水泥基材料水分传输及动力学研究

从水泥基材料耐久性出发,引出了水分传输的重要性,研究了水泥砂浆和混凝土的一维水分传输。结果表明:只有结合毛细吸收和扩散2种传输过程才能很好地表征水泥基材料内部的水分传输过程,材料内部孔隙结构对水分传输的动力学过程有很大的影响。该研究结果为水泥基材料耐久性评价和寿命设计提供了更精确的理论基础。     

粉煤灰复合水泥基材料的孔结构反演模型分析

为研究水泥基材料内的孔结构,基于Lucas-Washburn方程,提出考虑分形维数的毛细孔分布反演模型.应用X射线计算机断层扫描技术无损表征水泥基材料的毛细吸收过程,通过分布曲线推断出样品的孔径分布,通过劈开试验及滴定试验验证了该技术的可行性.将该模型应用于粉煤灰质量分数为10%的水泥基复合材料中,结果表明,毛细管孔径越大,毛细管内水上升得越快,在毛细管吸水的早期阶段,毛细管内水上升的高度较大.由模型推导出累积孔径分布,将所得结果与压汞法测得的累积孔体积进行比较,相关度为0. 942 6,证明了反演模型的准确性.     

水泥基材料离子迁移过程的可视化与定量分析

氯离子的侵蚀是引起滨海混凝土钢筋锈蚀的关键因素之一.为探索离子在水泥基材料中的原位迁移过程,利用X射线计算机断层扫描(X-ray computed tomography, XCT)技术,以碘化物为示踪剂,对掺有粉煤灰的水泥基材料的离子迁移过程进行无损分析.结果表明,XCT技术可以对离子在水泥基材料中的迁移过程进行无损、可视化跟踪,并能精确定量离子在样品内的浓度分布.将XCT与滴定法分别测得的离子浓度进行对比,证明了XCT测试结果的准确性.     

TSA环境中水泥基材料腐蚀过程物相分析

通过试验研究了TSA环境中水泥基材料腐蚀过程物相,利用傅立叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射分析(XRD)和综合热分析的结合,定性和半定量分析了物相变化,探讨了TSA环境中水泥基材料破坏的研究方法.结果表明,5 ℃环境温度下,掺35%石灰石粉的P.II型硅酸盐水泥净浆试件浸泡在SO2-4质量浓度33 800 g/L的 MgSO4侵蚀溶液15周后,试件从表面到内部约2 mm厚度层内,水泥石疏松,呈现层状剥落现象;在0-1 mm深度层和1-2 mm深度层内有碳硫硅酸钙生成,其中0-1 mm深度层内碳硫硅酸钙的相对含量高于钙钒石,小于石膏.     

水泥基材料含水量评价方法研究

结合物理模型试验和数值模拟分析两种途径,研究水泥基材料含水量评价方法.应用超声检测技术和称重方法,建立水泥基材料内部含水量与超声波速之间的关系,提出由超声波速表达的含水量经验拟合公式.开展水泥基材料非饱和吸水物理模型试验,获得湿润前锋及吸水率、水分扩散系数函数等非饱和渗透参数.基于描述非饱和渗流运动的Richard方程,以及吸水模型试验得到的非饱和渗透参数,采用非饱和渗流数值分析方法,研究水泥基材料的湿润前锋及含水量,比较物理模型试验和数值分析结果,提出合理便捷的水泥基材料含水量评价方法.本研究对混凝土结构工程具有借鉴意义.     

