混凝土技术的发展与展望

混凝土是基础设施建设的主体建筑材料.继钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土与纤维混凝土之后,基体微结构调控与性能提升将成为未来混凝土技术第四次飞跃的主要驱动力.本文从近年来混凝土技术发展现状与趋势两个方面入手,重点介绍了混凝土的工作性调控、裂缝控制、力学性能提升、耐久性提升四个方面的主要技术现状,同时对上述混凝土技术的主要发展趋势进行了展望.     

水化响应纳米材料对钢筋混凝土整体耐蚀性能影响

研究了新型水化响应纳米材料作为混凝土抗侵蚀抑制剂对混凝土毛细疏水、离子传输、硫酸盐腐蚀以及钢筋阻锈性能的影响.水化响应纳米材料可以在海工低渗透性混凝土基础上进一步降低混凝土吸水率78％,降低氯离子扩散系数44％,硫酸盐耐蚀系数提升41％,同时降低钢筋宏电池累计腐蚀电量90％,实现钢筋混凝土结构整体耐蚀性能的大幅提升.     

磷渣基复合矿化剂对水泥生料易烧性影响的研究

实验研究了磷渣、萤石、钢渣复合对水泥生料易烧性的影响、结合XRD图谱分析了该硅酸盐水泥熟料矿物组成.结果表明,磷渣、钢渣与萤石的复合矿化剂对煅烧温度的适应性较好,可以有效地改善易烧性,有利于促进C3 S的形成;钢渣与萤石的复合,在煅烧温度为1250℃,保温时间为30min时对易烧性的改善不明显,但可稳定β-C2S.     

建筑垃圾资源化利用现状与示范

汶川地震产生了大量的建筑垃圾,将其资源化利用是保护环境、节约资源的有效途径,本文分析了建筑垃圾的基本组成,同时介绍了国内外建筑垃圾资源化利用的研究现状,结合年处理100万吨建筑垃圾制备再生建筑材料的具体实例,分析了其经济、环境效益,最后提出了在建筑垃圾资源化利用过程中急需开发的技术和实现途径。     

混凝土裂缝表征方法研究进展及裂缝对氯离子传输影响

氯离子侵蚀导致混凝土中钢筋锈蚀,是钢筋混凝土耐久性劣化的主要表现形式,然而混凝土裂缝的存在将加快氯离子在混凝土中的传输并缩短钢筋混凝土的服役寿命。首先对已有的裂缝表征方法进行了介绍,包括线性位移传感器、图像分析法、CT扫描等。然后综述了带有裂缝的混凝土基体中氯离子扩散的影响因素,重点介绍了裂缝的宽度、水灰比、矿物掺合料、龄期、荷载等因素对氯离子扩散行为的影响。结果表明当裂缝宽度在50~200μm之间时,对氯离子扩散系数的影响最大,在此区间内,氯离子扩散系数随着裂缝宽度的增加而增大;其余因素也对氯离子扩散系数有不同程度的影响。     

掺矿物掺合料盾构管片混凝土的高温性能研究

混凝土作为盾构隧道中钢筋混凝土管片结构的关键组成部分,与钢筋混凝土结构的稳定性与耐久性密切相关,而不同矿物掺合料制备的混凝土性能存在差异。在800℃条件下,以所设计的混凝土钢筋保护层厚度处(50 mm)温度达到250℃的时间确定为耐火极限,研究了不同矿物掺合料制备的盾构管片混凝土在高温作用下的性能。结果表明:混凝土试件在经历高温作用时,其中心处的温度变化速率包括成峰,波动和平稳三个阶段。掺加25%矿粉试件(J2)的耐火极限为19 min,爆裂面积为7.06 cm2,测试结果优于纯水泥体系试件(J0)和掺加20%粉煤灰试件(J3)。J0,J2和J3达到耐火极限后冷却36 h的物理力学性能损失率相近:抗压强度损失率约为50%,弹性模量损失率约为40%。此外,J0,J2和J3的超声波声速值约为2.5 km/s。     

基于ANSYS的烧结多孔砖热模拟研究

研究以德国Poroton产品为参比对象,自行优化设计三种孔型结构的多孔砖模型,并且利用通用有限元分析软件ANSYS对它们进行了稳态热模拟分析。结果表明：三种模型砖的孔洞率均大于35%。采用缩小孔间距、增加烧结多孔砖厚度和复合墙体的方法均可以显著降低传热系数,提高保温隔热效果,达到节能65%的建筑设计标准。     

