掺固硫灰活性粉末混凝土的制备和性能

进行掺固硫灰活性粉末混凝土(RPC)配合比的正交设计试验,研究了养护制度对掺固硫灰RPC强度和收缩性能的影响以及固硫灰对RPC收缩性能的影响。结果表明:应用固硫灰、硅灰、高效减水剂、中级石英砂、P·O42.5R及湿热养护工艺,可配制出抗折强度26 MPa、抗压强度140 MPa的活性粉末混凝土;湿热养护可促进掺固硫灰RPC的水化,形成较致密的结构,其早期强度比标准养护高30 MPa左右,但高温使早期形成的AFt转变成AFm,故后期的强度有所倒缩;与标准养护相比,湿热养护促进掺固硫灰RPC的早期收缩,降低了其后期干缩,但总体收缩率仍大于标准养护;固硫灰的膨胀性特性可有效改善RPC自收缩大的缺点。     

高性能环保型尾矿砂水泥基复合材料增韧性能研究

针对项目组研发的高性能环保型建材即替代比率达50%的尾矿砂PVA纤维水泥基复合材料,采用立方体抗压实验、薄板四点弯曲实验和薄板拉伸实验,分别测得了该复合材料的抗压强度、弯曲荷载-挠度位移和拉伸应力-应变等特性曲线,获得了该复合材料的弯曲韧性和弯曲强度以及断裂能和抗拉强度。通过实验,研究PVA纤维掺量和水胶比等因素对尾矿砂PVA纤维水泥基复合材料增强和增韧性能的影响。实验结果表明,配合比对尾矿砂PVA纤维增韧水泥基复合材料的力学性能有显著影响;合适的配合比可使该复合材料获得准应变硬化和多裂缝特征,使其具有良好的弯曲韧性和抗拉延性以及较好的抗压强度、弯曲强度和抗拉强度。综合评价了尾矿砂PVA纤维增强水泥基复合材料的强度、韧性及其适用性,为该环保型复合材料的工程应用提供了依据。     

纤维增强活性粉末混凝土高温力学性能的实验研究

研究了钢纤维、聚丙烯纤维和PVA纤维的不同掺量以及纤维复掺在90℃、200℃和400℃高温养护时活性粉末混凝土的力学性能和微观结构.结果表明,200℃高温养护,单掺钢纤维时,RPC的抗折强度与90℃的相近,但抗压强度提高,迭210.2MPa;单掺聚丙烯纤雏时,由于其高温熔解,形成三维网络结构,与RPC融为一体,抗压强度显著提高,当掺量为1.5%(体积分数)时,强度达242.6MPa.纤维复掺时抗折强度与钢纤维相近,但抗压强度有所提高,200℃养护时达265 MPa.400℃养护时,随水胶比降低,强度进一步增大,当水胶比为0.12时,抗压强度达333.4MPa.     

铁尾矿砂再生混凝土的力学及耐久性能研究

以C30混凝土为再生粗骨料，采用铁尾矿砂取代天然河砂，制备出不同铁尾矿砂取代率(0,25%,50%,75%和100%(质量分数))的再生混凝土。研究了不同铁尾矿砂取代率对再生混凝土力学性能、微观形貌、耐久性能的影响。结果表明，随着铁尾矿砂取代率的增加，再生混凝土的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度均表现出先增高后降低的趋势，50%(质量分数)铁尾矿砂取代率的再生混凝土力学性能最佳；掺入适量的铁尾矿砂能够填充再生混凝土骨料之间的裂缝和孔隙，提高再生混凝土的结构致密性，改善混凝土的微观结构；50%(质量分数)铁尾矿砂取代率的再生混凝土在碳化处理28 d后的碳化深度最低为4.1 mm,抗碳化性能最优；冻融循环80次后，50%(质量分数)铁尾矿砂取代率的再生混凝土的相对动弹性模量最大为94.53%,质量损失率最低为-0.11%,抗冻性能最佳。综合可知，当铁尾矿砂的取代率为50%(质量分数)时，可以有效改善再生混凝土的力学性能、微观形貌和耐久性能。     

