基于正交试验的生态混凝土孔隙环境优化研究

为使生态混凝土力学性能满足要求的同时改善其孔隙环境,通过设计有交互作用的正交试验,采用正交试验的敏感性分析方法,探究硅灰、苯丙乳液、尿素对生态混凝土抗压强度、孔隙率、孔隙环境pH值、总氮累积释放率4个指标的影响规律,并构建多元回归方程验证可靠性并得出最优配合比。结果表明:硅灰、尿素及两者交互作用下对抗压强度与孔隙率的影响显著;硅灰与尿素对降低孔隙内pH值有利,苯丙乳液会影响硅灰的降低效果;尿素能提高总氮累积释放率,硅灰与苯丙乳液能起到制约作用,且苯丙乳液效果较为明显。回归方程拟合曲线与试验结果曲线形态及趋势相似,生态混凝土的最优配合比为硅灰掺量9%、苯丙乳液掺量5%、尿素掺量10%。

微波活化粉煤灰的微观结构及粉煤灰-水泥浆体的早期性能

微波辐照是激发粉煤灰活性的一种高效低碳的活化方式,高活性粉煤灰有利于早强混凝土的制备。本工作首先研究了微波辐照温度(600℃、700℃、800℃)对粉煤灰物理化学性能的影响,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对其物相组成和微观形貌进行表征,然后研究了活性粉煤灰-水泥浆体的早期性能。研究结果表明:微波辐照促使粉煤灰中的石英相和莫来石相向非晶相转化,极大地提高了粉煤灰的活性。当微波辐照温度为800℃时,与未活化粉煤灰相比,活性粉煤灰非晶相含量从49.13%增加到了58.71%,且28 d活性指数高达94.13%,提高了33.06%。与未活化粉煤灰-水泥浆体相比,800℃微波辐照的粉煤灰-水泥浆体的早期力学性能提升非常显著,其中1 d的抗压强度增加了41.36%。因此,微波辐照活化粉煤灰的合适温度为800℃。

改性磷石膏作水泥缓凝剂的研究

为将磷石膏应用于水泥缓凝剂,采用水洗等方式对磷石膏进行预处理。确定水洗磷石膏的最优用水量和水洗时间。对比研究天然石膏、原状磷石膏和改性磷石膏对硅酸盐水泥凝结时间和强度的影响。通过水化热、XRD和SEM分析改性磷石膏对硅酸盐水泥水化特性的影响机理。结果表明,磷石膏在液固比为4和水洗时间为25 min条件下水洗效果最佳;生石灰单掺以及生石灰和膨润土复掺对磷石膏中可溶性磷和可溶性氟表现出较好的固化效果;水洗改性后磷石膏可有效缩短水泥的凝结时间,提高早期强度,其中生石灰与膨润土按2∶1复掺水洗改性后磷石膏用于硅酸盐水泥,水泥初、终凝时间比使用原状磷石膏时缩短了50%和31%;改性磷石膏制备的水泥早期水化速率正常,水泥固结体结构致密,缺陷较少,早期强度高。

煤矸石机制砂C20混凝土力学性能研究

为探究煤矸石机制砂对低强度等级C20混凝土力学性能的影响,调控煤矸石机制砂掺量和水灰比浇筑混凝土试块,开展抗压和抗折强度试验。结果表明:相同水灰比下,随煤矸石机制砂掺量增加,混凝土的抗压强度先增强后降低;相同取代率下,混凝土的抗压和抗折强度随水灰比增大而降低。相较于煤矸石机制砂取代率,水灰比对混凝土抗折强度的影响更大。取代率不超过30%时,对混凝土的抗压和抗折强度均有利,水灰比为0.55、取代率为25%时,混凝土抗压和抗折强度提高最多。