水泥水化产物——水化硅酸钙(C-S-H)的研究进展

水化硅酸钙(C-S-H)作为水泥基材料的主要水化产物,决定着水泥基材料的强度发展、收缩、徐变和结构的服役寿命,被称为水泥基材料的"基因".对C-S-H组成、结构和性能的充分认识有助于理解水泥基材料微结构的形成机理,进而对其性能进行自下而上的设计和调控.近年来先进测试和分析技术的发展为C-S-H基本性能的研究提供了新思路.C-S-H的成核生长理论、力学性能提升以及形貌调控等逐渐成为当前研究热点,已取得重要进展.学者们大多采用合成的方法制备体系纯净且具有一定结晶度的C-S-H,并以此研究水泥体系中无定形C-S-H凝胶的基本性能.研究发现,双分解合成C-S-H的成核生长过程中存在球形中间体,其最终转化为箔片状形貌的产物,遵循非经典的成核生长方式.在亚粒子尺度,越来越多的结构信息表明,与尖乃石相比,C-S-H的结构与托贝莫来石更为接近;在粒子尺度上,CM凝胶系列模型被广泛应用于解释C-S-H比表面积等物理参数以及水泥基材料收缩徐变的机理.C-S-H的Ca/Si、含水量、硅链聚合程度以及形貌等微纳结构的广泛研究为建立C-S-H微纳结构与宏观性能之间的联系提供了丰富的数据支撑.对C-S-H进行本征结构调控有望从根本上改善水泥基材料韧性差的力学特征,许多学者试图从孔结构调控、有机和无机复合材料构建以及纳米材料改性等方面提升C-S-H的力学性能,取得了一定突破.本文系统总结了C-S-H的合成方法、成核生长理论、结构模型;主要从Ca/Si、含水量、硅链聚合程度以及形貌四个方面综述了C-S-H的微纳结构;围绕形貌和力学性能介绍了C-S-H的调控和设计方法;分析了目前存在的研究不足并提出了未来的发展方向,以期为全面认识C-S-H以及水泥基材料的性能调控提供借鉴.     

羧酸胺阻锈剂在模拟孔隙液和混凝土中对钢筋的阻锈作用

本工作采用线性极化(LPR)、动电位极化(PDP)、电化学阻抗谱(EIS)、扫描电子显微镜(SEM)以及混凝土盐水浸烘循环试验,研究了有机羧酸胺阻锈剂(ZX)和三乙烯四胺(TETA)在混凝土模拟孔隙液及混凝土中对钢筋的阻锈作用。结果表明：有机羧酸胺阻锈剂在混凝土模拟孔隙液中可明显抑制钢筋的锈蚀,且随着阻锈剂掺量的增加,阻锈效果越明显。而且有机羧酸胺阻锈剂中的N、O原子能与Fe原子配位成键,强吸附于金属表面,阻止腐蚀过程中电荷转移,抑制金属腐蚀。当掺量为0.30%时,ZX阻锈效率已达90%以上,而三乙烯四胺的阻锈效率为63.74%,在低掺量下ZX抑制钢筋锈蚀的效果明显优于TETA;在混凝土盐水浸烘循环试验中,空白混凝土中钢筋的锈蚀面积百分率超过30%,加入0.60%TETA其锈蚀面积百分率为15.54%,而加入0.60%ZX的钢筋锈蚀面积百分率仅为0.80%,ZX在混凝土试块中亦有良好的阻锈效果。因此,在混凝土中加入有机羧酸胺阻锈剂可提高混凝土结构耐久性,延长其服役寿命。     

扰动对混凝土抗氯离子渗透性能的影响研究

利用改造后的击顶式振筛机提供三维扰动,通过线切割内部偏心顶轴,使竖向振幅接近南京长江大桥公路桥桥面的实际振幅;配制C30、C50普通混凝土和掺抗扰动剂的C50混凝土,设计7种扰动制度,研究了各扰动制度对混凝土抗氯离子渗透性能(RCM)的影响。研究结果表明:C30混凝土终凝前1 h受扰动,上部试块RCM值增幅最大,增幅为70.4%;C50混凝土终凝时受扰动,上部试块RCM值增幅最大,增幅为95%;该阶段混凝土的可塑性基本消失,受扰动后局部密实度降低,RCM值增大明显。掺入抗扰动剂可以实现混凝土"初期增稠"与"早期增强",大幅提升普通混凝土的整体抗扰动性能,相比于自身未扰动组,受各扰动制度后RCM值几乎没有降低。