硅灰对再生混凝土界面过渡区的影响

为改善再生混凝土的力学和耐久性能,以硅灰为增强材料对再生混凝土进行改良。研究了硅灰对再生混凝土3 d、28 d、90 d抗压强度和28 d、90 d抗氯离子渗透性能的影响。结合扫描电镜、显微硬度等微观观测手段,分析了28 d再生混凝土试样微观结构和性能变化。采用压汞法测试了再生混凝土的孔结构参数,探究硅灰对再生混凝土孔隙性能的影响。结果表明：硅灰可以提升再生混凝土的抗氯离子渗透性能,随掺量的增加提升效果先增后减;掺入硅灰可以改善再生混凝土多重界面过渡区结构,增加界面过渡区(ITZ)显微硬度,降低孔隙率。再生混凝土内部存在较多有害孔隙,硅灰可以细化孔隙结构,降低孔隙率,掺量为6%时效果最佳。     

饱和钢纤维再生混凝土氯离子扩散特性研究

利用废弃骨料制作再生混凝土是建筑固废弃物的再生资源利用途径之一,其在氯盐侵蚀环境条件下的耐久性规律与普通混凝土不同。本文以模拟海洋侵蚀环境,通过改变水灰比及NaCl溶液浓度,分析各因素对钢纤维再生混凝土氯离子扩散行为的影响规律。结果表明:浸泡液浓度越大,进入混凝土内部的氯离子越多,随着深度的增加氯离子含量逐渐减少;较低的水灰比与适量钢纤维的掺入均可以有效降低氯离子扩散系数,提升钢纤维再生混凝土的抗氯盐侵蚀能力;氯离子扩散系数随着NaCl溶液浓度的增加而增大。     

煤矸石粗骨料-地聚物混凝土的力学与耐久性能研究

将原状和煅烧的煤矸石粗骨料分别按不同掺量替代碎石,制备煤矸石粗骨料?地聚物混凝土,分析了煤矸石掺入量、煅烧与否对混凝土28 d抗压强度、抗氯离子渗透性能、抗冻性能的影响,并探究混凝土性能指标之间的相关性、煤矸石粗骨料的合适掺量及其煅烧的必要性.此外,借助扫描电镜探讨其内部机理.结果显示:随着煤矸石粗骨料掺入量增加,煤矸石粗骨料地聚物混凝土的抗压性能、抗渗性能、抗冻性能均会在不同程度上减弱,其中以抗冻性能的影响最为显著;与原状煤矸石粗骨料地聚物混凝土相比,相同煤矸石掺量下的煅烧煤矸石粗骨料地聚物混凝土在抗压强度上展现出很大的优势,抗氯离子渗透性能不如原状煤矸石地聚物混凝土,抗冻性能与原状粗骨料地聚物混凝土差别不大;煤矸石粗骨料合适掺量的阈值为50％.     

碱激发材料修补普通混凝土的黏结面性能研究

本工作研究了用碱激发矿渣-粉煤灰材料修补普通混凝土对黏结面力学性能与抗氯离子渗透性能的影响。对比分析了用普通混凝土直接修补(方式C)、分别刷水泥净浆界面剂及碱激发矿渣-粉煤灰净浆界面剂后再用普通混凝土修补(方式J)、用碱激发矿渣-粉煤灰混凝土直接修补(方式S)三种方式修补后的黏结面的劈裂抗拉强度和氯离子扩散系数。结果表明：三种修补方式中,碱激发矿渣-粉煤灰混凝土直接修补(方式S)的效果最好,此时碱激发剂模数的合理取值为1.3。用方式S修补后的黏结面的劈裂抗拉强度与氯离子抗渗透性能的相关性较好,均随矿渣掺量的增加先增强后减弱,矿渣、粉煤灰掺量各50%时二者达到最强。用碱激发材料修补后,在碱激发剂作用下,碱激发矿渣-粉煤灰与老混凝土的部分组分发生水化反应,提升了黏结面的力学性能与抗氯离子渗透性能。     

