耐碱玻璃纤维掺量对3D打印砂浆性能的影响研究

耐碱玻璃纤维作为一种性能优良的无机非金属纤维材料,在土木工程领域有很好的研究价值和应用潜力。而3D打印作为新兴技术,在土木工程领域有较高匹配度和广阔应用前景。本文通过在3D打印砂浆中掺入不同掺量的耐碱玻璃纤维并调节减水剂用量,制备一系列打印性能良好的砂浆,探究耐碱玻璃纤维掺量对砂浆力学性能的影响。试验结果表明:要获得良好的打印性能,跳桌试验流动度建议在180~220 mm之间;砂浆抗折强度随耐碱玻璃纤维掺量增加而提高,强度增幅最多可达99.2%;砂浆抗压强度随耐碱玻璃纤维掺量增加先提升后降低,纤维最优掺量为0.25%(质量分数)。     

粉煤灰对磷酸盐水泥砂浆与混凝土之间粘结性能的影响

主要研究了粉煤灰对磷酸盐水泥砂浆流动度及其与混凝土之间粘结性能的影响,结果表明,通过掺加粉煤灰,可明显改善磷酸盐砂浆的流动度和成型性能;随着粉煤灰掺量的增大,该砂浆的3h粘结抗折强度和粘结拔拉强度降低,但当粉煤灰掺量20%时,MPC砂浆7d后的粘结抗折强度和1d后的粘结拔拉强度仍超过硅酸盐水泥混凝土基体的抗折强度和拔拉强度。     

GF/PP纤维对磷石膏试件力学性能的影响研究

采用磷石膏、玻璃纤维(GF)、聚丙烯纤维(PPF)、缓凝剂、减水剂及水制备了不同纤维长度、不同纤维掺量的磷石膏试件,研究了GF和PPF的纤维长度和掺量对磷石膏试件力学性能的影响,结果表明：相同纤维长度的PPF对磷石膏试件抗折强度的提升优于GF,但当纤维长度在12 mm以上时,GF更有利于试件抗压强度的提高;0.20%及以上掺量的PPF有利于试件抗折强度的提升,0.15%及以上掺量的PPF有利于试件抗压强度的提升;掺量为0.20%的PPF和掺量为0.05%的GF组成的复配纤维虽然能极大提升试件的抗压强度,但对试件的抗折强度不利;掺量相同时,数量较少的长纤维更有利于磷石膏试件抗折强度的提升。     

超高性能混凝土抗折强度尺寸效应EI北大核心CSCD

通过3个强度等级、2种钢纤维类型和4组钢纤维掺量超高性能混凝土(UHPC)小梁试件的抗折试验,研究了强度等级、钢纤维类型和体积掺量对超高性能混凝土抗折强度及尺寸效应的影响。结果表明:随UHPC强度等级的增加,小梁试件抗折强度尺寸效应趋于明显,R160级试件抗折强度尺寸效应约为R120试件的1.26倍。钢纤维掺量对UHPC抗折强度尺寸效应有较大影响,钢纤维掺量越大,尺寸效应越明显,掺入3%(体积分数)平直型钢纤维和端勾型钢纤维的R120级UHPC小梁试件抗折强度尺寸效应比未掺加钢纤维的试件提高了71%和78%。建议了UHPC抗折强度尺寸换算系数,提出了UHPC抗折强度尺寸效应律计算公式。     

聚甲醛纤维增强砂浆的力学性能和干燥收缩试验研究

本文研究了不同长度聚甲醛(POM)纤维单掺和混掺对砂浆流动度、抗折强度、抗压强度、弯曲韧性及干燥收缩的影响,并通过扫描电镜观测了其微观结构。研究发现,砂浆流动度随POM纤维长度和掺量增大而下降,混掺纤维比单掺对砂浆流动度的影响更小。POM纤维能有效提高砂浆的抗折强度,但掺量超过0.6%(体积分数,下同)时增强效果减弱,与未掺纤维试样相比,0.6%掺量的6 mm纤维对试样28 d抗折强度提升最高,为14.67%,抗压强度随纤维掺量增加而降低。12 mm纤维比6 mm及混掺对试样弯曲韧性提升更明显,最大提高49.43%。纤维的掺入可显著降低试样的干燥收缩率,且随纤维掺量增加,试样90 d干燥收缩率先减小后增大。与未掺纤维试样相比,0.6%掺量的6 mm纤维试样90 d干燥收缩率下降最多,为27.39%。混掺POM纤维在掺量0.6%以上时仍可显著提升砂浆的抗折强度并减小干燥收缩率。     

