几种水泥基材料的渗透率及其超临界碳化的应用

孔隙度和渗透率是水泥基等多孔材料的重要指标,是水泥基材料内部离子迁移多物理场耦合预测模型中的关键材料参数。针对水泥基材料超亚临界碳化预测模型的质量控制方程,采用稳态法试验分析得到了液体渗透率、氮气渗透率、固有渗透率,采用体积法得到了材料孔隙度和含水饱和度,试件包括水泥砂浆、混凝土、水泥瓦、纤维水泥板等材料。其中水泥砂浆和混凝土材料固有渗透率分别为0.001mD和0.0001mD数量级,其他试件为0.01mD数量级;而混凝土的固有渗透率最低为9e-4mD。木纤维等纤维材料的掺加,将大幅增加材料的孔隙度和渗透率。最后使用得到的各项渗透率、孔隙度、含水饱和度,对水泥砂浆和水泥瓦的超亚临界碳化试验进行了多物理场耦合模拟,模拟结果与试验吻合较好。     

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。     

超临界碳化对水泥基材料性能和孔径结构的影响

为了考察超临界碳化技术在水泥基材料改性方面的应用,研究超临界碳化对水泥基材料微观和宏观性能的影响,基于此设计了超临界二氧化碳碳化试验研究水泥砂浆、水泥净浆和混凝土试件的碳化深度、强度、孔径分布以及二氧化碳吸收量的变化。试验分析表明,超临界碳化可以快速实现水泥基材料的碳化,大幅提高试件强度,改善材料的孔径分布,使材料的中细径孔大幅降低,提高材料的抗渗透能力,为改善重金属等危害废物的水泥基固化效果提供了依据。同时超临界碳化可以将大量二氧化碳转化在碳酸钙中沉淀吸收,具有重要的环境保护意义。     

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．     

水泥混凝土浆体-集料界面过渡区结构与性能试验技术

水泥混凝土浆体—集料界面过渡区结构与性能影响混凝土的整体性能,其试验技术的合理采用关系到对其结构与性能的正确测试与评价.针对水泥混凝土浆体—集料界面过渡区结构与性能特点及其对混凝土整体性能影响,论述了当前国内外有关其研究的试验技术.界面过渡区结构试验技术包括宏观技术、微观技术和模拟技术;性能试验技术集中于力学性能和耐久性能两方面;而界面过渡区力学性能和耐久性能试验技术亦是当前界面过渡区对混凝土性能影响试验技术的焦点;最后指出当前试验技术存在的问题,提出新试验技术发展的重点.     

水泥基材料界面过渡区（ITZ）结构属性与界面干扰的试验研究

总结与归纳了国内外近20年以来有关水泥混凝土界面过渡区(ITZ)的最新研究成果,并进一步阐述了ITZ形成机制与生成特点,提出了在水泥水化反应的早期微生成物具有大晶体优先(PBC)、大界面着床(CAI)与晶体外扩(CE)等三大属性。为了达到改善水泥基复合材料性能的目的,针对ITZ微环境,提出了表面能干扰和键能控制两大机理。首次提出了氢键能与反氢键能概念来阐述对水分子的干扰机理,通过抑制CH与AFt晶体优先生长与晶体着床属性,来削弱其生长发育,在空间和时间上使之有更多的C-S-H凝胶物质生成。研究试验中采用烷烃类非极性基团因子,并借助硅氧键Si-O,对集料表面进行修饰,形成低表面势能,使之产生干扰效应,从而实现阻滞或消除ITZ微环境的形成。通过对水泥砂浆试件的实验结果表明:干扰砂浆与普通砂浆相比,28d抗压强度提高了67%,28d抗折强度(替代法)提高了11%,干扰砂浆试件的吸水率降低了75%左右。根据干扰实验研究成果,对于水泥基材料的几个相关问题与概念提出了新的认识。     

120MPa超高强水泥基材料的研究

采用常规原材料，普通成型工艺，通过正交设计试验研究，配制出了抗压强度为120MPa的超高强水泥基材料，并给出了优选配比。超高强水泥基材料的杭压强度和抗折强度试验的极差方差分析结果表明：水胶比为影响超高强水泥基材料强度的最显著因素，超细掺合料硅灰的掺量和减水剂的掺量也有一定的影响。     

