掺合料对协同处置水泥混凝土重金属浸出特性的影响

将水泥窑协同处置固废技术用于水泥生产是一种环保和资源化利用的有效途径。但固废中的部分重金属会通过熟料进入到水泥中,在水泥产品的使用过程中存在释放或浸出的潜在风险。为了降低碳化作用下水泥混凝土中重金属浸出量,通过外掺矿物掺合料研究掺合料对重金属浸出性能的影响。结果表明:粉煤灰和矿渣作为矿物掺合料能够优化混凝土的微观结构,在混凝土内部形成了一种含Cr和Ca的无定形复合氢氧化物沉淀,大幅降低Cr和Cr^(6+)的浸出量,其浸出量小于GB 3838-2002的V类地表水限值。

低压养护下低热水泥混凝土的性能研究

研究了不同养护(低压养护、标准养护)条件下掺不同品种水泥(普通硅酸盐水泥OPC、低热水泥LHPC)混凝土的性能,分析了LHPC混凝土的孔结构对其性能的影响。结果表明:相同养护条件下,LHPC混凝土的后期抗压强度高于OPC混凝土;低压养护条件下,LHPC的放热量远低于OPC,LHPC可以持续进行水化,对低压环境的适应性更好,LHPC混凝土的孔结构更加致密,LHPC混凝土的耐久性能更好;混凝土的耐久性能与孔结构呈线性关系,且耐久性能随着孔结构的劣化而降低。

冻融-硫酸盐腐蚀耦合作用下早龄期混凝土强度演变及预测模型研究

为了研究冻融-硫酸盐腐蚀耦合作用对早龄期混凝土力学性能的影响,基于新疆若羌地区实际环境条件,对三种水胶比的早龄期混凝土分别进行冻融循环、硫酸盐腐蚀、冻融-硫酸盐腐蚀耦合作用工况下的耐久性试验,分析不同环境作用工况与水胶比交互作用下早龄期混凝土强度经时演变规律和作用机制。同时,基于灰色系统理论与遗传算法,建立早龄期混凝土强度的变权缓冲GM(1,1)模型。研究结果表明:同环境作用工况下,随冻融循环次数增加,早龄期混凝土抗蚀系数均出现先增大后减小的变化规律,并且在腐蚀终期,水胶比与早龄期混凝土抗蚀系数呈负相关。在同水胶比条件下,相较于单一冻融循环工况,冻融-硫酸盐腐蚀耦合作用工况对早龄期混凝土抗蚀系数终值的影响程度更高。早龄期混凝土强度预测模型的最大平均预测误差仅为1.893%,具有较好的预测精度,可为寒冷、盐渍土地区混凝土结构服役状态评估提供参考;通过预测模型对不同环境作用工况下早龄期混凝土进行耐久性评估,可知:冻融循环作用下,0.26、0.32、0.38水胶比的早龄期混凝土预测服役寿命分别是75.3 a、24.6 a、15.3 a,而在冻融-硫酸盐腐蚀耦合作用工况下,同水胶比下早龄期混凝土预测服役寿命缩短至30.7 a、22 a、12.7 a。

温度和湿度对P-CNT自感知混凝土压敏性的影响

为研究温度与湿度对自感知混凝土(SSC)感知性能的影响,通过低温等离子体改性处理技术对碳纳米管(CNT)进行官能团嫁接,使其在水性体系下获得较好的分散性,并将改性后的CNT(P-CNT)加入混凝土中制备P-CNT/SSC传感器,通过改变含水率与温度条件研究P-CNT/SSC传感器的极化效应与循环加载下的自感知性能。试验结果表明:过高或过低的含水率均不利于SSC的感知性能,其中变化最为明显的是饱水状态下的P-CNT/SSC传感器,其应力敏感系数下降89.8%,并且压敏曲线极不稳定;在变温试验中,P-CNT/SSC传感器的电阻率与温度之间呈现负相关性,高温和低温下的应力敏感系数相较于常温组试件,分别下降了约35.66%和44.53%,并且压敏曲线整体出现了上移或下滑的趋势;P-CNT/SSC传感器在工程应用中的最佳测试环境为常温、自然含水率。

