高温后风积沙混凝土力学性能与微观结构试验研究

本文将0%、10%、30%、50%的风积沙等质量替代普通河砂制备成风积沙混凝土,对其在温度20、200、400、600、800℃作用下的外观形貌变化、质量损失情况、抗压强度、抗折强度进行了试验研究;通过折压比的方法分析了风积沙混凝土在不同温度和不同风积沙掺量下力学性能的演变;通过扫描电子显微镜(SEM)研究了不同温度作用下风积沙混凝土内部微观结构的演化过程,并对微观结构机理进行了分析。结果表明:适量风积沙的掺入可以增加水化产物,优化混凝土的孔隙结构,减小混凝土内部界面过渡区厚度,使混凝土内部结构更密实,力学性能得以提升,并能延缓高温作用后混凝土裂缝与孔隙的生成;然而,风积沙掺量过多则会起到相反的效果,使高温后混凝土力学性能下降。本研究可为风积沙混凝土的应用及高温后风积沙混凝土结构的评定提供依据。

风积沙混凝土收缩变形的试验研究

本文选取内蒙古库布齐沙漠的风积沙进行风积沙混凝土的收缩变形试验研究。为了探讨风积沙掺量对混凝土收缩变形的影响,按照实验室配合比,将搅拌好的混凝土制成100 mm×100 mm×515 mm的棱柱体试件。在自然养护条件下,采用非接触式混凝土收缩变形测定方法试验不同风积沙掺量下3 d内的收缩变形,同时进行无侧限抗压强度与劈裂强度试验,得到表征风积沙混凝土收缩变形规律的收缩率曲线。结果表明,随着风积沙掺量的增加,风积沙混凝土的收缩变形逐渐增大。

风积沙混凝土早期自收缩变形的影响因素研究及数值模拟

为探讨水胶比、砂率及粉煤灰掺量变化对风积沙混凝土早期自收缩变形的影响,采用非接触式混凝土收缩变形测定方法测定不同水胶比、不同砂率、不同粉煤灰掺量下的风积沙混凝土3 d内的自收缩,得到表征风积沙混凝土早期自收缩变形规律的收缩率曲线,并利用压汞法测定其微观结构。结果表明,水胶比变化对风积沙混凝土的早期自收缩变形的影响最大,砂率次之,粉煤灰最小;考虑了水胶比(砂率、粉煤灰)的影响下建立了风积沙混凝土自收缩变形规律的数值模型。

风积沙混凝土力学性能及孔隙特征

为了解决中国西北地区天然河砂分布不均及资源短缺的问题,利用库布齐沙漠风积沙替代部分天然河砂作为细骨料配制风积沙混凝土,通过立方体抗压强度、劈裂抗拉强度与核磁共振孔隙等因素对风积沙混凝土进行试验研究.结果表明:随着风积沙掺量增加,混凝土立方体抗压强度与劈裂抗拉强度均呈先增高后降低的趋势,且风积沙掺量分别为20%,30%与40%的混凝土可满足设计强度要求;随着养护龄期增加,风积沙掺量为30%的混凝土强度值增长幅度最大.风积沙混凝土核磁共振T2图谱共有3个特征峰,随着养护龄期增加,混凝土中大孔隙都向着小孔隙方向发展;随着风积沙掺量增加,孔隙度呈先降低后增高的趋势,且凝胶孔与毛细孔呈先增加后减少的趋势.该研究可以为风积沙混凝土在中国干旱半干旱地区水利工程中应用推广提供理论依据.

风积沙混凝土盐冻损伤规律与机理分析

利用加速试验方法研究了风积沙混凝土在腐蚀与冻融双因素作用条件下的损伤规律,并借助气泡间距分析仪(analyzer of air void spacing,AVS)、环境电镜扫描(environmental scanning electron microscope,ESEM)和核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)微观测试手段得到了风积沙混凝土的损伤失效机理。结果表明,在盐腐蚀与冻融循环双因素作用下,风积沙混凝土的损伤程度依次为复合盐>硫酸盐>氯盐,但在3种盐溶液中冻融的损伤机理不同;在盐溶液中,风积沙掺量越大,抗冻性能越好。该研究为风积沙混凝土在低温盐腐蚀的环境中大范围推广使用提供理论依据。

