CTF增效剂提升混凝土抗冻性能研究

本工作以3%质量浓度的NaCl溶液为介质,进行混凝土抗冻性试验,通过超声波波速损失率(C_(n))、质量剥蚀量(M_(B))和溶液吸入率(W_(S))三种指标研究了CTF(Coal tar fuel)增效剂对混凝土抗冻性能的影响。同时,深入剖析了CTF增效剂对混凝土内部气孔结构的影响,并基于气孔分形模型,建立了分形维数(D)与超声波波速损失率(C_(n))的关系。结果表明:CTF增效剂能有效提升混凝土的抗冻性能,且当掺量为0.7%时提升效果最为显著。与普通混凝土相比,降低10%的水泥用量并掺加0.7%的CTF增效剂时,冻融循环100次后,混凝土超声波波速损失率(C_(n))较小,且质量剥蚀量(M_(B))降低了12.51%。此外,NaCl溶液吸入率(W_(S))降低了0.83%,内部直径规格小于100μm的气孔个数增加了180%,大于100μm的气孔个数减少了18.18%。

基于PSO‑BPNN模型的氯氧镁水泥混凝土耐水性预测

为快速准确地获得具有优异耐水性氯氧镁水泥混凝土(MOCC)的配合比,设计了拓扑结构为4‑10‑2的粒子群优化(PSO)算法-反向传播(BP)神经网络(PSO‑BPNN)模型.该模型的输入层参数为n(MgO)/n(MgCl_(2))、粉煤灰掺量、磷酸掺量和磷肥掺量,输出层参数为MOCC的抗压强度和软化系数;模型数据集为144组,其中训练集数据为100组,验证集数据为22组,测试集数据为22组.结果表明:PSO‑BPNN模型在MOCC抗压强度预测中的评价参数——决定系数R^(2)=0.99、平均绝对误差S_(MAE)=0.52、平均绝对误差百分比S_(MAPE)=1.11、均方根误差S_(RMSE)=0.73;其在软化系数预测中的评价参数——R^(2)=0.99、S_(MAE)=0.44、S_(MAPE)=1.29、S_(RMSE)=0.62;与BP神经网络(BPNN)模型相比,PSO‑BPNN模型具有更强的双参数预测能力,可用于MOCC配合比的正向设计和反向指导.

粉煤灰地聚合物混凝土的制备、特性及机理

利用粉煤灰作为配制地聚合物的一种基本Si Al质材料,以强度为指标寻求最佳地聚合物配比;为优化养护制度,采用了标准养护、蒸汽养护、压蒸养护3种养护制度,从中选出了最有利于发挥胶凝材料活性的养护制度.实验表明,当粉煤灰掺量为30%,80°C下蒸养8h时抗压和抗折强度达到最优,分别为32.2和7.15MPa.将最优的地聚合物胶结材制成混凝土,并对其抗氯离子渗透、抗冻融性能进行了研究,发现其具有非常优异的耐久性.利用红外、X射线衍射对地聚合物的形成机理及结构本质进行的分析发现,地聚合物在合成过程中SiO4对应的1086cm-1红外振动峰向低波数偏移,6配位Al也转化为4配位,最终形成无定形态的结构物质.

水泥-粉煤灰浆体的水化反应进程

为考察粉煤灰对水泥水化进程的影响,系统研究了水泥粉煤灰浆体在不同养护龄期、水胶比、粉煤灰掺量下水泥和粉煤灰反应程度、非蒸发水数量、水化产物数量、孔结构和浆体力学性能.根据实验结果,建立了水泥粉煤灰浆体中水泥反应程度与有效水灰比间的定量关系,推导出水泥和粉煤灰反应程度与胶空比之间的计算公式,并通过研究胶空比与浆体抗压强度关系曲线和比较胶空比与实测孔隙率来验证该公式的正确性;另外,还对水泥粉煤灰浆体的非蒸发水量与水化产物数量间的关系进行了研究,结果表明二者呈线性相关,可用非蒸发水量反映水化产物数量.

