基于响应面法的UHPC复合胶凝材料体系优化研究

采用基于响应面法(RSM)的D-optimal最优化设计方法设计了超高性能混凝土(UHPC)净浆配合比,研究了复合胶凝材料组分对UHPC净浆湿堆积密实度、力学性能、干燥收缩性能的影响,结合XRD、SEM等微观测试结果分析了复合胶凝材料组分间的相互作用机理。结果表明:粉煤灰和硅灰可有效提高UHPC净浆的湿堆积密实度,优化基体内部颗粒堆积状态;硫铝酸盐水泥和粉煤灰对UHPC净浆的早期强度影响显著,掺入硫铝酸盐水泥可大幅提高UHPC净浆的早期力学性能。

矿渣-水泥复合胶凝材料体系水化反应特性的研究

研究矿渣掺量对矿渣-水泥复合胶凝材料体系水化反应动力学过程的影响。结果表明:复合胶凝材料体系的水化放热速率随矿渣掺量增加和水化温度的降低而下降;非蒸发水含量随矿渣掺量的增加呈现先增大后降低的趋势,当矿渣掺量为30%时,非蒸发水含量达到最大值;复合胶凝材料体系的抗压强度随矿渣掺量的增加而降低,且复合胶凝材料体系抗压强度在28 d前增幅较大,在28 d后增长趋于平缓。从SEM照片上可以看出,矿渣掺量不超过30%的复合胶凝材料体系中,部分凝胶与晶体紧密结合在一起,试样微观界面结构较为致密。

胶凝材料体系对透水混凝土性能的影响

选取了水泥(Cement,C)、水泥-粉煤灰(Cement-Fly ash,C-FA)、水泥-硅灰(Cement-Silica fume,C-SF)和碱激发粉煤灰矿渣胶凝材料(Alkali-activated Fly ash-Slag,AA-FA-SL)四种胶凝材料体系制备了透水混凝土,并研究了不同胶凝材料体系对透水混凝土抗压强度、透水性能及耐酸雨侵蚀性能的影响。结果表明:C体系透水混凝土透水性能较好,但抗压强度和耐酸雨侵蚀性需进一步提高;C-FA体系透水混凝土具有较好的耐酸雨侵蚀性能,但抗压强度偏低;C-SF体系和AA-FA-SL体系透水混凝土均有合适的抗压强度和耐酸雨侵蚀性能,虽然透水性能略低于C体系透水混凝土但仍能满足工程排水需求;综合考虑使用性能、经济成本以及社会环境效益,制备高性能透水混凝土可优先选用AA-FA-SL胶凝体系。

大掺量矿物掺和料普通硅酸盐水泥基胶凝材料体系水化放热分析

胶凝材料水化放热是造成大体积混凝土温度裂缝的主要原因之一,工程中多采用低热水泥或掺加矿物掺和料的普通水泥基胶凝材料的方法降低水化热,而目前关于二者水化放热规律的对比研究较少。为此,采用电阻率测定仪对普通硅酸盐水泥与低热水泥的电阻率进行测量,对比分析两者在水化进程、水化速率、水化放热量、水化加速期与减速期持续时间方面的规律;同时,采用直接法,对不同掺量粉煤灰、矿渣条件下,普通硅酸盐水泥基胶凝材料与低热硅酸盐水泥的水化热进行了测试和对比分析。

焚烧飞灰-水泥复合胶凝材料体系物理性能研究

焚烧飞灰中属CaO-SiO2-Al2O3(Fe2o3)体系,具有微弱的火山灰活性,有一定的资源利用性。文章研究了不同焚烧飞灰掺量的情况下,焚烧飞灰对水泥浆体物理性能的影响,采用混合材料抗压强度检验法和熟料比强度法对焚烧飞灰-水泥符合胶凝体系的胶凝活性进行评定,探讨焚烧粉煤灰在水泥混凝土材料领域应用的可能。

复合胶凝材料体系的研究

本文通过脱硫废渣高效激发预处理关键技术研究,以干法脱硫灰、氟石膏(化工厂废渣)等工业废渣为主要原料,开发免烧脱硫废渣复合胶凝材料及相关建材产品,探索脱硫废渣的低能耗资源化综合利用途径。

