PVA纤维-纳米SiO2对混凝土抗疲劳性能的影响及机理分析

为研究PVA纤维和纳米SiO₂的掺入对混凝土抗疲劳性能的影响，设计了单掺PVA纤维(P组)、单掺纳米SiO₂(S组)和混掺PVA纤维与纳米SiO₂(SP组)3组试件，对其展开疲劳后的单轴压缩试验，以经历疲劳荷载后混凝土试件的相对动弹性模量和抗压强度，作为分析评价不同掺料方式对混凝土疲劳性能影响的评价指标，并利用SEM电镜扫描试验研究了掺合料的微观作用机理。结果表明：3组混凝土较普通混凝土在抗疲劳性能上都有明显的提升，S组在提高混凝土强度方面表现最为明显；而SP组能够更有效地抑制混凝土内部劣化损伤的发展。从作用机理上来讲，PVA纤维是通过提高混凝土各单元间的抗拉能力，有效降低了混凝土在疲劳荷载作用下的损伤破坏，相当于延长了混凝土的破坏过程；而纳米SiO₂则是通过参与反应生成C-S-H(水化硅酸钙)凝胶填充混凝土薄弱区，提高了混凝土的抗压强度，相当于提高了混凝土在疲劳荷载作用下的破坏起点。研究成果对混凝土结构抗疲劳设计有参考价值。     

微米和纳米Al2O3对水泥基材料力学与耐久性的影响

为了明确微米和纳米Al₂O₃对水泥基材料力学性能与耐久性的改性作用,采用细度分别为1 μm和10 nm的Al₂O₃替代水泥,制备低水胶比水泥基材料。通过宏观和微观测试手段,分析微米和纳米Al₂O₃对水泥基材料力学性能与耐久性的影响规律,并探析其作用机理。试验表明:掺量为0.5%~4.0%的微米Al₂O₃和纳米Al₂O₃能增强水泥基材料的力学性能,降低其干燥收缩;0.5%~2.0%微米Al₂O₃和0.5%~4.0%纳米Al₂O₃能降低水泥基材料的渗透系数,但4.0%微米Al₂O₃会增大水泥基材料的渗透系数。相对而言,纳米Al₂O₃对水泥基材料的改性作用优于微米Al₂O₃。电镜扫描和文献研究结果发现,纳米Al₂O₃和微米Al₂O₃在水泥基材料水化、硬化过程中发挥尺寸效应、填充效应和表面活性效应,进而达到增强水泥基材料的力学性能和耐久性的目的。研究成果为水泥基材料的改性提供试验基础。     

K2O/Na2O对不同水泥基材料早期收缩及开裂的影响

通过外掺Na₂SO₄和K₂SO₄将低热硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥总碱含量调节至1.2%,并使K₂O/Na₂O (质量比)控制在0.4~13.7范围内,探讨了K₂O/Na₂O对3种水泥基材料收缩和开裂的影响。并基于微量热技术、电子显微镜技术和能谱技术,揭示了K₂O/Na₂O对不同水泥基材料收缩和开裂的影响机制。研究表明,随K₂O/Na₂O的增加,低热硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的自收缩和干燥收缩增加,中热硅酸盐水泥的自收缩和干燥收缩先降低后增加,而不同水泥基材料开裂敏感性始终表现为增加。K₂O/Na₂O引起不同收缩特性的主要原因与水泥基材料水化进程有关,而不同的开裂敏感性,除与收缩性能相关外,还受水泥基材料水化产物水化硅酸钙(C-S-H)、氢氧化钙(CH)形貌及界面过渡区(ITZ)元素富集的影响。     

磷酸盐和氟盐对水泥凝结特性的影响及作用机理

为揭示磷酸盐与氟盐延缓水泥水化的作用机理,向硅酸盐水泥中分别掺入易溶性和难溶性的磷酸盐和氟盐,利用XRD、微量热仪等微观测试手段,研究了不同胶凝体系的凝结特性和水化特性。试验结果表明,P₂O₅与氟当量掺量在0.5%~1.5%范围内时,易溶性的Na₂HPO₄,Na₃PO₄与难溶性的CaF₂会显著延缓水泥的凝结时间,而难溶性的CaHPO₄,Ca₃(PO₄)₂与易溶性的NaF则不会产生明显的缓凝,甚至还会出现速凝。微观测试表明,易溶性的Na₂HPO₄,Na₃PO₄和难溶性的CaF₂是通过延长水泥的水化诱导期导致凝结时间延长。其中,Na₂HPO₄,Na₃PO₄主要通过降低液相pH值、形成铝相水化产物以及硅酸盐固溶体等多重效应叠加,CaF₂则是通过与水泥颗粒表面水化产物的H⁺形成氢键产生的吸附效应,延缓水泥的水化。     