超高性能混凝土早期600℃抗爆裂性能研究

超高性能混凝土(UHPC)是一种先进的水泥基材料,具有超高强度、韧性和耐久性,已被广泛应用于工程结构中.然而,在高温条件下,UH-PC致密的微观结构和极低的渗透性,使其极易发生爆裂剥落现象,进而影响构件的使用寿命.本工作采用钢纤维(ST)和聚丙烯(PP)纤维混杂的方式研究了UHPC早期力学性能和抗渗性能,并利用X射线衍射仪(XRD)、同步热分析仪(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、压汞(MlP)等测试方法研究了UHPC的早期抗高温爆裂剥落的机理.结果表明,掺加体积分数为0.4％的聚丙烯纤维可以有效抑制UHPC在早期的高温(600℃)爆裂行为;高温加热后,蒸汽养护下的UHPC力学性能比标准养护下的表现更加优异,且相比于高温前,蒸汽养护下的抗压强度和弯曲强度损失量分别为15.1％和30.9％,而标准养护下的抗压强度和弯曲强度损失量分别为18.5％和26.9％;高温后的抗渗性能满足P5等级;蒸汽养护促进了UHPC早期内部水泥水化和矿物掺合料的火山灰反应,生成更多的水化产物,且消耗了更多的游离水;高温加热后的UHPC内部结构中,通过PP纤维熔化留下的孔道和基体中水化产物的收缩、分解引起的孔隙粗化可对水蒸汽进行泄压,从而避免UHPC在早期进行高温后发生爆裂的情况.     

用粉煤灰和铁尾矿制备高强混凝土

以粉煤灰和铁尾矿为主要原料制备高强混凝土,用X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）分析材料的水化产物和微观形貌,研究了铁尾矿掺量、水胶比、高效减水剂用量对高强混凝土力学性能的影响。结果表明,混凝土的抗压强度为100.1 MPa,抗折强度为20.6 MPa,固体废弃物掺量达86.4%;在水化过程中大量C-S-H凝胶和钙矾石的生成为细骨料混凝土提供了早期强度,火山灰活性反应对Ca（OH）₂的消耗是混凝土后期强度持续提高的主要原因。     

基于水泥水化度的混凝土早期力学性能发展预测

实验测量了3个强度等级混凝土(28d抗压强度分别为30MPa,50MPa和80MPa左右)在不同养护条件下典型龄期的P-CMOD曲线,借助断裂力学方法,获得了相应的混凝土开裂强度、抗拉强度和抗弯强度及其随龄期的发展规律,分析了养护条件对混凝土力学性能发展的影响。考虑混凝土内部湿度对水泥水化度的影响,对干燥环境下水泥水化度进行了修正,建立了基于水泥水化度的混凝土开裂强度,抗拉强度和抗弯强度的预测模型。     

铁尾矿砂对泡沫混凝土力学性质和微观结构的影响

采用铁尾矿砂来代替泡沫混凝土中的细骨料,分析不同水灰比、不同铁尾矿砂替代量和不同材料表观密度条件下的铁尾矿泡沫混凝土力学性能的变化规律。结果表明：当铁尾矿替代率为20%时,泡沫混凝土抗压强度和抗折强度均达到最大值;当水灰比在0.40时混凝土的强度达到最大值;而随着表观密度等级的增大,铁尾矿泡沫抗折强度的变化规律呈现稳步增大的趋势,且抗压强度的变化规律则呈现出先快速增大后缓慢增大的趋势。同时,掺加铁尾矿砂和小粒径的铁尾矿的泡沫混凝土可以有效提升泡沫混凝土的抗冻性能。在剪切速率一定时,随着水灰比和铁尾矿替代率的增大,泡沫混凝土剪切应力的变化规律呈现出增大的趋势,表观粘度值的变化规律呈现出减小的趋势。     

早期温湿度条件对柠檬酸改性硫氧镁胶凝材料性能的影响及机理

为了确定柠檬酸改性硫氧镁(CMOs)胶凝材料的早期温湿度稳定性,分别研究了早期养护温湿度对其力学性能及耐水性能的影响,并采用SEM、XRD及TG测试技术对其影响机理进行了分析。结果表明:CMOs早期力学性能和耐水性随着早期养护温度升高先提高后降低,35℃左右其3d抗折强度达到最大值10.4 MPa,3d抗压强度达到最大值68.0 MPa,浸水46d后软化系数达到0.9;而后期力学性能和耐水性则随着早期养护温度的提高有不同程度的降低;结果还发现相同早期养护温度时早期饱水养护大大降低CMOs的力学性能和耐水性。同时微观结构分析表明,早期养护温度的升高可以使CMOs水化反应更充分,结构相对比较致密,从而使其早期力学性能有明显提高,但水化后期CMOs结构稳定性随着早期养护温度的升高而明显降低,从而导致其后期强度有不同程度的降低。     