风积沙混凝土微观结构及孔隙特征研究

通过风积沙等质量取代普通河砂制备风积沙混凝土(ASC),对其开展抗压强度试验研究,并借助扫描电镜(SEM)和核磁共振(NMR)分析ASC内部微观形貌和孔结构特征。结果表明:抗压强度随着风积沙替代率的增加呈先增大后减小的趋势,风积沙替代率为20%时,抗压强度最大。ASC的T_(2)谱分布主要表现为3~4个峰,风积沙掺入使硬化后混凝土的大孔向小孔发展。抗压强度与胶凝孔所占比成正相关关系,与孔隙率成反比例关系,而与毛细孔和非毛细孔所占比并未表现出显著的关系。最后,建立了ASC抗压强度与孔结构特征参数(孔隙率和孔径分布)之间的函数模型,该模型具有较好的拟合精度。

寒旱-盐渍土环境下风积沙混凝土的制备及性能研究

针对沙漠腹地与近沙漠区农业工程、基础设施建设原材料短缺、服役环境差、混凝土耐久性能差等问题,采用西部寒旱-盐渍地区的风积沙为原材料制备了C25风积沙混凝土(ASC),得到了最优配合比,并基于微观分析研究了盐冻、干湿循环耦合作用下ASC的耐久性能。结果表明:随着风积沙掺量从0增加到100%,ASC的损伤速度越慢,其抗盐冻、干湿循环耦合作用的能力也越好;高掺量(≥60%)ASC试件抗盐冻、干湿循环耦合作用的性能良好;高掺量ASC在寒旱-盐渍土地区道路与水利工程中具有较好的适用性。

MgSO_4-冻融循环作用下风积沙混凝土的微观孔隙研究

以风积沙等质量替代河砂,制备了不同风积沙替代率的混凝土,并探究了其在清水和质量分数为3%,6%的MgSO_4溶液中经历冻融循环后的损伤失效规律.借助核磁共振、场发射扫描电镜和能谱仪,分析了风积沙混凝土内部微观孔隙变化及水化产物.结果表明:在6%MgSO_4溶液中冻融循环对混凝土的损伤最小;随着风积沙替代率的增加,混凝土孔隙度降低,自由流体饱和度下降,抗渗性增强;MgSO_4与水化产物反应生成的钙矾石会填充试件孔隙,进一步抑制MgSO_4参与反应;风积沙混凝土具有合理的孔隙结构且渗透率较低,其在不同冻融介质中的抗冻耐久性明显提升.

干湿循环作用下风积沙混凝土的抗硫酸盐侵蚀机理

选取内蒙古自治区乌兰布和沙漠的风积沙作为细骨料,用40%的风积沙替代部分河砂,采用核磁共振技术对风积沙混凝土的孔隙结构特征进行测试分析,利用扫描电子显微镜观察风积沙混凝土的微观形貌,并用X射线衍射技术分析混凝土的物相成分。研究表明:质量损失率在干湿循环60次时出现“拐点”,风积沙混凝土和普通混凝土的抗压耐蚀系数分别降低到84%、87%;风积沙组谱面积是普通组的1.59~2.76倍,风积沙混凝土最大孔隙减小了34.1%,普通组最大孔隙减小了29.3%;风积沙混凝土和普通混凝土中无害孔的占比均不超过10%,孔隙度都与自由流体饱和度的变化成正比,混凝土内部存在着小孔隙向大孔隙演变的特性;风积沙混凝土和普通混凝土干湿循环120次对比干湿循环0次均出现了较多的CaSO 4·2H 2O衍射峰,腐蚀结晶物多为硫酸盐和碳酸盐;风积沙组的水泥浆体出现18~36μm的细长裂缝,普通组出现大量AFt。研究成果可为混凝土耐久性和盐侵环境下的工程建筑提供理论参考。