搅拌工艺对高掺量丁苯乳液改性硫铝酸盐水泥性能的影响

研究了搅拌速度与搅拌时间对高掺量丁苯乳液改性硫铝酸盐水泥砂浆的匀质性、含气量、流变性能、早期强度等宏观性能的影响,采用TGA、BET等微观手段研究了硬化砂浆的水化程度和孔隙特征。结果表明:延长搅拌时间、提高搅拌速率均可改善砂浆的匀质性和力学强度。但以176 r/min搅拌时,延长搅拌时间会提高新拌砂浆含气量,增大硬化砂浆“凝胶孔”含量,抑制水泥前1 h的水化。以108 r/min搅拌时,延长搅拌时间则促进水泥前1 h的水化。延长搅拌时间和提升搅拌速率阻碍砂浆絮凝,破坏水泥颗粒桥接,显著降低结构构筑速率。延长搅拌时间,砂浆屈服应力和塑性黏度降低。优化搅拌工艺,有助于为充填层修补砂浆的搅拌规范制定提供重要参数。

沥青混合料半圆弯曲试验疲劳剩余强度分析与预测

为揭示沥青混合料在弯拉作用下的疲劳剩余强度规律,基于半圆弯曲试验,对AC-13C型沥青混合料及含不同粒径集料的AC-9.5、AC-4.75、AC-2.36、AC-1.18型沥青混合料开展了疲劳试验、疲劳剩余强度试验等研究,结合多尺度算法建立的数值模型,预测了不同粒径沥青混合料在不同损伤程度下的抗弯拉剩余强度和剩余强度衰减规律。预测结果与沥青混合料半圆弯曲试验结果对比分析表明,利用多尺度算法建立的数值模型,能够较精确地预测沥青混合料的抗弯拉剩余强度,预测结果与半圆弯曲试验结果吻合良好。

橡胶粗细集料含量对FRP约束橡胶混凝土应力-应变关系的影响

为研究橡胶粗细集料体积分数对纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer, FRP)约束橡胶混凝土应力-应变关系的影响,提出了橡胶粗细集料体积替换率的概念,并通过收集已发表文献的110组应力-应变关系试验曲线,分析了橡胶粗细集料体积替换率对FRP约束不同截面橡胶混凝土柱应力-应变关系关键参数的影响,基于分析结果建立了FRP约束橡胶混凝土的应力-应变关系模型和抗压强度模型,两个模型中均考虑了橡胶粗细集料体积替换率和橡胶混凝土截面形状的影响.模型评估结果表明:随着橡胶粗细集料体积替换率、FRP约束应力比和截面倒角半径比的增加,FRP约束橡胶混凝土的抗压强度均呈增大的趋势;建立的抗压强度模型可准确预测橡胶颗粒取代部分细集料或粗细集料的FRP约束橡胶混凝土抗压强度,平均误差仅为1.03;建立的应力-应变关系模型能够较好预测FRP约束橡胶混凝土的应力-应变关系曲线变化.

掺入普通硅酸盐水泥的粉煤灰地聚物混凝土力学性能与微观特征

既有研究表明,在粉煤灰地聚物混凝土(FGC)中掺入少量普通硅酸盐水泥颗粒,能够增强其在常温养护后的力学性能,但这个结果尚未与早期接受高温养护且不含普通硅酸盐水泥的FGC进行力学特征对比,以验证其可实用程度。为更加贴近实际工程需求,将不含水泥颗粒且接受热固化的FGC与含有少量水泥颗粒仅接受室温固化的FGC进行了包括泊松比在内的基本力学性能测试和比较。为了从微观机制上解释力学性能的测试结果,进行了包括SEM、EDS、XRD、FTIR、Micro-CT等的分析。结果表明:常温养护下含有少量水泥颗粒的FGC各项力学性能与不含水泥颗粒并接受热固化的FGC相近,临破坏前的试件横向应变与纵向应变之比均接近1.0,均有突出的横向变形能力;掺量8%的水泥颗粒在室温条件下对FGC聚合反应的促进效果接近FGC接受高温养护,在形成更为合理的微观孔隙结构方面,改进后的FGC在常温养护条件下优于高温养护FGC。

