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。

稻壳灰胶凝材料的再生混凝土性能研究

为了研究稻壳灰混凝土的工作性和力学性能,本文采用稻壳灰代替部分水泥制备混凝土。共制备9组混凝土,包括6组不同配合比的稻壳灰混凝土和3组对照混凝土。混凝土设计三种不同的稻壳灰替代率,分别为0%、10%和20%,三种不同的水胶比,分别为0.4、0.5和0.6。测试了混凝土的工作性和力学性能。结果表明:(1)随着稻壳灰替代率的增加,坍落度呈减小的趋势,混凝土拌合物流动性变差但保水性和黏聚性较好。(2)掺入稻壳灰的混凝土与对照混凝土相比具有更大的吸水率,随着稻壳灰替代率的增加,混凝土的吸水能力也随之增强。(3)10%替代率的稻壳灰混凝土与对照混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度基本相同。

冻融循环后蒸汽养护混凝土的损伤—声发射特性

为研究冻融循环对蒸汽养护混凝土力学性能演化规律的影响,通过开展蒸汽养护混凝土试件冻融循环试验和单轴压缩-声发射试验,分析了冻融循环作用后不同蒸汽养护制度下混凝土加载损伤破坏声发射过程,依据声发射特征参数建立了冻融循环后蒸汽养护混凝土受压损伤本构模型,探究了损伤变量与冻融循环次数的变化关系.结果表明:60、80℃蒸汽养护对混凝土抗冻性能不利,40℃蒸汽养护混凝土与标准养护混凝土抗冻性能无明显差异;混凝土受压破坏过程的声发射振铃计数变化呈现出明显的接触期、平静期、陡增期三阶段变化规律,平静期-陡增期分界点随冻融循环次数的增加在时间上发生后移;受压过程前期,蒸汽养护混凝土损伤发展较为缓慢;相对峰值应力达到0.8以后,蒸汽养护混凝土损伤发展较为迅速,直至受压破坏.

废玻璃砂浆材料的力学性能与耐久性能研究

废弃材料替代水泥制备混凝土是响应“双碳”战略和水泥基材料可持续发展的重要举措。试验研究了废弃玻璃粉替代水泥砂浆的力学性能和耐久性能的影响规律,测量了不同质量替代率(0,10%,30%和50%)的废玻璃水泥砂浆材料的抗压强度、抗折强度、气体渗透系数和液态水渗透系数。结果表明,随着废弃玻璃粉替代率的增加,砂浆试块的抗压和抗折强度呈现先增大后减小的变化趋势,对于力学性能玻璃粉最优替代率为10%。此外,不同流体的渗透试验表明30%以下的替代率对渗透性影响非常微小,当替代率达到50%时废玻璃水泥浆的孔隙率达到峰值,相应的气体和液态水的渗透性也分别增大了1个和2~3个数量级。替代率的不同对砂浆材料微观结构影响显著,随着替代率的增加其孔隙直径也有所增大,并影响了砂浆材料的渗透性能。

掺固色剂的装饰清水混凝土制备及性能研究

以浙江某高校图书馆“红、黄、灰、白”四色同体的现浇装饰清水混凝土工程为研究对象,采用普通灰色硅酸盐水泥为基础胶凝材料,配以钛白、铁红、铁黄、铁黑、群青等无机颜料,结合自主研发的高活性偏高岭土矿物固色剂,制备了色彩稳定及性能优异的四色清水混凝土,实现了低成本、彩色的装饰清水混凝土配制技术的突破。

多元胶凝材料体系再生混凝土复合盐侵蚀耐久性退化规律

我国西北地区土壤及地下水中含有大量侵蚀性硫酸根离子、镁离子与氯离子,导致在役再生混凝土(RAC)耐久性退化,严重制约了RAC在西北地区新建结构中的使用。为了研究多元胶凝材料体系RAC复合盐侵蚀耐久性退化规律,采用全浸泡、部分浸泡及干湿交替三种方式,分别模拟RAC结构构件不同部位的破坏方式,开展RAC耐久性试验。以相对动弹性模量、质量损失率及相对抗压强度为指标,研究不同侵蚀方式下RAC耐久性退化规律,分析多元胶凝材料体系中辅助胶凝材料的搭配方式及取代率对RAC耐久性退化的影响。全浸泡方式下,粉煤灰-矿渣双掺RAC相对动弹性模量下降较慢;部分浸泡方式下,辅助胶凝材料的引入降低了RAC抗复合盐侵蚀能力;干湿交替侵蚀方式下,RAC物理力学性能整体呈先增大后减小的趋势,多元胶凝材料体系RAC皆表现出优于纯水泥RAC的抗盐侵蚀能力.