ESEM追踪K-PSDS型地聚合物水泥的水化

应用环境扫描电镜原位定量追踪K PSDS型地聚合物水泥在相对湿度80%条件下水化产物生成—发展—演化的全过程.结果表明:在水化早期,偏高岭土颗粒松散地堆积在一起,存在许多大空隙;随着龄期的增长,生成的大量海绵状胶体积淀在颗粒表层,并向外扩充;到了后期,颗粒被胶体厚厚包裹,空隙被填满,基体变得非常致密.通过能量散射分析(EDXA)发现,随着水化的进行,K2O与Al2O3,SiO2与Al2O3的摩尔比逐渐减小,最终产物的这两个比值分别为1.28,6.54,接近理论值.另外,在任何龄期均未出现外形规则的结晶产物,而仅生成了一种均匀的海绵状胶体.

用环境扫描电镜原位定量追踪K-PSDS型地聚合物混凝土界面区的水化过程

应用环境扫描电镜(ESEM)原位定量追踪K-PSDS型(KOH激发合成的PSDS型)地聚合物水泥混凝土在相对湿度80％条件下界面区水化产物生成、发展和演化的过程。实验结果表明:界面区和基体区的ESEM形貌在水化早期差别较大,界面区存在许多大的空洞(50μm),而基体区颗粒分布均匀、密实;随龄期的增长,凝胶状产物在界面区空洞周缘淀积,并向外伸展,空洞逐渐被填满、湮没;到后期二者形貌基本没有太大区别,但通过能量散射分析(EDXA)发现界面区n(K)/n(Al)和n(Si)/n(Al)高于基体区,表明K和Si在界面区富集,从而造成胶凝产物化学组成的差异。另外,界面区在任何龄期均未出现尺寸规则的结晶产物,而仅生成了海绵状胶凝体。

弯拉应力作用下粉煤灰混凝土的1D和2D碳化

首先建立了弯拉应力作用下混凝土的1D和2D碳化测试方法,在此基础上系统研究了粉煤灰混凝土在弯拉应力水平分别为0.0,0.20,0.35,0.50,0.65,0.80作用下1D和2D碳化深度的依时变化规律,并探讨了粉煤灰掺量(0%,10%,20%,40%,60%,质量分数)、粉煤灰种类(Ⅰ,Ⅱ级)、水胶比(0.3,0.35,0.4,质量比)、胶凝材料用量(458,380kg/m3)、养护龄期(28,90d)5个重要因素对处于弯曲应力状态下的粉煤灰混凝土1D和2D碳化深度的影响规律.另外,还将不同弯拉应力水平(σS)下的碳化试验结果与同条件下无应力状态下的碳化进行了定量比较,发现弯拉应力水平对碳化存在明显的加速作用,为量化该交互作用提出了应力加速因子(Kσ)概念,研究表明Kσ随σS的增加而变大,符合指数函数Kσ=1+kσSC.

用环境扫描电镜原位定量研究K-PS型地聚合物水泥的水化过程

应用环境扫描电镜原位定量追踪K PS型地聚合物水泥在相对湿度 80 %条件下水化产物生成—发展—演化的全过程 .实验结果表明 :在水化早期偏高岭土颗粒松散地堆积在一起 ,存在许多大空隙 ;随龄期的增长 ,生成了大量的海绵状胶体 ,积淀在颗粒表层 ,并向外扩充 ;到后期颗粒被胶体厚厚包裹 ,大空隙被逐渐填满 ,基体变得比较致密 .通过能量散射X射线能谱分析(EDXA)发现随着水化的进行 ,n(K) /n(Al)不断增大 ,而n(Si) /n(Al)逐渐减小 ,水化 4h的n(K) /n(Al) =0 99,n(Si) /n(Al) =1 49.另外 ,在任何龄期均未出现形貌规则的结晶产物 。

用IR探索地聚合物水泥硬化产物的组成和结构

利用红外分析法(IR)对3类地聚合物结构链上的Si和Al的价键状态、周围化学环境进行了分析,同时也探讨了地聚合物与同组成的沸石晶体之间的关系。实验结果表明,地聚合物在合成过程中AlO4四面体键接在SiO4四面体链上,共同构成了地聚合物的三维网状结构;地聚合物与同组成的沸石晶体在合适的条件下可以相互转化,揭示出地聚合物可能为同组成沸石晶体的前驱产物。

