北方村镇自采暖建筑用相变材料储热性能研究

我国北方大多村镇建筑仍以火墙等形式采暖,这种间歇式自采暖方式存在能源利用率低和舒适性差等缺点。相变材料由于在其发生相变的过程中可吸收或释放热量,若将其应用在自采暖建筑中,则可极大提高能源利用率,同时通过维持恒定的室内温度恒定以保证居住舒适性。文中主要研究单质和复合相变温度在30~70℃之间的有机相变材料的储热性能,通过差示量热扫描试验和体积变化率试验分析,获得了相变温度37~47℃与相变潜热146~152J/g的复合相变材料,可以在严寒地区村镇自采暖建筑作为储热材料使用。

养护制度对超高性能混凝土强度的影响机理

超高性能混凝土(UHPC)具有优异的力学性能和耐久性,被广泛应用于各种工程,其中养护是保证其高性能的重要条件。本工作从养护制度角度出发,通过微观表征的方法,研究了不同养护制度(标准养护、蒸汽养护、干热养护和组合养护)对UHPC微观结构的影响规律,进而说明养护对UHPC强度的提升机理。结果表明:与标准养护相比,三种热养护均显著改善了C-S-H凝胶的形貌特征和空间分布规律,其中组合养护的改善效果最佳。此外,养护条件的改变也显著影响了内部纤维与基体粘结性能以及界面过渡区稳定性,这是由于高温高湿环境促进了水泥的二次水化,生成大量C-S-H凝胶,并消耗了氢氧化钙(CH)等弱胶凝性物质,进一步优化了混凝土内部孔隙,使其微观结构更为致密。这说明,必要的温湿度环境可有效改善UHPC的微观结构,这也是UHPC强度提升的重要原因。

CO_(2)矿化改性高钙粉煤灰对水泥砂浆力学性能和微结构的影响

为改善高钙粉煤灰在混凝土中的体积安定性和水化活性,本文对高钙粉煤灰进行了CO_(2)矿化改性,研究了不同CO_(2)矿化反应时长下高钙粉煤灰的固碳量和游离氧化钙含量,及CO_(2)矿化改性高钙粉煤灰对水泥砂浆水化热、力学性能和孔隙结构的影响。结果表明,经12 h CO_(2)矿化改性处理,高钙粉煤灰固碳量可超过10%(质量分数),高钙粉煤灰中的游离氧化钙含量明显降低。随着矿化反应时间的延长,掺高钙粉煤灰的水泥浆体水化诱导期缩短,早期水化放热量明显降低。CO_(2)矿化改性处理还能减轻高钙粉煤灰对水泥砂浆强度的负面影响,改善水泥砂浆孔隙结构,降低孔隙率和大孔含量,促进水泥的早期水化和水化硅酸钙的成核结晶。

生物炭对碳化钢渣活性提升的机理研究

针对湿法碳化钢渣存在的水化活性受抑制以及固碳量不高等问题,提出了添加生物炭进行改性的研究思路.结果表明:生物炭有效提升了碳化钢渣的水化活性与CO_(2)反应性;与仅使用碳化钢渣的样品相比,利用生物碳和湿法碳化钢渣协同制备的活性矿物浆料,试件在7 d时的抗压强大提升了21.5%,CaCO_(3)的含量增加了25.1%;生物炭与湿法碳化钢渣协同作用有效地细化了试件的孔结构,增加了水化产物的含量且加速了早期的水化放热,因此钢渣的水化活性得到进一步提高;生物炭独特的疏松多孔结构有利于CaCO_(3)在试件孔隙中均匀沉淀,使CaCO_(3)的成核效应和填充效应得以更好地发挥.

