粉煤灰掺量对高性能混凝土徐变性能的影响及其机理

为研究粉煤灰对高性能混凝土徐变性能的影响,在(20±1)℃、相对湿度为(60±5)%的条件下测试了33%载荷水平下粉煤灰等量取代水泥量(质量分数,下同)为0,12%,30%和50%时高性能混凝土的徐变度。试验结果表明:粉煤灰掺量为12%和30%时,混凝土抵抗徐变的能力随其掺量增加而增强,其365d的徐变度分别为不掺粉煤灰混凝土的76%和46.5%。粉煤灰掺量为50%时,混凝土抵抗徐变的能力没有得到改善,其365d的徐变度为不掺粉煤灰的混凝土的102%。应用扫描电镜二次电子成像观测不同掺量下的粉煤灰颗粒与基体的结合情况,并结合水泥–粉煤灰体系中非蒸发水量的研究,试分析了粉煤灰掺量对高性能混凝土徐变的影响机理。结果表明:粉煤灰掺量对于其“微集料效应”的发挥存在一临界值,当粉煤灰掺量小于该临界值时,粉煤灰与基体结合良好,“微集料效应”得以正常发挥。混凝土的徐变度受到体系的非蒸发水量和“微集料效应”发挥程度的影响。粉煤灰掺量越大,体系的非蒸发水量越小,“微集料效应”发挥程度越高,徐变度减小越明显,并且混凝土的徐变度减小率与体系的非蒸发水量减小率和微集料数量正相关。当粉煤灰掺量超过临界值时,混凝土的徐变性能受到体系水化产物数量、“微集料效应”和粉煤灰与基体结合情况这3个因素的共同作用,并且随着粉煤灰掺量的继续增加,其与基体结合情况对混凝土徐变性能的负面影响显著增强。

海洋环境下裂缝混凝土氯盐腐蚀

研究劈裂裂缝混凝土在海水全浸区和潮汐区作用下的氯盐腐蚀规律。试验结果表明：裂缝混凝土在海水全浸区和潮汐区氯盐腐蚀规律相似,氯离子含量由表及里随深度增加而下降,后在8~12 mm深度以内形成稳定段。但潮汐区混凝土的氯离子扩散系数比海水全浸区服役的裂缝混凝土的大。裂缝混凝土稳定段氯离子含量随裂缝宽度增加而呈指数函数增加,裂缝周边区域稳定段氯离子含量则随裂缝宽度增加而呈二次函数增加。相比海水全浸区腐蚀,潮汐区裂缝宽度对混凝土中氯离子传输影响更大。依据数据拟合回归,当潮汐区混凝土裂缝宽度为0.265和0.480 mm时,海水全浸区混凝土裂缝宽度为0.292和1.200 mm时,裂缝左右5 mm区域和30 mm区域的氯离子扩散系数提高一个数量级。

引气混凝土在冻融循环过程中的氯离子渗透与孔结构

C30和C50引气混凝土在3.5%NaCl溶液中自然浸泡或快速冻融循环,测试盐冻过程中混凝土表面和内部的超声声时,混凝土中的氯离子浓度分布及孔结构演变。研究结果表明:超声声时较好反映了混凝土在盐冻过程中的损伤演化,其表面和内部超声声时均先下降,后保持稳定,当混凝土剥落严重时迅速上升;冻融循环过程中的低温环境降低了混凝土表面氯离子浓度和氯离子扩散速度,但冻融损伤程度的增加将导致混凝土中氯离子扩散速度的提高;盐冻循环50,150和400次时,C50混凝土中孔径大于100 nm毛细孔数量由31.85%提高到42.70%和56.60%,孔径大于0.1 mm的微裂纹数量由12.80%降低为8.37%,并最终提高到25.29%。此外,混凝土经过150次冻融循环,相比于C30混凝土,C50混凝土中孔径大于100 nm的毛细孔数量降低20.10%,微裂纹数量降低43.44%。

水泥基复合材料集料与浆体界面研究综述(二):界面微观结构的形成、劣化机理及其影响因素

首先概括介绍了目前国际上存在的几种界面过渡区微观结构的模型。然后分新拌混凝土阶段和水化早期、材料硬化过程中以及材料使用过程中3个阶段描述了界面微观结构的形成以及劣化机理。在第1阶段.界面过渡区形成的可能机理为:边壁效应,絮凝成团作用,微区泌水效应,离子的迁移、沉积与成核生长,水化产物的单边生长效应以及脱水收缩效应。在第2阶段,界面过渡区可能的形成与劣化机理为:自身收缩、化学收缩和自干燥收缩、干缩,集料与浆体膨胀系数的差别,浆体的进一步水化以及水化产物的重结晶。在第3阶段,界面过渡区的形成与劣化机理为:荷载的作用.环境介质的侵蚀,冻融的破坏,碱集料反应以及胶凝材料的进一步水化。同时给出了几种常规的以及可能成为界面过渡区微观结构的表征方法。最后,从原材料的物理、化学组成,配合比以及材料制备工艺角度分析了影响界面过渡区微观结构的因素。

