高海拔地区低温成型磷酸镁水泥砂浆力学与抗冻性能

磷酸镁水泥(MPC)砂浆因其低温下卓越的强度发展潜力和免于蓄热保湿养护的特性,特别适用于高寒地区破损混凝土结构的修补工作。研究采用现场试验的办法,以成型温度、镁磷质量比、养护制度为变量,跟踪不同龄期下不同条件的磷酸镁水泥砂浆的抗折与抗压强度,厘清了高海拔地区低温成型磷酸镁水泥砂浆力学性能的发展规律。研究又以成型海拔、成型温度、镁磷质量比为变量,以气泡结构和水饱和度为中间指标,以单面盐冻中质量剥蚀和快速冻融循环中相对质量及相对动弹性模量的变化为直接指标,剖析了高海拔地区低温成型磷酸镁水泥砂浆抗冻性能的影响因素。研究结果表明,自然养护相较恒定低温养护对早期强度发展有利,但对后期强度发展有不良影响。低温环境下成型有利于自然养护的磷酸镁水泥砂浆的后期强度。成型海拔、成型温度和镁磷质量比与砂浆的含气量呈负相关,与砂浆的气泡间距系数和水饱和度呈正相关。试验条件下,这三个变量的值越小,砂浆的抗冻性越好。-10℃成型,镁磷质量比为4对砂浆强度最有利;而-10℃成型,镁磷质量比为3对砂浆抗冻性最有利。这些研究成果为高寒地区磷酸镁水泥砂浆的工程应用提供了技术建议与理论支持。

基于正交试验的再生透水混凝土路用性能研究

通过正交试验研究了粉煤灰、矿渣微粉、硅灰等矿物掺合料以及再生骨料替代率对再生透水混凝土抗压强度、有效孔隙率、透水系数、耐磨性的影响。结果表明:再生骨料替代率对再生透水混凝土28 d抗压强度和透水系数影响最显著,随再生骨料替代率的增加,28 d抗压强度逐渐降低,透水系数显著增大;粉煤灰掺量对磨坑长度的影响最显著,随粉煤灰掺量的增加,再生骨料透水混凝土的耐磨性显著提高。基于功效系数法,综合性能最优配比为:粉煤灰、矿渣微粉、硅灰掺量分别为15%、5%、8%,再生骨料替代率为30%,制得的再生透水混凝土28 d抗压强度为25.9 MPa,透水系数为2.04 mm/s,磨坑长度为31.7 mm。

粗骨料超高性能混凝土应用研究

为满足桥梁工程中桥面板材料轻质高强的市场需求,在活性粉末混凝土中掺入粒径不大于8 mm的粗骨料,制成含粗骨料超高性能混凝土。这种混凝土具有力学性能佳、材料自重轻、早期收缩小和造价较低等特点。首先阐述含粗骨料超高性能混凝土的配制原理及各掺合料对其性能的影响,其次分析其力学性能、疲劳性能和高温性能,最后展示了其在南京江心洲长江大桥的工程应用状态,并提出了其尚待深入研究的问题和发展方向。

UHPC湿接缝浇筑的质量控制技术研究

污水处理厂生物反应池预制拼装施工复杂,超高性能混凝土(UHPC)湿接缝连接部位施工不当可能产生裂缝。结合工程实例,针对现场施工空间受限、湿接缝浇筑长度超过25 m等难点,采用UHPC搅拌泵送智能化一体机、分段连续浇筑、分阶段多重养护等措施,确保了UHPC湿接缝浇筑施工的顺利进行,有效解决了超长湿接缝开裂风险,提升了湿接缝浇筑质量。

