余其俊：从材料、结构以及设计入手

汶川大地震,千万座建筑倒塌,特别是满载师生的教学楼整体坍塌。作为搞建筑的、做建筑材料的,心情万分沉重。大地震在我们心中留下的震撼,持续而久久难以离去。痛定思痛,我们应该从这次灾难中吸取什么教训?得到什么启发?今后从那些方面改进?中国水泥协会、《中国水泥》编辑部特别邀请了行业的一些知名专家。从建筑体系、建筑材料、产品标准、建筑垃圾、市场需求等多角度进行了分析。让我们来看看他们是怎么说的……

基于逆Leidenfrost效应的多孔地聚合物微球孔结构及pH缓冲性能

以水玻璃、矿渣粉为材料,基于逆Leidenfrost效应制备了多孔地聚合物微球,研究了其孔结构及pH缓冲性能.结果表明:改变水玻璃掺量和水固比可以调控多孔地聚合物微球的孔结构和pH缓冲性能;当水固比为1.0、水玻璃掺量由4%增大至8%时,微球的孔隙率、中位孔径和孔比表面积均减小,pH值波动范围为1.50~1.90;当水玻璃掺量为4%、水固比由1.0增大至1.2时,微球的孔隙率、中位孔径和孔比表面积均增大,pH值波动范围超过2.00;与双氧水直接发气法制备的多孔地聚合物相比,基于逆Leidenfrost效应制备的多孔地聚合物具有更好的pH缓冲性能和更高的OH-累积浸出量.

非规则再生骨料建模及再生骨料混凝土数值模拟

传统再生骨料混凝土(RAC)模型多采用基本几何形状来代表再生骨料(RA)结构,这与实际情况差异较大。本文结合数字图像技术和傅里叶描述法构建了真实的二维骨料数据库,并提出了基于骨料叠加法随机生成RA的新方法。基于外接矩形框/内切圆的粗判定和基于重叠框的精细判定提出了一种新的适用于傅里叶重构骨料的快速投放算法,实现了不同RA取代率和RA残余砂浆含量的RAC细观结构的构建。基于内聚力模型根据随机生成的RAC的细观结构建立了数值模型,研究了RA取代率和RA残余砂浆含量对RAC单轴抗拉性能的影响。结果表明,RAC的抗拉强度和弹性模量随着RA取代率和RA残余砂浆含量的增加而降低,但峰值应变变化不大。该RA模型更符合实际,且附着砂浆的含量和分布可自主调整。

水下不分散混凝土抗分散剂优化设计与凝结时间调控

水下不分散混凝土(non-dispersible underwater concrete,NDC)为涉水工程的施工提供抗冲刷能力,为实现水下不分散混凝土性能的提升,文章探讨抗分散剂的优化设计和凝结时间的调控,选取聚丙烯酰胺(polyacrylamide,PAM)和羟丙基甲基纤维素(hydroxypropyl methyl cellulose,HPMC)作为抗分散剂主剂,聚羧酸减水剂、有机硅和聚醚类消泡剂作为辅剂,从抗分散性和流动性的角度对水下不分散混凝土抗分散剂的组成进行优化设计,同时选取碳酸锂和硫酸铝作为调凝剂,对水下不分散混凝土的凝剂时间进行调控。研究结果表明:采用HPMC作为主剂、聚羧酸减水剂和聚醚类消泡剂作为辅剂制备抗分散剂,可以使得水下不分散混凝土具有较好的抗分散性和流动性;其中,含水泥质量分数0.45%的HPMC和1%聚羧酸减水剂的新拌水泥砂浆(水胶质量比为0.5,胶砂质量比为2)表现出优异的抗分散性和良好的流动性,其pH值为9,扩展度为150 mm;在该体系中,硫酸铝的调凝效果较好且经济效益更高,但使用时用量应少于2%。对抗分散剂的优化设计和凝结时间的调控为水下不分散混凝土的相关实验研究提供了重要参考。

废弃混凝土再生微粉物理化学联合活化研究

针对再生微粉活性低、不能高效利用的问题,在物理研磨和化学激发2种单一活化方式的研究基础上,文章探究物理化学联合活化方式对再生微粉活性的影响效果。结果表明,物理化学联合活化活性指数可提升14.7%,较单一活化方式活性提升效果显著,再生微粉经过机械研磨后,结构表面缺陷增多,促进了活性成分的溶出,进一步增加了化学激发剂与再生微粉发生反应的效率,促进试样中生成较多能够提高试件强度的C-S-H和C-A-S-H等凝胶物相。