周边约束状态下板式混凝土早期开裂及收缩应变的分布

改进型的板式试件法可用于实验室或施工现场快速测试混凝土的早期抗裂性能。大量实验的统计结果表明这种板式混凝土的早期收缩裂缝的分布主要集中在两个区域 :每边中点处相连形成的“十”字形区域和 4个边角区域附近。通过埋置光纤光栅传感器法对这种混凝土板在早期处于风吹加速干燥条件下内部收缩应变的分布进行测量 ,结果表明 :混凝土收缩应变与离干燥表面的距离成指数函数关系 ;在距离模具边框越近的位置 ,混凝土表现出的收缩应变值越小。

矿物掺合料对自密实混凝土流变性能的影响

采用新型混凝土流变仪,研究了不同矿物掺合料对新拌自密实混凝土(SCC)拌合物流变性能的影响规律。研究结果表明:随着粉煤灰的掺入,SCC拌合物的屈服剪切应力与塑性黏度逐渐降低;矿渣可使SCC拌合物的屈服剪切应力先降低再增加,触变性能显著增强;石灰石粉的掺入使SCC拌合物的屈服剪切应力及触变性均有所增大。随着静置时间延长,SCC拌合物的触变性逐渐变弱,屈服剪切应力增大,塑性黏度减小。

电化学参数对混凝土除氯效率的影响

为确定氯盐污染混凝土结构的最佳电化学除氯参数,对掺3%水泥质量NaCl的混凝土圆柱体试件进行电化学除氯实验,研究了3种不同电流密度(1、2、3A/m2)和3种不同电解液(自来水、饱和Ca(OH)2溶液、Na3BO3为0.1mol/L)作用下的氯离子排出量随时间的变化规律.结果表明:电流密度越大,通电开始6d内混凝土的除氯速率越快;28d的总除氯量越多,钢筋附近混凝土微观结构劣化和碱性物质富集越多.因此,确定2A/m2为最佳电流密度.相同电流密度通电28d后,自来水中的除氯量大约只有其他2种电解液的50%,因此,应采用碱度较高的饱和Ca(OH)2溶液或物质的量浓度Na3BO3为0.1mol/L的电化学除氯电解液.

矿物掺和料对混凝土早期开裂的影响

针对高性能混凝土普遍存在的早期开裂问题,采用板式混凝土开裂架研究了掺硅灰、粉煤灰、矿渣粉对混凝土早期开裂的影响规律,同时测量了混凝土早期自收缩及在干燥条件下的总收缩。试验结果表明:掺硅灰对混凝土在干燥条件下的早期总收缩影响不大,但使混凝土早期开裂加重;掺粉煤灰使混凝土早期自收缩明显减小,而总收缩并不降低;掺矿渣粉使混凝土早期自收缩和总收缩都增大,而掺粉煤灰和矿渣粉均使混凝土早期抗裂性改善,且掺粉煤灰抗裂性优于矿渣粉。掺硅灰混凝土早期抗裂性差的主要原因是混凝土早期弹性模量增大,徐变和应力松弛能力降低;而掺矿渣粉或粉煤灰混凝土早期抗裂性改善的主要原因在于混凝土早期弹性模量减小、徐变和松弛能力提高。

混凝土水灰质量比与其早期收缩关系的研究

研究早龄期收缩对于解决混凝土工程,尤其是高性能混凝土的早期开裂具有重要意义.采用新研制的非接触式微位移传感器法对不同水灰质量比的混凝土从成型6 h到3 d龄期内的自收缩、单面干燥条件下的总收缩进行测量,同时监测混凝土试件内部温度变化.结果表明:随着水灰质量比的降低,混凝土的自收缩、干燥条件下的总收缩及自收缩在总收缩中所占比例都明显增加,早期自收缩与水灰质量比的关系呈二次曲线关系;当水灰质量比较低时,早龄期的混凝土因表面干燥引起的水分散失会在一定程度上阻碍水泥水化进程,因而这时的总收缩并不是干燥收缩与自收缩的简单叠加.

含石灰石粉水泥砂浆在低温环境中的硫酸盐侵蚀

分析了掺30％石灰石粉砂浆与纯水泥砂浆在(5±1)℃的2％MgSO4溶液中浸泡不同时间后 试件表面层的矿物成分变化与微观结构,研究了强度与外观的变化．结果表明:掺入石灰石粉使水泥水化产 物中的单硫型水化硫铝酸钙转变为稳定的单碳水化铝酸钙,物理填充作用使水泥石结构更加致密,因而在短 期的低温硫酸盐侵蚀环境下掺石灰石粉砂浆比纯水泥砂浆表现出更好的耐腐蚀性．在经受低温硫酸盐侵蚀 后纯水泥砂浆生成大量的石膏和钙矾石,而掺石灰石粉砂浆在经受同条件210 d侵蚀后的腐蚀产物中除了 石膏、钙矾石外,还有少量的硅灰石膏生成,表明水泥石中的CSH凝胶体也受到侵蚀．