基于DIC的冲击劈拉荷载作用下UHPC动态抗拉力学性能研究

超高性能混凝土(UHPC)在大跨度桥梁、机场路面及抗爆结构中广泛应用,此类结构常受到高应变率冲击荷载作用,故研究UHPC在冲击劈拉荷载下的抗拉力学性能至关重要。基于数字图像相关技术(DIC),利用分离式霍普金森杆(SHPB)装置开展不同冲击气压下的动态劈拉试验,研究UHPC在冲击荷载下的力学性能与损伤规律,分析不同冲击气压下UHPC的破坏形态和损伤演化过程,分析UHPC的动态应力–应变关系曲线,讨论动态抗拉强度、动态弹性模量、动态提高因子、动态耗散能与应变率的关系,建立UHPC极限抗拉强度的动态提高因子模型。研究结果表明,不同应变率劈拉荷载下UHPC的损伤形式略有不同:在冲击劈拉荷载作用下,随着应变率的增大,试件最终被破坏时主裂缝扩展程度增大;UHPC试件极限抗拉强度均随着应变率的增大而增大;UHPC耗散冲击能量有基于混凝土基体破坏、通过拔出或拔断钢纤维两种方式;UHPC在冲击作用下强度大,变形能力强,可有效耗散冲击能量;UHPC的抗冲击性能及极限抗拉强度的应变率敏感性均高于普通混凝土;UHPC的动态耗散能随应变率的增大而增加,但能量耗散比却呈现出先增长后降低的趋势。

轻质高强混凝土制备与性能分析

基于轻质高强混凝土竞赛,文中对我国企业和高校制备轻质高强混凝土的能力进行了调研和分析,对46家企业、19家高校制备的轻质高强混凝土配合比、抗压强度、劈裂强度、粗骨料含量进行汇总、测试和分析,探究了原材料品质、配合比参数对混凝土力学性能和结构效率系数(强度容重比)的影响。分析结果表明,基于对轻质高强混凝土微观结构与宏观性能关系的理解,通过原材料选择、配合比设计和粗骨料优化等措施,在容重不大于1500 kg/m^(3)的控制条件下,轻质高强混凝土的抗压强度可达120 MPa,结构效率系数世界领先,达83.2 kPa/(kg·m^(-3))。文中所展示的轻质高强混凝土制备方法和材料性能,对轻质高强混凝土制备和建筑行业发展有促进作用。

超高性能混凝土中纤维作用效应研究综述

超高性能混凝土(UHPC)是一种具有超高强度、高耐久性的新型水泥基复合材料,其应用仍受到包括造价高、韧性不足、高温抗爆裂性能差等因素的影响,相关研究表明上述因素均与内掺纤维有关。为进一步促进纤维对UHPC性能的优化,推进UHPC在工程领域中的应用,通过梳理国内外近年来相关研究成果,总结钢纤维形状和长径比、不同纤维类型、纤维混杂和纤维取向分布对UHPC相关性能的影响,结果表明:钢纤维具备优异的力学性能且来源广泛,仍为UHPC中主要使用的纤维,异形钢纤维改善UHPC抗拉、抗弯等性能效果更好,但工作性能会相应地降低,建议钢纤维掺量采用2%~3%;不同类型纤维混掺存在最优组合,非钢纤维掺量普遍不超过0.5%;纤维平行于主拉应力方向分布能够提升纤维桥接作用的有效性,随机分布的纤维有效性降到了30%,对于纤维取向控制方法尚不成熟,需要进一步完善方法实现在非实验室条件下纤维定向分布的实际尺寸。

持续负温(-5℃)养护条件下含气混凝土性能劣化及孔结构发展规律试验研究

通过对比负温养护、标准养护条件下5种不同含气混凝土试块在不同龄期下的抗压强度值及内部孔结构,分析持续负温(-5℃)养护条件下含气混凝土抗压强度的发展规律,针对持续负温(-5℃)养护条件,对少害孔的范围进一步明确;并从混凝土内部孔隙分布状况对引气类混凝土普遍存在的强度缺失进行研究。试验结果表明:持续负温(-5℃)条件养护对含气混凝土抗压强度的增长有明显的抑制作用,相同引气剂掺量下混凝土试块强度均小于标准养护试块的强度;同种养护条件下,受引气剂影响,混凝土的强度与引气剂掺量间均呈现负相关;在负温养护环境条件下,实验中设置的最高掺量(0.2%引气剂掺量组别)含气混凝土结构整体密实性因浆体内部孔隙数量的增加而减弱,对混凝土自身的强度有一定影响,但引气剂的加入对负温环境混凝土的抗冻作用不可忽视。为了分析负温环境与引气剂掺量之间的平衡性,通过对含气混凝土在不同养护条件下孔结构发展规律的研究,在保证含气混凝土抗压强度劣化程度低、孔径结构相对优化的前提下,明确了负温(-5℃)条件下含气混凝土引气剂的最优掺量。

