适合3D打印施工的超高性能混凝土研究

针对适合3D打印施工的超高性能混凝土(UHPC)的配制及性能进行了研究,研究了硅灰、粉煤灰和矿渣粉3种掺合料的掺量、砂胶比、水胶比对UHPC流动性和抗折、抗压强度的影响,以及钢纤维对UHPC强度和单轴拉伸性能的影响.结果表明:硅灰、粉煤灰、矿渣粉的掺量分别为5％、10％、10％,砂胶比为1:0,水胶比为0.17时,制备...     

不同配合比下UHPC的早期性能研究

研究了水胶比以及粉煤灰、矿渣粉、硅灰、钢纤维掺量对UHPC工作性能和早期力学性能的影响。结果表明:水胶比对UHPC工作性能影响较大,随着水胶比的增大,拌合物流动性增加,强度降低;粉煤灰、矿渣粉的掺入可有效改善拌合物的流动性,适量硅灰的掺入有助于改善拌合物的流动性,存在最佳掺量。粉煤灰、矿渣粉的掺入会使UHPC的1 d强度降低,但会提高3 d、7 d强度,且矿渣粉的提高效果强于粉煤灰。硅灰的掺入对UHPC早期强度具有提高效果,但掺量的改变对强度影响不大。增加钢纤维掺量会显著降低新拌混合物的流动性,对抗折强度有较大提高效果。     

配比参数对UHPC流动性及抗压强度的影响试验研究

提出了与超高性能混凝土(UHPC)特点相适应的体积法配比计算方法,研究了硅灰掺量、粉煤灰掺量、钢纤维体积掺量、水胶比4个配比参数对UHPC流动性及抗压强度的影响规律及机理。结果表明:硅灰和钢纤维对UHPC的抗压强度有较为明显的改善作用,但掺量过大时会引起流动性的大幅下降,带来强度增长边际效应;30%以内掺量的粉煤灰对UHPC的抗压强度无显著影响。水胶比过低时UHPC的流动性损失较大,UHPC在成型过程中引入缺陷的概率增大,抗压强度并未出现提高。硅灰和钢纤维对UHPC抗压强度的增强机理在于钢纤维阻碍了受压过程中裂缝的扩展,硅灰的存在增大了UHPC浆体与钢纤维间的界面粘结力,从而提高了钢纤维阻滞裂缝扩展的能力。     

矿物添加剂对混凝土力学性能的影响

对掺加矿渣、粉煤灰、硅灰等矿物掺合料混凝土力学性能进行了研究。结果表明,单掺矿渣与硅灰能提高混凝土的保水性、黏聚性,但对于拌合物流动性的提高要比单掺粉煤灰的差。随着掺量的增加,单掺粉煤灰或矿渣的混凝土强度降低,单掺粉煤灰早期强度下降较大。双掺粉煤灰、矿渣混凝土,混凝土强度随着矿渣掺量的增加而降低;矿渣、粉煤灰掺量分别为30.5%、20.5%时,混凝土91 d的抗压强度要比基准混凝土的抗压强度高。在掺合料总量不小于61%时,AB组混凝土28、91 d的抗折强度和基准混凝土强度比较接近。其91 d强度甚至超过了基准混凝土。双掺粉煤灰、硅灰混凝土,当粉煤灰掺量不变时,单掺硅灰对提高混凝土强度比较显著。对于粉煤灰、矿渣、硅灰三掺的混凝土,与同等掺量的双掺组AB和AC相比,该组混凝土具有较高的抗压强度。     

低水胶比下矿物掺合料对净浆流动性与流变性能的影响

研究了矿物掺合料种类及掺量对低水胶比水泥浆流动性以及流变性能的影响.试验结果表明:在低水胶比条件下,矿粉和粉煤灰可以有效提高浆体流动性,随着掺量的增加,流动度增大;而硅灰作用相反.掺30%矿渣可降低浆体的屈服应力与塑性黏度,改善浆体的流变性能;而掺10%硅灰增大了浆体屈服应力及塑性黏度.     