负压成型水泥基材料孔结构特征

为了研究低气压环境对水泥基材料引气性能的影响,采用负压模拟试验的方法,在不同的气压下测试引气剂溶液的发泡性能和气泡稳定性、引气水泥净浆的孔结构以及引气水泥砂浆的气孔结构。水泥净浆与水泥砂浆的试验样品均在设计气压下搅拌成型直至终凝硬化。试验结果表明:FC-1和FC-2两种新型引气剂溶液的泡沫相较三萜皂苷类引气剂（SJ-2）溶液的泡沫具有更强的低气压环境适应性,但该溶液试验的规律不完全适用于水泥基材料;低气压成型会增加硬化水泥净浆的孔隙率及半径为100~1 000 nm孔的体积,但在采用优质引气剂的前提下低气压基本不会对水泥砂浆的含气量和气孔结构产生劣化作用。SJ-2、FC-1和FC-2 三种引气剂均能满足高原低气压环境下抗冻混凝土的引气要求,其中FC-1与FC-2在气孔结构优化与含气量控制方面更具优势。     

X射线透射成像技术原位追踪混凝土吸水过程

为了表征二维混凝土的传输过程,制备厚度为1 mm的混凝土薄片. 采用X射线透射成像（TXR）技术,联合扫描电镜、背散射和能谱分析技术（SEM/BSE/EDS）原位追踪水在2维混凝土薄片中的毛细自吸过程. 测试不同质量分数CsCl溶液对X射线透射图像的增强效果. 结果表明,CsCl能够提高吸水过程中混凝土薄片的TXR图像对比度,使得水在混凝土中的渗流路径更清晰、可辨. 水泥浆体在吸收CsCl后,扫描电子背散射图像的对比度显著增强. 不同位置铯原子的EDS能谱结果验证了TXR技术确定吸水前锋位置的准确性.     

碱对水泥基材料收缩性能的影响

通过测量不同品种和掺量的碱对水泥基材料的水分损失量和自由收缩率，研究了在干燥条件下不同的碱对水泥基材料收缩性能的影响规律．结果表明，在相同水灰比(0．45)和灰砂比(1：3)条件下，掺入0.214％～1．071％(质量分数，下同)KOH和0．42％NaOH增加了砂浆的水分损失和早期收缩、同时，发现碱作用下水泥基材料的水分损失与收缩过程密切相关，即浆体的收缩随着水分的损失更加明显.     

不同黏土对掺减水剂水泥净浆流动度影响

目的 研究4种不同黏土对掺聚羧酸减水剂及萘系减水剂水泥净浆流动度的影响规律并从黏土的吸附性能角度探究其影响机理.方法 采用水泥净浆流动度试验方法比较了4种黏土对掺聚羧酸减水剂水泥净浆流动度的影响,通过TOC总有机碳测试仪测定了4种黏土对聚羧酸减水剂的吸附量.结果 4种黏土对水泥净浆流动度的影响差异较大,其中钙基蒙脱土和钠基蒙脱土的掺量为2％时,掺聚羧酸减水剂水泥净浆已基本没有流动度,掺萘系减水剂的水泥净浆流动度也有所下降,但降幅稍小,而伊利土和高岭土对掺减水剂水泥净浆流动度无明显负面影响;钙基蒙脱土和钠基蒙脱土对聚羧酸减水剂的吸附量较大,伊利土、高岭土对聚羧酸减水剂的吸附能力和水泥相当.结论蒙脱土对掺聚羧酸减水剂水泥净浆流动度负面影响极为严重,而伊利土和高岭土对掺减水剂水泥净浆基本没有负面影响.     

超细粉煤灰对碳硫硅钙石型硫酸盐破坏的影响

通过将内掺不同质量分数硫酸镁的水泥-石灰石粉和水泥-石灰石粉-粉煤灰净浆试件在5℃±1℃的条件下长期浸泡,定期观测试件外观形貌变化,并对破坏产物进行X射线衍射(XRD)和红外光谱分析,研究超细粉煤灰火山灰效应对水泥基材料碳硫硅钙石型硫酸盐破坏的影响与作用机理.研究结果表明:当硫酸镁掺量较低时,水泥-石灰石粉-粉煤灰试件先于水泥-石灰石粉试件发生膨胀破坏;当硫酸镁掺量较高时,水泥-石灰石粉-粉煤灰试件和水泥-石灰石粉试件几乎同时发生碳硫硅钙石型硫酸盐破坏.这表明高活性超细粉煤灰的火山灰效应并不能起到抑制或者延缓碳硫硅钙石型硫酸盐破坏的作用.     