粉煤灰强度效应因子的动态预测

提出了粉煤灰强度效应因子ｋ 的动态预测模型，该模型建立了粉煤灰强度效应因子与粉煤灰火山灰活性指数、粉煤灰掺量、水胶比、龄期等主要参数之间的直接联系，并考虑了粉煤灰品种、水泥品种等其它因素的影响． 最后，对模型进行了实验验证，预测结果与实验结果吻合较好．

混凝土在硫酸盐冻融中的损伤与离子传输

将C30和C50系列引气混凝土在质量分数5%Na2SO4或5%Na2SO4+3.5%NaCl溶液中自然浸泡或快速冻融循环,测试盐冻过程中混凝土表面和内部的超声声时、混凝土中水溶及酸溶SO2-4质量分数、孔结构演变和热谱.结果表明:超声声时能较好反映混凝土在盐冻过程中的损伤演化,其表面和内部超声声时均先轻微上升,然后保持稳定,当混凝土损伤严重时迅速上升.冻融过程中的低温环境可降低混凝土中SO2-4扩散速度和反应SO2-4量,但冻融损伤程度的增加将导致混凝土中SO2-4扩散速度增加.混凝土在复合盐溶液中冻融循环时,其SO2-4反应能力是Na2SO4溶液中盐冻混凝土的2倍,生成的钙矾石、硅灰石膏和石膏腐蚀产物更多,毛细孔增加2.2倍,最可几孔径提高了8nm,混凝土表面剥落更为严重.

纤维混杂及其与膨胀剂复合对水泥基材料的物理性能的影响

选用不同尺度的钢纤维、高弹维纶纤维、低弹聚丙烯纤维 ,按二元或三元混杂增强水泥基复合材料 ,系统研究了其限缩与抗渗性能及其与膨胀剂的复合效应 ,并通过孔结构测试剖析了纤维混杂增强及其与膨胀剂复合对提高水泥基的限缩与抗渗能力的机理 .

水泥基复合材料界面对材料宏观性能的影响

从力学性能、传输性能和收缩性能3个角度阐述了界面过渡区(ITZ)对混凝土宏观性能的影响.其中力学性能主要从强度、刚度以及断裂力学性能3个方面,传输性能主要从扩散性能与渗透性能2个方面进行考虑.探讨了在多因素交互作用下,有关界面研究方面存在的不足.

截面分析法对界面过渡区厚度的放大作用

在采用截面法分析研究截面过渡区厚度时,由于截平面并不一定正好垂直于集料的表面,导致得到的表观界面过渡区厚度与实际界面过渡区厚度是不同的。以3种规则形状(球形、椭圆形截面以及矩形截面)的集料为例,从几何概率角度研究了截面分析法对界面过渡区厚度的放大问题。研究结果表明,截面分析法得到的表观界面过渡区厚度都大于实际的界面过渡区厚度,平均放大倍数与集料的粒形有关。对正方体性集料而言,平均表观界面过渡区的厚度是实际界面厚度的1.12倍;对球形集料而言,实际界面过渡区厚度被放大了π/2倍。

超高性能水泥基材料的力学行为及机理分析

研究安防系统对超高性能水泥基复合材料工作性及超高力学性能的特殊要求,以大掺量超细工业废渣取代水泥,掺加超高硬度细集料,采用高温干热养护制度,成功制备出一种超高性能水泥基复合材料.对其工作性及不同养护温度和养护时间下的力学性能进行测试,结果表明,制备的材料具有较好的工作特性及超高力学性能,可满足安保产品要求,其抗压强度最高可达240 MPa.采用X射线衍射技术、差热-热重分析方法及扫描电镜对其微观结构形成进行分析,结果显示,超高硬度细集料与胶凝材料的强物理结合使其在复合材料中起增强相的作用,高温养护加速了水泥的水化及矿物惨合料的火山灰反应,降低了材料中Ca(OH)2的含量,增加了C-S-H凝胶的含量,提高了材料的密实度,改善了界面微观结构,提高了超高性能水泥基复合材料的宏观力学性能.