胶凝材料体系对混凝土早期收缩影响的研究

通过对不同胶凝材料体系组成的混凝土试件收缩和质量损失的测试分析,研究胶凝材料体系组成对混凝土收缩和质量损失的影响。研究结果表明:不同养护龄期的混凝土试件的粉煤灰、矿渣粉,对于收缩的影响系数差异很大,通过三元等值线图和minitab软件,可分析出胶凝材料体系中,3种组分对混凝土收缩的共同作用。龄期28 d后混凝土收缩趋于稳定,收缩最小时的掺料取值范围为水泥60%~70%、粉煤灰15%~30%以及矿渣0%~15%。

青岛海湾大桥胶凝材料体系水化放热性能及开裂敏感性研究

分别对比研究了单掺粉煤灰、单掺矿粉以及混掺粉煤灰与矿粉的胶凝材料体系的水化放热性能和开裂敏感性。试验结果表明:粉煤灰可以明显降低胶凝材料体系的放热总量、放热速率以及开裂敏感性,并随着粉煤灰掺量的增加,降低效果越明显。只有掺量大于70%的矿粉才可以明显降低胶凝材料体系的放热总量及放热速率,但是矿粉掺量大于30%不利于提高体系的抗裂性能。混合掺入粉煤灰与矿粉更能降低胶凝材料的放热速率、放热总量,减缓水化放热速率变化趋势,降低体系开裂敏感性。

固定水胶比下三元胶凝材料体系对混凝土力学及工作性能影响研究

本文研究通过三因素极端顶点设计的混料设计方法设计了三元胶凝材料水泥—粉煤灰—矿粉体系,探33讨了三元胶凝材料体系对混凝土力学及工作性能的影响,建立了回归模型,绘制了三元胶凝材料水泥—粉煤灰—矿粉体系混凝土3、7、28、56d的抗压强度等高线及粉煤灰与矿粉对混凝土坍落度及当量流动度作用曲面。研究结果表明:单掺粉煤灰28d(包括28d)龄期前,混凝土的抗压强度随着粉煤灰掺量的增加而降低;而单掺矿粉7d(包括7d)龄期后,混凝土的抗压强度随着矿粉掺量的增加而增加。无论单掺或双掺粉煤灰与矿粉均能提高混凝土的56d抗压强度,而且矿粉对56d抗压强度的影响已超过水泥。利用粉煤灰和矿粉双掺的优势互补,既提高了坍落度也增加了流动度,大大改善混凝土的工作性能。

多元胶凝材料体系对RPC力学性能的影响研究

与普通混凝土相比,活性粉末混凝土(RPC)具有超高强度和高耐久性。以昌赣客运专线铁路桥梁人行道挡板、盖板采用RPC130混凝土为背景,讨论水泥、粉煤灰、矿渣粉、硅灰多元胶凝材料体系中各类材料的占比对RPC混凝土力学性能的影响。试验结果表明:多元胶凝材料体系中各类材料最佳占比为:水泥67%、粉煤灰9.5%、矿渣粉9.5%、硅灰14%;多元胶凝材料体系中各种材料的不同粒径大小可以相互填充,减少颗粒间空隙,有效改善胶凝材料的堆积密实度;通过高温蒸汽养护,粉煤灰和矿渣粉的掺入对RPC混凝土强度影响不大;在RPC中掺入粉煤灰和矿渣粉能够降低成本,改善混凝土工作性和防收缩开裂,在工程实际中具有较好的应用前景。

胶凝材料体系密实度关键技术初探

随着高强高性能混凝土在建筑工程中的逐步应用,急需解决混凝土中胶凝材料体系密实度的问题。本文探索研究了从降低水胶比和调整胶凝材料自身颗粒级配两方面,提高胶凝材料体系的密实度。

偏高岭土和硅灰对三元胶凝材料的改性

为了提高水泥基材料中辅助性胶凝材料用量,对比研究偏高岭土(MK)和硅灰(SF)对高粉煤灰(FA)掺量的三元胶凝材料体系抗压强度和微观结构的影响。结果表明:适量MK和SF均能提高FA掺量的三元胶凝材料不同龄期的强度,两者对强度的提高幅度随掺量和浆体龄期的改变而稍有改变;MK和SF均能显著降低三元胶凝材料浆体中Ca(OH)2(CH)的含量、优化浆体孔结构,但两者反应形成的产物有明显不同。MK和SF的物理填充、火山灰效应可优化三元胶凝体系浆体的微观结构、改善不同相界面结合。高品质MK可代替SF用于制备高FA含量三元胶凝材料体系。

