含锰中间相矿物形成及其固溶分布EI北大核心CSCD

采用第一性原理构建矿物结构模型,结合X射线衍射分析、熟料相分步萃取、环境扫描电镜等测试方法,研究了锰(Mn)离子在熟料中间相的离子固溶和晶格取代机理。结果表明:锰在水泥熟料矿物中的固溶倾向从高到低依次为C_4AF、C_3A、C_3S、C_2S,且优先取代C_4AF中六配位的Fe离子,降低了其Al/Fe比;熟料煅烧过程中,锰离子发生类质同象现象,以+3价形式固溶于C_4AF中,形成C_4AF-C_4AM连续固溶体,造成C_4AF衍射峰向低角度偏移、衍射峰数量减少,延缓了其水化反应活性,并主要以取代八面体配位Al离子的形式存在于钙矾石/单硫型硫铝酸盐中。     

水溶蚀作用下水泥-水玻璃双液浆力学性能衰减机理研究

双液浆在富水环境中长期服役极易受到水溶蚀作用而力学性能大幅衰减。本文研究了配合比参数、养护制度对双液浆力学性能的影响,并结合多种微观分析手段,揭示了富水环境下双液浆性能衰减的作用机制。结果表明：10%、15%(质量分数)低含水率砂层中养护有利于早期强度发展,但后期强度逐渐衰减,而25%(质量分数)高含水率砂层中试块早期强度相比15%(质量分数)含水率砂层中试块降低了23.5%,但后期水溶蚀作用被大幅削弱,220 d抗压强度较90 d增加了15%;标准养护条件加速双液浆力学性能的劣化,试块强度分别较水中养护、绝湿养护降低了80.6%和91.0%;双液浆力学性能发展主要受水化反应及水溶蚀作用控制,早期阶段由水化反应主导,后期阶段由水溶蚀作用主导,力学性能的演变本质是两种效应相互叠加的结果;在富水环境中长期养护,基体外侧水化产物不断向外迁移溶出,在试块外层形成多孔结构包覆层,并成为内部结构中钠、硅酸根离子及水化产物的迁移通道,导致力学性能持续劣化。     

铜离子掺杂对水泥水化的影响机理

本文研究了铜离子对熟料矿相种类、结构和水化进程的影响机理。结果表明:铜离子对水泥水化进程的缓凝抑制作用按照影响机理分为两个阶段:第一阶段,铜离子掺杂导致水化体系中Ca~(2+)浓度降低,早期氢氧化钙(Cu(OH)_2)结晶形成受阻,破坏了反应溶液的高碱性环境,且钙矾石(Aft)的形成速率减小、生成量减少,诱导期延长,水化产物间无法快速搭接形成网状结构,水泥浆体凝结硬化受阻;第二阶段,铜离子造成C_3S晶粒异常长大,水化反应活性降低,水泥浆体结构变得疏松、孔隙率增大,从而导致其后期强度显著降低,且孔隙中分布晶体尺寸较大的钙矾石,相互穿插,形成水泥浆体中的薄弱联结。     

低收缩高黏结黑色高性能混凝土的性能试验研究

研究了着色剂、外加剂掺量、配合比参数等对混凝土力学性能、水化产物形成、收缩变形性能、耐磨损能力的影响规律,再通过对既有混凝土界面进行不同的预处理方式,研究了界面粗糙度、干燥状态等对新旧混凝土界面黏结性能的影响。结果表明:高掺量铁黑降低混凝土力学性能,碳黑与铁黑复配有助于提升力学性能;着色剂粒子的加入有助于氢氧化钙的结晶形成,但对于钙矾石影响较小;混凝土的耐磨损性能与水胶比、含气量等试验参数相关,降低浆体含气量、选取合适的水胶比来获得较高的基体强度,可提升混凝土的耐磨损性能。采用胶材水化温升抑制和收缩补偿复合技术,可实现混凝土分阶段全过程收缩变形调控。较高的界面混凝土强度等级、较大的表面粗糙度以及表面预湿处理,有助于提高新旧混凝土界面黏结性能。     

桥面伸缩缝黑色混凝土的配制与色泽调控

研究了着色剂、外加剂、配合比等对混凝土色泽及工作性的影响机制;通过微观测试手段研究着色剂对水化产物形成影响及其吸附分布。结果表明:铁黑颜料对新拌浆体的流动性影响较小,但高掺量时引起混凝土表面泛白、性能劣化;碳黑颜料具有比铁黑更强的着色能力,但其显著劣化浆体流动性;碳黑粒子主要通过黏附作用附着在氢氧化钙及基体孔隙,且有利于水化产物的成核结晶形成;铁黑粒子通过机械及静电作用固结在混凝土结构中,但其在一定程度上会抑制氢氧化钙的形成;综合考虑浆体流动性及色泽的情况下,选用复配着色剂方案,混凝土可满足流动性、色泽及性能要求。     

超高强水泥基灌浆材料疲劳性能研究综述

海上风电是未来清洁能源发展的一个重要组成部分,风机基础是海上风电场建设的重点之一.海上风机基础多采用灌浆连接,通过在内外钢筒内灌注超高强水泥基灌浆料,使上下两部分形成受力结构.在风机漫长服役期内,灌浆连接段会承受多达109次轴向及弯矩荷载效应,疲劳问题较为突出.而灌浆料作为灌浆连接段重要的组成部分,其疲劳性能是评价灌浆连接段结构承载能力的重要指标.超高强灌浆料与高强混凝土同属于水泥基材料范畴,它们在疲劳损伤机理等方面具有共通之处.单轴等幅疲劳作用荷载下水泥基材料的疲劳损伤、极限破坏机理是该领域研究的热点.而超高强灌浆材料作为新型建筑材料,受制于研发制备水平,疲劳性能试验方面的研究相对较少.近年来,业内材料研发单位开展了旗下相关产品的疲劳强度与疲劳寿命之间作用关系的研究工作,而相关高校基于业内品牌产品相继开展了不同结构形式灌浆连接段静力与疲劳性能研究,也取得了一些成果,但关于超高强灌浆料疲劳性能的影响因素以及损伤机制等尚属空白.针对工程中大量应用的混凝土材料,科研人员开展了比较完整的疲劳性能研究,包括反复荷载作用下的疲劳损伤、极限破坏机理,单轴、多轴受压以及拉伸、弯拉、复合荷载作用的疲劳性能的测试方法以及影响因素与作用机制等.由于受试验设备、条件、环境等因素的影响,结果呈现出多样性和离散性.而在超高强灌浆料方面,研究者侧重于超高强灌浆料不同服役环境下疲劳性能获取、性能预测以及灌浆连接段疲劳性能的研究,并形成海上风电场灌浆料疲劳性能计算的相关规范.本文通过梳理混凝土和灌浆料疲劳性能、损伤机理等方面的相关进展,汲取混凝土疲劳性能研究中的经验,以期对超高强灌浆料疲劳性能研究提供指导和参考;阐述了常用的混凝土疲劳寿命预测模型,对DNV-GL系列规范中关于海上风电场灌浆料疲劳计算模型进行参数解读与适应性分析,使相关从业人员和科研人员对超高强灌浆料疲劳性能有更深入的认识.