超高性能混凝土拉伸与疲劳性能研究进展

超高性能混凝土(UHPC)是一种具有超高抗拉强度、优异抗疲劳性能的材料,结合国内外相关文献,利用其突出的性能,对近几年UHPC的拉伸行为及疲劳性能的研究进展进行综述。在拉伸性能方面,总结得出试件的形状、尺寸、钢纤维以及材料配比等都不同程度地影响着UHPC的抗拉性能;合理优化钢纤维的掺量、形状、级配及排列顺序是提高抗拉性能的重要因素,对钢纤维表面进行处理同样可以提高抗拉强度;在疲劳性能方面,对UHPC抗弯疲劳性能、抗压疲劳性能、抗拉疲劳性能进行总结得出:钢纤维对疲劳性能影响最大,温度、UHPC的强度、应力水平以及加入其他纤维与配筋都不同程度地影响着钢纤维的疲劳性能。最后,从工程应用角度出发,介绍了UHPC相关规范,介绍了UHPC在抗拉、抗疲劳性能及桥梁方面的应用实例,并提出合理的建议。

长期浸泡环境下复合磷酸镁水泥耐硫酸盐侵蚀性能研究

为提高磷酸镁水泥(MPC)的耐水性和耐硫酸盐侵蚀性能以及降低施工成本,在MPC中掺入一定量的铁铝酸盐水泥(FAC)制备出新型MPC-FAC复合水泥。通过测试经历标准养护28 d,又分别在清水和5%Na_(2)SO_(4)溶液中浸泡不同龄期后的MPC-FAC砂浆试件的质量损失情况、抗压强度和抗折强度,与相同环境下的MPC砂浆试件进行比较,借助SEM-EDS分析长期浸泡的MPC和MPC-FAC砂浆的微观形貌和化学元素组成。研究结果表明,FAC质量分数为38%时MPC-FAC砂浆的质量损失率最小,抗压强度和抗折强度最高,耐水性和耐硫酸盐侵蚀性能最强;加入适量FAC使得MPC-FAC砂浆的密实性得到提高,显著提升了MPC-FAC砂浆的耐水性和耐硫酸盐侵蚀性。

大掺量废玻璃混凝土受压基本力学性能研究

废玻璃掺入混凝土中有助于解决直接填埋废玻璃造成的环境污染问题,且具有改善混凝土性能的作用。选取粒径为1072μm的废玻璃颗粒和粒径为13μm的废玻璃粉分别大掺量替代混凝土中的砂和水泥,制备废玻璃细骨料混凝土和废玻璃掺合料混凝土,对两种混凝土进行流动性和抗压强度试验,研究废玻璃混凝土单轴受压应力-应变关系变化规律和破坏形态,并利用ABAQUS有限元软件模拟两种废玻璃混凝土棱柱体受压破坏过程。研究结果表明:废玻璃细骨料混凝土和废玻璃掺合料混凝土流动性均随废玻璃取代率的增加而增强;废玻璃细骨料混凝土的力学性能在废玻璃取代率为15%时达到最佳;随着废玻璃取代率的增加,废玻璃掺合料混凝土抗压性能大幅减弱;利用过镇海模型计算得到的两种混凝土单轴受压应力-应变关系曲线与试验曲线吻合较好;有限元模型能够较好地模拟两种废玻璃混凝土棱柱体单轴受压破坏过程。