西部氯盐渍土介质中混凝土的氯离子扩散性

为研究西部氯盐渍土介质中混凝土的氯离子扩散性,采用实验分析、微观扫描、理论预测相结合的方法,分析混凝土中氯离子含量与分布规律、氯离子对流区深度与峰值含量、表层氯离子含量时变规律以及试件表层微观形貌,预测既定混凝土保护层厚度处达到钢筋锈蚀临界氯离子浓度所需时间。研究结果表明,沿扩散深度混凝土中自由氯离子含量与总氯离子含量均呈现出先增长后降低的趋势,二者具有很好的线性关系;存在明显的氯离子含量峰值,随浸泡时间的变化较小;随着浸泡时间的增加,对流区深度逐渐加大,表层氯离子含量逐渐增加,混凝土中Friedel’s和Cl元素逐渐增多。理论分析结果显示,氯离子扩散系数随着扩散深度增加而增大,随浸泡时间增加而减小,使用寿命预测结果与工程实际混凝土结构腐蚀情况吻合较好,预测模型可用于西部氯盐渍土介质中混凝土结构使用寿命预测与分析。     

纳米氧化铝提升海洋环境高速铁路桥梁混凝土结构服役寿命研究

氯离子传输并诱导内部钢筋锈蚀是海洋环境高速铁路桥梁混凝土结构耐久性失效的主要原因之一,增大混凝土氯离子传输阻力是提升混凝土结构服役寿命的根本途径。纳米技术与纳米材料的发展为混凝土材料高性能化提供了新的可能。本工作研究了纳米氧化铝(NA)对砂浆氯离子电迁移系数(D_RCM)与自然扩散系数的影响,基于氯离子等温吸附曲线,建立了考虑氯离子结合参数的氯盐传输模型,分析了NA对氯盐侵蚀环境下混凝土结构服役寿命的影响。结果表明：适宜掺量的NA可降低砂浆氯离子传输性能;承台桩基础混凝土钢筋保护层厚度为60 mm时,在C45混凝土中掺入2%(质量分数)NA后,仅考虑氯离子侵蚀时混凝土预期服役寿命由68年提升至107年。NA为提升海洋环境下高速铁路混凝土结构服役寿命提供了新的技术途径。     

纤维增强混凝土氯离子扩散系数的多尺度预测模型

纤维增强混凝土材料属于多相非均质复合材料,其宏观耐久性能由微观和细观的组分占比和夹杂关系共同决定。为考虑纤维增强混凝土材料不同尺度下的非均质性对整体氯离子扩散系数的影响,本文基于从微观到宏观的多尺度方法选取了不同层级代表单元,建立了纤维增强混凝土氯离子扩散系数多尺度预测模型。模型在充分考虑微观水泥水化过程和阈值效应的基础上,分析了细观尺度下纤维、骨料及其与水泥浆体的结合界面对混凝土宏观扩散性能的共同影响,并探究了纤维尺寸、纤维-浆体界面过渡区厚度等因素与扩散系数之间的影响关系,且通过第三方试验对模型的可靠性进行了验证。参数化分析的结果表明,当水灰比大于一定限值(约为0.45),水泥浆体的氯离子扩散系数与水灰比呈指数增长,而在细观层级上,纤维-浆体界面过渡区是影响混凝土整体扩散性能的主要因素：纤维掺量的增加和纤维直径的减小都会增大界面过渡区的体积,而较高的纤维过渡区体积占比和纤维界面扩散系数都会增大纤维增强混凝土的宏观氯离子扩散系数。结果还表明混凝土扩散系数与纤维掺量之间并无直接关系,而需要综合考虑纤维直径、界面过渡区厚度等各种因素的影响。本文所提模型能够有效预测纤维增强混凝土的扩散系数...     

干湿循环作用对混凝土抗氯离子渗透侵蚀性能的影响

为了加速模拟海洋潮差区环境对混凝土耐久性能的影响,掺入矿粉和纳米改性矿物掺合料,研究了氯盐干湿循环作用对混凝土抗氯离子侵蚀性能及微观结构的影响,并将干湿循环试验与常规浸泡试验进行了对比。结果发现,干湿循环作用粗化了混凝土试件表层孔结构,增大了孔径>50 nm的孔隙含量,显著提高了自由及总氯离子浓度;掺入纳米改性矿物掺合料能降低混凝土内部孔隙率,减少有害孔含量,提高混凝土内部氯离子结合能力;干湿循环60天后混凝土表层Ca（OH）₂逐渐被消耗,生成了Friedel盐和CaCO₃。      

