两种不同状态再生细骨料混凝土工作性能的研究

针对再生骨料表面多孔及高吸水率的特点以及使用再生骨料后混凝土坍落度损失大的问题,通过研究干燥状态再生细骨料和饱和面干再生细骨料与天然砂在再生混凝土中的掺量变化对再生混凝土的工作性和强度的影响。试验结果表明:将再生细骨料饱和面干化后,在保证混凝土强度的前提下,混凝土的工作性以及坍落度损失的问题也得到了较好的改善。

海砂混凝土耐久性能研究

通过海砂混凝土不同条件下力学性能和耐久性的测试,对海砂高强混凝土中的钢筋锈蚀能力进行了研究。结果表明,海砂中氯离子含量在0.123%、在混凝土中使用量低于320kg/m3的条件下,对强度高于50MPa的混凝土立方体抗压强度、碳化性能、抗氯离子扩散性能影响不大;海砂混凝土的钢筋锈蚀失重率随着海砂掺量的增加和水胶比的增大而增加;阻锈剂的掺入和保护层厚度的增加,可使海砂混凝土的抗钢筋锈蚀能力有所改善,钢筋锈蚀程度有所下降。

建筑垃圾资源化利用

近二三十年,中国大规模的现代化建设,带来了建筑业的蓬勃发展,每天都有旧建筑物被拆除,新建筑物在兴建,产生大量的建筑垃圾。中国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30%-40%,经过对砖混结构、全现浇结构和框架结构等建筑施工材料损耗的粗略统计,在每万平方米建筑的施工过程中,仅建筑废渣就会产生500-600吨。由此引发的资源、能源和环境问题也日益严重。以中国当前混凝土年产量近30亿立方米计,需要使用水泥11亿吨,需消耗天然砂石60亿吨以上。统计表明,生产每吨水泥需消耗石灰石0.95-0.98吨,生产1吨熟料约排放二氧化碳1吨,还会产生大量的硫化物、氮化物和其他有害气体和粉尘。在混凝土中比例最高的骨料是分布较为广泛的自然资源,但由于长年开采,已经开始出现石料资源难以为继的问题。其中,有工业价值的石灰石仅可维持30-40年的开采。

碱激发胶凝材料硬化体内Na^(+)分布规律模拟

本工作通过试验探究了标准养护条件下的碱激发胶凝材料硬化体内Na^(+)在一维方向上的分布规律。同时,基于Fick扩散方程,采用COMSOL Multiphysics有限元模拟软件,通过有限元条件下硬化体内的Na^(+)扩散系数、湿度水头和孔隙率等边界条件的设定,建立了碱激发胶凝材料硬化体有限元模型,模拟了碱激发胶凝材料硬化体一维方向上Na^(+)的分布规律。试验结果表明,在标准养护条件下,0~3 d碱激发胶凝材料硬化体内Na^(+)的迁移量呈“∨”型分布,Na^(+)以两端析出为主,3~28 d碱激发胶凝材料硬化体内的Na^(+)迁移量呈“∧”型分布,Na^(+)以内部迁移为主。基于Fick扩散定律的COMSOL Multiphysics仿真模拟,在扩散系数D F,C=1×10^(-8)m^(2)/s、湿度水头∅=0.85、孔隙率p=20%的条件下建立溶质传递方程与溶剂运输方程,拟合得到的碱激发胶凝材料硬化体内Na^(+)一维分布规律与试验结果相近。本工作实现了基于试验的碱激发胶凝材料硬化体内Na^(+)一维分布的数学模拟。

煤矿矿井混凝土井壁腐蚀的调查与破坏机理

为研究煤矿矿井混凝土井壁腐蚀破坏机理,结合黄淮地区井筒破裂实例,采用超声回弹法对井壁过水面、干湿交替面及未过水井壁混凝土进行腐蚀深度及回弹强度的检测,并通过SEM,EDS,XRD对不同深度被腐蚀的井壁混凝土进行微观分析,研究环境介质对水泥石中C-S-H凝胶结构的影响。结果表明:垂深304.8 m至马头门位置的井壁混凝土破坏严重,井壁混凝土的强度由原来的C30降低到10~15 MPa;马头门附近四含水过水面的井壁混凝土受到了溶解性腐蚀,水化产物Ca(OH)2,Aft等基本消耗殆尽,大部分C-S-H已被分解,其主要物相是Ca CO3以及少量的低碱度的水化硅酸钙凝胶;垂深346~430 m过水的井壁外附着黑色糜烂状沉积层,主要是水泥石中C-S-H凝胶碳化生成的无胶凝性的硅胶和结晶度较差的Ca CO3;地下水中的SO2-4和Na+对井壁混凝土的腐蚀主要是膨胀性的化学腐蚀,生成的钙矾石、石膏以及析出的芒硝、石盐结晶体,产生较大的膨胀压力,可导致井壁混凝土胀裂而成片剥落。