基于ICP-MS研究转炉钢渣微粉吸附镍和铅的动力学机理

随着工业化的发展,水体和土壤中的重金属污染日益严重。其中,重金属镍是一种常见的致敏性金属,会引起人体过敏发炎,甚至会引发癌症;血液中铅浓度的超标会危害人的神经系统、心血管系统和生殖系统,造成终身性的危害。因此,治理镍和铅重金属污染具有十分重要的意义。钢渣是炼钢过程中产生的一种副产物,其存在难以利用与附加值低的问题。同时加之管理制度的不健全,导致大量钢渣露天堆放,对土地资源、地下水源,以及空气质量造成严重影响。钢渣微粉具有比表面积大、多孔、化学活性高等特性,被广泛利用,可以成为吸附材料。本文以转炉钢渣微粉为研究对象,利用激光粒度仪、电感耦合等离子体质谱仪、比表面积与孔隙度吸附仪、X射线荧光光谱仪等测试转炉钢渣微粉的基本性质,重点研究转炉钢渣微粉添加量、重金属初始浓度、溶液pH和吸附时间对转炉钢渣微粉吸附Ni^(2+)、Pb^(2+)的效果,结合吸附动力学与吸附等温线理论揭示转炉钢渣微粉对Ni^(2+)、Pb^(2+)的吸附作用机理,为处理镍、铅重金属污染和工业废水处理提供技术支持与理论依据。结果表明:当转炉钢渣微粉添加量大于12.5 g·L^(-1)、重金属初始浓度小于100 mg·L^(-1)、溶液pH大于3和吸附时间大于120 min时,转炉钢渣微粉对Ni^(2+)、Pb^(2+)的吸附效果良好,即基本达到90%。转炉钢渣微粉对Ni^(2+)、Pb^(2+)的吸附符合准二级动力学模型,吸附速率由边界扩散和颗粒内扩散共同控制,吸附过程以化学吸附为主。转炉钢渣微粉的结构具有多孔性为物理吸附Ni^(2+)、Pb^(2+)提供吸附空间,转炉钢渣微粉的化学成分不仅具有碱性与Ni^(2+)、Pb^(2+)形成络合产物,而且水化过程中CaO与SiO_(2)生成C—S—H凝胶,对Ni^(2+)、Pb^(2+)形成络合吸附与硅酸盐体系包裹。转炉钢渣微粉对Ni^(2+)、Pb^(2+)吸附可能存在多层吸附。吸附Ni^(2+)、Pb^(2+)的过程为优惠吸附,吸附容易进行,其理论最大吸附量分别为18.785和17.002 mg·g^(-1)。

不同粗骨料取代率下粉煤灰再生混凝土的力学性能研究

为探讨不同再生粗骨料取代率下粉煤灰对再生混凝土力学性能的影响,以及再生混凝土抗折强度与再生粗骨料取代率、水胶比之间的关系,以RC30设计强度等级为基础设计了16组配合比,制作了96块再生混凝土试块,主要进行了再生混凝土的抗压强度试验和抗折强度试验。得出如下结论:随粉煤灰掺量的增加,不同再生粗骨料取代率,抗压强度变化规律有所不同;再生粗骨料取代率为0、30%和40%时,抗压强度随粉煤灰掺量的增加整体呈下降趋势;而当再生粗骨料取代率为50%时,随粉煤灰掺量的增加,抗压强度先减小后增大。粉煤灰掺量大于20%时,天然骨料混凝土的抗压强度急剧下降,而再生骨料混凝土的抗压强度降低幅度均较小,大掺量粉煤灰在再生混凝土中或将有更大的应用空间。通过观察抗折强度试件破坏断面,分析再生混凝土变形破坏特征。粉煤灰的掺入提高了天然骨料混凝土的抗折强度,且掺量为20%强度最高。再生粗骨料取代率为30%时,随粉煤灰掺量变化抗折强度整体呈下降趋势,但下降幅度很小;再生粗骨料取代率为40%和50%时,呈先减后增再减的趋势。天然骨料混凝土的折压比随粉煤灰掺量的增加而提高;再生混凝土折压比随粉煤灰掺量的变化趋势与抗折强度一致,但变化幅度略小。粉煤灰对再生混凝土抗折强度的影响大于抗压强度;再生粗骨料取代率为30%,粉煤灰掺量为10%为较优掺量。提出再生混凝土抗折强度预测式。

利用玻璃渣替代安山岩骨料制备耐热混凝土的试验研究

采用普通硅酸盐水泥、安山岩粗细骨料、粉煤灰、玻璃渣制备了耐热混凝土,研究了不同掺量玻璃渣替代部分粗骨料(0、5%、10%)对耐热混凝土在不同温度热处理(常温25℃,110℃烘干,300℃、500℃、700℃、900℃煅烧)前后对混凝土的尺寸、质量、抗压强度、热导率的影响,评价了混凝土的耐热性能,并分析了混凝土在高温热处理过程中的耐热损伤机理。研究结果表明:随温度从25℃升高至900℃,混凝土逐渐脱水脱碳而失重,密度逐渐降低,热导率也相应减小。混凝土的质量和密度可以用来评价混凝土的导热率。随热处理温度的升高,混凝土先收缩后膨胀,抗压强度则随温度的升高而先增加后减少,在300℃时达到最大值,此时混凝土的收缩变形也最小。玻璃渣取代粗骨料比例越高,混凝土变形越大,失质量越大,导热率越小,混凝土抗压强度越低,但整体差异不大。验证了采用玻璃渣取代部分骨料制备耐热混凝土的可行性。

