水泥基材料界面过渡区（ITZ）结构属性与界面干扰的试验研究

总结与归纳了国内外近20年以来有关水泥混凝土界面过渡区(ITZ)的最新研究成果,并进一步阐述了ITZ形成机制与生成特点,提出了在水泥水化反应的早期微生成物具有大晶体优先(PBC)、大界面着床(CAI)与晶体外扩(CE)等三大属性。为了达到改善水泥基复合材料性能的目的,针对ITZ微环境,提出了表面能干扰和键能控制两大机理。首次提出了氢键能与反氢键能概念来阐述对水分子的干扰机理,通过抑制CH与AFt晶体优先生长与晶体着床属性,来削弱其生长发育,在空间和时间上使之有更多的C-S-H凝胶物质生成。研究试验中采用烷烃类非极性基团因子,并借助硅氧键Si-O,对集料表面进行修饰,形成低表面势能,使之产生干扰效应,从而实现阻滞或消除ITZ微环境的形成。通过对水泥砂浆试件的实验结果表明:干扰砂浆与普通砂浆相比,28d抗压强度提高了67%,28d抗折强度(替代法)提高了11%,干扰砂浆试件的吸水率降低了75%左右。根据干扰实验研究成果,对于水泥基材料的几个相关问题与概念提出了新的认识。     

老混凝土中骨料-水泥界面过渡区(ITZ)(Ⅰ)——元素与化合物在ITZ的富集现象

利用扫描电子显微镜（SEM）、电子探针（EPXM）和电子能谱（EDXA）对骨料颗粒和水泥浆体界面过渡区（ITZ）进行了研究，研究的重点是老混凝土中骨料－水泥界面过渡区的微观结构特征和成份分布，结果表明，老混凝土由于在成熟度高，其ITZ中水化物十分丰富，密实度高。ITZ内部和外部的水化产物组成存在一定的差别，表现在Ca,K和Fe等元素富集于ITZ，而Si元素在此区域的含量相对较低，对于特定的元素或物质在ITZ中的富集现象的研究，有助于提高对混凝土材料稳定性的认识。     

老混凝土中骨料-水泥界面过渡区(ITZ)(Ⅱ)——元素在界面区的分布特征

利用电子探针（EPXM）对骨科颗粒和水泥浆体界面过渡区（ITZ）进行了研究，研究的重点是化学元素在ITZ附近的分布情况，试验结果表明：Ca、K和Fe有不同程度地集中于界面过渡区的趋势，而Si的浓度在界面处相对比较低，但随着远离界面其浓度逐渐升高。Mg、Al等元素在ITZ的局部出现，且有不连续分布的特点。通过对老混凝土中ITZ元素分布的分析，可以部分地了解混凝土内部所发生的离子和物质迁移，骨科和水泥浆体之间发生的化学反应，从而为评估混凝土的化学稳定性乃至其耐久性提供依据。     

水泥混凝土浆体-集料界面过渡区结构与性能试验技术

水泥混凝土浆体—集料界面过渡区结构与性能影响混凝土的整体性能,其试验技术的合理采用关系到对其结构与性能的正确测试与评价.针对水泥混凝土浆体—集料界面过渡区结构与性能特点及其对混凝土整体性能影响,论述了当前国内外有关其研究的试验技术.界面过渡区结构试验技术包括宏观技术、微观技术和模拟技术;性能试验技术集中于力学性能和耐久性能两方面;而界面过渡区力学性能和耐久性能试验技术亦是当前界面过渡区对混凝土性能影响试验技术的焦点;最后指出当前试验技术存在的问题,提出新试验技术发展的重点.     

磷酸盐水泥界面过渡区研究

磷酸镁水泥(MPC)是一种新型胶凝材料,常用作快速修补材料,并取得了良好的效果,但关于磷酸镁水泥的界面过渡区的研究目前却十分缺乏。采用XRD、SEM以及EDX等方法对磷酸镁水泥与抛光大理石界面处的物相、微观形貌进行了分析,同时也对界面过渡区的各元素分布进行了测试,对磷酸镁水泥的界面过渡区进行了分析。实验结果表明,磷酸镁水泥在界面处与内部的水化产物晶体生长状况均良好,界面过渡区晶体生长状况与内部差别不大,在加水拌合1h后有大量生长状况良好的水化产物晶体形成,随着龄期的增加,晶体会逐渐增大、增多,晶粒形状也会发生一定变化,结合EDX分析界面过渡区元素变化情况可知,在界面处有大量的Mg及P元素分布,但在距离界面70μm后分布才有一定规律。     

