水泥砂浆孔结构分形特征的研究

利用压汞仪测定了不同水灰比及龄期水泥砂浆的孔结构,通过基于热力学关系的分形模型计算得到了水泥砂浆的孔表面积分形维数,并探讨了孔表面积分形维数与微观孔隙率、孔表面积、平均孔径、中值孔径等其他孔结构参数及砂浆强度之间的关系.结果表明:基于热力学关系的分形模型能够很好地表征水泥砂浆孔隙的复杂程度;孔表面积分形维数与微观孔隙率的相关性较差,而与孔表面积、平均孔径、中值孔径以及强度之间有较好的相关关系;随着孔表面积分形维数的增大,平均孔径和中值孔径减小,孔表面积增加,水泥砂浆的抗折强度及抗压强度增加.基于热力学关系的分形模型计算得到的孔表面积分形维数可作为水泥砂浆孔结构特征的综合评价指标,并且分形维数与其宏观力学性能相关性良好.     

石粉含量对机制砂砂浆孔结构特性的影响研究

采用MIP法研究了石粉含量和粉煤灰对机制砂砂浆孔结构的影响,并利用“热力学分形模型”研究了砂浆孔结构分形特性。研究表明:当石粉含量不大于11%时,随石粉含量的增加,砂浆孔隙率、平均孔径等孔结构参数不断减小,孔结构的分形维数不断增大;采用机制砂的砂浆孔结构分形维数显著大于河砂砂浆;孔结构分形维数与砂浆的孔隙率、最可几孔径及平均孔径总体成反比,分形维数可综合反映孔结构的复杂程度;随孔结构分形维数的增加,砂浆的抗压强度和抗折强度呈不断增大的趋势。     

煤矸石砂浆的孔结构与强度的关系

为了研究煤矸石砂浆孔结构特征与力学强度的关系,利用AutoPore IV型材料细孔隙测定仪等仪器分析了不同煤矸石集料及掺量下砂浆的孔结构特征及力学性能变化规律,并探讨了力学强度与分形维数及孔径分布等的关系。研究表明:随着煤矸石集料掺量的增加,煤矸石砂浆的力学性能并没有明显降低;煤矸石砂浆孔结构具有分形特征,在一定条件下,孔分形维数可以评定煤矸石砂浆孔结构特征;煤矸石砂浆强度与孔结构有一定关联关系,随着孔径增大,孔隙率增加,孔分形维数减小,砂浆强度呈递减趋势;小于20 nm的无害孔越多,大于100 nm的大孔越少,煤矸石砂浆的抗压及抗折强度越高。     

酸雨条件下低钙粉煤灰对水泥砂浆强度的影响

按长沙市的酸雨特征,配制了pH值为1．1并含有SO4^2-,Mg^2＋,Ca^2＋,H^＋的模拟酸液;通过干湿交替循环（即在模拟酸液中浸泡1d,再在室内自然干燥1d）加速水泥砂浆试件的腐蚀;研究了低钙粉煤灰对经干湿交替循环加速腐蚀的水泥砂浆试件抗折、抗压强度的影响;对经腐蚀的水泥砂浆试件进行了X射线衍射分析,以探讨其破坏机理．试验研究表明：粉煤灰等量取代水泥质量25％～35％时,经14次干湿交替循环加速腐蚀的水泥砂浆试件的抗折强度低于同等条件下纯水泥砂浆试件的抗折强度,即粉煤灰对水泥砂浆试件在模拟酸液条件下保持其抗折强度不变的能力没有改善作用;经模拟酸液腐蚀后水泥砂浆试件表面粗糙,并伴有剥落现象产生;在pH值较低的模拟酸液作用下,粉煤灰水泥砂浆试件发生破坏主要是因其表面溶蚀及胶凝物质分解所造成的;在模拟酸液作用下,SO4^2-与水泥水化产物作用生成石膏而不是钙矾石．     

