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。

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。

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。

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。

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。

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.

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%。

粉煤灰基地聚物混凝土的抗氯盐侵蚀性能研究

对比研究了氯盐侵蚀0~360 d内,粉煤灰基地聚物混凝土(以下简称FABGC)与普通混凝土(以下简称OPC)的抗压强度、质量损失率、氯离子含量、氯离子扩散系数、微观结构。结果表明:各侵蚀龄期下,OPC的抗压强度、质量损失率、氯离子含量基本均高于FABGC;随着侵蚀龄期的增加,FABGC和OPC的抗压强度、氯离子扩散系数基本呈下降趋势,质量损失率、氯离子含量呈增大趋势;当侵蚀龄期达到60 d后,OPC的抗压强度损失率、质量损失率和氯离子扩散系数均明显高于FABGC;随着侵蚀深度的增加,FABGC与OPC氯离子含量逐渐降低;与FABGC相比,未受氯盐侵蚀时,OPC的微观结构更致密,但受氯盐侵蚀后,OPC的微观结构劣化速率较快。

硫酸钙改性高吸水树脂对超高性能混凝土性能的影响机理

在高吸水树脂SAP(Super Absorbent Polymer,SAP)合成过程中,使用硫酸钙进行改性,研究了改性对SAP吸水性能和改性SAP对超高性能混凝土UHPC(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)的影响机理。结果表明:①在制备SAP聚合过程中,使用硫酸钙进行改性,导致SAP在自来水及饱和CH溶液中的吸水率有所下降;②通过扫描电镜分析,改性SAP在硬化水泥内部释水塌缩形成的孔洞边缘,与SAP塌缩后薄膜边缘处形成大量的钙矾石;③由于改性SAP吸水率下降,钙矾石的形成过程消耗了SAP携带的部分内养护水,导致改性SAP对UHPC内养护效果下降,钙矾石的形成有助于提高UHPC的抗折强度和抗压强度,同时有助于提升抗裂应力,延缓开裂时间。

初始缝高比对粉煤灰基地聚合物混凝土断裂性能的影响

为研究初始缝高比对地聚合物混凝土断裂性能的影响,设计4组不同初始缝高比(0.2、0.3、0.4与0.5)的粉煤灰基地聚合物混凝土(FAGC)进行三点弯曲试验,并运用双K断裂理论计算试件的断裂参数。结果表明:初始缝高比不改变FAGC的断裂过程,均包括线性变形、稳定扩展与失稳扩展三阶段。增大初始缝高比,FAGC的峰值荷载、断裂韧度与断裂能均呈现减小趋势,表明FAGC的承压能力与抵抗裂纹扩展能力降低。增大初始缝高比导致FAGC有效裂缝长度增大,意味着地聚合物混凝土的韧性越好。

不同养护方式下粉煤灰基地聚合物抗压强度与凝结时间研究

为研究养护方式对地聚合物混凝土性能的影响,采用正交试验方法,探究在不同养护方式下矿渣掺量、碱激发剂中Na_2O用量及模数对粉煤灰基地聚合物混凝土抗压强度及凝结时间的影响程度和影响规律。结果表明,同一配合比下不同养护方式对地聚合物混凝土的抗压强度影响程度均呈现高温养护-B>标准养护>高温养护-A的趋势;不同养护温度与条件下各影响因素对抗压强度的影响程度不同,但均在矿渣掺量30%、Na_2O用量11%,模数1.5时抗压强度最高。各影响因素对地聚合物净浆初凝与终凝时间影响程度的顺序相同,均为矿渣掺量>Na_2O用量>模数。

玄武岩纤维/树脂基复合混凝土的力学性能和抗冻性能研究

以环氧树脂E51为基体材料,丙酮为稀释剂,通过添加玄武岩纤维,制备出了玄武岩纤维/树脂基复合混凝土,探究了玄武岩纤维掺杂量对复合混凝土的力学性能和抗冻性能的影响。结果表明,掺入适量玄武岩纤维后,复合混凝土宏观裂纹数量减少,玄武岩纤维在混凝土中横纵交错分布,与凝胶和骨料结合紧密,混凝土的力学性能得到了显著提高。随着玄武岩纤维掺杂量的增多,复合混凝土的抗压强度、抗折强度和相对动弹性模量均先升高后轻微降低,质量损失率先减小后增大。当玄武岩纤维掺杂量为0.60%(体积分数)时,复合混凝土的抗压强度和抗折强度均达到最大值,分别为41.63和8.90 MPa,在冻融循环100次时,相对动弹性模量最大为59.54%,质量损失率最低为1.02%,其力学性能和抗冻性能最佳。通过对质量损失率和相对动弹性模量进行曲线拟合分析可知,相对动弹性模量对于冻融循环的敏感程度更高,更适合用于评估混凝土的使用寿命,测试出玄武岩纤维的掺杂量为0.60%(质量分数)的混凝土的预估寿命可达9.84年,较未掺杂的试样提高了51.38%。综合可知,玄武岩纤维的最佳掺杂量为0.60%(体积分数)。