季冻区OGFC沥青混合料车辙预估模型研究

目的研究季冻区OGFC沥青混合料的高温抗车辙能力,建立车辙预估模型,推广OGFC沥青混合料在季冻区的应用。方法采用车辙试验系统进行车辙试验,分析轴载作用次数、试件高度、温度、抗剪强度、冻融循环次数对OGFC沥青混合料车辙深度的影响;基于经验法建立季冻区OGFC沥青混合料车辙预估模型,通过最小二乘法拟合模型参数,对建立的预估模型进行室内试验验证以及有限元对比分析。结果各影响因素与车辙深度呈现幂函数关系,冻融循环作用加速车辙形成,室内试验实测车辙深度与模型预估的车辙深度相对误差为0.11%~9.81%。结论经验法建立的季冻区OGFC沥青混合料车辙预估模型预估精度较高,预估模型误差受试验条件和材料参数影响,其中材料参数影响较明显。

氧化钙掺加对赤泥导电性能的影响及机理

电阻率是胶凝材料固化的重要表征方法,为研究CaO掺入对赤泥电学性能的影响,对不同CaO掺量的赤泥进行了电阻率测试,利用低场核磁共振、X射线衍射和电镜扫描等手段,揭示样品电阻率变化的机理。结果表明:随着养护龄期的增加,试样的电阻率逐渐增大,不同龄期电阻率峰值对应的CaO掺量不同;随着CaO掺量和养护龄期的增加,试样的孔隙率增加、孔径增大,孔隙水连通性降低,导致其导电通路减少,电阻率升高,与此同时试样的孔隙水导电性却逐渐增强,说明孔隙水连通性对电阻率的影响高于孔隙水离子浓度;研究结果可为相关结构物的无损检测提供理论依据。

材料组份对高强环氧灌浆料性能影响研究

采用正交试验法研究了稀释剂、增韧剂、胶砂比对高强环氧灌浆料的流动度、强度的影响,并研究了2种固化剂掺入比例对高强环氧灌浆料性能的影响。结果表明:稀释剂对环氧灌浆料的流动度影响较大,稀释剂和增韧剂对环氧灌浆料的抗压强度影响较大,但三者对抗折强度影响相对较小;综合考虑工作性和力学性能,建议环氧灌浆料中稀释剂和增韧剂总掺量控制在5%~15%,胶砂比控制在0.35~0.45,且环氧灌浆料的流动度应控制在265 mm以下;固化剂合理复配可以提高环氧灌浆料的流动度,降低反应放热温度,有效控制反应速度,且不会影响环氧灌浆料的后期抗压强度。

多重谐振水泥基声子晶体带隙特性研究

为了拓宽混凝土超材料弹性波衰减带的范围,本工作基于局域共振理论提出了一种多重谐振水泥基声子晶体。利用有限元方法,计算了多重谐振水泥基声子晶体的能带结构、本征模态和衰减特性,研究了带隙产生机理和影响因素,根据质量-弹簧系统推导了带隙估计式,分析了混凝土超材料充填层结构的减振性能。结果表明:多重谐振水泥基声子晶体在1~400 Hz频段内具有两个带隙,其中带隙的起始和截止频率由散射体Ⅰ、散射体Ⅱ和水泥砂浆基体的振动模式决定;包裹层的弹性模量、泊松比以及厚度是影响带隙的主要因素;由多重谐振水泥基声子晶体组成的混凝土超材料充填层结构在1~400 Hz频段内的加速度级均小于普通自密实混凝土充填层结构,特别是在带隙频段范围内振动降低了6~9 dB。