干湿循环与风沙吹蚀作用下风积沙混凝土的抗硫酸盐耐久性

选取内蒙古自治区乌兰布和沙漠的风积沙作为细骨料,用掺量为40%的风积沙替代部分河砂,运用扫描电子显微镜和X射线衍射技术观测并分析风积沙混凝土的微观形貌和物相成分,采用核磁共振技术对风积沙混凝土孔隙结构特征进行测试分析,并对其耐久性进行寿命预测。研究表明:风积沙混凝土在耦合工况下的质量损失较单一干湿循环作用下的质量损失增加了2.21倍,耦合工况下的抗压耐蚀系数曲线始终在单一干湿循环作用下的抗压耐蚀系数曲线下方;D120的最大侵蚀深度为1.66 mm,D120S8的沟壑深度为3.51 mm;经过干湿循环120次后,单一干湿作用的水泥浆体出现长度为9μm的细长裂缝,耦合工况中出现长度为18~36μm的贯通裂缝,腐蚀结晶物多为硫酸盐和碳酸盐;两种工况下T 2谱主要呈现两个峰,风积沙混凝土的孔隙在耦合作用下的增长速率大于在单一干湿循环作用下的增长速率;随着干湿循环次数的增加,小孔隙减少,大孔隙增多,其内部的小孔隙向大孔隙转化,孔隙度都与自由流体饱和度的变化规律成正比;通过寿命预测模型求得风积沙混凝土的服役时间为125 a,该研究可为风积沙混凝土在风蚀区硫酸盐环境下的工程建设提供理论依据。

不同风积沙混凝土强度的影响因素研究

利用内蒙古沙漠的风积沙作为细骨料,比较不同种类风积沙混凝土的力学性能。实验以三种沙源地风积沙理化性质为变量,根据“灰色理论”将风积沙分为A、B、C三类,并采用无侧限抗压实验、核磁共振技术分别研究三类风积沙混凝土的力学性能及内部孔隙规律。研究表明,在“灰色理论”中细度模数与风积沙混凝土强度关联度最大,按细度模数将风积沙分为三类:A类:MX<0.6;B类:0.6≤MX<0.7;C类:MX≥0.7;其中A类强度最低,C类强度最高且与普通混凝土强度相近,满足工程实际要求;T 2谱面积:普通混凝土>C类风积沙混凝土>B类风积沙混凝土>A类风积沙混凝土,孔隙逐渐减少而强度逐渐升高;风积沙混凝土的孔径分为四类:细小孔为<0.005μm的孔,小孔为0.005~0.5μm之间的孔,中孔为0.5~5μm之间的孔,大孔为>5μm的孔,当小孔越多、大孔越少时风积沙混凝土强度越高。

风积沙混凝土孔隙特征对其强度影响机理的研究

选取了内蒙古地区乌兰布和沙漠的风积沙作为细骨料,用40%的风积沙替代部分河砂,分别配制了强度等级为C20、C30、C40的风积沙混凝土,并利用核磁共振技术测定了风积沙混凝土在不同养护龄期下的微观孔隙特征。同时,结合灰色关联理论,探讨风积沙混凝土强度与风积沙混凝土内部孔隙特征之间的内在联系。结果表明:AC20、AC30、AC40组的强度增长率从3~7d的1.075MPa/d、1.425MPa/d、2.125MPa/d下降到7~28d的0.409MPa/d、0.857MPa/d、0.581MPa/d。T2谱和孔隙分布图均呈3峰趋势,第三峰的变化率依次为:AC20>AC30>AC40。以28d为例,AC20、AC30、AC40的自由流体饱和度分别为:80.7%,75.6%,69.5%,风积沙混凝土中的少害孔与28d抗压强度的关联度最高。

风积沙混凝土的气泡参数对其强度的影响

选取内蒙古自治区乌兰布和沙漠的风积沙作为细骨料,用质量分数为40%的风积沙替代部分河砂,采用气泡间距系数测定仪和核磁共振技术对风积沙混凝土孔结构特征进行测试,采用扫描电子显微镜观测风积沙混凝土龄期28 d内的微观形貌,探究风积沙混凝土气泡参数和盒维数对其强度的影响。结果表明,随着风积沙混凝土强度的增加,含气量先减小后增大,含气量与气泡比表面积呈正相关,与气泡间距系数呈负相关;风积沙混凝土ASC20、ASC30、ASC40组10~160μm的气孔占比分别为75.9%、84.3%和91.5%,大于500μm的气泡均不超过5.2%;灰熵理论下气泡的平均弦长对28 d抗压强度影响最大,气泡间距系数的影响最小;风积沙混凝土孔隙的分形维数为3.514~4.015,相关系数R^(2)均大于0.937,ASC40组的孔体积分形维数递增趋势较为明显。