水泥-石灰石粉-矿粉复合胶凝材料干缩性能研究

研究了水泥-石灰石粉-矿粉复合胶凝材料体系的干燥收缩性能。试验结果得到了石灰石粉和矿粉对水泥基材料干缩变形的影响规律。水泥-石灰石粉复合胶凝材料的干缩值随石灰石粉掺量的增加呈现先增加后降低的趋势,石灰石粉掺量为10%时达到最大值;矿粉的掺入可有效改善水泥基胶凝材料的干缩性能,同时,也可明显减少水泥-石灰石粉复合胶凝材料的干缩变形。

铁尾矿微粉对低熟料胶凝材料混凝土性能的影响研究

以铁尾矿微粉和低熟料胶凝材料体系为对象,主要研究了基准水泥-粉煤灰-矿渣粉组成的低熟料胶凝材料体系在铁尾矿微粉不同掺量下对混凝土的和易性、抗压强度、体积稳定性、耐久性,以及早期水化热的影响规律。结果表明,在混凝土相同流动状态下,掺20%的铁尾矿微粉不会增大混凝土减水剂用量,28 d混凝土强度满足强度等级要求。掺15%的铁尾矿微粉能延长净浆和胶砂体系首次开裂时间,能够减小混凝土的后期干燥收缩。将铁尾矿微粉控制在20%的掺量以内时,不会降低混凝土的耐久性能。通过水化热试验发现,低熟料胶凝材料体系能够明显降低浆体早期水化热和最大放热速率。即便在大掺量下,铁尾矿微粉低熟料胶凝材料混凝土长龄期强度仍可以满足要求,具有应用的技术可行性。

生态型胶凝材料对混凝土性能影响研究

当前普通硅酸盐水泥比表面积普遍较高,严重影响了混凝土结构的耐久性。针对这些情况,本文研究了由低比表面积水泥熟料、高比表面积掺合料以及适量性能调节剂组成的生态型胶凝材料体系,分析其配制的C30和C50两个等级混凝土的抗压强度、抗裂与收缩性能,并与相同配合比的P·O 42.5水泥及掺合料配制的混凝土进行对比。结果表明:生态型胶凝材料体系配制的C30和C50等级混凝土,28d到180d强度增长率分别为36.7%和33.3%,远高于由P·O 42.5及掺合料配制混凝土的16.7%和13%,并且龄期为180d时,生态型胶凝材料体系配制的混凝土强度比由P·O 42.5水泥及掺合料配制的高出约8Mpa;生态型胶凝材料体系配制混凝土的抗裂性及抗收缩性均优于由P·O 42.5及掺合料配制的混凝土,通过孔结构分析,这是由于生态型胶凝材料体系粉体级配更加合理,20nm以下的无害孔较多,而有害孔较少。

再生微粉制备泡沫混凝土的试验研究

主要针对影响再生微粉泡沫混凝土性能的胶凝材料体系进行试验研究。通过不同胶凝材料比例下的干表观密度和吸水率与抗压强度的关系确定泡沫混凝土的基准配合比。实验结果表明:当m(水泥)∶m(再生微粉)∶m(粉煤灰)=70∶15∶15时,可在保证抗压强度和吸水率的同时最大程度利用再生微粉;基于正交试验优化出配合比,并制备了符合GB 50574—2010《墙体材料应用统一技术规范》中A3.5级要求的再生微粉泡沫混凝土,可用作墙体保温材料,且具有良好的使用效果和经济性。