碳纳米管对3D打印混凝土流变性能及力学性能的影响

碳纳米管(MWCNTs)是一种性能优良的纳米材料，将其掺入3D打印混凝土(3DPC)中不仅会对基体内部微裂纹的生成和扩展以及3D打印混凝土的宏观力学性能产生显著影响，而且会影响新拌3D打印混凝土的流变性能。为了明确碳纳米管对3D打印混凝土性能的影响，通过设置六种碳纳米管掺量(0%、0.01%、0.02%、0.05%、0.08%、0.1%),研究了碳纳米管的掺量对3D打印凝土流变性能及力学性能的影响，并基于SEM测试结果进行了微观分析。研究结果表明：随着碳纳米管掺量的增加，3D打印混凝土的流动度逐渐下降，静态屈服应力、动态屈服应力逐渐增加。各龄期的抗折强度均随着碳纳米管掺量的增加而增大。随碳纳米管掺量的增加，3D打印混凝土的抗压强度先增大后减小，当碳纳米管掺量为0.05%时，其抗压强度最大。SEM结果显示，碳纳米管可以起到桥接和填充作用，能与基体紧密连接，阻止3D打印混凝土内部微裂缝和孔洞的生成与扩展，在较低掺量(不超过0.05%)下即能显著改善3D打印混凝土的微观结构。     

氯盐-硫酸盐共存环境中杂散电流作用下提升砂浆中氯离子结合性能的研究

长期浸泡在地下水中的地铁混凝土结构,不仅遭受氯盐、硫酸盐的双重侵蚀,而且存在杂散电流腐蚀破坏.由于孔溶液中的自由氯离子是导致钢筋锈蚀的首要因素,通过提高混凝土中氯离子的结合能力可有效降低氯离子对钢筋混凝土的危害.本工作通过选择合理的外掺料种类及掺量,提出了提高地铁工程混凝土中氯离子结合性能的最优外掺料组合,并采用电位滴定法测定结合氯离子含量,以及结合XRD、SEM和DTG等微观测试方法对其机理进行分析.结果表明:杂散电流作用下偏高岭土对氯离子结合性能的提升效果优于硅灰,粉煤灰微珠优于沸石粉,复掺10％偏高岭土、20％微珠、1.5％PVA可再分散性乳胶粉的试件中氯离子的结合性能最优,砂浆内部氯离子的化学结合能力明显提高.     

丁苯胶乳改性水泥混凝土的力学性能及耐久性实验分析

目前聚合物水泥混凝土已成为高性能混凝土研究的一个重要组成部分。中实验采用了一种聚合物乳液(丁苯胶乳)对高性能混凝土进行改性处理,研究不同丁苯胶乳掺加量对水泥混凝土基本力学性能、韧性、自收缩性能及抗氯离子渗透性能的影响。实验结果表明,丁苯胶乳改性水泥混凝土的抗压强度随着丁苯胶乳掺加量的增加有所降低;而丁苯胶乳的加入,对混凝土的劈裂抗拉强度、抗折强度及韧性有较大提高,且掺量为15%的增强效果最明显,劈裂抗拉强度和抗折强度的提升幅度分别达到17.4%和23.8%,;掺量为10%的情况下韧度指数最高,增加幅度达到71.1%;丁苯胶乳改性混凝土浇注24 h后的总收缩值,随着丁苯胶乳掺量的增加而逐渐减少,掺量为15%情况下的总收缩值降幅高达35%;同时,改性后水泥混凝土的抗氯离子扩散能力有所提高,抗渗性能也得到改善。     

富氯海砂混凝土的应用可行性探讨

天然海砂已经成为我国部分沿海城市建筑用砂的重要来源,但因其较高的氯含量和夹杂细碎贝壳等特性,在工程应用中受到了一定的限制。本文比照分析了不同氯含量天然海、河砂混凝土的工作性、抗压强度以及抗氯离子渗透性能,探讨了掺合料与耐蚀剂对于内掺型富氯海砂混凝土的适用性与可行性。研究结果表明,混凝土的坍落度随砂中氯含量的增大而显著减小;砂中氯含量大小以及一定掺量掺合料与耐蚀剂的加入,基本不影响混凝土的抗压强度;掺合料与耐蚀剂还可改善混凝土的工作性及抗氯离子渗透性能,18%掺量的耐蚀剂与30%掺量的掺合料对提升混凝土抗氯离子渗透性能的能效相近。     