石膏对石灰石粉水泥基材料水化及硬化性能的影响

针对我国目前非荷载作用下混凝土严重开裂的问题,以"比表面积较低的水泥熟料-比表面积较高的掺合料-足够掺量的石膏"构成的胶凝材料体系为研究对象,通过水化热速率、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、压汞法(MIP)及热重-差示扫描量热法(TG-DSC)等手段,研究石膏对石灰石粉水泥基材料水化及硬化体微结构的影响。结果表明,石灰石粉能够加速C3A与石膏作用生成钙矾石相,在足量石膏存在的条件下,能够阻碍钙矾石向低硫型硫铝酸钙转变;石灰石粉的掺入与石膏一起延缓了C3A的水化;在石灰石粉和足够石膏同时存在的情况下,C3A水化生成具有膨胀性的水化碳铝酸钙和高硫型硫铝酸钙,补偿了收缩,提高了水泥基材料的抗裂性能;熟料粗磨、掺合料细磨及较高石膏掺量的胶凝材料体系配制的C30和C50等级混凝土,强度能持续增大,从28d到180d,强度分别提高了36.7%和33.3%,混凝土结构紧密、孔隙率低、有害孔含量少。

复合胶凝材料井壁高强混凝土的性能与水化机理

对于冻结法施工的高强井壁大体积混凝土,内壁的中心温度可达80℃,而井筒外壁内侧的温度在10℃左右,这种温度的差异必然导致井壁混凝土开裂,导致耐久性下降。针对这些问题,研究了适于井壁高强混凝土用复合胶凝材料的水化特征及其对C70混凝土性能的影响。结果表明:复合胶凝材料的总水化热是井壁混凝土用常规胶凝材料水化热的一半;从28 d到180 d,复合胶凝材料配制的C70混凝土抗压强度持续增长14.8%,且孔隙率低,有害孔减少,混凝土具有很好的抗裂性;XRD和SEM试验表明,复合胶凝材料配制的C70混凝土水化180 d后无Ca(OH)2晶体存在,主要水化产物为致密的Ⅲ型C-S-H凝胶。

不同激发剂对大掺量超细循环流化床粉煤灰水泥性能的影响

本研究使用不同激发剂,激发循环流化床超细粉煤灰的潜在活性,来制备高性能的大掺量超细循环流化床粉煤灰(SCFA)水泥。通过试验得出了最优配比:将SCFA与42.5水泥按照6∶4的比例混合,加入3%掺量的激发剂(Na_2SO_4和Na OH比例1∶1),3 d、28 d强度分别达到了28.1和56.8 MPa,大掺量粉煤灰水泥的强度完全满足国家标准GB175-2007。文中研究了添加不同化学激发剂对大掺量粉煤灰水泥性能的影响。通过水化热分析、FTIR和SEM等微观测试方法探究了大掺量粉煤灰水泥的水化机理。

碎石型陶粒高强混凝土的配制及工作性研究

通过对骨料的级配与吸水性分析研究,配制出工作性良好的碎石型页岩陶粒混凝土,进一步研究了混凝土工作性的影响因素,包括骨料预湿时间、胶凝材料用量、砂率和硅灰掺量。结果表明:骨料预湿时间1小时,胶凝材料用量550kg/m3,硅灰掺量4%,砂率47%所配制出的陶粒混凝土工作性最佳,2h坍落度可达235mm,倒坍时间20s,符合泵送要求。

水泥试件低电压养护装置的研发

对比目前国内水泥养护箱的控制装置,将目前存在的温湿度控制不够精确,高压控制系统不够安全等问题通过改进温湿度传感器和优化电路得以解决,研发出在低电压状态下的水泥试件养护装置用于试件的养护.