橡胶集料风积沙混凝土力学性能试验与微观分析

为研究不同橡胶集料取代率对风积沙混凝土力学性能的影响规律,设计、制作10组不同配合比的混凝土试件,通过对各试件进行基本力学性能试验、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和能量色散谱(energy dispersive spectroscopy,EDS)测试,对比分析了橡胶集料和风积沙对混凝土力学性能的作用机理,并研究了橡胶集料风积沙混凝土和橡胶集料混凝土两种试件水泥石砂浆界面过渡区的微观结构。研究结果表明:橡胶集料风积沙混凝土和橡胶集料混凝土试件的抗压、抗折、劈裂抗拉强度均随着橡胶集料取代率的增加而降低;折压比随橡胶集料取代率的增加而增加;橡胶的掺入使混凝土的界面过渡区更为薄弱,试件内部呈现出较多微小孔隙,导致混凝土强度的降低。

玄武岩纤维风积沙混凝土力学性能研究

为研究玄武岩纤维对风积沙混凝土力学性能的影响,试验选定风积沙掺量20%,玄武岩纤维掺量为0.0 kg/m^3、1.0 kg/m^3、1.5 kg/m^3、2.0 kg/m^3、2.5 kg/m^3的情况下配制混凝土。研究玄武岩纤维风积沙混凝土抗压、劈裂抗拉以及抗折强度的变化规律,最后通过电镜扫描(SEM)分析玄武岩纤维的作用机理。结果表明:纤维掺量在1.5 kg/m^3以内,随着玄武岩纤维掺量的增加,玄武岩纤维风积沙混凝土抗压、劈裂抗拉及抗折强度均增加,当掺量超过1.5 kg/m^3时,混凝土抗压、劈裂抗拉以及抗折强度开始下降。玄武岩纤维在风积沙混凝土中最佳掺量为1.5 kg/m^3。玄武岩纤维对风积沙混凝土28 d抗压强度的提高更为显著,最大提高17%。相对于抗压强度而言,玄武岩纤维对风积沙混凝土劈裂抗拉强度的影响更大,抗拉强度最大提高26%。对抗折强度的影响呈现出玄武岩纤维早期(7d)发挥重要作用,最大提高38%。微观结果表明:玄武岩纤维可以传输荷载,让应力分布更加均匀,抑制裂缝生成、发展,改变裂缝的走向。适量玄武岩纤维掺入可以提高风积沙混凝土的力学性能。

毛细作用下风积沙混凝土水分和氯离子传输特性试验

目的研究毛细作用下水分和氯离子在风积沙混凝土中的传输特性,探讨风积沙掺量、氯盐质量浓度对水分和氯离子侵入的影响规律。方法试验制备了5组不同掺量的风积沙混凝土,按照比例为0%、25%、50%、75%、100%等质量替换普通河砂,通过自然扩散法进行风积沙混凝土毛细吸水/盐试验。结果风积沙混凝土毛细吸收曲线前1 d内均呈线性增长,而后逐渐趋于水平;混凝土在氯化钠溶液中的毛细吸收量和毛细吸收系数大于清水溶液,毛细吸收系数随风积沙掺量的增加呈现先减小后增大的趋势,最小值出现在风积沙掺量为25%。风积沙混凝土中水分和氯离子传输深度呈明显线性关系,当水分传输趋于稳定时,氯离子由于扩散作用依旧向内部传输。通过水分和氯离子侵入深度及两者关系,毛细作用下风积沙混凝土中风积沙掺量宜控制在20%~30%。结论风积沙混凝土中水分和氯离子传输非同步,水分渗透速率大于氯离子渗透速率。当水分渗透逐渐稳定时,氯离子会继续向混凝土内部渗透。