水泥基复合材料集料与浆体界面研究综述(一):实验技术

关于界面研究,概括起来主要可以从以下5个方面考虑:(1)界面研究的相关技术手段;(2)界面微观结构特征的研究;(3)界面微观结构的形成及劣化机理;(4)影响界面微观结构因素的研究;(5)界面过渡区的性能对材料宏观性能(包括:力学性能和耐久性)影响的研究。对这些问题的研究是为了回答以下2个问题:(1)各种层次的界面过渡区到底在多大程度上影响着整个材料的力学性能和耐久性;(2)通过改善界面来达到改善水泥基复合材料的性能这一措施是否可行。由于界面研究的技术手段与方法随着其它相关技术与设备的引入而不断取得新的进展,促进了水泥基复合材料集料与浆体界面相关研究也不断取得新的成果。关于界面研究的新实验技术和方法,从如下4个方面进行了描述:(1)与界面过渡区微观结构表征相关的实验技术;(2)与界面过渡区力学性能(包括:粘结强度、刚度和断裂力学性能)相关的技术和方法;(3)与界面过渡区传输性能相关的技术和方法;(4)与界面过渡区收缩性能相关的技术和方法。

软物质系颗粒材料组成、微结构与传输性能之间关联建模综述

作为一种典型的软物质体系,颗粒材料的传输性能对相关工程材料在实际工程中应用的耐久性和服役寿命具有至关重要的影响.材料的物理性能通常依赖于其微结构特征,而颗粒材料微观结构的形成又直接与其成分结构密切相关.因此,清楚、准确地认识颗粒材料的组成、微结构与其传输性能之间的多尺度关联机理是提升颗粒材料力学性能和耐久性的保障.本文综述了当前颗粒多相复合材料传输性能建模的研究现状,着重介绍了颗粒材料传输性能建模涉及的三个主要方面:颗粒材料组成结构的建模、材料内部孔相和界面微结构的定量表征、颗粒材料传输行为的建模方法.并对复杂拓扑几何颗粒的构造、非球形粒子接触判据和随机堆积模型、界面厚度和孔隙率分布、界面体积分数、软化粒子(包括孔隙和界面)渗流以及颗粒多相复合材料有效扩散和反常扩散性能等领域的研究进展和前沿给予阐述,总结和展望了颗粒多相复合材料多尺度力学行为建模有待拓展的研究方向.

饱和状态下水泥浆体的微观结构冰冻损伤模型

为了研究水转化为冰所带来的体积膨胀对水泥浆体的微观结构的危害,量化微观结构的内部损伤,建立了一个饱水状态下水泥浆体的冰冻破坏模型.首先使用模拟水泥浆体微观结构的数值模型(HYMOSTRUC)生成一个模拟结构,根据这个模拟结构中的孔结构,分析水分在孔隙中发生的相转变;将含有冰、水和水化产物的水泥浆体微观模拟结构转变为三维格构结构,并把水分发生相变时产生的体积膨胀引入其中,从而分析格构结构的受力及断裂;最后得到水泥浆体微结构内部微裂缝的分布.该模型真实反映了冰冻作用对微观结构的破坏,模拟结果显示微裂缝产生在由水转变为冰的孔隙周围的抗拉强度低的固相水化产物中.

水泥基复合材料界面过渡区体积分数的定量计算

借助邻近函数公式,给出了水泥基复合材料集料与浆体间界面过渡区体积分数的定量计算公式,并采用随机点采样方法验证采用该定量公式计算水泥基复合材料界面过渡区体积分数的可行性。在此基础上,预测了由符合Fuller分布的集料制备的混凝土中界面过渡区体积分数随集料体积分数和集料粒径范围的变化曲线。讨论了界面厚度变化、集料体积分数变化以及集料粒径分布变化对界面过渡区体积分数影响的差别,并给出了衡量界面过渡区重叠程度的定性和定量方法。结果表明:在常规集料体积分数下,三者中对界面过渡区体积分数以及界面过渡区重叠程度影响的主次顺序均为:界面过渡区厚度变化带来的影响>集料体积分数变化带来的影响>集料细度变化带来的影响。

截面分析法对任意凸形粒子周围界面过渡区厚度过高估计的解析解

借助于几何概率中的一些相关理论,从理论分析的角度,对表面为凸形曲线或曲面的二维和三维任意形状粒子建立了表观界面过渡区厚度统计平均值和实际界面过渡区厚度之间的定量关系。结果表明,对于二维凸形粒子,截面分析法所得的表观界面过渡区厚度的统计平均值与实际界面过渡区厚度之间的比值小于π/2。精确比值与粒子的形状有关。如果实际界面过渡区厚度与粒子的尺寸相比可以忽略的话,截面分析法所得的表观界面过渡区厚度的统计平均值与实际界面过渡区厚度之间的比值约等于π/2。对于三维凸形粒子,截面分析法所得的表观界面过渡区厚度的统计平均值与实际界面过渡区厚度之间的比值小于2,比值的精确解与粒子的形状有关。如果实际界面过渡区厚度与粒子的尺寸相比可以忽略的话,截面分析法所得的表观界面过渡区厚度的统计平均值与实际界面过渡区厚度之间的比值约等于2。