丙烯酸乳液改性氯氧镁水泥的性能及其机理研究

基于有机聚合物乳液的吸附及络合作用,采用丙烯酸乳液(AE)对氯氧镁水泥(MOC)进行改性,对改性后的MOC工作性能、力学性能、耐水性能及微观结构进行研究,揭示AE对MOC的改性机理.结果表明:AE在MOC中的分散作用可增大MOC的流动度;AE在水泥颗粒及水化产物表面形成的膜结构在抑制5·1·8相晶体生长的同时,还改变了晶体形态,对MOC的凝结时间及强度产生了影响;AE不仅降低了MOC内部有害孔的体积分数,还在MOC内部形成了膜结构,在这两者共同作用下,5·1·8相晶体的水解得以延缓,Mg(OH)_(2)晶体的生成量减少,从而改善了MOC的耐水性能.

水玻璃固化冰碛物的强度及固结机理分析

为解决普朗铜矿在开采过程中地表松散冰碛物堆积造成地面塌陷和泥石流的问题,本文采用水玻璃复合酯类固化剂制备固结材料固结冰碛物,对冰碛物固结体的抗压强度进行了研究,并通过XRD、FTIR、DSC-TG和SEM对水玻璃复合酯类固化剂固结材料固结冰碛物的固结机理进行了探究。结果表明,冰碛物固结体28 d抗压强度最高可达2.05 MPa,具有较好的固结性能。酯类固化剂作用下,水玻璃水解产物与酯类固化剂的水解产物反应生成乙酸钠和硅凝胶,硅凝胶起到了填充冰碛物颗粒之间的空隙、胶结冰碛物颗粒的作用。

聚氨酯乳液对碱-矿渣-粉煤灰基地聚物的体积稳定性影响研究

研究了不同掺量聚氨酯乳液下,碱-矿渣-粉煤灰基地聚物(AAFS)体积稳定性变化规律,并对其体积稳定性改善机理予以揭示。研究表明:聚氨酯掺量3%~7%时,延长了AAFS的初终凝时间,降低了净浆流动度。聚氨酯的加入,减少了AAFS水化生成物的生成量,降低了砂浆的折压强度,28 d抗压强度为38~45 MPa,28d抗折强度为6.5~7.7 MPa,折压比提高14.8%~22.3%,韧性改善明显。聚氨酯与AAFS的交互链接,改善了AAFS的体积变化,56 d收缩率为9.7%~28.4%,下降明显。同条件下,PU改性AAFS试件的抗开裂性能明显改善。

纤维珠链在混凝土抗裂性能设计中的应用研究

混凝土因早期干缩与冻融破坏均会产生有害裂缝,影响钢筋混凝土的强度与耐久性。通过在纤维上滴加环氧树脂,树脂凝集成珠粒,使纤维成为纤维珠链;再将纤维珠链经过纤维切断机处理成为短切纤维,在混凝土搅拌过程中将其加入,制成纤维珠链混凝土。通过有限元模拟发现,纤维珠链混凝土依靠珠粒与混凝土之间的结构嵌固,缓解了纤维两端的应力集中,将纤维与混凝土之间的剪应力基本降低为0 MPa,阻止了纤维滑移。材性试验表明:当纤维珠链掺量为0.5 kg/m^3、增强纤维掺量为3 kg/m^ 3时,混凝土的力学性能有所提高,耐久性能改善,裂缝数量减少93%,裂缝长度缩短57%。因此,纤维珠链在混凝土抗裂性能设计中具有可行性与实用性。

《混凝土材料学》课程建设的改革与实践

《混凝土材料学》的教学不仅直接关系到未来行业人才对现代混凝土的认知、应用和创新能力,也涉及基础设施建设领域的高质量发展、低碳混凝土技术的广泛应用以及美丽中国建设使命的担当与实现。本文从课程建设理念、目标、发展沿革、课程与教学改革要解决的重点问题、课程教学设计、课程内容与资源建设及应用、教学方法改革、课程教学内容及组织实施、课程评价及改革成效、课程特色与创新等方面系统分享了北京建筑大学《混凝土材料学》课程建设的思路、做法和成果。本课程建设总体上体现了现代工科教育的理念和方法,具有线上线下混合式教学、专题研讨、思政激励、赛教融合的特色。