PVA纤维体积率对PVA-ECC力学性能的影响

使用国产基体材料并利用铁尾矿砂细骨料替代天然砂,掺入长度为12mm的PVA纤维,制备铁尾矿砂细骨料PVA纤维水泥基复合材料(PVA-ECC),并通过实验研究了PVA纤维体积率对PVA-ECC性能的影响。实验结果表明:PVA-ECC的工作性能和基本力学性能稳定,制备工艺满足要求。PVA纤维体积率对提高PVA-ECC抗压强度的作用不明显,体积率在1.6%~2%时,PVA-ECC破坏后的整体性较好,体积率为2%时最佳,但过量的PVA纤维掺入会降低其抗压强度。PVA纤维体积率对PVA-ECC韧性的影响显著,体积率在1.6%~2%时,韧性明显增加,体积率为2%时的效果最佳,其极限荷载和抗弯强度达到峰值,弯曲韧性指标显著增大,试件破坏前出现多缝开裂现象,呈现韧性破坏特征;通过韧性指数法判定PVA-ECC为韧性材料。     

Mechanical properties of reactive powder concrete containing high volumes of ground granulated blast furnace slag

The mechanical properties (flexural strength, compressive strength, toughness and fracture energy) of steel microfiber reinforced reactive powder concrete (RPC) were investigated under different curing conditions (standard, autoclave and steam curing). Portland cement was replaced with ground granulated blast furnace slag (GGBFS) at 20%, 40% and 60%. Sintered bauxite, granite and quartz were used as aggregates in different series. The compressive strength of high volume GGBFS RPC was over 250 MPa after autoclaving. When an external pressure was applied during setting and hardening stages, compressive strength reached up to 400 MPa. The amount of silica fume can be decreased with increasing amount of GGBFS. SEM micrographs revealed the tobermorite after autoclave curing.     

Mechanical performance of low cement reactive powder concrete (LCRPC)

The possibility of producing a reactive powder concrete (RPC) with low cement content was aimed in the scope of this study. Cement was replaced with class-C fly ash (FA) up to 60% for this purpose. Three different curing conditions (standard water curing, autoclave curing and steam curing) were applied to specimens. Two series of RPC composites were prepared with bauxite and granite aggregates. Mechanical properties such as compressive strength, splitting tensile strength, flexural strength and fracture energy of composites were investigated. Test results showed that, compressive strength of 200 MPa can be reached with low cement by using high-volume fly ash. Thermally treated specimens showed compressive strength beyond 250 MPa and high volume fly ash RPC have superior performance. Furthermore, compressive strength values reached up to 400 MPa with external pressure application during setting and hardening stages.     

Mechanical performance of low cement reactive powder concrete (LCRPC)

The possibility of producing a reactive powder concrete (RPC) with low cement content was aimed in the scope of this study. Cement was replaced with class-C fly ash (FA) up to 60% for this purpose. Three different curing conditions (standard water curing, autoclave curing and steam curing) were applied to specimens. Two series of RPC composites were prepared with bauxite and granite aggregates. Mechanical properties such as compressive strength, splitting tensile strength, flexural strength and fracture energy of composites were investigated. Test results showed that, compressive strength of 200 MPa can be reached with low cement by using high-volume fly ash. Thermally treated specimens showed compressive strength beyond 250 MPa and high volume fly ash RPC have superior performance. Furthermore, compressive strength values reached up to 400 MPa with external pressure application during setting and hardening stages.     