盐雾环境下受荷混凝土中氯离子扩散试验

针对海洋盐雾环境,开展不同荷载水平作用下混凝土中氯离子扩散试验,测试混凝土中不同深度的氯离子含量,总结混凝土中氯离子扩散规律,拟合氯离子扩散荷载影响系数与构件应力状态之间的关系式。结果表明,拉应力作用下混凝土中氯离子含量增加,氯离子扩散系数增大;压应力作用下混凝土中氯离子含量降低,氯离子扩散系数减小;氯离子扩散系数随着时间增加逐渐减小,表面氯离子浓度随着时间的增加逐渐增大。考虑荷载影响的氯离子扩散模型可为预测实际工程受荷混凝土结构的使用寿命提供参考。     

煤矸石集料混凝土抗压强度及耐久性能

以煤矸石-普通碎石混合作为粗集料制备了一系列混凝土试样,其中煅烧和未煅烧煤矸石等量替代普通碎石的掺量为0%、30%、50%、70%和100%,探究了煤矸石粗集料掺量和700℃煅烧对混凝土抗压强度、快速氯离子渗透、抗碳化性能和抗硫酸盐侵蚀性能的影响,并借助X射线衍射仪(XRD)观测矿物成分变化,利用扫描电子显微镜(SEM)观测微观结构。实验结果表明煤矸石作混凝土集料是可行的,最大掺量受混凝土设计强度和所处环境的限制。煤矸石与胶凝材料粘结处空腔的存在不利于混凝土抗压强度和耐久性能,但对固化氯离子性能有利。相比于掺未煅烧煤矸石的混凝土,掺煅烧煤矸石的混凝土的内部结构更致密,但煅烧煤矸石自身的缺陷导致其未获得较大优势。后续研究将致力于更大程度地激发煅烧煤矸石集料的活性以更好地发挥其优势。本研究为煤矸石的大宗高效利用提供试验基础和理论依据。     

纳米碳纤维增强混凝土耐久性试验

为研究纳米碳纤维对混凝土耐久性的改善效果,进行了不同体积掺量(0.1%,0.2%,0.3%,0.4%和0.5%)下纳米碳纤维增强混凝土的冻融循环实验、渗透实验以及碳化实验,另外通过SEM实验进一步探讨了纳米碳纤维对混凝土耐久性的微观改性机理。结果表明,纳米碳纤维能够通过纤维桥接、孔隙填充两种方式改善了混凝土的微观形貌,显著提高了混凝土的耐久性;掺量为0.3%时,纳米碳纤维增强混凝土的抗冻融性能、抗渗性能和抗碳化性能均达到最佳;冻融循环次数相同,随着纳米碳纤维掺量的增加,混凝土的质量损失率和抗压强度损失率均先减小后增大;混凝土的渗水高度和相对渗透系数均随纳米碳纤维掺量的增加呈现先减小后增大的趋势;相同碳化龄期下,随着纳米碳纤维掺量的增加,混凝土的碳化深度先减小后增大;但掺量为0.5%的纳米碳纤维增强混凝土的抗冻融性能、抗渗性能和抗碳化性能仍优于素混凝土。     

自然扩散条件下SO4^2-、Cl^-在砂浆中的沉积特性

通过模拟自然扩散条件下,测试不同砂浆试件内部各个位置硫酸根离子、氯离子的沉积数量,着重讨论了硫酸根离子、氯离子在掺粉煤灰、矿渣水泥砂浆中的沉积特性。结果表明,矿渣、粉煤灰对砂浆中硫酸根离子、氯离子的沉积数量存在较大影响,粉煤灰和矿渣复掺能显著降低砂浆表层沉积的离子数量。砂浆中氯离子、硫酸根离子的沉积量随浸泡龄期延长而呈现不同的变化趋势,砂浆表层的氯离子沉积量随浸泡龄期而增加的速率大于硫酸根离子。研究成果为改善水泥基材料耐侵蚀性盐类的腐蚀作用提供科学依据。     

纳米SiO2改性轻骨料混凝土性能

纳米SiO₂（NS）具有极强火山灰活性、晶核作用和填充效应,因此用NS改善水泥基材料性能成为众多学者研究的热点。本课题对不同掺量的NS对轻骨料混凝土强度及耐久性的改性效果进行了研究。通过测试轻骨料混凝土的力学性能（抗压和抗折）和氯离子渗透性能及利用SEM和EDS测试分析了NS对混凝土宏观和微观结构的影响。研究结果表明:在适当的掺量下,NS能够有效地提高轻骨料混凝土的力学性能,其中28 d的抗压强度和抗折强度比空白组混凝土分别提高了21.6%和46.2%。氯离子渗透的结果表明,轻骨料混凝土的抗氯离子渗透性能随着掺量的增加而呈线性增强。混凝土界面过渡区（ITZ）也发生了显著变化,其厚度减小,形貌也更加致密。ITZ的钙硅比随着NS掺量增加而减小,说明该区域内水化产物C-S-H凝胶增多,Ca（OH）₂被消耗,从而形成致密的过渡区,有利于强度提高。      