矿物掺和料对磷酸镁水泥基修补砂浆强度的影响

试验研究了粉煤灰、超细粉煤灰及硅灰在单掺和复掺条件下对磷酸镁水泥基快速修补砂浆抗压强度、抗折强度及黏结强度的影响,通过X射线衍射(XRD)和环境扫描电镜(ESEM)对磷酸镁水泥砂浆的水化产物与微观形貌进行分析.结果表明:粉煤灰与超细粉煤灰会降低磷酸镁水泥砂浆的抗压、抗折强度,硅灰对砂浆抗压、抗折强度的发展无不利影响;粉煤灰与超细粉煤灰会降低砂浆的早期黏结强度,但可以提高砂浆后期黏结强度的发展速度;硅灰的掺入可以有效提高砂浆的黏结强度.矿物掺和料参与了磷酸镁水泥的水化进程,生成的无定形物质可对磷酸镁水泥砂浆强度进行补偿;矿物掺和料的火山灰活性是改善磷酸镁水泥砂浆黏结强度的重要原因.     

混杂纤维增强水泥砂浆的性能研究

采用芳纶纤维、聚丙烯纤维增强水泥砂浆,研究了纤维单掺及其混杂对砂浆力学性能和收缩性能的影响。结果表明:掺加适量芳纶纤维、聚丙烯纤维明显提高了砂浆的抗折强度,有效降低了砂浆的收缩率,其中混杂纤维对砂浆的作用效果最为明显。芳纶纤维与聚丙烯纤维混杂增强砂浆与空白砂浆相比,其28d抗折强度增大了22.1%,56d收缩率下降了58.2%。利用扫描电子显微镜对砂浆的微观结构进行了观察与分析,探讨了纤维对水泥砂浆的作用机理。     

纳米黏土水泥砂浆开裂性能试验研究

为了研究纳米黏土对水泥基材料抗裂性能的影响规律,分别考虑2种粒径纳米偏高岭土(NMK)和2种粒径纳米凹凸棒石黏土(NMA),利用平板刀口约束试验,研究了纳米黏土水泥砂浆(NCM)早期开裂过程,基于分形理论揭示了NCM表面裂缝的分布特性,给出了NCM最大裂缝宽度的计算方法。研究结果表明:纳米黏土导致水泥砂浆起裂时刻提前16～18 h,NMA试件起裂时刻较NMK试件提前2～4 h,纳米黏土粒径越小,试件起裂时刻越早;然而,纳米黏土有效地抑制了砂浆裂缝的扩展,NCM表面裂缝细而疏,粒径较大NMK、NMA砂浆表面单位开裂面积较普通水泥砂浆试件分别降低99.7%、72.3%(3 d)和78.8%、50.8%(28 d);NCM表面裂缝分布具有分形特征,其表面裂缝分形维数较普通水泥砂浆小,纳米黏土粒径越大,裂缝分形维数越小;建立了裂缝分形维数与NCM弹性模量和收缩拉应力之间的定量关系;与试验结果相比,NCM最大裂缝宽度理论计算值误差不超过11.1%。     

丁苯乳液对聚合物改性贝利特水泥砂浆碳化性能的影响

研究了高温蒸养与碳化协同作用下,丁苯乳液掺量对贝利特水泥砂浆力学性能与孔隙结构的影响规律。研究结果表明：丁苯乳液的掺入增大了贝利特水泥的孔隙率和大孔径比例,使聚合物水泥砂浆的力学性能显著降低。但同时较高的孔隙率和大孔径比例又为CO₂的渗透提供了通道,促进了水泥砂浆的碳化,有效提升了碳化后水泥砂浆的力学性能。丁苯乳液的加入提高了砂浆的折压比,改善了砂浆的韧性;但由于碳化作用对水泥砂浆抗压强度的提升幅度显著大于对抗折强度的提升幅度,使碳化后的折压比降低。     

废旧聚苯颗粒改性水泥砂浆力学性能研究

以废旧聚苯颗粒等体积取代水泥砂浆中的砂子,研究了废旧聚苯颗粒掺量对水泥砂浆静力学性能的影响。结果表明,随聚苯颗粒掺量增加,砂浆流动度先增加后下降,砂浆试样7d、28d抗折抗压强度均呈下降趋势,3d抗折强度先增加后下降,抗压强度下降缓慢;砂浆试样3d、7d、28d抗压强度与密度存在线性关系,且线性关系都比较显著。     