多层氧化石墨烯复合水泥砂浆的导热性能与孔结构研究

通过研究多层氧化石墨烯对水泥砂浆导热性能、孔结构以及微观结构的影响,利用数据拟合分析了复合砂浆内部层间孔与导热系数之间的关系。结果表明：掺入GO可明显提升水泥砂浆的导热系数,并且随GO掺量增加,砂浆的导热系数呈现出先增大后减小的变化规律;GO的掺入还可以显著降低砂浆的孔隙率,并优化内部孔结构分布。结合SEM试验的内部微观图像,发现GO在砂浆内部存在纳米核效应和填充、桥连作用可以促进水化反应,但是掺量过大时易发生团聚致使GO的功能发挥受限。通过试验数据拟合发现,复合砂浆的导热系数和层间孔存在较为良好的指数型关系,R²可达0.98以上。     

纤维水泥砂浆温降收缩有限元分析

目前对纤维水泥基材料的试验研究多集中于材料强度和干燥收缩变形上,而对温降条件下的收缩变形研究较少。利用ANSYS软件对纤维水泥砂浆均匀温降时位移场展开有限元分析,进而研究了水泥砂浆分别在聚丙烯纤维和钢纤维约束下的收缩变形情况。结果表明,掺入纤维材料可有效减小水泥砂浆在温降时的收缩变形,是一种有效的水泥基材料温差补偿性抗裂手段;纤维弹性模量越高、间距越小,对水泥基材收缩变形的约束越大。     

水泥-石灰石基胶凝材料抗硫酸盐侵蚀机理研究

往水泥基胶凝材料中掺入石灰石粉虽可有效提高其早期强度和抗渗性,但同时会带来硫酸盐侵蚀问题。将掺有石灰石粉的水泥胶砂试件放入5%的Na2SO4溶液中进行长期浸泡腐蚀,然后测试试件强度,并对其进行XRD分析和SEM观察。研究结果表明:在硫酸盐侵蚀下,试件中生成石膏晶体造成试件劣化;侵蚀反应还造成碳铝酸钙水化产物的分解,促使试件腐蚀破坏;石膏膨胀和水化产物分解的共同作用是造成掺石灰石粉水泥基胶凝材料破坏的主要原因。     

水工黏土基胶凝材料力学性能试验

为研制水工用黏土基胶凝材料,以航道护岸黏性弃土为主要原料,以试件抗压强度、劈裂抗拉强度及水稳定性作为控制指标,进行了水泥、石膏、矿粉等无机结合料掺量对黏土基胶凝材料力学性能影响的试验研究,并采用扫描电子显微镜分析试件的微观结构。结果表明:在黏性弃土、水泥、矿粉、石膏及石灰掺量分别为65%、18%、10%、2%和5%时,可获得28 d抗压强度达25.6 MPa、浸水强度达24.1 MPa、劈裂抗拉强度达2.5 MPa的黏土基胶凝材料;在不同的水化龄期,黏土基胶凝材料均生成了C-S-H凝胶等水泥基胶凝物质,这些产物相互交织、紧密结合,有效提高了材料的力学性能;该黏土基胶凝材料强度高、水稳定性好,可满足水运工程应用要求。     

秸秆纤维增强水泥基复合材料研究进展

秸秆纤维增强水泥基复合材料是一种利用秸秆纤维掺入水泥基材料而制成的复合材料，具有保温抗裂抗冲击等特性的同时也具有绿色环保的经济效益。通过分析与综述国内外秸秆纤维增强水泥基复合材料的制备技术、力学性能、耐久性能和保温性能的研究进展，总结了秸秆纤维增强水泥基复合材料作为一种经济环保新材料的诸多优点，并对未来进一步的研究及推广应用提出相关建议。     