钢渣-偏高岭土基导电地聚合物的压敏性能研究

以钢渣和偏高岭土为主要原材料制备导电地聚合物,分析了钢渣掺量和养护温度对其抗压强度、电阻率、压敏性能以及微观结构的影响规律,并对其压敏性能进行了评估。结果表明:随着养护龄期的延长和养护温度的升高,试样抗压强度均有一定的增加,其中钢渣掺量为30%时试样抗压强度最高。在不同养护温度下,钢渣掺量越多,试样电阻率越低。养护温度的升高提升了试样早期物理力学性能,然而随着龄期延长,温度对试样电阻率的影响变弱。此外,在循环压缩荷载作用下,试样的最优应变灵敏度为40.35~50.31,远高于电阻应变片的灵敏度2。其中,当养护温度为40℃、钢渣掺量为30%时,试样电阻变化率(FCR)与循环压缩应力的相关系数R~2高达0.953,试样压敏稳定性最优。由微观分析可知,当养护温度为60℃时,试样微观结构最为致密,稳定性最好,致使其应变灵敏度较低。在相同养护温度下,随着钢渣掺量的增加,试样致密性先增强后减弱,其中SS-30组最优,该结果与强度结果吻合较好。可见,钢渣-偏高岭土基导电地聚合物将是一种理想的压敏基体材料。

SiO_(2)气凝胶改性地聚合物的干燥收缩性能

采用SiO_(2)气凝胶改性地聚合物,分析了矿渣掺量和气凝胶掺量对抗压强度、尺寸稳定性、失水量以及微观结构的影响,为解决地聚合物干燥收缩问题提供指导.结果表明:由于气凝胶保水作用,矿渣掺量较低的试件28 d强度提升较大;矿渣掺量为30%时,气凝胶掺量越高,试件尺寸稳定性越强;试件7 d内失水量远大于7 d后,且随着气凝胶掺量的增加,矿渣掺量较低的试件失水量先减少后增加,而矿渣掺量较高的试件失水量先增加后减少;当矿渣掺量为30%、气凝胶掺量为8%时,试件微观结构最为致密.

纤维导电性对地聚合物压敏行为的影响

采用碳纤维和玄武岩纤维改性地聚合物,分析了纤维掺量对其流动性、力学性能、电阻率及压敏行为的影响规律,揭示了纤维导电性能对地聚合物压敏性能的影响机制.结果表明:碳纤维对地聚合物流动性的影响大于玄武岩纤维;当碳纤维掺量升高时,地聚合物电阻率明显下降,且可分为缓降、突降和平缓阶段;随着碳纤维掺量的升高,地聚合物压敏性能先增强后减弱;当碳纤维体积分数为0.4%时,地聚合物压敏性能最优;玄武岩纤维对地聚合物压敏性能具有削弱作用.

地质聚合物混凝土抗氯离子渗透性能研究进展

地质聚合物混凝土是一种新型绿色建筑材料,氯离子传输是影响其服役寿命的关键因素。本文在介绍地质聚合物混凝土氯离子传输机理的基础上,归纳总结了地质聚合物混凝土抗氯离子渗透性能试验方法的特点和局限性,介绍了地质聚合物混凝土抗氯离子渗透性能的影响因素,并对比了其与普通混凝土氯离子传输机理的区别。文章最后指出高温、冻融等单一因素影响下的地质聚合物混凝土氯离子传输模型、碱掺量和水玻璃模数对地质聚合物混凝土抗氯离子渗透性能的影响,以及氯离子的显色边界浓度的准确性等还有待进一步深入研究。

塑钢纤维改性聚合物混凝土的耐久性试验

混凝土的耐久性是适应复杂腐蚀环境的根本保证。通过在聚合物混凝土中掺入不同量和不同长度的塑钢纤维(HPP),从而对聚合物混凝土进行改性,并对改性后的聚合物混凝土性能进行探究。结果表明,当聚合物混凝土中HPP体积分数掺量为0.5%,长度为30mm时,HPP聚合物混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度分别为42.5MPa和4.22MPa,且具备较好的抗冻融循环性能、抗硫酸盐侵蚀性能以及抗氯离子渗透性能。由此得出,HPP掺入得到的聚合物混凝土具有良好的耐久性。

高性能聚合物砂浆的制备与性能研究

采用定向级配复合技术优化了河砂级配,再采用响应曲面法构建了聚合物砂浆性能预测模型,并对聚合物砂浆的配合比进行了优化。此外,研究了原材料组分交互作用对聚合物砂浆性能的影响,并建立了聚合物砂浆7 d抗折、抗压强度与水泥掺量、膨胀剂掺量、胶粉掺量的二阶响应曲面模型。结果表明:高性能聚合物砂浆的最佳配合比为水泥掺量420 g、膨胀剂掺量10 g、胶粉掺量20 g,以此配合比制备的高性能聚合物砂浆7 d抗折、抗压强度分别可达8.4 MPa、55.7 MPa。