活性矿物掺合料对超高性能水泥基材料的影响

通过复掺粉煤灰和硅灰,制备一种抗压强度超过200 MPa的超高性能水泥基复合材料(UHPCC),采用扫描电镜、微区能谱分析、X射线衍射、汞压入法和差示扫描量热分析等现代测试手段,研究了活性矿物掺合料对UHPCC微观结构及性能的影响.实验结果表明,UHPCC水泥石主要以低mCa/mSi、结构致密的C-S-H凝胶和许多未水化颗粒组成;活性矿物掺合料的火山灰效应使水泥浆体与集料间界面过渡区得以改善;矿物掺合料的微集料效应使体系颗粒级配优化,致使基体内部结构致密,总孔隙率减小,孔尺寸得到细化,孔结构得以优化,材料性能得以提高.     

环保型胶凝材料的制备及其力学性能研究

利用硅酸盐水泥熟料、矿渣、粉煤灰、硅灰、石膏及其他组分制备出环保型胶凝材料Ⅰ和Ⅱ,并测试了其性能。结果表明,环保型胶凝材料的硅酸盐水泥熟料掺量(30%～50%),具有较低的需水量和正常的凝结时间,其标准稠度需水量为23%,净浆和配制的混凝土都具有较高的流动性,且有较小的流动性经时损失,标准养护28天的胶砂试件抗压强度可以达到50MPa以上,可以配制出C50 C60高流态的高性能混凝土.     

Mechanical properties of gangue-containing aluminosilicate based cementitious materials

High performance aluminosilicate based cementitious materials were produced using calcined gangue as one of the major raw materials. The gangue was calcined at 500℃. The main constituent was calcined gangue, fly ash and slag, while alkali-silicate solutions were used as the diagenetic agent. The structure of gangue-containing aluminosilicate based cementitious materials was studied by the methods of IR, NMR and SEM. The results show that the mechanical properties are affected by the mass ratio between the gangue, slag and fly ash, the kind of activator and additional salt. For 28-day curing time, the compressive strength of the sample with a mass proportion of 2：1：1 （gangue： slag： fly ash） is 58.9 MPa, while the compressive strength of the sample containing 80wt% gangue can still be up to 52.3 MPa. The larger K^＋ favors the formation of large silicate oligomers with which AI（OH）4- prefers to bind. Therefore, in Na-K compounding activator solutions more oligomers exist which result in a stronger compressive strength of aluminosilicate-based cementitious materials than in the case of Na-containing activator. The reasons for this were found through IR and NMR analysis. Glauber＇s salt reduces the 3-day compressive strength of the paste, but increases its 7-day and 28-day compressive strengths.     

装配式结构新老混凝土竖缝界面区孔隙率分布模型

装配式混凝土结构中存在大量新老混凝土连接界面,模板效应导致界面区水泥砂浆孔隙率相对增大,从而引起其力学及耐久性能的弱化。为定量描述界面区水泥砂浆孔隙率分布特征,制作了不同水灰比搭配的新老混凝土竖缝平整界面区试件。利用扫描电镜获取各试件距离界面不同位置处的灰度图像,并采用数字图像处理工具进行图像信息增强处理和二值化处理,从而获得孔隙像素占总像素的比值(即名义孔隙率),据此分析了新老混凝土竖缝平整界面区名义孔隙率的分布特征;基于名义孔隙率与真实孔隙率之间的稳定关系,建立了新老混凝土竖缝平整界面区孔隙率的分布模型;考虑凿毛区新老混凝土含量连续变化关系,建立了凿毛界面区孔隙率的分布模型。结果表明：名义孔隙率在界面处最大,向混凝土内部逐渐减小,最后趋于稳定,总体变化趋势具有高斯函数特征;随水灰比增大,从界面到内部各部位的名义孔隙率均呈现相对增大趋势,但不同水灰比混凝土各自界面区与内部稳定区的相对名义孔隙率却接近一致。     