煤矸石及纤维对3D打印水泥砂浆性能的影响

研究了煤矸石、钢纤维及玻璃纤维用量对3D打印水泥砂浆性能的影响。结果表明,煤矸石、钢纤维及玻璃纤维均使砂浆的流动度下降,其中玻璃纤维影响最大。随煤矸石取代水泥量的增加,砂浆的强度先提高后降低,煤矸石取代30%水泥时,砂浆的强度最高,砂浆的初凝时间4. 3 min,终凝时间9. 5 min满足3D打印时的凝结时间要求。钢纤维对砂浆的抗折强度提高明显,对抗压强度也有影响纤维用量0. 5%左右时,砂浆28 d的抗压强度提高约10. 3%,抗折强度提高约20%,而砂浆的流动性下降较少,是最佳纤维用量。在0. 8%~1. 2%的用量范围内,添加玻璃纤维后砂浆强度明显降低。因此,在此用量范围内玻璃纤维不适合作为煤矸石水泥砂浆的增强材料。     

聚丙烯酸酯乳液在水泥砂浆中的应用

为了提高水泥砂浆的韧性,选用了能形成柔性薄膜结构的聚合物--聚丙烯酸酯乳液对水泥砂浆进行改性.研究了聚丙烯酸酯乳液对水泥砂浆体积密度、抗压强度、抗折强度、韧性、动弹模量和黏结抗拉强度的影响.结果表明:聚丙烯酸酯乳液在一定程度上降低了水泥砂浆体积密度和抗压强度,对抗折强度影响较小,改善了水泥砂浆的韧性,并且可提高黏结抗拉强度.当乳液掺量(质量分数)大于5%时,28 d混合养护聚丙烯酸酯乳液水泥砂浆的压折比降低到3以下,只有当乳液掺量大于10%时,水泥砂浆的黏结抗拉强度才明显提高.     

硅烷偶联剂对复合水泥砂浆性能的影响

通过红外光谱分析及砂浆强度测试，研究了硅烷偶联剂对不同种类复合水泥砂浆的稠度、分层度、抗折强度及抗压强度的影响。结果表明，加入硅烷偶联剂能提高普通水泥砂浆、苯丙胶乳改性水泥砂浆的抗折强度和抗压强度；当硅烷偶联剂质量分数为0．5％时，普通水泥砂浆的抗折强度和抗压强度达到极大值，提高约10％；当硅烷偶联剂质量分数为1％时，苯丙胶乳改性水泥砂浆的抗折强度和抗压强度达到极大值，提高约20％；同时，硅烷偶联剂还能增大普通水泥砂浆和苯丙胶乳改性水泥砂浆的稠度，但砂浆的分层度略有增大。加入经硅烷偶联剂处理的钢纤维，能够提高普通水泥砂浆及苯丙胶乳改性水泥砂浆的抗折强度和抗压强度；当钢纤维用硅烷偶联剂质量分数为1％的硅烷偶联剂水溶液处理时，钢纤维增强砂浆的抗折、抗压强度达到极大值，提高10％以上。     

Properties of fly ash-modified cement mortar-aggregate interfaces

This paper investigates the effect of fly ash on strength and fracture properties of the interfaces between the cement mortar and aggregates. The mortars were prepared at a water-to-binder ratio of 0.3, with fly ash replacements from 15 to 55%. Notched mortar beams were tested to determine the flexural strength, fracture toughness, and fracture energy of the plain cement and fly-ash modified cement mortars. Another set of notched beams with mortar-aggregate interface above the notch was tested to determine the flexural strength, fracture toughness, and fracture energy of the interface. Mortar-aggregate interface cubes were tested to determine the splitting strength of the interface. It was found that a 15% fly ash replacement increased the interfacial bond strength and fracture toughness. Fly ash replacements at the levels of 45 and 55% reduced the interfacial bond strength and fracture toughness at 28 days, but recovered almost all the reduction at 90 days. Fly ash replacement at all levels studied increased the interfacial fracture energy. Fly ash contributed to the interfacial properties mainly through the pozzolanic effect. For higher percentages of replacement, the development of interfacial bond strength initially fell behind the development of compressive strength. But at later ages, the former surpassed the latter. Strengthening of the interfaces leads to higher long-term strength increases and excellent durability for high-volume fly ash concrete.     

粉煤灰、矿渣掺量对胶砂强度的影响

对不同粉煤灰、矿渣掺量的胶砂抗压、抗折强度进行了研究.结果表明,水泥胶砂中随粉煤灰取代水泥量增加,胶砂3d、28d抗压和抗折强度不断减小.水泥胶砂中随矿渣取代水泥量增加,胶砂3d抗压和抗折强度不断减小;当矿渣取代量小于55％时,胶砂28d的抗压和抗折强度均稍有提高,当矿渣取代量大于60％时,胶砂28d的抗压和抗折强度均...     