弯拉应力下粉煤灰混凝土的多维碳化及寿命预测模型

首先建立了弯拉应力作用下混凝土的多维碳化测试方法,在此基础上系统研究了粉煤灰混凝土在弯拉应力水平分别为0,0.20,0.35,0.50,0.65,0.80作用下多维碳化深度的依时变化规律.探讨了粉煤灰掺量(0%、10%、20%、40%、60%)、粉煤灰种类(Ⅰ级、Ⅱ级)、水胶比(0.3、0.35、0.4)、胶凝材料用量(458,380 kg/m3)、养护龄期(28,90d)五个重要因素对处于弯曲应力状态下的粉煤灰混凝土多维碳化深度的影响规律.另外,还将不同弯拉应力水平(σs)下的碳化实验结果与同条件下无应力状态下的碳化进行了定量比较,发现弯拉应力水平对碳化存在明显的加速作用,为量化该交互作用提出了应力加速因子(Kσs)概念,研究表明Kσs随σs的增加而变大,符合指数函数Kσs=1+k(σs)c.最后,还初步建立了综合考虑应力、碳化维数、养护龄期、粉煤灰种类及掺量、水胶比和胶结材用量等重要影响因素的多因素碳化寿命预测模型.上述研究以期为准确预测实际混凝土结构在真实状态下碳化寿命提供科学依据.

超高性能水泥基复合材料早期自收缩特性研究

采用新型高精度全自动自收缩测量仪，研究了加入粗集料、不同水胶比（mw／mB=0．16，0．20，0．24）和不同钢纤维体积分数（φf=0％，1％，2％，3％）对超高性能水泥基复合材料（ultra—highperformancecementitouscomposite，UHPCC）自加水起33h内自收缩特性的影响．结果表明：UHPCC早期自收缩随龄期的发展具有明显的双阶段特征，即初始快速发展阶段和后期缓慢发展阶段；UHPCC早期自收缩随着水胶比的降低而增加，当水胶比从0．24分别减小到0．20，0．16时，0～20h内其自收缩值分别增加了34．09／6和63．8％；粗集料和钢纤维对UHPCC早期自收缩有明显的抑制作用，钢纤维体积分数从0％分别增至1％，2％和3％时，0～33h内其自收缩值分别降低了23．9％，60．5％，86．5％；UHPCC在33h时的自收缩值与水胶比（≤0．24）、钢纤维体积分数（0％～3％）这两者的关系均近似呈线性相关．

免烧淤泥砖的力学性能与微观结构

基于石灰激发淤泥中SiO2和Al2O3活性组分以产生胶凝产物的原理,在蒸养条件下制备了免烧淤泥砖.系统研究了不同掺量(质量分数)的粉煤灰(10%～50%)和水泥(5%～20%)对石灰-淤泥胶凝体系力学性能的影响规律,并通过压汞法、扫描电镜、X射线衍射仪、超声波分析了免烧淤泥砖的微观结构和早期结构形成过程.结果表明:石灰的最佳掺量为30%;水泥掺量为20%时坯体强度较纯坯体(不掺外掺料)提高约50%;单掺粉煤灰(最佳掺量30%)可显著改善免烧淤泥砖坯体的力学性能、细化孔径,提高坯体密实度.

矿物掺合料对高强砂浆抗化学侵蚀性能的影响

研究了矿物掺合料的种类、掺量及掺加方式 (单掺、双掺、三掺 )对高强砂浆的抗化学侵蚀性能影响 .结果表明 :在HCl溶液中侵泡 6个月时 ,双掺和三掺矿物掺合料高强砂浆试件的抗压强度损失 4.2 9%～ 5 .63% ,而不掺矿物掺合料的砂浆试件强度损失高达 1 4.85 % ;在Na2 SO4溶液和海水中 ,双掺和三掺矿物掺合料砂浆试件的抗压强度不仅没有降低而且还有一定程度的提高 .在此基础上分析探讨了双掺、三掺矿物掺合料显著提高砂浆抗化学侵蚀性能的本质 ,以期为双掺或三掺高强砂浆的推广和应用奠定试验和理论基础 .