考虑界面过渡区及集料因素的水泥基材料碳化模型

集料和界面过渡区对水泥基材料抗碳化性能有显著影响。基于Fick第二定律,提出一种考虑集料和界面过渡区影响的CO₂扩散模型,模型中首次引入界面过渡区的扩散系数并给出相应参数的计算方法,并基于质量守恒定律给出CO₂反应模型,利用该模型研究荷载作用下C30和C50混凝土中CO₂的浓度分布。结果表明,考虑集料和界面过渡区影响能更准确地计算CO₂在水泥基材料中的扩散系数及碳化深度值。通过与文献中的试验数据进行比较,进一步验证了理论模型的可靠性。模型将集料和界面过渡区作为评价混凝土耐久性的重要因素,为钢筋混凝土结构的设计和寿命预测提供依据。     

水泥基复合材料界面过渡区体积分数的定量计算

为了计算水泥基复合材料的界面过渡区体积分数,采用最邻近表面分布函数和骨料比表面积2种方法,结合实际骨料的筛分曲线,给出了界面过渡区体积分数定量关系式．结果表明：单位体积水泥基复合材料中,当骨料的体积分数〈0．5,界面厚度〈50μm时,2种方法计算的误差约为10％;界面区厚度越小,2种方法计算的误差也越小．     

再生混凝土ITZ结构与性质的研究

采取降低水灰比 ,掺入适量粉煤灰、高效减水剂和对再生集料表面进行处理等措施 ,通过 SEM研究了再生混凝土界面过渡区 (ITZ)的结构与性质。试验结果显示 :降低水胶比 ,掺入 2 0 %的粉煤灰和 2 .5 %高效减水剂 (对水泥 ) ,可使再生混凝土 ITZ结合更加紧密 ,抗压强度得以提高。在同样条件下 ,采用 1% PVA溶液处理过的再生集料 ,有利于提高新拌再生混凝土的流动性 ,同时 ,硬化混凝土的强度也有所提高     

水泥混凝土桥面铺装界面联结材料试验研究

长期以来,水泥混凝土桥面铺装界面联结材料研究一直困扰着桥面铺装施工技术人员和养护部门.本文通过大量试验分析出了常用水泥混凝土桥面铺装界面联结材料(改性乳化沥青、改性沥青和溶剂型粘接剂3种材料)的抗剪能力和它们的最佳用量指标,从而为桥面铺装界面联结材料选取和施工提供了一定科学建议.     

活性矿物掺合料对超高性能水泥基材料的影响

通过复掺粉煤灰和硅灰,制备一种抗压强度超过200 MPa的超高性能水泥基复合材料(UHPCC),采用扫描电镜、微区能谱分析、X射线衍射、汞压入法和差示扫描量热分析等现代测试手段,研究了活性矿物掺合料对UHPCC微观结构及性能的影响.实验结果表明,UHPCC水泥石主要以低mCa/mSi、结构致密的C-S-H凝胶和许多未水化颗粒组成;活性矿物掺合料的火山灰效应使水泥浆体与集料间界面过渡区得以改善;矿物掺合料的微集料效应使体系颗粒级配优化,致使基体内部结构致密,总孔隙率减小,孔尺寸得到细化,孔结构得以优化,材料性能得以提高.     

等效参数替换法构建混凝土界面过渡区的数值模型研究

混凝土界面过渡区的厚度在微米级范围,为了达到界面相超薄体在混凝土细观仿真模拟中应用的目的,对混凝土三维三相模型进行五面体和四面体网格的混合划分,以四、五面体相同的力学传递结果为依据,替换有限元模型HJC本构关系的计算参数。结果表明,混合划分等效模型与全四面体划分模型的有限元计算结果一致,混合网格建模是可行的。在不同冲击速度下进行Ansys/LS-DYNA有限元数值仿真,采用微米级厚度界面相等效参数替换方法得到的数值模拟破坏模式和应力-应变曲线结果与试验结果拟合良好。     

超低离子渗透性水泥基材料的性能与微观结构

采用显微硬度、MIP、SEM—EDXA研究了超低离子渗透性水泥基材料（Ultra Low Ion Permeability Cementitious Materials,简称ULIPCM）的微观结构,同时研究了UI。IPCM的宏观性能。结果表明：ULIPCM的28d抗压强度≥80MPa,抗折强度≥11．0MPa,弹性模量在38．0～42．0GPa之间;Cl^-扩散系数≤0．8×10^-13m^2·s^-1,6h导电量≤300C;抗硫酸盐侵蚀性能较好;28d收缩值可控制在400×10“以内。UI．IPCM的集料与水泥石界面过渡区的微观结构和性能得到了显著改善,有利于提高其力学性能和抗渗性能。ULIPCM的集料与水泥石界面过渡区由普通混凝土的60～100μm细化为30μm以下,有效阻断了侵蚀性介质的渗入通道;ULIPCM的孔隙率、最可几孔径等孔结构参数均得到了优化,显著改善了其孔结构;ULIPCM的集料与水泥石界面过渡区中的CH晶体较少,且CH晶体的取向性差。     