铜渣-水泥复合胶凝材料力学性能研究

铜渣以5%、10%、15%的比例取代水泥制备铜渣-水泥复合胶凝材料.研究铜渣对水泥基胶凝材料标准稠度用水量、凝结时间、净浆抗压强度、胶砂抗折与抗压强度的影响,并利用XRD、TG/DSC和SEM-EDS技术手段分析掺入铜渣后水泥基胶凝材料物相和微观形貌的变化.研究结果表明:铜渣掺入会使水泥胶凝材料的标准稠度用水量增加,凝结时间延长,一定程度上提高水泥胶凝材料的抗折、抗压强度;铜渣-水泥胶凝材料的主要水化产物和水泥胶凝材料类似,并有Fe(OH)3/Fe(OH)2凝胶生成.铜渣-水泥复合胶凝材料微观结构较水泥胶凝材料密实.     

矿渣掺量对胶砂和混凝土强度的影响

本文研究了矿渣掺量对胶砂强度、混凝土强度和混凝土与钢筋的粘结强度的影响.在水泥胶砂或粉煤灰-水泥胶砂中,用矿渣取代部分水泥后,胶砂3d强度会降低,且随取代量增加,胶砂3d强度逐渐降低.在水泥胶砂或粉煤灰-水泥胶砂中,当矿渣取代水泥量≤55％时胶砂28 d强度会增加,但矿渣取代水泥量至60％时胶砂28 d强度会下降.在水泥混凝土或粉煤灰-水泥混凝土中,当矿渣取代水泥量≦50％时混凝土28 d强度及其与钢筋的粘结强度会提高,但矿渣取代水泥量≥60％时混凝士强度和粘结强度会降低.     

Effect of pumice and fly ash incorporation on high temperature resistance of cement based mortars

The effects of high temperature on the mechanical properties of cement based mortars containing pumice and fly ash were investigated in this research. Four different mortar mixtures with varying amounts of fly ash were exposed to high temperatures of 300, 600, and 900 °C for 3 h. The residual strength of these specimens was determined after cooling by water soaking or by air cooling. Also, microstructure formations were investigated by X-ray and SEM analyses.Test results showed that the pumice mortar incorporating 60% fly ash revealed the best performance particularly at 900 °C. This mixture did not show any loss in compressive strength at all test temperatures when cooled in air. The superior performance of 60% FA mortar may be attributed to the strong aggregate-cement paste interfacial transition zone (ITZ) and ceramic bond formation at 900 °C. However, all mortar specimens showed severe losses in terms of flexural strength. Furthermore, specimens cooled in water showed greater strength loss than the air cooled specimens. Nevertheless, the developed pumice, fly ash and cement based mortars seemed to be a promising material in preventing high temperature hazards.     

Experimental study on properties of polymer-modified cement mortars with silica fume

This paper discussed the flexural and the compressive strengths of polyacrylic ester (PAE) emulsion and silica fume (SF)-modified mortar. The chloride ion permeability in cement mortar and the interfacial microhardness between aggregates and matrix were measured. The chemical reactions between polymer and cement-hydrated product were investigated by the infrared spectral technology. The results show that the decrease of porosity and increase of density of cement mortars can be achieved by the pozzolanic effect of SF, the water-reducing and -filling effect of polymer. Lower porosity and higher density can give cement mortars such properties as higher flexural and compressive strength, higher microhardness value in interfacial zone and lower effective diffusion coefficient of chloride ion in matrix.     

不同龄期钢纤维增强水泥砂浆纤维拉拔试验与模拟研究

钢纤维增强水泥基复合材料作为一种多相复合材料,其增强增韧效果的发挥依赖于钢纤维与基体之间的界面粘结性能。通过开展不同龄期的钢纤维增强水泥基复合材料单根纤维拉拔试验及数值模拟研究,分析了龄期对钢纤维增强水泥砂浆界面粘结性能的影响,建立了不同龄期的单根纤维拉拔细观模型,通过将模拟结果与试验结果进行对比验证模型的有效性。根据所建立的细观模型分别对不同龄期钢纤维增强水泥砂浆纤维-基体间的界面粘结作用机理及纤维-基体间粘结表面在纤维拔出过程中的应力变化进行了分析。结果表明:所建立细观模型模拟得到的纤维最大拉拔力及荷载-滑移曲线与试验结果吻合较好,钢纤维的最大拉拔力及钢纤维-水泥砂浆基体的界面粘结强度均随着龄期的增加而增加;在7 d龄期内界面粘结强度的增长速度较快,7 d龄期后增长速度放缓;随着龄期的增加,不同龄期段的界面粘结强度的增长率逐渐减小并趋于稳定。采用拟合得到的粘结表面材料参数能够有效模拟各龄期下单根钢纤维从水泥砂浆中的拔出过程。