再生砖粉粒径对水泥水化动力学与微结构发展的影响

随着城镇化和旧城改造进程的推进,我国建筑废弃物的产生量与堆存量日益增长,废弃黏土砖占建筑废弃物总量的50%~70%。有研究发现:再生砖粉具有作为辅助性胶凝材料的潜力,但会导致水泥基材料的力学性能显著降低。为探究粒径对再生砖粉活性与水泥水化动力学的影响,文中采用高能球磨制备了不同粒径的再生砖粉,表征了再生砖粉的物理化学性质与水化活性,分析了再生砖粉粒径对再生砖粉-硅酸盐水泥体系水化过程、微观结构和力学性能的影响,并基于Krstulovic-Dabic模型获取体系的水化动力学参数,实现水化进程的量化评价。结果表明:随再生砖粉粒径的减小,硅铝矿物晶格畸变的程度变大、表面结合能降低,导致其水化活性提高;水化早期再生砖粉主要起物理填充作用,可加速再生砖粉-硅酸盐水泥体系的早期水化,提高结晶成核与晶体生长→相边界反应→扩散过程转变时的水化程度;随再生砖粉粒径的减小,火山灰反应的开始时间提前且程度增高,最终使掺入30%小粒径再生砖粉水泥的后期强度超过纯水泥的强度,为再生砖粉在水泥基材料中的高效应用奠定基础。

高密实多元复合水泥浆体组成设计与抗侵蚀性能研究

Cl^(-)与SO_(4)^(2-)侵蚀是造成海洋环境下水泥混凝土劣化的主要原因,掺入辅助胶凝材料(SCMs)是改善水泥浆体抗侵蚀性能的有效方法。引入细粒度、高活性胶凝材料能加速复合水泥力学性能的发展并改善其抗蚀性,但会造成浆体流变性差、收缩应力大、开裂风险高等问题。基于Dinger-Andersen颗粒级配模型,在硅酸盐水泥基础上引入细矿渣、粗粉煤灰以及偏高岭土活性组分,设计并制备了SCMs含量高达60%的高密实度多元级配复合水泥。研究结果表明:多元级配复合水泥强度接近硅酸盐水泥,抗Cl^(-)与SO_(4)^(2-)侵蚀性能显著提升,采用快速氯离子迁移系数法(RCM)测得氯离子扩散系数降低81%,30次干湿循环硫酸盐侵蚀后耐蚀系数仍有77%。高密实度多元级配复合水泥浆体初始堆积密实、持续水化,使得孔隙显著细化,同时水化产物对氯离子固化作用强,有效阻滞有害离子向内部迁移。此外,SCMs的高效水化大量消耗Ca(OH)_(2),抑制了二次钙钒石等侵蚀产物的生成。通过颗粒级配调控与组成设计,可充分发挥胶凝材料的水化特性,显著提升浆体的密实性与抗蚀性。

基于冰模板法的多孔地聚合物微结构及其对CO_(2)的吸附性能

【目的】研究冰模板法制备的多孔地聚合物对CO_(2)的吸附性能,从而提供一种制备CO_(2)吸附剂的新方法,进一步拓宽地聚合物的应用范围。【方法】以水玻璃、矿渣为基本原材料,利用冰模板法制备多孔地聚合物,通过压汞法和N2吸附/脱附法表征其孔结构,采用热分析仪研究其对CO_(2)的吸附性能。【结果】冰模板法制备的多孔地聚合物孔径呈三峰型分布,尺寸能从纳米到几微米再到几百微米变化,介孔结构呈现层状结构;多孔地聚合物对CO_(2)的吸附量达到4.07 mmol/g,吸附过程符合准二级动力学模型,其中物理吸附量和化学吸附量分别占总吸附量的7.28%和92.72%。【结论】与其他CO_(2)吸附剂相比,用冰模板法制备的多孔地聚合物具有较高的CO_(2)吸附量,其结合地聚合物本身耐高温和化学稳定性好的特性,可以实现在特定环境条件下的应用,是一种非常有潜力的CO_(2)吸附材料。

基于深度学习的细骨料图像实时分割提取

文章基于深度学习算法对细骨料投影图像进行分割,通过对比传统阈值分割与PSPNet、DeepLab V3+、U-Net深度学习网络模型算法的分割结果对4种模型进行评价分析,同时实验对比细骨料2种等效粒径计算方法(单面投影法、双面投影法)的粒径和级配分布结果。结果表明:深度学习模型算法中U-Net网络模型的准确率、召回率、F平衡分数和交并比分别达到99.8%、88.1%、84.9%、84.3%,均优于对比组模型;对于3种不同粒径的单粒段细骨料,采用双面投影法计算出的细骨料等效粒径D d与实际细骨料粒径的偏差分别为1.40%、2.10%、3.12%;对于混合粒段骨料,采用等效粒径D d计算出的级配分布曲线更接近筛分法的实验结果,具有普遍适用性。研究结果可为细骨料径粒径和粒型参数的计算提取提供新的思路。