纤维素纤维对砂浆干缩性能的影响

水泥基材料极易干缩开裂,因此一般在水泥基体中掺入纤维来限制其干缩。为研究纤维素纤维对水泥基材料干缩性能的影响,现通过对比不同水胶比及纤维素纤维掺量下水泥砂浆的干缩性能,分析了纤维掺量对水泥砂浆干缩性能的影响规律,探讨了纤维素纤维改善水泥砂浆抗干缩性能的机理,并与聚丙烯纤维进行对比分析,确定干缩变形较小的纤维种类与合理掺量。试验结果表明:纤维砂浆的干缩值随水灰比的增大而增大,纤维砂浆的干缩随龄期的变化呈指数关系;纤维素纤维的掺入显著降低了水泥砂浆早期干缩的变化速率,大大减少了砂浆的硬化后期干缩值,并且砂浆干缩值随着纤维素纤维掺量的增加而降低;纤维素纤维的经济掺量为1.1kg/m3。     

煅烧渣土-白云石对水泥砂浆强度和膨胀性能的影响

采用渣土对白云石进行煅烧改性,研究了煅烧渣土-白云石对水泥砂浆强度和膨胀性能的影响规律,并采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪研究了掺煅烧渣土-白云石水泥的水化产物性能.结果表明:煅烧渣土-白云石可生成β-C2S和C12A7,且随着煅烧温度的提高,β-C2S和C12A7的含量增加;煅烧渣土-白云石能够有效促进复合水...     

新型低温早强剂的制备与性能研究

传统早强组分已不能满足绿色、高性能混凝土的要求，其长龄期力学性能和耐久性能堪忧，且现有早强剂的低温(尤其是5 ℃)早强性能有限，低温下作用机理及其对混凝土耐久性影响的研究比较缺乏。以无机盐CB，LB，三异丙醇胺和纳米SiO₂四组分制备无碱、无氯、不含SO₄2-的低温早强剂，并研究5 ℃低温下早强剂的性能、适应性。结果表明:配比为0.50% CB+1.00% TIPA+0.20% nano-SiO₂+0.30% LB的低温早强剂可靠性高，其中CB和LB为关键组分，对砂浆各龄期强度提高均起重要作用，TIPA对3 d后强度提高作用显著，而nano-SiO₂对7 d后强度提高作用明显。5 ℃下，掺低温早强剂砂浆1，3，7和28 d强度较对比样分别提高376%，98%，72%和18%，砂浆3 d后各龄期强度已超对比样20 ℃养护下强度。低温早强剂对不同种类水泥、温度的适应性良好。     

改性粉煤灰对改善高铁相水泥砂浆性能的研究

为了进一步提升海洋工程中所用水泥基材料的抗海水侵蚀能力,提出在粉煤灰表面接枝憎水性油酸小分子,与一种新型高铁相水泥（C4AF≥18%,C3S≤50%）进行复合,制备改性水泥砂浆以提高砂浆基体的憎水性,从而改善砂浆的抗渗性能。研究结果表明：① 若油酸改性粉煤灰的比例超过3%,水泥砂浆的力学性能会明显降低,但是其抗渗性能得到较大提升。这是由于离子在混凝土中的渗透是以水为介质,利用油酸改性后的粉煤灰在砂浆中均匀分布,使得基体具有良好的憎水性,因此砂浆整体的抗氯离子渗透性能得以提升。② 选择蒸汽养护的方式能使高铁相水泥砂浆的早期强度得到提升。这是由于环境温度升高加快了水化反应速率,有利于促进水化反应进程,提高砂浆早期强度,而水化反应加快也会促进氢氧化钙的产生,使粉煤灰的二次火山灰反应提前,因此空白组砂浆的28 d强度较有所提升。     

喀浪古尔水利枢纽引水泄洪洞混凝土缺陷修补

介绍丙乳砂浆、聚硫密封膏、堵漏剂、聚氨酯灌浆材料、硅粉抗磨蚀剂、环氧灌浆材料等修补材料的主要性能 .针对新疆喀浪古尔水利枢纽引水泄洪洞混凝土存在的渗漏、裂缝、蜂窝、狗洞、麻面、错台等缺陷 ,提出采用上述材料进行相应缺陷修补的方案 .经修补后的引水泄洪洞混凝土衬砌内在强度明显提高 ,硅粉砂浆 2 8d平均抗压强度达到 48.6MPa,抗折强度达到 1 1 .8MPa;丙乳砂浆 2 8d平均抗压强度达到 3 9MPa ;混凝土衬砌抗磨蚀性能及表观状况也得到大幅度改善     