聚合物—水泥界面粘结层的结构分析

本文采用解粘实验方法和高效液相色谱检测技术,对聚合物水泥基复合材料中几种聚合物与高铝水泥间的复合界面层进行了组成和结构分析;讨论了不同粘结力在界面层中的作用形式及其对材料设计和复合性能的影响。在此基础上,对聚合物水泥基复合材料界面粘结层的结构模型进行了描述。     

碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)的压敏特性

论述了碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)压敏特性的研究进展,阐析了CFRC具有压敏特性的机理,明确了组成材料、成型工艺和加载方式等对CFRC压敏特性的影响规律,分析了应力条件下CFRC的压敏特性及其在结构健康监测中的应用,展望了CFRC压敏特性的发展与应用方向,提出了CFRC压敏特性的研究重点.     

硅烷涂层提升钢纤维-砂浆界面性能的试验研究

为了提升钢纤维-砂浆界面的黏结性能,采用9种基于硅烷的表面处理剂对钢纤维进行浸渍处理并高温固化成膜;埋置于水泥砂浆圆柱体试块中,开展单根纤维拉拔试验,获得拉拔荷载-位移曲线. 试验结果表明,采用不同的硅烷涂层对钢纤维进行表面改性,可以不同程度地改善钢纤维-砂浆界面的黏结性能;拉拔峰值荷载最高增加5.75倍,拉拔能耗最多增加2.48倍. 硅烷Z6011和Z6020及复合涂层能够较大幅度地提升界面黏结强度,主要增加钢纤维与砂浆界面的化学黏结力;硅烷Z6030和Z6040及复合涂层对界面黏结强度的提升幅度相对较小,主要增加界面滑移摩擦力. 采用扫描电子显微镜（SEM）研究界面黏结性能的提升机理,发现硅烷涂层使得界面过渡区的微观结构更致密,显著提升了钢纤维-砂浆之间的黏结性能.     

多组分水泥基材料微观结构的研究

采用SEM、XRD等现代测试技术，研究了多种工业废渣复合反加的复合体系中水化产物的形貌特征，结构、晶粒尺寸和CH的择优取向等，讨论了水化产物性质随掺合料种类，掺量和龄期的变化规律，探明了多组分复合水泥基体系微观结构及其发展过程，为进一步提高工业废渣利用的技术水平奠定了基础。     

土-地下结构界面层效应试验研究

用粗糙钢板模拟地下结构面,利用DRS-1型超高压直残剪试验系统,研究了不同法向应力条件下福建标准中砂与地下结构接触面及界面层的剪切力学特性.结果表明：随着法向应力的改变,界面层内土体的力学特性发生明显变化.在相对低应力条件下,接触面及界面层内土体的剪切应力-剪切位移曲线均呈现出应变软化特性,但界面层内土体的抗剪强度高于接触面处的抗剪强度,发生明显的＂界面层强化效应＂;反之,在相对高应力条件下,将发生＂界面层弱化效应＂,即界面层内土体的抗剪强度低于接触面处的抗剪强度,接触面及界面层内土体的剪切应力-剪切位移曲线均呈现出应变硬化特性.利用＂界面层效应因子＂可以衡量界面层效应的类型及其强弱化程度.     

网状PP纤维对水泥基材料性能的影响

在工程实践中,混凝土(砂浆)的裂缝问题越来越突出,采用聚丙烯纤维来解决混凝土开裂的问题是近年来广泛研究和应用的一种新的途径.其原理主要在于,混凝土中水泥作为胶凝材料来握裹纤维,这些纤维起到微细配筋作用,消耗混凝土变形开裂能量、提高韧性、撑托骨料和减少混凝土离析泌水,从而控制水泥基体内部微细裂的生成和扩展,提高混凝土的抗裂性能.笔者对纤维混凝土(砂浆)的性能进行了综合分析,得出了纤维混凝土(砂浆)在物理力学性能上的优势.     

新水泥标准下混凝土强度关系式的试验研究

探讨了在采用新的水泥标准后，湘北地区普通混凝土强度的灰水比关系式。