抗侵蚀抑制剂对混凝土吸水性能及抗盐结晶性能的影响

本工作系统评价了四种混凝土抗侵蚀抑制剂(Cementaid-KT、ZBH、P400、SBT-TIA)对混凝土吸水性能与失水性能的影响,并筛选出性能最优的抗侵蚀抑制剂进一步研究其对混凝土新拌性能、力学性能、氯离子快速迁移系数与抗硫酸盐半浸泡性能的影响。研究表明:掺入四种混凝土抗侵蚀抑制剂均能显著降低混凝土的吸水性能与失水性能,其中SBT-TIA的效果最优。掺入SBT-TIA混凝土的抗盐结晶破坏能力显著增强,其28 d盐结晶高度为3.5 cm,远小于基准组的11 cm。这是由于掺入SBT-TIA后,试块的吸水速率、失水速率均变慢,盐水很难快速被传输至高位(在灯芯效应下)、且表面挥发放缓,因此表现为盐结晶高度与析出量增长缓慢。掺入SBT-TIA混凝土的各龄期抗压强度出现小幅度降低,3 d、7 d、28 d的降低幅度分别为7.5%、5.9%、9.5%;氯离子快速迁移系数降低,降幅为13.3%～25.7%。水下区逐层磨粉试验证实,SBT-TIA的掺入可有效抑制水分及离子在混凝土内部的传输:相比于基准试块,掺入SBT-TIA混凝土试块的同深度内硫酸根离子含量明显下降,且硫酸根含量降低幅度随侵蚀深度的增加而增大,最大降幅为29.2%。     

环氧树脂改性水泥混凝土的制备及耐久性实验分析

针对水泥混凝土存在的抗折强度不足、耐久性能偏低等问题，以环氧树脂为掺杂相，制备了不同环氧树脂掺量(0%,3%,6%,9%(质量分数))的改性水泥混凝土，分析了环氧树脂对水泥混凝土力学性能、微观形貌、耐久性能的影响。结果表明，环氧树脂的掺杂加速了水化反应的进行，混凝土的裂纹和孔隙数量减少，致密度提高。混凝土的抗压强度和抗折强度均随环氧树脂掺杂量的增大而先增大后减小，6%(质量分数)环氧树脂掺杂量的混凝土在养护28 d时抗压强度和抗折强度分别达到最大值43.8和7.9 MPa,相比未掺杂环氧树脂的混凝土分别提高了18.70%和29.51%。随着环氧树脂掺杂量的增大，混凝土的氯离子扩散系数先降低后增高，6%(质量分数)环氧树脂掺杂量的混凝土养护28 d的氯离子扩散系数最低为7.7×10^-8 cm/s,抗氯离子腐蚀性能最佳。在冻融循环次数达到80次时，6%(质量分数)环氧树脂掺杂量的混凝土的质量损失率最低为-0.13%,相对动弹性模量最大为94.86%,磨损量最低为0.66 kg/m²,磨损量降低率达到46.77%,具有优异的耐久性能。     

层状双氢氧化物改善地聚物抗氯离子渗透性能研究

本文提出利用经煅烧处理的层状双氢氧化物(LDHs)材料的阴离子交换与结构重建特性改善地聚物抗氯离子渗透性能。借助XRD与TEM分析表征了层状双氢氧化物经煅烧和氯离子插层后组成和结构的变化,采用电位滴定仪测试了NaCl溶液浸泡后地聚物样品距表面不同深度处的氯离子浓度演变规律,并通过SEM与MIP研究了煅烧处理的层状双氢氧化物对地聚物微结构的影响。结果表明:层状双氢氧化物经煅烧处理后在NaCl溶液中可通过吸附Cl-实现层状结构复原。煅烧处理的层状双氢氧化物可以提高地聚物的抗氯离子渗透性能,其3%的掺量可以减少地聚物氯离子渗透量44%,且有利于地聚物形成密实的浆体结构。