水泥基灌浆料置换加固RC偏心受压柱的力学性能研究

为研究水泥基灌浆料置换加固后的RC偏心受压柱的力学性能,进行了6个偏心受压柱的加固设计与试验。试验中,以偏心距和不同置换截面形式作为变量,对加固柱与对比柱的破坏形态、载荷-竖向位移曲线以及载荷-应变曲线进行了详细分析和比较。结果表明,采用水泥基灌浆料加固的偏心受压柱在开裂荷载、峰值荷载以及变形能力方面均实现了显著提升。加固后的小偏心受压柱承载能力提升效果比大偏心受压柱更明显。此外,水泥基灌浆料与混凝土界面未出现裂缝,显示了良好的协同工作性能。然而,加固柱在破坏时表现出脆性特征,且水泥基灌浆料的延性相对较差。总体而言,加固措施有效地提升了RC偏心受压柱的力学性能和承载能力。

西藏某水电站砂石加工系统设计

西藏某水电站位于西藏自治区昌都市境内,为常态混凝土双曲拱坝,最大坝高144m。工程混凝土骨料采用人工骨料,料源为工程开挖石料料与料场开采料,采用粗、中、细三段破碎与细碎兼制砂闭路循环加工工艺,规模为中等。文中从系统规模、工艺流程设计、设备选型、堆料场布置等方面详细介绍了砂石加工系统的设计流程,可为其他工程提供借鉴。

超高强度混凝土钢纤维黏结性能研究

钢纤维与混凝土基体的黏结性能是应力转换和裂缝控制的关键,能显著影响超高性能混凝土(UHPC)的力学性能。为增强钢纤维黏结性能,提出利用微生物诱导方解石沉淀(MICP)技术,对钢纤维表面进行预处理。研究结果表明,MICP不仅在钢纤维表面生成碳酸钙晶体,导致钢纤维粗糙度增加,还提高了钢纤维的黏结强度和拉拔性能,使水化产物附着在纤维表面。微观结果表明,MICP技术可以增强钢纤维与基体之间的黏合行为。因此,采用MICP技术处理钢纤维可使UHPC的抗压强度和抗折强度分别提高16%和50%。将MICP技术用于超高强度混凝土中有助于提高钢纤维黏结性能。

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。

超细粉煤灰形态对超高性能混凝土(UHPC)性能和结构的影响

本工作分别以平均粒径相近但形态分别为球形和碎片状的超细粉煤灰(UFA)替代硅灰制备超高性能混凝土(UHPC),对比研究了超细粉煤灰形态对UHPC工作性能、力学性能及其中钢纤维分布的影响,并从水化产物和微观结构等方面探究了超细粉煤灰形态对UHPC性能的影响机理。结果表明:与球形UFA相比,碎片状UFA的比表面积和需水量更大、活性更高。具体表现为,用于制备UHPC时,球形UFA可明显提高UHPC的流动度,但会使钢纤维下沉,并会轻微降低UHPC的力学性能;碎片状UFA对UHPC流动度的提高作用稍小,但可提高其抗折强度,此外,碎片状UFA具有更显著的大孔填充作用,在掺加碎片状UFA的UHPC中观察不到宏观气孔缺陷。

碱激发绿色超高性能混凝土早期力学性能研究

为研究通过碱激发方式制作的绿色超高性能混凝土(Green Ultra-high Performance Concrete,GUHPC)在7 d早期阶段的力学性能,设计了相关实验,分析了不同粉煤灰掺量、钢纤维掺量以及水胶比对GUHPC抗压强度和平台巴西圆盘劈裂抗拉强度的影响。通过观测反应物的微观形貌,对比分析不同粉煤灰掺量下生成物的变化情况,以验证结论的可靠性。结果表明,GUHPC的7 d抗压强度随粉煤灰掺量的减少、钢纤维掺量的增加以及水胶比的降低呈现线性增大的趋势。在无钢纤维掺量的情况下,抗压强度达到最低值89.4 MPa,而当钢纤维掺量增加至4%时,抗压强度显著提升至142 MPa,增幅近58.8%。GUHPC的7 d劈裂抗拉强度在钢纤维掺量为4%时达到最高值15.19 MPa。劈裂抗拉强度随粉煤灰掺量的增加和水胶比的增大呈现出先增大后减小的趋势,而随着钢纤维掺量的增加则持续增强。在无钢纤维掺量的情况下,劈裂抗拉强度最低为4.57 MPa;随着钢纤维掺量的增加,其强度提升近2.3倍。