清水混凝土抗碳化及氯离子侵蚀性能试验研究

通过采用大掺量矿物掺合料制备清水混凝土,系统研究了胶凝材料与混凝土龄期对混凝土耐久性能的影响,并对混凝土耐久性能的优劣性进行评价。试验结果表明:在碳化作用的早期(碳化作用28 d以前),不同胶凝材料体系下的清水混凝土抗碳化能力的优劣为C<D<A<B,在碳化作用的后期(碳化作用28 d及以后),不同胶凝材料体系下的清水混凝土抗碳化能力的优劣为D<C<B<A;不同系列清水混凝土在28 d龄期下氯离子渗透系数的大小顺序为:C>D>A>B,到84 d龄期时氯离子渗透系数大小顺序为B>A>D>C。对于地铁等要求使用年限在100年左右的重大工程,清水混凝土可以达到混凝土结构耐久性的要求。

超高性能水泥基自流平砂浆的试验研究

为了改善传统混凝土面层找平应用砂浆带来施工效率低、自流平效果差、流动性低的缺陷,试验研究超高性能水泥基自流平砂浆。通过水胶比试验确定最优水胶比;外加剂单因素试验研究对砂浆流动度、强度、黏度等影响;多元胶凝材料体系研究对砂浆性能综合影响,并确定最佳配合体系。试验结果表明:(1)适宜水胶比能够使浆体稳定性提高,最佳水胶比0.25,初始流动度146 mm,28 d抗折强度6.64 MPa,28 d抗压强度26.97 MPa。(2)保水增稠剂改善砂浆泌水及提高均匀度,最佳掺量0.65 g时,砂浆黏度值为1 275 m Pa·s;乳胶粉决定拉伸黏结强度,最佳掺量4.5 g时,拉伸黏结强度值达到1.56 MPa。(3)最佳胶凝材料体系为水泥∶矿渣粉∶粉煤灰∶石膏=340 g∶30 g∶30 g∶30 g,流动度更高,强度不减弱,综合性能指标更优。

再生混凝土高浓度Mg^(2+)-SO_(4)^(2-)-Cl^(-)复合盐侵蚀耐久性

我国西北地区区域土壤及地下水中含有高浓度侵蚀性的Mg、SO及Cl^(-)严重降低了在役混凝土结构的耐久性,阻碍了再生混凝土(RAC)在工程中应用。基于西北地区区域环境与耐久性侵蚀特点,本研究采用7.5%MgSO_(4)-7.5%Na_(2)SO_(4)-5%NaCl高浓度复合盐溶液及干湿交替法,开展RAC耐久性实验。以相对动弹性模量、质量变化率、相对抗压与劈裂抗拉强度、损伤层厚度为耐久性指标,研究RAC耐久性退化规律与影响因素。采用XRD、FTIR、TG-DSC及SEM-EDX等手段,表征侵蚀RAC的微观结构,探究RAC耐久性演化过程。侵蚀初期,水镁石、硫酸钙及钙矾石等侵蚀产物填充RAC表层,降低化学侵蚀速度,RAC的耐久性呈现暂时性提升和/或相对稳定状态;侵蚀中后期,钙矾石、Friedel盐、C-S-H等分解,M-S-H、Na_(2)SO_(4)等无胶凝性侵蚀产物和膨胀性物理结晶盐的形成加速了RAC微观结构的破坏,RAC耐久性进入快速下降阶段。RAC的耐久性与采用的辅助胶凝材料组成(粉煤灰、矿渣、硅灰及偏高领土)有显著关系,多元胶凝体系RAC的抗侵蚀性能高于三元胶凝体系,粉煤灰-硅灰-偏高领土辅助胶凝体系RAC的抗侵蚀性能最优,粉煤灰与硅灰取代率比为1∶2的三元胶凝材料体系RAC的抗侵蚀性最差。

赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化特性

采用XRD、IR、TG-DTA、MIP等手段表征赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化产物及其硬化浆体的孔结构,研究了解赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化特性。结果表明,赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化产物主要有C-S-H凝胶、钙矾石和Ca(OH)2,前两者对其强度的发展有促进作用;水化1 d至90 d其中Ca(OH)2的含量呈先升高后降低的趋势;随着水化反应的进行在CaO/SiO2比值较低的赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料中Si-OH基团之间发生聚合反应,水化产物的聚合度升高;CaO/SiO2比值为0.95和1.04的赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的硬化浆体具有较好的孔结构,而CaO/SiO2比值为1.13的胶凝材料硬化浆体的孔结构相对较差。