综论超高性能混凝土:设计制备·微观结构·力学与耐久性·工程应用

超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)是新一代建筑材料,具有超高的力学性能和优异的耐久性能,在高层结构、大跨桥梁、海上平台、核反应堆安全壳以及军事防护工程等领域中具有广阔的应用前景。经过20多年的发展,UHPC在设计、制备、性能和工程应用等方面的研究都有了长足进步。为了进一步推动UHPC在土木工程领域的应用,让广大科技人员和工程人员对UHPC有深入系统的认识,本文从UHPC的发展历程、定义、配合比设计理论和制备技术、微观结构形成机理、静态力学性能、动态力学性能、耐久性能和工程应用以及规范标准等几个方面,对UHPC的最新研究动态进行了系统的阐述,有助于促进我国混凝土材料与混凝土结构工程的创新发展。

地聚合物基活性粉末混凝土的制备及特性研究

利用粉煤灰取代部分偏高岭土,以强度为指标寻求最佳地聚合物基体配合比。在标准养护、蒸汽养护、压蒸养护三种养护制度中,选出最有利于发挥胶凝材料活性的养护工艺;然后在最佳基体中掺入三种钢纤维,选用最优养护工艺,可得到一系列强度的纤维增强地聚合物基活性粉末混凝土(RPC),其抗压强度最高达55.2MPa,弯拉强度达22.44MPa。对其抗氯离子渗透和抗碳化性能进行的研究结果表明,地聚合物基RPC具有非常优异的耐久性。

古建水硬性石灰材料的制备与耐久性能

以气硬性石灰、白水泥、活性微粉、添加剂、纤维等为主要原料,设计制备了水硬性石灰砂浆作为古建修补材料;探究了加速碳化对水硬性石灰砂浆力学强度发展的影响,并以相对动弹性模量、质量损失率为主要评价指标,系统研究了水硬性石灰砂浆在单一因素(冻融、硫酸盐)与多因素耦合(干湿循环-硫酸盐)作用下的耐久性能.结果表明:加速碳化能显著提高水硬性石灰砂浆的力学强度,传统石灰砂浆加速碳化3d的抗压强度是自然养护条件下的7.5倍;掺加质量分数为0.1%的聚丙烯纤维能显著提高水硬性石灰砂浆的抗冻性,经历116次冻融循环后水硬性石灰砂浆未出现明显的冻融破坏;掺加质量分数为1%的铝制外加剂能明显改善水硬性石灰砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能.

杂散电流-盐卤耦合作用下钢筋混凝土腐蚀行为

针对西部地区轨道交通工程中杂散电流-盐卤耦合作用下的严酷服役环境,设计了杂散电流-盐卤耦合作用下的试验模拟装置并采用线性极化电阻(LPR)、交流阻抗谱(EIS)以及沉淀-电位滴定等试验方法,系统研究了钢筋类型、通电时间和阻锈剂等关键因素对钢筋腐蚀行为的影响规律.结果表明:在杂散电流-盐卤耦合作用下,混凝土中光圆钢筋的耐蚀性能是肋纹钢筋的2.5倍;随着杂散电流通电时间的增加,盐卤环境中各试件的耐蚀性能均呈现数量级下降,且在通电初始阶段下降幅度最大;阻锈剂的加入可使耦合作用下的试件耐蚀性能大幅度提高,最高可达50%.

用半经验AM1算法研究地聚合反应中的溶解过程

在评析偏高岭土分子结构的基础上,建立了其结构代表模型,然后利用计算化学中的半经验AM1算法研究了该模型在高碱环境下的溶解全过程.计算结果表明,[AlO4]单六元环比[SiO4]单六元环更具有活性;偏高岭土在NaOH溶液中比在KOH溶液中更易发生溶解反应;Na+比K+表现出更为强烈的离子配位反应;偏高岭土溶解后的残环和碱溶液进一步反应与残环及碱溶液的种类有关.

混凝土绿色度量化评价体系的研究

利用Delphe和物元分析法建立起混凝土绿色度的量化评价理论模型 。

粉煤灰地聚合物混凝土的制备及其特性

利用粉煤灰作为配制地聚合物的一种基本Si-Al质材料 ,以强度为指标寻求最佳的地聚合物配比 ;同时 ,为优化养护制度 ,采用了标准养护、蒸汽养护、压蒸养护三种养护制度进行实验 ,从中选出最有利于发挥胶凝材料活性的养护制度。实验表明 ,在粉煤灰掺量为30% ,80℃蒸养8h时抗压和弯拉强度达到最优 ,分别为32 2MPa和7 15MPa。之后 ,对这种最优的地聚合物混凝土的抗氯离子渗透、抗冻融和抗碳化性能进行了研究 。