再生粗骨料混凝土碳化分析的多场耦合模型及验证

再生粗骨料混凝土的碳化是一个复杂的物理扩散和化学反应过程,其分析和预测较为困难。鉴于此,基于再生粗骨料混凝土的碳化机理,结合再生粗骨料混凝土中CO₂的扩散定律和可碳化物质的质量守恒定律,综合考虑再生粗骨料混凝土中CO₂的有效扩散系数、碳化反应速率系数、可碳化物质的量、再生粗骨料的表面附着砂浆等重要参数的影响,建立了再生粗骨料混凝土碳化分析的多场耦合模型,并通过试验数据验证了模型的有效性和适用性。     

Effect of ceramsite structure on microstructure of interfacial zone and durability of combined aggregate concrete

Structure characteristics of three kinds of ceramsite with different water absorption and the influence on microstructure of interfacial zone as well as performance of chloride permeability and frost resistance of combined aggregate concrete were investigated. The results show that, dense shell and closed internal pore have sharp effects on lowering water absorption of ceramsite. However, the ceramsite with high water absorption has obvious effect on the densification of interfacial paste which would develop a structure with lower porosity, finer aperture and higher microhardness. Furthermore, the impermeability and frost-resistance of concrete can be improved due to the effect of water absorption and releasing by ceramsite with higher water absorption. Funded by the Western Transportation Construction of Communication Ministry (No. 200331882008)     

Quantitative characterization and elastic properties of interfacial transition zone around coarse aggregate in concrete

Backscattered electron images (BSE) obtained by scanning electron microscope was used to quantitatively characterize the microstructure of interfacial transition zone (ITZ) in concrete. Influences of aggregate size (5, 10, 20, and 30 mm), water to cement ratio (0.23, 0.35 and 0.53) and curing time (from 3d to 90d) on the microstructure of interfacial transition zone between coarse aggregate and bulk cement matrix were investigated. The volume percentage of detectable porosity and unhydrated cement in ITZ was quantitatively analyzed and compared with that in the matrix of various concretes. Nanoindentation technology was applied to obtain the elastic properties of ITZ and matrix, and the elastic modulus of concrete was then calculated based on the Lu & Torquato model and self-consistence scheme by using the ITZ thickness and elastic modulus obtained from this investigation. The experimental results demonstrated that the microstructure and thickness of ITZ in concrete vary with a variety of factors, like aggregate size, water to cement ratio and curing time. The relative low elastic properties of ITZ should be paid attention to, especially for early age concrete.     

轻骨料性能对界面区微观结构的影响

目的研究不同吸水率轻骨料制备的混凝土中骨料-水泥石界面区的微观形貌、水化产物的钙硅质量比、水泥石的显微硬度以及孔结构等性能参数．方法采用扫描电镜（SEM）、X射线能谱分析（EDXA）、显微硬度以及孔结构等试验手段,并与普通骨料混凝土进行对比分析．结果轻骨料-水泥石界面区各项性能均优于普通骨料,轻骨料吸水率越大、表面越粗糙,界面区水泥石结构越致密,孔结构呈细化趋势,低、中、高吸水率轻骨料-水泥石界面区显微硬度较普通骨料分别提高15．8％、79．6％和96．3％,界面增强层厚度为40～60μm,并且,中、高吸水率陶粒混凝土中,距骨料-水泥石界面-10～0μm范围内具有一个明显的内增强层．结论轻骨料性能对界面区水泥石微观结构具有显著影响,中、高吸水率轻骨料可使界面区结构得以改善．     

再生集料混凝土的微观结构特征

研究了两种不同类型的再生混凝土集料(RC集料)和一种花岗岩集料配制的混凝土的微观结构特征，尤其是集料和水泥浆体之间的界面过渡区的某些结构细节。结果表明，界面过渡区的微观结构特征与集料的密实程度有关，过于密实(天然集料)和过于疏松(低标号混凝土)的集料可引起界面区的多孔性或聚集粗大颗粒的水化产物，而适中密实程度的集料可形成较为密实的界面区。