碾压混凝土中粉煤灰对胶砂性能影响研究

结合广西百色水利枢纽工程拟用材料特性，经长龄期试验，就粉煤灰掺量、品种的变化对碾压混凝土（RCC）的净浆性能、胶砂强度性能、脆性性质、水化热性能、胶砂干缩性能及RCC凝结时间的影响进行分析，并得出粉煤灰与胶砂性能、胶硝性能与龄期的相关关系，成果为碾压混凝土工程使用粉煤灰提供重要参考依据。     

一种适合混凝土水下修复的新型环氧砂浆

水工混凝土建筑物由于运行环境的复杂性,普遍存在水下开裂破损等病险。为不影响建筑物运行,尽可能选择在水下修复,其关键是选择适宜的修复材料。为此研发了一种适合水下混凝土修复的新型环氧砂浆,并通过试验研究了其主要力学性能及主要影响因素。试验结果表明:新型环氧砂浆3 d无侧限抗压强度达到60 MPa以上;当胶固比为1∶2.5时,水下浇筑的环氧砂浆黏接强度最大,超过了3.0 MPa;当胶固比为1∶3.5时,环氧砂浆的抗冲磨强度(水下钢球法)最大,达到847.800 h/(kg/m²)。性能测试及实际工程应用表明:新型环氧砂浆具有抗压强度高、水下黏接(与混凝土)强度大、抗冲磨效果好等特点,能够与旧混凝土协调工作。在具体工程中,可根据不同的病险类型,选择适宜的胶固比及有关施工参数。     

低热水泥胶凝体系力学及热学综合性能评价

为了对低热硅酸盐水泥胶凝体系力学和热学综合性能进行评价,从而为低热水泥在大体积混凝土中的应用提供参考,以胶凝材料不同龄期抗压强度、抗折强度和水化热为指标,通过限定上限/下限线性计算规则建立评价目标函数,计算不同矿物掺合料下的低热水泥胶凝体系综合性能满意度,并绘制满意度等值线图。研究结果表明:低热水泥胶凝体系综合性能满意度等值线分布可以近似看作系列同心椭圆线;粉煤灰掺量在区间、矿渣粉掺量在区间范围内其综合性能满意度较高,具备较好的早强低热性能。该性能评价函数以及满意度等值线图的联合运用,为复合胶凝材料体系力学及热学综合性能评价提供了新的思路。     

铝酸盐水泥对粉煤灰基地聚合物性能影响探究

为探讨铝酸盐水泥对粉煤灰基地聚合物性能的影响规律,用掺量分别为0、2%、4%、8%和12%铝酸盐水泥代替粉煤灰,运用SEM、XRD、FTIR与TG等测试方法,对复掺铝酸盐水泥的地聚合物进行微观机理探究;开展流动度试验、凝结时间与抗压强度试验,对复掺铝酸盐水泥的地聚合物进行宏观性能分析。结果表明,当铝酸盐水泥掺量从0增长到12%的过程中,C-S-H凝胶含量从2.16%增长到8.10%,富铝凝胶含量从55.22%增长到74.60%,增大铝酸盐水泥掺量,流动度从22.4 cm降低到21.5 cm,初凝时间从622 min减小到106 min,终凝时间从740 min减小到125 min,抗压强度从27.7 MPa增长到70.78 MPa。因此,复掺铝酸盐水泥有利于生成更多的C-S-H凝胶和富铝凝胶,C-S-H凝胶具有更大的生成速率,降低了地聚合物工作性能,增大了地聚合物抗压强度,丰富了地聚合物性能的提高方法。     

低活性矿渣内养护水泥砂浆自收缩与孔结构分析

采用预吸水饱和状态的低活性矿渣作为内养护材料部分替代砂,研究不同低活性矿渣掺量内养护砂浆的力学性能与自收缩变化规律,并通过MIP、SEM和XRD测试结果探讨了低活性矿渣内养护砂浆的微观机理。结果表明:不同低活性矿渣掺量砂浆试样在标准养护与密封养护条件下抗压强度发展规律相似,即随着低活性矿渣掺量的增加,砂浆早期强度下降幅度较大,但随着龄期的延长,砂浆后期强度降低幅度小于早期降低幅度;并且低活性矿渣能有效抑制浆体各阶段的自收缩,尤其在快速收缩阶段和短暂膨胀阶段作用最为明显;低活性矿渣内养护作用下,虽增加了浆体的孔隙率,但有效降低了平均孔径,改善了各类型孔的分布比例,细化孔隙结构;内养护作用使浆体水化产物C-S-H凝胶增多,Ca(OH)₂被消耗,界面过渡区薄弱结构得到显著改善。