废弃混凝土再生微粉活化研究

为了有效利用废弃混凝土,提高其副产物再生微粉的活性,文章研究物理研磨和化学激发2种活化方式对再生微粉活性的影响效果,并进一步探究活化作用机理。结果表明:物理研磨能大幅提升再生微粉活性,而化学激发效果不明显;物理研磨可优化再生微粉的粒径分布,从而提高其活性;通过水杨酸-甲醇溶解法、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)及热重(thermogravimetric,TG)分析可知,再生微粉主要晶相为石英、石灰石和白云石等惰性物质,化学激发缺乏有效的作用对象,因而效果有限。

再生砖粉掺量对水泥水化特性及力学性能的影响

再生砖粉具有作为辅助性胶凝材料的潜力,但会导致水泥砂浆的力学性能显著降低,再生砖粉高效利用的关键在于其水化过程的调控。研究了不同掺量下再生砖粉-硅酸盐水泥浆体在25和60℃下的水化动力学特性,阐明了再生砖粉掺量对再生砖粉-硅酸盐水泥砂浆的力学性能和微结构的影响,揭示了再生砖粉-硅酸盐水泥的早期水化机理。结果表明:当水化温度为25℃时,再生砖粉-硅酸盐水泥的水化放热速率和水化放热量均随再生砖粉掺量增加而线性减小,60℃时降幅减小;25℃时再生砖粉-硅酸盐水泥的水化过程为成核结晶生长→相界面反应→扩散过程控制(NG→I→D),随着再生砖粉掺量增加,NG阶段与I阶段反应速率减小,D阶段反应速率增大,发生水化阶段转变的时间前移;60℃环境下水化加速,相界面反应速率提高,水化过程主要为NG→D;再生砖粉会导致浆体的孔隙率提高,有害孔数量增多,进而显著降低了砂浆强度,随再生砖粉掺量提高,砂浆强度降低幅度增大,而砂浆力学性能的降低幅度会随水化龄期增长而减小。

碱激发碳酸盐矿-矿渣胶凝-灌浆材料缓凝与流动性能的改善

苹果酸、硝酸锌、硝酸铅、消石灰等对水玻璃矿渣水泥具有良好的缓凝作用,但不能有效地延缓碱激发碳酸盐矿矿渣胶凝灌浆材料浆液的凝胶化时间。研究发现:外加剂氯化钡能很好地改善该灌浆材料浆液工作性能,如凝胶化时间、Marsh流出时间和扩展度等,而且还有利于强度性能的提高。外加剂氯化钡的缓凝作用是由于在矿渣粉的表面形成了良好的包裹层。

硅酸钙板-纤维增强泡沫混凝土复合墙板的受压性能

以硅酸钙板为面板、纤维增强泡沫混凝土为芯材制备了泡沫混凝土复合墙板,研究了聚丙烯纤维掺量和泡沫混凝土容重对复合墙板受压性能的影响;并通过对受压应力应变曲线回归分析,获得了应力应变曲线方程.结果表明:随芯材中纤维掺量的增大(0~2 kg/m^3),复合墙板受压破坏时芯材的裂缝减少,抗压强度提升了76.08%,受压韧性指数提高了30.03%;随芯材容重的增大(400~600 kg/m^3),复合墙板受压破坏时逐渐从单一破坏转变为整体破坏,抗压强度大幅提高,受压韧性指数增幅较小;复合墙板受压应力应变曲线可分为弹性应变、应力硬化、应变软化和破坏4个阶段,峰值应变随纤维掺量的增加而增加,芯材容重对峰值应变的影响较小;复合墙板在受压条件下会出现界面裂缝和分层现象.

阳离子型咪唑啉阻锈剂的合成及防腐蚀性能

通过分子结构设计,合成了一种阳离子型咪唑啉季铵盐钢筋混凝土迁移性阻锈剂,对其分子结构及其在含3.5%Cl-的模拟混凝土孔溶液中对钢筋的防腐蚀性能进行了研究,并初步探讨其阻锈机理.结果表明:合成产物与设计的分子结构一致,合成产率达95%;合成的咪唑啉季铵盐是一种阳离子型阻锈剂,在模拟混凝土孔溶液中具有良好的钢筋防蚀效果,其掺量为1.0%时,阻锈效果略低于掺2.0%无机阻锈剂亚硝酸钠的效果,优于掺量同为2.0%的醇胺类有机阻锈剂;腐蚀早、中期(1、7、14 d),掺1.0%的阳离子型咪唑啉季铵盐的阻锈效果较好,28d后,掺2.0%阳离子型咪唑啉季铵盐的阻锈效果较好;合成的阳离子型咪唑啉季铵盐阻锈机理主要为在钢筋表面吸附成膜并抑制其电化学反应过程中的阴极反应.