可再分散胶硫铝酸盐水泥基耐海水材料研究

目的应用无机、有机材料复合理论，研究用于人工渔礁制作中木船表面处理的可再分散胶水泥基耐海水材料．方法通过5％以内的不同掺量聚合物乳液和可再分散聚合物粉末对水泥基材料改性效果的对比，掺有机硅防水剂对聚合物改性水泥净浆性能的影响、涂覆于木材表面的水泥净浆硬化后涂层的耐海水等性能的研究，特别对高性能可再分散胶水泥基耐海水材料于木材粘结后在海水中浸泡28d的粘结力、耐磨性、抗冲击性及开裂情况进行了测定和现场观察与评价．结果研究表明可再分散胶水泥基耐海水材料是一种高性能的水泥基复合材料，尤其是与木材的粘结性能十分优异；而在力学性能方面，可再分散胶水泥基复合材料也比聚合物乳液水泥基复合材料有所提高．结论掺占水泥质量5％的可再分散聚合物粉末、2％有机硅的水泥净浆涂覆于木材表面，硬化后会形成耐海水性能良好的涂层，可作为船体表面保护层，满足船只沉降后长期经海水浸泡的要求．     

碳纤维水泥基复合材料的电力效应研究

通过试验研究了碳纤维水泥基复合材料(CFRC)的电力效应，在外加的直流电场作用下，试样产生变形．研究表明，电力效应主要由孔隙内电解质水溶液的电渗作用引起。而电热效应引起的热膨胀影响是次要的；与素水泥净浆相比，产生同一量级的应变，CFRC所需的电场远比素水泥净浆所需的电场小．这一研究对开发CFRC的作用功能具有重要意义．     

矿粉对水泥和混凝土性能的影响

为了探寻矿粉细度及掺入量对水泥和混凝土性能的影响,通过试验测试方法,分析了矿粉和水泥的基本性质,研究了超细矿粉和普通矿粉的掺量对水泥基材料标准稠度、凝结时间、流动度和力学性能的影响.结果表明：普通矿粉使水泥净浆标准稠度需水量下降,而超细矿粉则增加标准稠度需水量,两种矿粉都使水泥净浆凝结时间略微延长.普通矿粉可以改善水泥净浆的流动度,超细矿粉的加入则降低了水泥净浆的流动度.普通矿粉和超细矿粉降低水泥净浆早期（7 d）抗压强度,提高后期（28 d）抗压强度,掺10％～50％的普通矿粉的水泥净浆28 d抗压强度提高2.9％～9.7％,掺入超细矿粉28 d抗压强度提高3.9％～20.1％,普通矿粉和超细矿粉的最佳掺量为10％～30％;两种矿粉替代10％～50％水泥所配制的混凝土的强度得到了明显的提高.     

硅灰对水泥净浆抗硫酸盐侵蚀性能的改善作用

将水泥净浆试件在5%Na2SO4溶液中长期浸泡,用试件强度随浸泡时间的变化和试件中物相的XRD分析,研究了硅灰对水泥净浆抗硫酸盐侵蚀性能的影响.在Na2SO4溶液侵蚀下,普通硅酸盐水泥净浆试件强度随浸泡时间先增长,然后急剧降低;外观和XRD相分析表明,其原因是由于形成了膨胀性钙矾石,造成试件开裂破坏;加入硅灰的水泥净浆试件强度损失明显减小,尤其是抗折强度没有降低,其抵抗强度下降系数还略有增加;原因是由于硅灰的稀释作用和火山灰效应减少了水泥净浆中Ca(OH)2的量,从而降低了水泥净浆试件在硫酸盐溶液侵蚀下形成的膨胀性钙矾石的量.因而,硅灰对水泥混凝土抗硫酸盐侵蚀性能有改善作用.     