陶粒混凝土力学性能试验及数值模拟研究

陶粒混凝土具有轻质高强、保温隔热性能好和抗震性能优异等特点被作为功能性材料应用于非承重结构中。通过试配得到陶粒混凝土的基础配合比,在此基础上进行力学性能试验,研究陶砂取代率、粉煤灰掺量以及聚丙烯纤维体积掺量对陶粒混凝土配合比设计的影响。结果表明:陶砂取代率为50%,粉煤灰掺量为20%时,陶粒混凝土的力学性能更优异,更轻质高强;掺入适量的聚丙烯纤维可以改善陶粒混凝土的脆性特征。建立二维细观模型来对陶粒混凝土抗压强度、弹性模量、受压应力-应变全曲线进行数值模拟,并与试验结果进行对比分析,建立的二维细观模型较为可靠,可用来预测陶粒混凝土的基本力学性能。

基于响应面回归模型的纤维混凝土力学性能分析

为研究玄武岩纤维和纤维素纤维掺量对混杂纤维轻骨料高强混凝土抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度的影响,构建响应面回归模型,对比分析其力学试验实测值和预测值,并结合渴求函数获得混凝土优化配合比.结果表明:此回归模型有效且可信度高,可用于分析试验结果;两种纤维交互作用、水灰比与纤维素纤维交互作用对抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度影响显著;模型预测最优水灰比为0.30,纤维素纤维掺量为0.90 kg/m3,玄武岩纤维掺量为4.00 kg/m3,强度预测值与试验值间相对误差绝对值均小于5%,该回归模型可为混杂纤维轻骨料高强混凝土的配合比多目标优化提供参考.

复掺碳酸钙晶须增强轻质ECC材料力学性能研究

工程水泥基复合材料(ECC)由于其拉伸应变硬化行为和紧密多裂缝的独特特性能够满足混凝土基础设施韧性和耐久性的严格要求。使用粉煤灰漂珠代替细石英砂作为轻质细集料,使用国内高强高模量PVA和PE纤维,并复掺碳酸钙晶须对ECC进行多尺度增强,对轻质ECC的强度、单轴拉伸性能、薄板四点弯曲性能和孔隙率等进行试验研究。结果表明:碳酸钙晶须掺量为体积的1%时最佳,PVA-ECC抗压强度为57 MPa,极限拉伸强度为4.31 MPa,拉伸应变为3.44%;而PE-ECC抗压强度为60.4 MPa,极限拉伸强度为4.77 MPa,拉伸应变为8.16%。适量的晶须掺入,能够优化孔隙结构,提升强度,晶须微观桥接作用可延缓了微观裂纹发展,同时晶须可以增加界面粗糙度,提高摩擦结合强度,从而提高ECC拉伸应变能力。

纳米填料改性环氧树脂建筑保温材料的制备及性能研究

环氧树脂基混凝土作为一种绿色环保的建筑材料,在道路修补和保温建筑中应用广泛。以环氧树脂E44为原料,二甲苯为稀释剂,纳米玻璃纤维为填料,制备了复合环氧树脂基混凝土,研究了不同纳米玻璃纤维长度对混凝土微观形貌、力学性能和保温性能的影响。结果表明,纳米玻璃纤维的掺杂发挥了“晶种”作用,促进了水化反应的进行,提高了环氧树脂基混凝土的密实度。纳米玻璃纤维长度的适当增加提高了混凝土与纤维的结合强度,当纳米玻璃纤维长度为8 mm时,混凝土的形貌最佳。随着纳米玻璃纤维长度的增加,混凝土的抗压强度和抗折强度先增大后降低。养护28 d,当纳米玻璃纤维长度为8 mm时,混凝土的抗压强度和抗折强度均达到最大值,分别为21.93和4.59 MPa。纳米玻璃纤维的掺杂改善了混凝土的孔结构,降低了导热系数,提高了保温性能,当纳米玻璃纤维长度为8 mm时,混凝土导热系数最低为0.147 W/(m·K),保温性能最佳。