高掺量粉煤灰对GFRC改性的可行性研究

采用 5 0℃恒温水浴加速老化的试验方法 (加速老化龄期分别为 3d、7d、14d、2 8d、6 0d和 90d) ,从宏观力学性能的角度研究了采用粉煤灰、纯硅酸盐水泥与耐碱玻纤复合取代低碱水泥与耐碱玻纤复合制备GFRC制品的可行性问题。研究结果表明 ,采用粉煤灰、纯硅酸盐水泥与耐碱玻纤复合的技术是可行的。根据粉煤灰试件的后期强度与试件老化后玻纤表面的形貌分析结果 ,粉煤灰的最佳掺量为 6 0 % ,粉煤灰掺量过高时 ,后期强度开始降低 ;粉煤灰掺量过低时 ,耐碱玻纤就存在化学腐蚀的可能。

水泥基保温材料导热系数的模型研究

通过将水泥基复合材料分为若干薄层的方法,利用概率理论,建立了热流密度通过水泥基复合材料的一维概率模型.采用所提出的模型计算了以膨胀聚苯乙烯(EPS)颗粒为保温组分的水泥基保温材料导热系数,并将其与根据传统理论模型计算的结果以及实测结果相比较.结果发现:根据所提出的一维概率模型计算的水泥基保温材料导热系数具有更高的可靠性.

计算混凝土中平均最邻近集料表面间距的正十二面体模型

带状模型是以解析解的方式研究混凝土中集料尺寸分布和集料体积分数对平均最邻近集料表面间距影响的模型。但是,由带状模型的计算公式计算浆体的体积无法得到正确的结果。鉴于上述缺点,提出采用单一粒径球形粒子体系的正十二面体模型。以符合Fuller分布集料为例,结合数量基平均粒径方法,采用正十二面体模型研究了集料尺寸分布和集料体积分数对平均最邻近集料表面间距的影响。研究结果表明:随着集料体积分数的增加和集料细度的提高,平均最邻近集料表面间距减小;对所研究的集料体积分数(60％～75％)和集料尺度分布(Fuller分布)而言,平均最邻近集料表面间距值在90～232μm之间变化;在给定的集料分布下,集料体积分数在55％～75％范围内,平均邻近集料表面间距与集料体积分数之间近似呈线性关系。

纤维曲率对界面过渡区初始微观结构影响的计算机模拟

借助计算机模拟技术,以单粒径球形粒子体系在不同尺度的圆截面纤维周围堆积时固相体积分数分布为例,研究了纤维直径与粒子直径比值变化对纤维浆体界面过渡区初始微观结构的影响。将模拟计算结果与单粒径球形粒子体系在平集料表面的固相体积分数分布曲线进行对比。研究了纤维曲率对多尺度球形粒子体系在纤维表面固相体积分数分布曲线的影响,并将该模拟计算结果与多尺度球形粒子体系在平集料表面的固相体积分数分布曲线进行对比。结果发现:无论是对单粒径球形粒子体系而言,还是对多尺度球形粒子体系而言,初始界面过渡区的微观结构与纤维的曲率无关。球形粒子沿不同曲率纤维周围的固相体积分数分布曲线的形式与在平集料表面周围的粒子固相体积分数曲线的分布形式相同,曲线第一个峰值点的位置(即初始界面过渡区厚度的位置)也都出现在模型水泥平均质量半径的位置附近,水胶比的降低,会使初始界面过渡区的厚度略有减小。因此,可以用平集料表面浆体结构取代圆截面纤维浆体结构来研究各种因素对初始界面过渡区微观结构的影响。

砂浆中邻近集料表面最近间距分布的数值模拟

采用具有粒子动态混合密实功能的SPACE系统,实现了高集料体积分数模型砂浆结构的生成.从而,以3种细集料粒径分布的模型砂浆(其中一种的粒径范围为0.125～1.34 mm,另外两种的粒径范围为0.25～5.00mm)结构为例,研究了集料细度和集料体积分数(ψ=40%～70%)对邻近集料表面最近间距分布的影响.结果表明,集料细度增加和集料体积分数增大都会使大尺度邻近集料表面最近间距出现的概率减小、小尺度邻近集料表面最近间距出现的概率增加,且峰值概率的位置向小间距方向偏移.另外,邻近集料表面最近间距的分区段累计概率结果分析表明,3种模型砂浆结构的邻近集料表面最近间距分布的57%以上小于10μm.最后,邻近集料表面最近间距的平均值的分析结果显示,当集料体积分数在40%～70%之间变化时,邻近集料表面最近间距的平均值在54.6～1.1μm之间变化;当砂浆中集料的体积分数在50%～70%之间变化时,邻近集料表面最近间距的平均值与集料的体积分数基本上呈线性关系;单位砂浆体积下集料的表面积的变化对邻近集料表面最近间距的平均值有影响,但二者之间的比值并非常数.