多孔混凝土主要力学性能研究

研究了多孔混凝土抗压强度的应力-应变曲线变化,并探讨在目标孔隙率27%下,分别单掺粉煤灰、矿渣和硅灰三种矿物掺合料对多孔混凝土的抗压、抗折强度以及轴心抗压强度和弹性模量的影响。结果表明:多孔混凝土的抗压强度应力-应变曲线有多峰值跳跃波动现象,粗骨料之间胶结浆体的粘结强度是影响多孔混凝土强度的关键。目标孔隙率为27%时,多孔混凝土28d的抗压和抗折强度最高可达到12.2MPa和3.5MPa,分别单掺20%的粉煤灰,20%的矿渣或者10%的硅灰均有益于多孔混凝土抗压抗折强度的提高,且此时矿物掺合料对多孔混凝土28d弹性模量大小的影响顺序为:粉煤灰>未掺>矿渣>硅灰,而轴心抗压强度正好相反。     

复合掺合料对水泥胶砂流动度和长期强度的影响

采用粉煤灰(F)、矿渣粉(Sl)、硅灰(Si)和石灰石粉(L)复合组成5种复合矿物掺合料,研究了复合掺合料的组成和掺量对水泥胶砂流动度、长期抗压强度和抗折强度的影响。结果表明:掺粉煤灰和石灰石粉的FSlL和FL复合掺合料流动性较好,流动度比达到110%以上;掺硅灰的FSlSi和SlSiL复合掺合料流动性较差,流动度比在80%左右;5种复合掺合料在30%、40%、50%掺量下,胶砂试件720 d抗压强度和抗折强度均达到纯水泥试件的110%~120%;FSlSi、FSl和FL复合掺合料随着掺量的提高,长龄期胶砂抗压强度有所增加,抗折强度发展趋势与抗压强度相同;SlL和SlSiL复合掺合料随着掺量的提高,长龄期胶砂抗压和抗折强度均略有下降。     

掺合料对磷酸镁水泥的性能影响及机理研究

研究了粉煤灰、矿渣粉、磷渣粉和硅灰等四种活性掺合料分别对磷酸镁水泥(MPC)工作性能和力学性能的影响,并探讨了掺合料在MPC中的水化机理。结果表明:粉煤灰、矿渣粉、磷渣粉、硅灰的最佳掺量分别为20%、20%、30%、5%,掺入磷渣粉M PC浆体的流动性和缓凝效果最优,矿渣粉和硅灰对浆体的缓凝效果不明显;随着掺合料的添加,水泥石的28 d抗压强度都有一定程度提高,抗折强度呈下降趋势。但掺入硅灰使抗折强度有所提高。掺合料化学组成和碱性不同,电离出的OH-和掺合料活性影响MPC水化体系水化进程。     

纤维增强自密实活性粉末混凝土的配制试验研究

测试了活性粉末混凝土的浆体流动性能以及28 d抗压和抗折强度,分别研究了水胶比、矿物掺合料、钢纤维和聚羧酸高效减水剂对活性粉末混凝土的流动性能以及28 d强度的影响。研究表明:当矿物掺合料掺入量较低,且钢纤维体积掺量超过1.5%,水胶比低于0.2时,同时聚羧酸高效减水剂掺入量需达到2%~2.5%之间,能够配制出流动度大于25 cm,28 d抗压强度和抗折强度分别超过120、20 MPa的活性粉末混凝土。     

矿物掺合料对水泥与减水剂相容性的影响

减水剂与水泥容易出现相容性不良的问题,而添加适量矿物掺合料有助于改善水泥与减水剂的相容性。该文研究了三种减水剂和粉煤灰、硅灰和矿渣粉与水泥的相容性,通过测定相应时间的水泥净浆流动度表征相容性。通过改变减水剂的种类和掺量,确定了减水剂的最佳掺量(饱和点掺量),改变矿物掺合料的掺量,确定了粉煤灰、硅灰和矿渣粉的最佳掺量。采用TOC法测试了矿物掺合料对聚羧酸减水剂吸附量的影响;采用电声法测定了水泥-聚羧酸减水剂体系浆体的zeta电位,分析了矿物掺合料影响聚羧酸减水剂与水泥相容性的机理。结果表明:两种聚羧酸系高性能减水剂与水泥和粉煤灰、硅灰和矿渣粉的相容性比萘系减水剂效果好,在一定掺量范围内,粉煤灰和矿渣粉能够明显增加水泥浆体的流动度,硅灰显著降低了水泥浆体的流动性,复掺效果较好,矿物掺合料的最佳掺量为:粉煤灰15%,硅灰5%,矿渣粉10%,粉煤灰与矿渣粉有利于增加聚羧酸减水剂的有效吸附量,降低水泥-聚羧酸减水剂浆体的zeta电位,改善水泥浆体的和易性。     