再生细骨料混凝土的性能研究进展

合理使用再生细骨料(以下简称RFA)可同时解决建筑垃圾的资源化利用问题和天然砂、石过度开采引起的环境问题。介绍了RFA的颗粒形状、空隙率、吸水率、有害物质含量等性能,总结了RFA的性能强化措施,综述了再生细骨料混凝土(以下简称RFAC)的工作性、力学性能和耐久性能,并对其机理进行了分析,可为RFA的进一步推广应用提供参考。

玄武岩纤维对3D打印混凝土力学性能的影响

为探究玄武岩纤维对3D打印混凝土力学性能的影响,设计0%、0.25%、0.50%、0.75%和1.00%共5种不同玄武岩纤维掺量,通过单轴压缩、三点弯曲和层间双剪试验分析玄武岩纤维掺量对3D打印混凝土力学性能的影响,并利用双目倒置金相显微镜和扫描电子显微镜从微观形貌层面分析玄武岩纤维增强混凝土力学性能的作用机制。研究结果表明:掺加玄武岩纤维可显著提升3D打印混凝土结构的力学性能。随着纤维掺量的增加,抗压和层间抗剪强度呈现出先增加后减小的趋势,掺量为0.50%时共同达到最优,相较于未掺入玄武岩纤维的混凝土分别提高了28%和61%;抗折强度则随着纤维掺量增加一直增加,掺量为1.00%时效果最佳,相较于未掺入玄武岩纤维的混凝土提高了21%。打印材料力学性能存在各向异性,沿Z方向加载时抗压和抗折强度最高,Y方向最低;随着纤维掺量增加,力学性能各向异性逐渐增大。结合试验结果和电镜扫描结果可知,玄武岩纤维优异的抗拉性能够抑制裂缝的产生与扩展,从而提升3D打印混凝土结构的整体力学性能。

硅灰石在混凝土中的应用研究

总结了硅灰石替代部分水泥对混凝土的各项力学性能和耐久性的影响。分析表明,通过使用硅灰石替代适量的水泥,会使混凝土的抗压强度有所提高,同时硅灰石的微小颗粒会填充混凝土的内部孔隙,使混凝土的内部结构更加致密化,进而提高混凝土的耐久性,延长混凝土构件的使用寿命。通过阐述,会为以后的实验研究提供一定的理论基础并对该领域未来的研究发展进行展望。

复合激发剂调控碱激发材料收缩性能研究

为改善碱激发矿渣-粉煤灰(AASF)胶凝材料的高收缩特性,通过硅酸钠(NS)分别与碳酸钠(SC)、硫酸钠(SS)和磷酸钠(SP)复掺制备复合激发剂,研究复合激发剂对AASF干燥收缩行为的影响。结果表明:复合激发剂对AASF体系的干燥收缩具有显著的抑制作用,其中SC15、SS15和SP5(Na2O质量取代率分别为15%、15%和5%)的90 d干燥收缩相较于NS分别降低39.0%、33.3%、42.4%,SP的综合减缩效果最好。SC使水化产物中生成了碳酸钙,而SS和SP的掺入并未引入新的晶体类水化产物,但SC、SS、SP可以有效减少体系中的自由水含量并提高化学结合水含量。SC、SS和SP的掺入均可以显著降低中孔体积比例和孔隙率,其中SC15、SS15、SP15的中孔体积率相较于NS分别降低30.8%、36.3%、25.0%。复合激发剂的减缩作用主要表现在两方面:一是显著提高化学结合水含量并抑制蒸发失水;二是有效减小中孔体积率以缓解毛细管应力,同时降低整体孔隙率以提高基质微观结构的致密程度。此外,掺入复合激发剂的各组试样也具有良好的工作性能和力学性能,其流动度和28 d抗压强度分别维持在181 mm和60 MPa以上。

废黏土砖骨料轻质混凝土物理力学性能试验研究

将废弃黏土砖破碎成骨料用于制备轻质混凝土,可同步达到资源再利用、降低环境污染、节省天然骨料的目的。为揭示废弃黏土砖骨料轻质混凝土的性能,通过室内试验对废砖骨料级配、废砖骨料体积率、水灰比、泡沫掺量等因素影响轻质混凝土的干密度、吸水率、抗压强度性能进行试验研究,结果表明:泡沫掺量对干密度和抗压强度影响显著,泡沫掺量由2%增加到5%时,干密度由1407kg/m^(3)减小到1128kg/m^(3),抗压强度由13.39MPa减小到4.66MPa,废砖骨料级配对吸水率影响显著,骨料级配从A组到C组级配时,吸水率由11.3%减小到5.7%。