氯氧镁水泥基材料体积稳定性研究

采用不同掺合料与骨料配制氯氧镁水泥基材料,分别在干燥和潮湿环境下,对氯氧镁水泥基材料的干燥收缩和潮湿膨胀变形进行实验研究与变形机理分析.结果表明,在干燥状态下,氯氧镁水泥净浆42 d的收缩率达到1400×10-6,单掺稻壳粉后收缩率明显提高,单掺粉煤灰后收缩率提高不多.单掺砂和复掺硅灰及粉煤灰后收缩率明显降低;在潮湿状态下,氯氧镁水泥净浆42 d的膨胀率为6898×10-6,单掺稻壳粉水泥的膨胀率比氯氧镁水泥净浆略有提高,单掺粉煤灰、砂和复掺硅灰及粉煤灰的水泥膨胀率均明显降低.     

多因素作用下水泥乳化沥青胶浆性能特征及机理

为揭示多因素作用下水泥乳化沥青胶浆(cement emulsified asphalt mortar, CEA)的水化特征及强度形成机理,选取乳化沥青与水泥质量比m(A)/m(c)、水灰比和养护方式等因素,研究新拌CEA的流动性以及在凝结硬化过程中水泥水化进程、力学性能、水分蒸发速率以及内部孔隙结构的发展规律。结果表明,随着m(A)/m(c)的增加,水泥水化诱导期不断延长,CEA的流动性与内部结构致密性遭到劣化,抗压强度受到不利影响;水灰比的增加虽可以减弱乳化沥青对水泥水化的延缓作用,但高水灰比CEA的内部水分蒸发速率较高,基体内部结构疏松多孔,抗压强度大幅降低;对于低m(A)/m(c)和高水灰比的CEA,可通过裹覆养护降低CEA基体内部水分蒸发速率,进而提升CEA的抗压强度。本研究揭示了多因素作用下水泥乳化沥青胶浆的性能特征及机理,为高性能水泥乳化沥青胶浆的设计提供理论依据。     

超强吸水聚合物在砂浆与混凝土中的应用研究

内养护是解决高性能混凝土自收缩过大的有效措施.试验采用一种具有超强吸水性的聚合物材料(SAP)吸水后对混凝土进行内养护.结果表明,超强吸水聚合物能够显著降低混凝土的自收缩变形.当因水泥水化导致水泥石内部湿度降低而影响水泥水化时,聚合物材料可释放出所蓄水分,为水泥的进一步水化提供水源,延缓水泥的自干燥进程.加入SAP后,混凝土的工作性尤其是保水性能够得到明显改善.混凝土硬化后SAP在混凝土内部留下形状相对规则的封闭孔,这使混凝土强度有一定程度的降低,     

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。     

氧化石墨烯分散液对水泥净浆水化和力学性能 影响机理分析

为研究氧化石墨烯(GO)掺量对水泥净浆水化和力学性能的影响,采用改进Hummers法和超声波分散法制备GO片层分散液,利用傅里叶红外光谱(FTIR)和X-射线衍射(XRD)表征GO;研究了GO掺量对水泥净浆抗压、抗折强度的影响规律,并从微观角度揭示了GO分散液对水泥净浆的调控机理。结果表明:与普通水泥净浆相比,掺入适量的GO能够促进水泥水化进程,提高水泥净浆中的化学水结合量,水化晶体互相缠绕、交织形成规整有序的多面体状微结构,使水泥净浆的早期力学性能显著提高,最佳GO掺量为水泥质量的0.03%。适量的GO能够提高水泥净浆的抗压和抗折强度,促进水泥净浆水化晶体的生长,改变晶体的尺寸和形状,实现对水泥净浆微结构的调控。     

干燥作用对水泥基材料影响的研究

水泥基材料在适宜的环境中养护成熟后其内部多余的自由水分会不断的挥发到空气中,材料也从饱和状态过渡到非饱和状态,其力学性质也相应的发生改变.首先通过物理实验研究水泥基材料在干燥过程中其主要力学性能的发展,然后建立损伤-弹塑性-干燥耦合模型来描述水泥基材料在不同的饱和度下的力学表现.模型计算的结果同实验数据的比较表明:所建立的模型能够很好的反映水泥基材料的力学性能在干燥过程中的变化.