胶凝材料组成对混凝土TSA硫酸盐侵蚀的影响

研究不同水泥品种、矿物掺合料对混凝土抗TSA侵蚀性能的影响规律,采用掺30%石灰石粉填料的胶砂件,测试各砂浆在5±1℃的2%MgSO4溶液中浸泡1年后的外观破损与强度损失情况,通过X-射线衍射仪分析各砂浆的矿物成分.结果表明:不同品种水泥的抗TSA侵蚀能力由高到低依次为:硫铝酸盐水泥+硅酸盐水泥复合>硫铝酸盐水泥>抗硫酸盐水泥>普硅水泥.掺硅灰和矿渣细粉均能明显改善混凝土抗TSA侵蚀性能,且矿渣粉掺量越大效果越明显.由于粉煤灰活性低,掺量较少时可在一定程度上减缓TSA侵蚀过程,但掺量过多时反而产生不利影响.

减缩剂与聚丙烯纤维对混凝土早期收缩开裂的影响

目的研究减缩剂、聚丙烯纤维及其混合掺入对混凝土早期收缩开裂的影响规律及作用机理.方法采用板状试件法测试混凝土在两种干燥条件下的早期开裂状况,利用非接触式混凝土收缩仪测定混凝土早期自收缩与干燥条件下的总收缩,并通过压汞仪和扫描电子显微镜分析了各混凝土孔隙结构和微观形貌.结果加入减缩剂明显降低了混凝土早期自收缩和干燥收缩,因而显著地减轻了混凝土早期开裂.聚丙烯纤维能在一定程度上降低早期自收缩,但由于早龄期部分纤维—砂浆界面处结合不良且在混凝土中引入一些大孔,使干燥条件下混凝土的总收缩值增大;它使混凝土早期收缩裂缝分散、宽度减小,但却增加了小裂缝数量和开裂面积.结论减缩剂、聚丙烯纤维的掺入均能改善高性能混凝土早期开裂,其作用效果优劣次序为:减缩剂>减缩剂+聚丙烯纤维>聚丙烯纤维.

混凝土早期自收缩、强度与水泥水化率的关系

采用非接触式微位移传感器法对不同水灰比的混凝土从6h到28d龄期内的自收缩进行了测量,同时研究了密封条件下混凝土抗压强度与水泥水化发展过程。结果表明,随着水灰比的降低,混凝土自收缩和早期自收缩速率明显增大;对于同一混凝土而言,混凝土的抗压强度和水泥水化率均与自收缩成较好的线性关系;水灰比越低,同一龄期水泥的水化程度越低,水泥的化学收缩就越小,但混凝土的自收缩值却越大,证明自收缩与化学收缩是两个不同的物理量。

钢筋混凝土电化学除氯原理与研究进展

针对目前普遍存在的氯盐环境下因钢筋锈蚀导致混凝土结构过早劣化破坏现状,提出在外加电场作用下迫使混凝土中氯离子排出、钢筋重新钝化的电化学除氯修复新技术。介绍了混凝土结构电化学除氯技术的基本原理,分析了国内外在此方面的研究进展和存在问题,并提出了进一步研究的方向。

西部地区水工混凝土长期腐蚀产物与腐蚀机理

对西部某水坝廊道运行6年的混凝土受腐蚀状况进行调研、取样,采用XRD、SEM、EDAX和激光Raman光谱等方法进行分析.结果表明,低温、高湿、硫酸盐和碳酸盐长期共同作用下混凝土的腐蚀产物是由硅灰石膏、钙矾石、石膏和方解石组成的一种稀泥状混合物.证实了在我国西部水工环境下混凝土可能发生TSA硫酸盐侵蚀,并探讨了这种侵蚀的发生机理.