氧化石墨烯增强水泥基复合材料的力学性能及微观结构

本文采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯（Graphene oxide,GO）悬浮液,通过FTIR、XRD和AFM等测试技术对GO晶体结构和尺寸形态进行了表征,考察了GO掺量和水灰比的变化对GO增强水泥基复合材料力学性能和微观结构的影响。结果表明：GO增强水泥基复合材料抗折抗压强度随GO掺量增加而先提高后降低,且对于抗折强度增强效果远超过抗压强度,当GO掺量为0.03%时,抗折强度达到最大值13.72 MPa;高水灰比条件下掺入GO对水泥胶砂强度的提高更显著;通过SEM对GO增强水泥基复合材料微观结构进行表征,发现GO能够优化水泥水化产物的微观结构形态,细化晶体尺寸,形成更加致密均匀的网络结构,从而改善水泥基复合材料的宏观性能。     

Rate effects on the mechanical response of magnesium aluminate spinel

The uniaxial compressive, biaxial flexural strength and fracture toughness of a polycrystalline transparent MgAl₂O₄ spinel were characterized over a wide range of loading rates. The flexural tests were carried out by means of ring-on-ring equibiaxial bending, while the fracture toughness was determined by four-point bending on samples with Chevron notch (CN) configuration. The surface crack (SC) method was also attempted in determining the fracture toughness. Quasi-static experiments were conducted on a servohydraulic testing machine, while the high-rate experiments were performed on a modified Kolsky bar. Results showed that both the failure strength and fracture toughness of the spinel were rate sensitive. Edge beveling in sample preparation did not affect the ring-on-ring flexural strength significantly, and the failure initiation sites were found to be inside the loading ring area regardless of edge conditions. Fracture toughness tests following ASTM standard were largely affected by the inherent coarse microstructure of this material.     

钢筋活性粉末混凝土简支梁受弯力学性能试验与计算

活性粉末混凝土（RPC）与普通混凝土（OC）相比，具有超高的强度、高韧性和优异的耐久性，其构件承载力与刚度计算方法必然不同于普通混凝土构件。该文对4根钢筋活性粉末混凝土简支梁开展受弯性能足尺试验，获得了梁的开裂弯矩、极限弯矩及荷载-跨中位移曲线，揭示了RPC简支梁受弯变形特征与破坏模式，推导了钢筋RPC简支梁的开裂弯矩与正截面受弯承载力计算公式。结果表明:钢纤维RPC极限压应变为4394 με~5200 με，开裂应变为690 με~820 με，均远大于普通混凝土；由于添加了钢纤维，公式推导时必须考虑RPC拉区拉应力的影响，推导所得开裂弯矩、正截面受弯承载力及刚度公式计算值与试验值吻合较好，计算公式具有较高的精度，可用于钢筋RPC梁的设计计算。     

铜尾矿制备无石灰加气混凝土的试验研究

为了在综合利用固体废弃物的同时减少煅烧石灰所带来的CO2排放,采用铜尾矿-矿渣-水泥熟料-风积砂原料体系制备压加气混凝土,以富钙、镁的铜尾矿和矿渣代替传统加气混凝土所需的石灰.具体研究了各原料组份对加气混凝土物理力学性能的影响,得到B06级铜尾矿加气混凝土的优化配合比为:铜尾矿、矿渣、风积砂、水泥熟料、石膏的质量分数分别为30%、35%、20%、10%、5%.所制备的B06级蒸压加气混凝土的绝干密度为610.2 kg.m-3,抗压强度为4.0 MPa,达到了《蒸压加气混凝土砌块》(GB 11968—2006)规定的A3.5、B06级加气混凝土合格品的要求.物相分析显示,所制备的加气混凝土中主要结晶相是板状的托贝莫来石、硬石膏、残留的石英以及来自原始铜尾矿中的残留矿物.     

偶联剂KH和聚合物PVA在硫铝酸盐─MDF水泥中的作用机理

以硫铝酸盐水泥为基材，采用有机聚合物ＰＶＡ，并且在ＭＤＦ（Ｍａｃｒｏ—Ｄｅｆｅｃｔ—Ｆｒｅｅ）水泥中添加偶联剂ＫＨ，制备出抗折强度大于１７０ＭＰａ，抗压强度达２４０ＭＰａ的新型ＭＤＦ水泥、同时，借助于Ｘ射线光电子能谱分析（ＸＰＳ），红外光谱分析（ＩＲ）等测试手段研究了偶联剂ＫＨ和聚合物ＰＶＡ在硫铝酸盐－ＭＤＦ水泥中的作用机理