中高强混凝土抗压强度与气孔分布特征关系模型研究

为探究气孔分布特征与中高强混凝土抗压强度之间的定量关系,采用低场核磁共振成像分析系统与全自动压力试验机开展了不同气孔分布特征下的高强混凝土抗压强度试验。通过对Ryshkewitch半经验公式模型进行验证和改进,建立了中高强混凝土抗压强度与孔结构关系模型。结果表明:混凝土孔隙率会随着砂率和初始含气量的增加而逐渐增加,相比于提高砂率,提高初始含气量更容易得到差异性较大的孔隙率;提高砂率使非毛细孔占比增加了17.2%,毛细孔占比降低了13.0%;提高初始含气量使毛细孔占比增加了12.7%,凝胶孔占比降低了12.6%。基于Ryshkewitch半经验公式改进的模型R~2接近于1,P值<0.05,可以更准确地描述孔隙分布特征与抗压强度的定量关系。

Mg(OH)_(2)对磷酸镁水泥水化过程及性能的影响

磷酸镁水泥(MPC)的镁质原料主要为重烧MgO,由于制备重烧MgO需要高温煅烧,其使用成本和碳排放量过高。氢氧化镁(Mg(OH)_(2))的来源丰富,制取成本低廉且无污染、安全环保,如能大量采用对缓解使用成本和碳排放量过高这一问题具有重要意义。因此,本工作使用Mg(OH)_(2)代替部分重烧MgO,通过X射线衍射、热分析、扫描电镜和能谱分析等测试手段,研究其对MPC工作性能、水化过程、强度发展和微观结构的影响。结果表明,Mg(OH)_(2)的掺入加快了MPC的水化过程,浆体的流动度降低,凝结时间缩短,本工作通过水玻璃热处理改性等缓凝手段改善其工作性能。随着Mg(OH)_(2)的掺入,磷酸镁水泥的水化温度和pH值显著降低,水化28 d后的K-鸟粪石(K-struvite)结晶数量增多,抗压强度随Mg(OH)_(2)含量的增加而降低,当Mg(OH)_(2)掺量在50%以内时,其后期强度下降在15%的范围内,随Mg(OH)_(2)掺量增大,更多的水化产物是由Mg(OH)_(2)反应形成的,当Mg(OH)_(2)掺量为66.6%时,重烧MgO的反应率由平均值22%降低至7%。总而言之,采用大掺量Mg(OH)_(2)制备磷酸镁水泥具有可行性且能确保材料的后期力学性能满足工程应用的要求,对降低磷酸镁水泥使用成本和碳排放具有潜在的应用前景。

煤矸石粉对UHPC力学及收缩性能的影响及收缩计算方法

为配制出适用于实际工程的“低碳、绿色、环保、经济”且各项性能均佳的煤矸石UHPC,实现固废资源再利用,对不同煤矸石粉末质量代替率(20%、40%和60%)的UHPC抗拉强度、抗压强度、弹性模量和自收缩应变进行了试验测试;揭示了煤矸石粉配制UHPC的内在机理,并评估了已有混凝土自收缩理论计算方法对煤矸石UHPC的适用性。结果表明:可通过掺入大量煤矸石粉末来配制UHPC,其棱柱体抗压强度达到130 MPa,抗拉强度达到6.7 MPa;掺入60%煤矸石粉末的UHPC初凝收缩应变占总收缩的比例提高了12.2%,自收缩总应变减小了12.5%;增加煤矸石粉末掺量,可有效缩短UHPC初凝时间,加速UHPC自收缩过程,减小UHPC自收缩应变;已有的混凝土自收缩计算方法未体现煤矸石掺量对UHPC自收缩应变和初凝时间的影响。最后,基于试验结果修正并提出了煤矸石UHPC收缩应力计算方法,该计算方法可有效预测煤矸石UHPC自收缩性能。