粉煤灰和石英粉对超高性能混凝土性能的影响

为研究粉煤灰部分取代硅灰、石英粉部分取代石英砂对超高性能混凝土（UHPC）性能的影响，进行了UHPC抗压强度、抗折强度、抗拉强度和流动性试验。结果表明：随着粉煤灰取代硅灰比例的增加，UHPC的抗折强度和抗拉强度提高，流动性降低，但当粉煤灰取代率超过10%时，UHPC的抗压强度降低；UHPC的抗折强度和抗拉强度随着石英粉取代石英砂比例的增加而提高，当石英粉取代率为10%时，UHPC的抗压强度最大；当石英粉取代率为30%时，抗折强度和抗拉强度分别提高了56.5%和24.4%;UHPC的流动性随着石英粉取代率的增加而降低；当粉煤灰取代率为30%、石英粉取代率为15%、水胶比为0.18时，UHPC的力学性能和工作性最佳。     

透水铺装生态混凝土的绿色制备及力学性能研究

将工业废渣诸如粉煤灰、矿渣等工业废渣加入生态混凝土中,符合目前国家提倡的节能减排,低碳及碳中和政策。本文利用工业废渣绿色制备生态混凝土进行试验研究。结果表明,生态混凝土的抗压抗折强度随硅灰的掺量增加而明显提高,控制掺量小于5%,抗压抗折强度提升明显,抗压抗折强度随矿渣的掺量增加而明显提高,增加幅度比掺入硅灰稍小,随着掺入的I级粉煤灰量的增加,生态混凝土抗压抗折强度也随之提高。双掺粉煤灰、硅灰,能提高生态混凝土的早期强度,又能保证后期强度的稳定增长,复合掺合料的掺入有利于提高生态混凝土浆体的抗干湿交替性能。     

玄武岩纤维增强超高性能混凝土基本力学性能研究

超高性能混凝土（Ultra high performance concrete,UHPC）是一种具有高强度、高韧性及优良耐久性的水泥基复合材料。研究了UHPC常用原材料组分及玄武岩纤维（Basalt fiber,BF）对UHPC流动性及力学性能发展的影响。试验研究结果表明：纤维的掺入使得UHPC流动性降低,且随着纤维掺量的增加,流动度逐渐减小,使用1%掺量的12 mm BF的试样获得最佳的抗压强度、抗折强度及良好的流动度;在标养情况下,UHPC的性能受水灰比影响较大,随着水灰比增大,UHPC新拌物流动性增加,强度逐渐减小;UHPC流动度随着灰砂比增大而增大,强度则表现为1∶1.2时最佳;硅灰掺量对UHPC性能影响相对较小;矿渣粉可考虑作为较佳的矿物掺合料选择。综合分析原材料组成为12 mm纤维掺量1%、水灰比0.17、灰砂比1∶1.2、硅灰掺量12.5%、减水剂掺量1.5%时UHPC性能最佳。     

常温养护条件下活性粉末混凝土力学性能正交试验研究

通过常温养护条件下活性粉末混凝土力学性能正交试验,选用普通硅酸盐水泥和超细矿渣粉作为主要胶凝材料,研究了水胶比、粉煤灰掺量、硅灰掺量、石英粉掺量、胶砂比、钢纤维掺量和减水剂含量对活性粉末混凝土抗压强度和抗折强度等基本力学性能的影响。试验结果表明,水胶比、钢纤维掺量和减水剂含量对活性粉末混凝土的力学性能影响最为显著,粉煤灰掺量对改善活性粉末混凝土的抗压和抗折性能效果最好。在此基础上,以常温养护条件下活性粉末混凝土的高强度为目标,通过大量的力学试验,得到优化的最佳因素水平组合为水胶比0.18、粉煤灰掺量20%、硅灰掺量25%、石英粉掺量20%、胶砂比1∶1.0、钢纤维掺量3.0%、减水剂含量2.0%。     

掺合料及普通混凝土抗压强度随龄期变化规律试验研究

研究了普通混凝土,粉煤灰混凝土,双掺粉煤灰矿渣混凝土以及三掺粉煤灰、矿渣、硅灰混凝土抗压强度随龄期的变化规律,定量分析了矿物掺合料对混凝土抗压强度的影响.试验结果表明:水胶比对混凝土抗压强度影响显著;掺加矿物掺合料之后,混凝土早期抗压强度有所降低,但通过合理配合比的设计,矿物掺合料混凝土的后期强度可以达到较高的水平,此外,矿物掺合料的合理应用可以改善混凝土性能.     