部分浸泡再生混凝土Mg^(2+)-SO_(4)^(2-)-Cl^(-)复合盐侵蚀耐久性损伤特征与机制

为系统研究与揭示西北地区部分掩埋再生混凝土(RAC)结构耐久性损伤特征与机制,以浓度为20%的复合盐溶液为侵蚀介质,开展了14种掺辅助胶凝材料RAC部分浸泡于复合盐溶液的耐久性试验,综合分析RAC动弹性模量、宏观与微观形貌、侵蚀产物物相组成与相对含量的经时变化规律。部分浸泡RAC沿纵向高度分为饱和区、气-液两相界面区、水分传输区及干燥区。侵蚀初期气-液两相界面区损伤程度高于饱和区;侵蚀中后期饱和区的损伤持平或超过气-液两相界面区,水分传输区损伤初现。饱和区侵蚀状态由初期的化学侵蚀转变为中后期的化学-物理双重侵蚀,气-液两相界面区在侵蚀期间均呈现出化学-物理双重侵蚀。化学侵蚀产物为水镁石、硬石膏/石膏、钙矾石、Friedel盐及碱式氯化镁;物理结晶盐包含氯镁石、白钠镁矾、氯化钠、水合硫酸镁、Na_(2)SO_(4)及芒硝,各侵蚀产物与结晶盐的相对含量均随浸泡时间延长而改变。侵蚀后期,Na_(2)SO_(4)和芒硝相互转化使RAC物理力学性能急速退化。粉煤灰-矿渣复掺RAC抗侵蚀性能整体较好,粉煤灰-硅灰复掺最差,后者在浸泡时间180 d时抗压强度损失率高于60%。矿渣-硅灰-偏高岭土三掺RAC耐久性显著高于粉煤灰-矿渣-偏高岭土三掺,后者在侵蚀180 d时已经溃散。四掺辅助胶凝材料RAC性能衰减速度均匀,但抗侵蚀性能仍处于较低水平,相同浸泡时间下,其耐久性指标均与粉煤灰-矿渣复掺RAC差距较大。

装配式建筑用聚合物乳液改性套筒灌浆料的制备及性能研究

本文利用醋酸乙烯酯-乙烯共聚乳液(EVA)、丙烯酸酯乳液(PAE)分别对装配式水泥基套筒灌浆料进行改性,制备了2种聚合物乳液改性套筒灌浆料。研究了聚合物乳液对套筒灌浆料流动度、抗压强度、吸水率、膨胀率、耐久性、拉伸性能和微观结构的影响,并进行了成本核算。结果表明:掺入聚合物乳液能显著改善灌浆料的流动度、抗压强度、吸水率、抗硫酸盐侵蚀和抗冻融侵蚀性能,而且PAE改性的套筒灌浆料的综合性能优于EVA改性;PAE改性能增强灌浆料整体内聚力和密实度,使得灌浆料的膨胀率基本无负面影响且无泌水现象,同时可以增强灌浆料接头的拉伸性能、抗拉强度以及黏结强度。当PAE掺量在0.3%~1.0%(质量分数)时,PAE改性灌浆料性能均满足相应国家标准要求,且制备成本较低。

基于高斯过程回归模型的电石渣激发煤矸石地聚合物强度响应预测与分析

地聚合物的抗压强度是评估其能否代替水泥作为新型建筑材料的关键因素之一,但仅依靠大量试验测试强度,既浪费资源又增加成本。为了解决这一问题,通过早期试验收集的电石渣激发煤矸石地聚合物的强度数据,将不同配合比、水胶比、龄期作为输入参数,抗压强度作为输出结果,基于机器学习方法构建强度响应预测模型——高斯过程回归(GPR)模型,并利用模型对不同配合比及龄期的地聚合物强度进行预测,进而建立各组分掺量、水胶比、龄期对强度的影响曲线并探究原因。结果表明:GPR模型经过对样本数据的拟合,可以较好地预测地聚合物的强度,且误差为(-0.001 93~+0.001 83);利用受过训练的模型对未知抗压强度的地聚合物进行强度预测,通过预测结果分析各输入参数(电石渣掺量、煤矸石掺量、水胶比和养护龄期)对强度的影响,发现强度与上述变量均有密切关系,其中电石渣掺量、煤矸石掺量和养护龄期对强度的影响更显著。