碱激发矿渣/粉煤灰多孔混凝土基本性能试验研究

用氢氧化钠及水玻璃作为碱激发剂来激发矿粉/粉煤灰,制备以矿粉/粉煤灰为胶材的多孔混凝土。对比不同碱当量、激发剂模数、设计空隙率对多孔混凝土一定龄期下的力学性能、透水性能的影响。研究结果表明,随着碱激发剂模数、碱当量的增加,各龄期抗压强度和抗折强度均呈现先增加后降低的趋势。且设计空隙率25%,模数为1.5,碱当量为6.0%,抗压强度达到最大值23.4 MPa,抗折强度为3.1 MPa,碱激发矿渣/粉煤灰多孔混凝土与浆体力学性能有显著的相关性;多孔混凝土总体透水系数10 mm/s(设计空隙率25%)以上,设计空隙率为15%,试件抗压强度可达28.3 MPa,透水系数达4.3 mm/s。

高掺矿物掺合料对复合胶凝材料强度、水化热和孔结构的影响

现代混凝土用胶凝材料早期强度高,水化速度快,水化热高,制备混凝土体积稳定性不良。采用“低用量低比表面积水泥熟料,高掺量高比表面积矿物掺合料”的技术路线制备高掺量矿物掺合料复合胶凝材料。对其胶砂力学性能进行了研究,采用等温量热法对其水化放热进行了研究,通过MIP法对其微观孔结构特征进行研究。结果表明胶砂试件强度在早期强度降低不多的情况下,长龄期条件下强度能够持续增长,相应的水化热放热量和放热速率均有所降低,且随水化龄期的发展,从3 d到180 d,净浆的孔结构发生了显著变化,微孔(<20 nm)增长显著,大孔(>200 nm)数量明显减少。复合胶凝材料净浆的孔结构随龄期发展,大于200 nm的大孔数量减少明显,小于20 nm的微孔数量增长明显。

不同吸附性粉体对混凝土性能的影响

为明确不同吸附性粉体材料对水泥基材料的影响,本实验研究了石灰石粉、凝灰岩石粉、蒙脱土在掺量为20%、40%时对混凝土工作性能、力学性能及耐久性的影响。实验结果表明:与基准组相比,蒙脱土使得减水剂的用量增大6~8倍,C30和C50试件的28 d抗压强度分别降低38.4%与54.1%,干燥收缩率增大1.99倍,抗碳化性能以及抗氯离子渗透性均显著降低。凝灰岩石粉使试件减水剂用量增大36.7%~64.5%,C30和C50试件的28 d抗压强度分别降低7.4%与15.9%,干燥收缩率增大1.44倍,抗碳化性能以及抗氯离子渗透性均无明显影响。石灰石粉使减水剂用量相对基准组变化幅度为-32.4%~30.8%,C30和C50试件的28 d抗压强度分别降低18.3%与13%,干燥收缩率与基准组接近,抗氯离子渗透能力提升约12.9%。

盾构渣土砖制备技术及性能研究

北京东六环路(京哈高速~潞苑北大街)改造工程预计出渣300万方(约450万t)。为实现盾构渣土的资源化利用,采用多种测试手段对盾构渣土的性能进行分析和研究,并以盾构渣土为主要原材料,采用机制砂改善级配,以水泥、石灰为胶凝材料,通过振动压力成型制备盾构渣土免烧砖。对制备的砖进行性能研究,结果表明:优化配比后,采用盾构渣制备砖的性能基本能够满足MU20要求。采用60%机制砂对盾构渣土进行改性后制备砖的宏观力学和耐久性能得到明显改善,且采用改性后砂制备砖的微观性能明显优于单纯采用盾构渣制备砖的微观性能。明确了基于盾构渣土制备免烧砖的可行性和技术路线,为国内同类型盾构渣土的资源化利用提供参考。

透水砖的制造与施工技术研究

透水砖作为一种新兴的建筑材料,具有透水功能,可以减少城市内地表径流量,缓解城市内涝,受到越来越多的关注。透水砖的种类不同,其制造工艺也有所差异。透水砖的透水性能与抗压强度相互制约,对其应用造成了一定影响。透水砖的施工工艺要求其基层具有透水性,使得透水砖铺装层整体具有透水功能。透水砖也在不断发展,砂基透水砖作为一种新型的透水砖,孔隙不易被阻塞,透水效果坚持时效长。