再生细骨料水泥砂浆力学性能试验研究

研究了不同再生细骨料掺量(0、30%、60%、100%)、不同细骨料预湿时间(0、0.5、1、24 h)下,水泥砂浆经时流动度及抗折、抗压强度的变化规律。试验结果表明:新拌砂浆的工作性随着再生细骨料掺量以及细骨料预湿时间的增大而降低;再生细骨料降低了砂浆的抗压强度。但随着养护龄期的增加,掺加再生细骨料的砂浆后期强度增长稍快。56 d龄期时,砂浆的抗压强度超过75 MPa。再生细骨料砂浆56 d抗折强度在12.84～13.81 MPa之间,与纯水泥砂浆相差不大。通过回归分析,提出再生骨料砂浆抗压强度和抗折强度之间的关系。     

混杂纤维混合物砂浆力学性能分析

通过混杂玻璃纤维和聚丙烯纤维,试验研究了混杂纤维增强水泥砂浆的抗压、抗折及压折比性能,结果表明,添加纤维可增强砂浆抗折强度;三个纤维掺量中,2%玻璃纤维掺量的抗折强度最高,并可减小砂浆压折比,较不掺纤维的水泥砂浆表现出一定的优势。     

不同聚灰比及不同掺量粉煤灰对砂浆性能的影响研究

主要开展28d养护龄期下不同粉煤灰掺量、不同养护龄期（3d、7d、28d）及不同聚灰比对砂浆抗压强度、抗折强度及氯离子渗透系数影响规律的研究。结果表明：高强水泥砂浆的28d养护龄期下抗折及抗压强度与粉煤灰掺量呈现先近似正向相关后下降的相关关系,氯离子渗透系数与粉煤灰掺量呈现先近似负向相关后上升的相关关系;当粉煤灰掺量达到15%时,水泥砂浆的力学性能及耐久性能达到最优。高强水泥砂浆的抗折及抗压强度与聚灰比呈现先近似正向相关后下降的相关关系,氯离子渗透系数与聚灰比呈现先近似负向相关后上升的相关关系;当聚灰比达到4%时,高强水泥砂浆的抗折及抗压强度达到最高。高强水泥砂浆的抗压及抗折强度与养护龄期呈现正相关关系,且养护初期,水泥砂浆的抗压及抗折强度提升更为显著。粉煤灰掺量及聚灰比的增加对于水泥砂浆的抗压强度提升效果更为显著。     

基于分形理论的水泥砂浆强度预测模型

测试了多组配合比砂浆不同龄期的强度及孔隙结构,引入基于热力学关系的分形模型计算得到了砂浆的孔表面积分形维数。利用统计学方法,探讨了孔隙量参数和孔径分布参数与砂浆抗压强度的定量关系,建立了同时考虑孔隙量和孔径分布的强度预测模型,采用该模型对多组配合比混凝土的抗压强度进行预测。结果表明,预测强度接近室内试验实测强度。     

玄武岩纤维增强磷酸镁水泥砂浆力学性能试验研究

以磷酸镁水泥砂浆3 d、7 d和28 d的抗压、抗折和拉伸黏结强度为评判指标,研究了玄武岩纤维对磷酸镁水泥砂浆力学性能的影响,建立了声波纵波脉冲速度与抗压强度的理论关系式。结果表明,掺量不超过2 kg/m^3的玄武岩短切纤维有助于提高砂浆的抗压强度;短切玄武岩纤维的掺入可以显著增强砂浆的抗折强度,建议掺量为3~5.5 kg/m^3;砂浆的拉伸黏结强度会随纤维掺量的增加而提高,建议掺量为5~6 kg/m^3;纵波波速可以用于测定磷酸镁水泥修补砂浆的抗压强度。     

酸雨侵蚀对水泥砂浆力学性能的影响

研究了不同水胶比、不同胶凝材料的水泥砂浆受酸雨侵蚀后的力学性能变化。结果表明:在酸雨侵蚀条件下,砂浆抗压强度和抗折强度呈现先快速增长,而后迅速降低的趋势,且水灰比越小,强度增长和下降速度越快;粉煤灰掺量越高,56 d以前强度增长越快,56 d以后强度下降速度越缓慢;28 d前掺矿粉砂浆在酸雨中的抗压强度增长幅度高于未掺加矿粉的基准砂浆,且矿渣掺量越高砂浆抗压强度越高,矿粉对砂浆抗折强度的作用相对较小。     