活化赤泥基胶凝材料的抗冻融性能研究

赤泥资源化利用对氧化铝行业可持续发展和环境保护具有重要意义。本文以赤泥和热活化赤泥为主要原料与钢渣等多种固废协同制备赤泥基胶凝材料,并对其抗冻融性能进行了研究。分别对养护14和28 d的胶凝材料试样进行冻融试验,用万能试验机、XRD、SEM、工业CT等检测方法对试样冻融前后的强度、物相、显微结构、孔隙率等进行表征,并对冻融损伤机理进行了探究。结果表明,赤泥基胶凝材料冻融前后的质量损失、强度损失、显微结构差异显著。其中,赤泥-普通硅酸盐水泥胶凝材料较其他赤泥基胶凝材料的抗冻性能优异,其养护14 d试件冻融前后的质量损失和强度损失分别为23.68%和50.75%;用热活化赤泥制备的赤泥-钢渣胶凝材料冻融后的质量损失率较冻融前降低了16.30%。

改性土质泡沫混凝土在可持续化城市工程中的应用研究

改性偏高岭土泡沫混凝土作为一种具有良好保温、高强度和环保特性的新型建筑材料,越来越受到研究者的关注。研究针对改性混凝土在可持续化城市工程中应用,探讨性能指标。实验结果显示,改性混凝土孔径分布合理,力学实验表现优秀,具有良好的保温、高强度等性能。改性混凝土在可持续化城市工程中具有重要的应用价值,有助于实现城市工程的绿色、低碳和可持续发展目标。

早期受冻环境对混凝土服役期性能的影响

为准确评估混凝土早期受冻对其服役期性能的影响,模拟早期突然受冻环境,测试了不同早期受冻环境下混凝土服役期的抗压强度、劈拉强度、动弹性模量等宏观性能参数和孔隙结构、吸水特征等微观指标;分析了受冻温度、受冻时长、起冻时刻等环境参数对混凝土服役期性能的影响规律和影响机理.结果表明:受冻温度越低、受冻时长越长,混凝土服役期宏观性能劣化越明显,浆气比减小,含气量、吸水率、吸水孔率增大,各孔径的气孔数量均有所增加;受冻温度从-1℃降到-5℃、受冻时长从2h延长至4h时,混凝土服役期性能劣化明显,而受冻温度从-5℃降到-9℃、受冻时长从4h延长至8h时,混凝土服役期性能劣化程度较小;初凝后、终凝前受冻的混凝土服役期性能劣化最显著,初凝前受冻的混凝土服役期性能劣化次之,终凝后受冻的混凝土服役期性能劣化程度较小且损失程度随受冻时混凝土龄期的增长而减小;随着起冻时刻的延后,混凝土的浆气比增大,而含气量、吸水率、吸水孔率减小,终凝前起冻的混凝土各孔径梯度的气孔数量明显大于终凝后起冻的混凝土.

桥涵结构补强中新旧混凝土结合状态研究

研究用砂浆的抗折试验来评价桥涵修补中新旧混凝土结合状态 ,从而为桥涵加固寻找合理有效的施工方法。探讨了气干基底、湿饱和基底 2种方式对新旧混凝土界面结合的影响 ,同时研究了外掺物 (粉煤灰、高聚物 )对界面的结合作用。实验结果表明 :气干基底与新混凝土的结合强度强于与湿饱和基底的结合。修补用的混凝土中外掺 30 %的粉煤灰可使早期界面结合强度提高 ,2 8d结合强度也略有提高 ;外掺 15 %高聚物可使界面结合强度提高 5 %～ 10 %。

喷射混凝土用高活性细掺料的研制

利用工业废渣研制两种高活性细掺料 :(1 )F型高活性细掺料 ;(2 )K型高活性细掺料 .使用这些高活性细掺料替代 3 0 %水泥时 ,喷射混凝土强度可以提高 2 0 % .