海水环境下铝酸盐水泥基材料的抗蚀性能研究

研究了海水环境下铝酸盐水泥与单掺硅灰、矿渣组成的复合水泥浆体的抗压强度和水化产物变化规律。结果表明,海水对铝酸盐水泥具有侵蚀作用;掺入矿物掺合料能够促进铝酸盐水泥的水化,改善水泥浆体孔隙结构,生成水化钙铝黄长石等水化产物,有利于浆体结构密实和强度发展,进而提高铝酸盐水泥强度及抗蚀性能,且随着矿物掺合料掺量的增多,抗蚀性能逐渐提升。与矿渣相比,硅灰对提高铝酸盐水泥抗蚀性能具有更好的效果,海水环境下掺入10%硅灰,28 d抗压强度最高,超过淡水环境下空白组。     

矿物掺合料对粉煤灰陶粒混凝土抗压强度的影响

利用磨细粉煤灰、磨细矿渣和硅灰作为矿物掺合料,研究了各种矿物掺合料对粉煤灰陶粒混凝土抗压强度的影响。结果表明:单掺矿物掺合料的粉煤灰陶粒混凝土的28d抗压强度顺序是:硅灰矿渣粉煤灰;复掺矿物掺合料的粉煤灰陶粒混凝土的28d抗压强度顺序是:硅灰+矿渣硅灰+粉煤灰矿渣+粉煤灰。在此基础上,着重分析了各种矿物掺合料对粉煤灰陶粒混凝土抗压强度的影响机理和粉煤灰陶粒混凝土棱柱体抗压强度和立方体抗压强度的关系。     

RPC混凝土力学性能的试验研究

以抗折强度和抗压强度为指标,研究活性混合材、钢纤维掺量、粗细集料类别及养护方式对RPC混凝土抗折强度和抗压强度的变化情况。结果表明,当硅灰和粉煤灰掺量相等时,RPC混凝土拌合物流动性好,抗压强度和抗折强度最高,分别达到124.2MPa和19.2MPa。钢纤维掺量的增加可有效提高RPC的抗折强度和抗压强度,但RPC混凝土抗压强度提高的幅度小于抗折强度。钢纤维体积掺量在1.0%-2.0%之间较合适。通过三种不同的养护制度发现,采用标准养护方式时,抗压强度值最小,采用高温养护方式时,抗压强度值最大,热水养护的抗压强度值介于二者之间。     

锂渣复合矿物掺合料对胶凝材料强度的影响

研究锂渣与其他矿物掺合料复掺对胶凝材料强度的影响,通过不同锂渣粉与不同矿物掺合料分别复合,测试胶凝材料早期和后期抗折和抗压强度。试验结果表明:与单掺锂渣粉的胶凝材料相比,锂渣粉分别与粉煤灰、矿渣粉和硅灰三种矿物掺合料复合,可以提高胶凝材料早期和后期强度;而锂渣粉与矿渣粉复掺时,其复合叠加效应优于锂渣粉与粉煤灰或硅灰复掺。     

基于正交试验的钢纤维活性粉末混凝土配合比优化设计

活性粉末混凝土是一种高强度、高韧性、高耐久性的超高性能混凝土.为了研究钢纤维活性粉末混凝土的最佳配合比,设置水胶比、钢纤维掺量、粉煤灰掺量、硅粉掺量和减水剂掺量5个因素在4种水平下的正交试验,并以试件的抗压强度和抗折强度为评价指标.结果表明:5个因素对活性粉末混凝土强度的影响程度依次为:水胶比、减水剂掺量、钢纤维掺量、粉煤灰掺量和硅灰掺量;活性粉末混凝土的最佳配合比为:水胶比0.2、减水剂掺量5%、钢纤维掺量2%、粉煤灰掺量0.2、硅粉掺量0.18.