掺合料对水泥砂浆抗折性能的影响北大核心

研究了偏高岭土、粉煤灰、矿粉、硅灰等矿物掺合料种类以及掺入方式对水泥砂浆抗折性能的影响规律,采用XRD分析了硬化水泥浆体的水化产物。结果表明:单掺情况下,偏高岭土对水泥砂浆抗折强度的增强作用最明显,掺量为15%时,28、56 d水泥砂浆抗折强度分别提高了12.2%、36.1%;复掺情况下,偏高领土与粉煤灰和矿粉复掺的效果最好,28、56 d水泥砂浆抗折强度分别提高了16.4%、28.6%。掺入不同矿物掺合料时,水泥水化产物种类无明显区别,主要晶相组成为Ca(OH)_2、AFt;偏高岭土-矿粉-粉煤灰复掺,复合效应显现,提高了水化产物中钙矾石生成量,降低了水泥水化析出的Ca(OH)_2含量,能显著提高水泥砂浆的抗折强度。     

掺合料对水泥砂浆抗折性能的影响

研究了偏高岭土、粉煤灰、矿粉、硅灰等矿物掺合料种类以及掺入方式对水泥砂浆抗折性能的影响规律,采用XRD分析了硬化水泥浆体的水化产物。结果表明:单掺情况下,偏高岭土对水泥砂浆抗折强度的增强作用最明显,掺量为15%时,28、56 d水泥砂浆抗折强度分别提高了12.2%、36.1%;复掺情况下,偏高领土与粉煤灰和矿粉复掺的效果最好,28、56 d水泥砂浆抗折强度分别提高了16.4%、28.6%。掺入不同矿物掺合料时,水泥水化产物种类无明显区别,主要晶相组成为Ca(OH)_2、AFt;偏高岭土-矿粉-粉煤灰复掺,复合效应显现,提高了水化产物中钙矾石生成量,降低了水泥水化析出的Ca(OH)_2含量,能显著提高水泥砂浆的抗折强度。     

苯丙乳液改性水泥砂浆的性能研究

针对水泥混凝土路面裂缝问题,用快硬硫铝酸盐水泥、苯丙乳液及适量外加剂研制了一种新型道路修补材料。研究了苯丙乳液对水泥砂浆的改性效果,结果表明:当聚灰比为15%～20%时,与空白试样相比,改性砂浆28d抗折强度提高了39.00%～48.23%,28d弯折粘结强度提高了45.01%～49.60%,且收缩率较小。同时用扫描电镜、能谱分析仪及压汞仪对改性砂浆的微观结构和孔径分布进行了观测和分析,探讨了苯丙乳液对水泥砂浆的改性机理。     

压力成型对砂浆孔结构、强度及分形维数的影响

采用压汞法测试了不同初始加压时间水泥砂浆的孔结构参数，并计算孔分形维数，研究了初始加压时间与抗压强度、孔结构、孔分形维数之间的关系。结果表明：初始加压时间对砂浆孔隙率和抗压强度的影响显著，加压时间过早或过晚均不利于砂浆抗压强度的发展，初始加压时间宜为养护2.5 h左右；压力成型下砂浆的孔结构具有明显的分形特征，孔分形维数范围为3.0～3.2，孔分形维数与孔隙率存在良好的相关性，能够在一定程度上反映水泥基材料宏观性能的优劣。     

钢渣对赤泥复合硅酸盐水泥砂浆强度及放射性的影响研究

用钢渣取代砂来进行赤泥复合硅酸盐水泥砂浆放射性的屏蔽,研究了钢渣的细度与掺量对赤泥复合硅酸盐水泥水泥砂浆水化28 d强度和放射性的影响。结果显示:利用钢渣来取代砂可以有效屏蔽赤泥复合硅酸盐水泥砂浆的放射性,但会引起砂浆28 d抗压和抗折强度的降低;用于取代的钢渣粒度不变时,钢渣掺量越多,放射性屏蔽效果越好;用于取代的钢渣掺量相同时,钢渣粒度越小,放射性屏蔽效果越好;用80~500μm的钢渣取代砂量达到20%时,所得砂浆的放射性屏蔽率高达18.2%,此时砂浆的28 d抗压强度为42.5 MPa,28 d抗折强度为7.2 MPa。