矿物掺合料对高性能混凝土收缩分布的影响

为了探索掺不同矿物掺合料高性能混凝土的非均匀收缩特征,采用固定多组位移传感器的方法测试了单面干燥条件下不同深度处混凝土的收缩变形,同时采用湿度传感器监测了各混凝土中相对湿度变化.结果表明:单面干燥条件下,表层混凝土的相对湿度降低和收缩增长速率明显大于内层混凝土,距离干燥表面100 mm处的收缩值比10 mm处低15%～33%.掺硅灰使混凝土内外层收缩梯度明显减小,掺粉煤灰和矿渣粉均使混凝土内外层收缩梯度增大.各矿物掺合料混凝土试件表层和内部的收缩与其相对湿度之间均存在较好的线性关系.

灾后混凝土工程快速修补材料的研究

为了确定磷酸盐胶凝材料(MPB)的最佳配合比,研究调凝组份、磷酸盐/MgO(w(P)/w(M))、灰砂比、掺粉煤灰对MPB胶凝材料凝结时间和强度发展等的影响规律,并分析它与传统水泥混凝土间的兼容性及其硬化机理。结果表明:当调凝组份掺量为10%左右时,可使MPB水泥凝结时间控制在15～30min内。当w(P)∶w(M)为1∶2时,MPB水泥浆体的强度达到最高值,3h抗压强度可达到40MPa以上,1d时强度超过50MPa。灰砂比(w(MPB)∶w(S))为1∶1.5时,砂浆强度达到最高值,3h抗压强度达到50MPa,抗折强度达到9.1MPa。在保持流动度不变情况下,掺粉煤灰并不降低MPB胶凝材料强度,并可使其颜色与普通水泥混凝土接近。MPB遇水后生成以MgNH4PO4·6H2O为主的反应产物,它与传统水泥混凝土间具有很好兼容性,因而适合于灾后混凝土工程的快速修复。

水泥砂浆TSA侵蚀破坏过程的性能演变

研究了不同水灰比的掺石灰石粉水泥砂浆在低温硫酸盐溶液中长期浸泡后的外观、强度与矿物成分变化过程,分析了水泥砂浆受TSA侵蚀后的宏、微观性能演变规律.结果表明:TSA侵蚀是一种由外及里、逐渐发展的腐蚀破坏过程,降低水灰比可有效减缓TSA侵蚀破坏速率.从微观角度分析,将TSA侵蚀过程分为四个阶段:离子迁移期,钙矾石生成期,石膏生成期和碳硫硅酸钙生成期.根据力学性能变化与外观破损过程,TSA侵蚀又可分为三个阶段:潜伏期、膨胀开裂期和软化解体期.

环境温、湿度对水泥基材料干燥收缩的影响

研究了标准水养28d后水泥砂浆在20℃、35℃且相对湿度为100%～50%不同环境条件下的干燥收缩规律,主要考虑水灰比、硅灰、粉煤灰三种因素的影响.结果表明:随着相对湿度的降低,水泥砂浆的干燥收缩不断增长,但增长速率逐渐减慢.同一相对湿度条件下,水泥砂浆收缩随着环境温度的提高而增大;且相对湿度越低,这种趋势越明显.

微波养护对掺矿渣超高性能混凝土力学性能的影响及机理

超高性能混凝土(UHPC)是继高强度、高性能混凝土之后新近发展起来的一类新型混凝土材料。UHPC自身具备超高强度及高耐久性等优点,使其在高层、超高层建筑、大跨度空间结构与恶劣腐蚀环境下的重大土木工程中有广阔应用前景。本工作从材料制备角度,通过矿物掺合料改变UHPC基本配合比并且采用效率更高的微波养护方式对试件进行养护。通过一系列实验,观察矿渣的使用和微波养护对UHPC力学性能的影响,并通过微观表征分析研究其影响机理。制备了10%、25%、50%、70%和90%矿渣取代基本配合比中水泥部分用量试件,采用3 d延迟微波养护制度养护,测试3 d及28 d强度,随后选取性能典型试件进行29Si NMR、27Al NMR和XRD分析。实验发现标准养护下UHPC强度随着矿渣掺入而降低,但微波养护通过加速矿渣水化反应加强了混凝土力学强度发展进程。该加强效应对早期性能发展的影响更显著,且随着矿渣掺量增加而增强。微观表征分析首先确定了微波养护对试样水化的加速作用,并促进了晶体产物和短链C-S-H的形成,达到进一步克服矿渣对UHPC强度发展的延迟作用。