混凝土低温性能表征技术和研究方法综述

液化天然气(LNG)贸易的繁荣加剧了LNG储罐的需求。以混凝土代替9%镍钢制备“全混凝土”LNG储罐可降低46%的成本和缩短33%的工期并提高结构的耐久性,此技术具有重大经济和科学意义。全混凝土LNG储罐在服役过程中面临的最大风险是温度波动(-40~-165℃)和低温冻融循环(室温至-170℃)。目前,低温环境(-40~-197℃)中混凝土的失效机理尚不清楚。低温环境孔隙中的水结冰会引起混凝土孔结构、热导率、热应变、渗透性能和失效过程中能量释放行为的变化。低温环境混凝土性能的演变机制还处于研究初期,采用先进的表征技术和高效的研究方法从多角度探究孔隙中水结冰和混凝土宏观性能演化的内在联系,是明确低温环境混凝土劣化机理的有效策略。本文对低温环境混凝土的表征技术(核磁共振技术(NMR)、X射线计算机断层扫描技术(μ-CT)、差分扫描量热技术(DSC)、低温扫描电子显微技术(LTSEM)、声发射技术(AE)和激光闪光法(LFA))及研究方法(热应变测试和渗透性测试)进行综述,并对超高性能混凝土(UHPC)的低温性能进行总结。在低温环境中,利用NMR技术和DSC技术可原位分析混凝土孔隙中水的结冰行为。其中,NMR技术可研究孔隙中水状态的演化;DSC技术基于热流数据可量化表征孔隙中冰的体积。μ-CT技术可探究冻融前后孔隙和裂缝的三维形态。LTSEM技术可获取孔隙中冰体的微观形貌。热应变测试和AE技术结合使用可明确混凝土热变形与失效过程中能量释放之间的相关性。通过降低孔隙率、含水率和剔除粗骨料,可使UHPC具有优异的耐低温性能。目前,低温环境中混凝土的导热性能和渗透性能仍缺少全面研究,采用LFA技术可测定低温环境混凝土的热导率。本文系统归纳了低温环境混凝土的表征技术和研究方法,有助于深入理解低温环境混凝土的失效机理和研制高耐久性的全混凝土LNG储罐。

改性煤气化渣用于矿山充填的试验研究

针对煤气化渣应用于矿山充填中强度低的问题,研究激发剂对煤气化渣活性的影响,并将其部分替代粉煤灰用于矿山充填。初选三种激发剂,确定单掺激发剂时最优掺量;随后,采取正交试验对三组分激发剂进行优化设计,确定复合激发剂最优掺量。结果表明,单掺激发剂时,最优激发剂及其掺量为:0.5%氢氧化钙、2.5%硫酸钙、2.0%聚合盐,对比未激发组其3 d抗压强度比分别为116.9%、113.9%、117.0%。复掺激发剂时,最优激发剂掺量组合为:0.125%氢氧化钙、0.625%硫酸钙、1.000%聚合盐,对比未激发组其3 d抗压强度比可达到127.4%。试验表明,改性后的煤气化渣充填体强度可以满足矿山充填强度要求。

化学激发对煤气化渣-水泥体系抗压强度影响机理研究

针对煤气化渣大量堆存造成的环境污染和固废资源浪费的问题,本工作采用化学激发方法来激发煤气化渣活性,探究不同激发剂对煤气化渣-水泥体系抗压强度的影响。试验选取硫酸盐类、碱类和聚合盐类激发剂,确定最优激发剂种类和掺量;通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和热重分析(TG)等微观手段,研究不同激发剂对煤气化渣-水泥体系水化产物的影响。结果表明,硫酸盐类最优激发剂为硫酸钠,最佳掺量为2.5%,试样3 d、28 d抗压强度增长率分别达14.3%、3.4%;碱类最优激发剂为氢氧化钙,最佳掺量为0.5%,试样3 d、28 d抗压强度增长率分别达18.4%、1.8%;聚合铝最佳掺量为2.0%,试样3 d、28 d抗压强度增长率分别达24.0%、3.3%。加入激发剂后试样早期抗压强度均得到提高,微观特征表明试样水化程度加深,且有助于钙矾石和凝胶体等水化产物的生成,提高试样强度,为煤气化渣在水泥基材料中的应用提供了理论依据。