水泥、粉煤灰及其硬化体中Cr(Ⅵ)溶出条件与其影响因素

分析了国内外现行的溶出试验方法,研究了不同溶出试验条件对水泥、粉煤灰及其硬化体中Cr(Ⅵ)溶出的影响,探讨了粉煤灰中可溶性Cr(Ⅵ)最大溶出量的测定方法。结果表明:静置时间、温度、液固比、颗粒细度、振荡频率及振荡容器尺寸对水泥和粉煤灰及其硬化体中Cr(Ⅵ)的溶出及测定都具有一定的影响,其中振荡时间和浸提液pH值的影响较为显著。粉煤灰中Cr(Ⅵ)的溶出是一个缓慢连续的过程,其可溶性Cr(Ⅵ)最大含量的测定以多级萃取溶出试验为宜。

活性稻壳灰对混凝土强度和耐久性能的影响

研究了高火山灰活性稻壳灰对混凝土强度和耐久性能的影响。结果表明 :混凝土中掺加稻壳灰后强度提高 ,且高水胶比时强度提高率更大 ;同时 ,混凝土的抗盐酸溶液的侵蚀能力、抗碳化和抗渗性能也得到改善。其主要原因可归结为 :稻壳灰的掺入降低了混凝土的实际水胶比 ,促进了水泥的水化 ,使混凝土中有更多的 C- S- H凝胶生成 ,并减少了混凝土中羟钙石的数量 ,降低了混凝土细孔的平均尺寸 ,使得混凝土的结构更加密实。

高活性稻壳灰的制备及其对水泥性能的影响

通过研究煅烧制度对稻壳灰火山灰活性的影响 ,提出了一种有效制备高活性稻壳灰的方法。采用这种方法 ,可以稳定地实现半工业化生产 Si O2 含量大于 90 %且主要为非晶态的白色多孔状稻壳灰 ,其火山灰活性很高。在稻壳灰的粉磨过程中 ,必须加入助磨剂 ,否则细颗粒的二次团聚会使稻壳灰的活性降低。在水泥中掺入不同比例的稻壳灰 ,可以大幅度地提高水泥胶砂强度 ,而且水胶比越大 ,强度提高率越大。

水泥和粉煤灰中重金属和有毒离子的溶出问题及思考

介绍了水泥材料中有害组分的溶出试验方法,试验研究了粉煤灰水泥砂浆试体及粉煤灰硬化体中重金属离子的溶出问题,得出了重金属离子溶出的一些规律及抑制Cr6+溶出的方法,并提出我国水泥工业今后在这方面有必要进行的研究工作。

C_(11)A_7·CaF_2、C_4A_3提高粉煤灰水泥强度机理的探讨

探讨了适量C_(11)A_7·CaF_2、C_4A_8显著提高粉煤灰水泥早期强度的机理。研究发现,适量C_(11)A_7·CaF_2、C_4A_8和石膏的掺入,使得在水泥水化早期就有较多的钙矾石生成,且A矿水化得以加速,所生成的钙矾石既形成网络结构又填补了水泥石中的孔洞和裂隙,以致粉煤灰水泥强度提高。实验表明,C_(11)A_7·CaF_2或C_4A_2的掺量为5wt％左右时,水泥凝结正常,强度提高幅度较大,可使粉煤灰水泥强度提高约1个标号,而当C_(11)A_7·CaF_2或C_4A_8掺量达10wt％以上时,水泥凝结急剧加速,水泥强度下降,掺入0.2wt％—0.3wt％柠檬酸可使水泥正常凝结。

高水速凝固化材料的性能及其水化硬化机理研究

本文研究了一种新型胶凝材料──以ＣＡＳ水泥熟料为基料的高水速凝固化材料的水化硬化机理和水化产物组成以及水化温度、石膏掺量对其凝结、强度性能的影响。同时还初步探讨了这种材料在土壤固化中的应用。研究结果表明，含Ｃ＿４Ａ＿３Ｓ的ＣＡＳ的水泥熟料浆体与另一种含有石膏、Ｃａ（ＯＨ）＿２、石灰石、悬浮剂和某种碱金属盐的浆体能在较短时间内发生化合作用并形成大量的钙矾石等水化产物，导致该材料在水固比高达２．０～３．０时迅速胶凝、硬化并产生一定的强度；这种材料的石膏掺量有一较佳范围，其性能在环境温度低于３０℃时发挥较佳；同时发现这种材料对含水率很高的泥浆固化效果明显优于Ａｕｇｈｔ—Ｓｅｔ固化剂。