戈壁集料混凝土物理性能及抗压强度研究

为资源化利用西北地区工程建设开挖的弃方材料——戈壁集料,基于西北某机场扩建工程的戈壁集料,首先对戈壁集料基本物理性能及矿物成分进行分析,随后以水灰比、戈壁砂率、戈壁细集料种类及水泥浆量为变化参数,先后对戈壁集料混凝土的工作性能、破坏形态以及抗压强度进行研究。试验结果表明:戈壁集料含泥量高,其黏土矿物含量约20%且以吸水能力强的蒙皂石和伊利石为主;随水灰比减小,戈壁粗集料混凝土的坍落度减少,而抗压强度近似线性增大,与普通混凝土规律一致;同配合比下,全戈壁集料混凝土抗压强度高于戈壁粗集料混凝土,但前者的拌合物表现更黏稠;筛除粒径小于0.15 mm的戈壁细集料虽可小幅提高全戈壁集料混凝土的坍落度,但对抗压强度不利;随砂率增加,戈壁集料混凝土的坍落度增大,其抗压强度先增后减。最后,通过回归分析为戈壁集料混凝土配合比提供参考。

三元矿物掺和料胶砂试件性能研究

为解决煤矸石及钢渣作为单一掺和料强度不足的问题,以煤矸石、钢渣和矿粉为原材料制备复合掺和料水泥砂浆。研究不同配合比下掺和料对水泥砂浆抗压强度的影响,并利用X射线衍射(XRD)、热重-差热分析(TG-DTA)、扫描电镜(SEM)等手段分析不同体系试块的水化机理和微观结构。结果表明,单掺煤矸石、钢渣均表现出较低的活性,而矿粉具有良好的反应活性;三元掺和料中煤矸石-矿粉-钢渣复掺比例为1∶7∶2时,试块的抗压强度最高,28 d抗压强度可以达55.26 MPa。在三元掺和料体系中,煤矸石、矿粉和钢渣可以相互促进水化,增多水化产物,加深水化程度,三者具有一定的耦合作用,具有制备三元矿物掺和料的潜力。

机制砂再生粗骨料混凝土抗压强度试验研究

为探究机制砂原料种类和机制砂级配对机制砂再生混凝土抗压强度的影响,以细骨料类型(天然砂、石灰石机制砂、卵石机制砂)细骨料级配、水灰比为变量制作了30组机制砂再生混凝土立方体试块和15组天然砂再生混凝土立方体试块。结果表明:在石粉掺量10%时,机制砂再生混凝土抗压强度高于天然砂再生混凝土,且机制砂原料为石灰石的抗压强度高于卵石;机制砂各筛孔量占比分别为5%、7%、18%、25%、26%和14%时,机制砂再生粗骨料混凝土的抗压强度最高。研究表明:严格控制水灰比、颗粒级配可使机制砂再生混凝土达到设计强度、满足生产应用要求,采用机制砂替代天然砂制备再生骨料混凝土更有优势,是缓解天然砂资源短缺的可行途径之一。

矿物掺合料对MgO膨胀剂膨胀性能的影响及其机理

MgO膨胀剂具有良好的膨胀稳定性,与混凝土收缩相匹配,可以有效抑制混凝土收缩裂缝的产生。研究了矿物掺合料对MgO膨胀剂膨胀性能的影响及其机理。通过对不同配合比的8%MgO膨胀剂混凝土进行抗压强度、抗折强度和限制膨胀率的测试,探究了矿物掺合料对混凝土性能的影响。试验结果表明:随着粉煤灰掺量的增加,混凝土的抗压强度和抗折强度降低,而矿渣对其强度影响不明显。混凝土在水中养护的膨胀过程可以分为潜伏诱导期、快速膨胀期、缓慢膨胀期和稳定期。矿物掺合料的加入降低了MgO膨胀剂的膨胀效果,且掺量越高,影响越大,其中粉煤灰的影响更为显著。膨胀是由于MgO反应生成的Mg(OH)_(2)晶体填充孔隙所致,矿物掺合料通过降低MgO反应程度和增加孔隙率来减少膨胀现象。矿渣的活性较高,对MgO反应的阻碍较小。