干湿循环作用下风积沙混凝土中氯离子扩散研究

目的 探究不同风积沙替代率的混凝土在干湿循环作用下对其内部氯离子扩散的影响,研究氯离子在干湿循环中的传输特性。方法 通过制备0%、25%、50%、75%、100%风积沙替代河砂的混凝土,采用磨粉滴定的方法测定不同干湿循环周期下混凝土中不同深度处的总氯离子和自由氯离子浓度,并就4种结合机制探讨氯离子结合规律。结果 自由氯离子浓度随风积沙替代率的增大先减小后增大,并且干湿循环作用对混凝土表层氯离子浓度影响较大。风积沙混凝土氯离子结合规律均符合线性结合类型,随着风积沙替代率的增大,混凝土氯离子结合能力先增大后减小。风积沙替代率为25%时混凝土自由氯离子浓度最低,结合能力最好,其结合能力为基准混凝土的1.20倍,而替代率100%的风积沙混凝土反而不利于混凝土抵抗氯离子侵蚀。结论 风积沙替代率小于50%时,风积沙混凝土的氯离子结合能力和抗氯离子侵蚀能力较好,对钢筋的保护能力比普通混凝土更强。

碳化-盐冻作用下风积沙混凝土损伤劣化机理及寿命预测

为评估风积沙混凝土碳化-盐冻作用后的耐久性能,以质量损失率、相对动弹性模量、抗压强度为指标,分析碳化作用对风积沙混凝土抗冻性能的影响,通过扫描电镜(SEM)与核磁共振(NMR)技术分析碳化-盐冻后其内部结构和孔结构变化特征,采用Wiener随机过程概率分布预测碳化作用后风积沙混凝土盐冻循环寿命.结果表明:碳化作用提高了混凝土强度,且使得盐冻循环作用下质量损失率增加,相对动弹性模量下降;无害孔与有害孔的比值反应了混凝土内部结构损伤特征;相对动弹性模量对混凝土盐冻环境最敏感,碳化28 d混凝土经受372次盐冻循环后完全失效.

水和氯离子在风积沙混凝土中的迁移规律

为解决中国西北部地区普通河砂资源匮乏问题,利用库布齐沙漠风积沙等质量替代普通河砂作为细骨料配制风积沙混凝土.研究不同水胶比、不同浓度NaCl溶液对风积沙混凝土中水分和氯离子渗透规律的影响,通过分层钻孔取粉和化学滴定的方法测定氯离子含量,探讨毛细作用下水分和氯离子传输之间的联系.结果表明:水分作为氯离子传输的媒介,氯离子的侵入深度远小于水分的侵入深度,两者传输呈现非同步性;毛细吸收28 d后,风积沙混凝土水胶比为0.55的试块水分侵入深度约为氯离子侵入深度2倍,水胶比为0.45和0.40的风积沙混凝土试块水分侵入深度大约为氯离子侵入深度1.5倍;毛细吸收超过7 d时,水胶比为0.55的风积沙混凝土试块内部生成大量盐结晶,减缓水分侵入速率;在毛细吸盐前期阶段,风积沙混凝土试块内部水分和氯离子侵入深度近似呈线性关系,随着毛细吸收时间的推移,水分在其基体内部迁移速率减小,在高浓度梯度作用下氯离子以扩散方式继续向更深处渗透;当毛细吸盐浓度超过6%,风积沙混凝土试块内部氯离子侵入量不再随NaCl浓度的增大而增大.该研究可为风积沙混凝土在中国西北地区水利工程耐久性研究提供一定的理论依据.

盐冻作用下风积沙混凝土中氯离子扩散研究

为研究氯盐冻融循环作用下风积沙掺量对混凝土氯离子扩散的影响,试验制备了不同风积沙掺量(质量替代率为0%、25%、50%、75%、100%)的混凝土。通过化学分析法测定盐冻环境下不同风积沙掺量混凝土中自由氯离子浓度和总氯离子浓度,计算了风积沙混凝土相对氯离子结合系数和氯离子扩散系数。结果表明:自由氯离子浓度随风积沙掺量的增大先减小后增大,随冻融循环次数的增加而逐渐增加,风积沙混凝土的结合性能均表现出良好的Langumir非线性吸附,且与冻融循环次数没有直接关系;当风积沙掺量为25%时,相对氯离子结合系数最小,在相同的冻融循环次数下氯离子扩散系数达到最低值;冻融循环作用对大掺量风积沙混凝土氯离子扩散速率的影响较小,风积沙掺量100%的试验组氯离子扩散系数随冻融循环次数的增加而降低,表现出良好的抗氯离子侵蚀能力。由此可见,适量的风积沙掺入能够抵挡氯离子入侵,大量风积沙的掺入提高了混凝土在氯盐侵蚀下的抗冻性能。