养护温度对低热水泥混凝土早龄期导热系数影响

为研究低热水泥混凝土在实际温度环境下早龄期导热系数的演化规律,设计并开展了不同养护温度和水胶比条件下低热水泥水化热和导热系数试验,根据试验结果分析了养护温度对低热水泥混凝土导热系数的影响机理,并建立了考虑温度效应的导热系数预测模型。结果表明:高温养护提高了低热水泥早龄期水化热及放热速率,标准养护下水化度较高温养护存在“滞后”效应;导热系数随着养护温度增加呈现先增加后降低的趋势,水胶比越大,导热系数越低;提出的预测模型得到了试验验证,并发现不同养护温度下导热系数随着水化度的增加不断降低,当水化度为0.39~0.41时,导热系数出现临界峰值,为1.51~1.45 W/(m·K)。研究成果可为低热水泥混凝土早龄期温度场精确计算以及温控防裂提供参考。

现浇彩色装饰清水混凝土建筑施工关键技术

以浙江某高校图书馆“红、黄、灰、白”四色同体的现浇装饰清水混凝土工程为研究对象,总结了适用于现浇彩色装饰清水混凝土建筑的施工技术,包括抗裂保护体系、钢模板表面喷砂处理工艺、模板二次封闭施工技术、不同色彩清水混凝土界面的拼接技术等,可为现浇彩色装饰清水混凝土的推广应用提供技术支撑。

基于落锤冲击试验的钢渣细骨料混凝土抗冲击性能研究

为研究钢渣细骨料混凝土的抗冲击性能,分别以10%、20%、30%替换率的钢渣等体积取代细骨料制备混凝土试件,通过落锤冲击装置对其进行抗冲击试验,研究其冲击寿命及损伤演化规律,并与普通混凝土抗冲击性能进行对比。结果表明:掺入钢渣细骨料可以提高混凝土的抗冲击性能,落锤质量较小时,钢渣对混凝土冲击寿命的提高幅度较大;混凝土抗冲击试验结果存在一定离散性,钢渣混凝土的冲击寿命符合威布尔分布。基于威布尔分布,对不同失效概率下的冲击寿命进行了估计,并建立冲击损伤演化方程,用于计算不同钢渣掺量的混凝土达到一定损伤变量时对应的冲击次数。

基于接触电阻的水泥基材料裂缝自修复效果定量表征方法

裂缝自修复效果是评价材料功能恢复水平的重要依据。为实现水泥基材料裂缝全断面修复效果的综合评定,开展了基于接触电阻理论的裂缝自修复评价方法研究,包括导电材料选择与优化、测试参数优化和计算方法推导等。结果表明,0.3%体积掺量碳纤维能有效降低水泥基材料电阻率,并同步改善力学性能。测量电压对电阻率测试结果无显著影响,电阻率随接触压力的增加逐渐降低。自修复过程即裂缝面接触形式变化的过程,同时伴随接触电阻的变化,从而可以构建接触电阻与自修复效果的定量计算公式。该方法仅与修复产物在裂缝面的分布数量有关,不受空间分布形式影响。研究结论为水泥基材料自修复效果定量表征提供借鉴。

硬化水泥净浆的太赫兹介电常数和其孔结构的GEM模型分析

【目的】深入了解水泥净浆的孔结构对于研究如何提升水泥基材料的性能是非常必要的。【方法】使用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术测试得到水灰比为0.3,0.4,0.5,水化龄期为7 d、28 d、56 d的干燥硬化水泥净浆在0.2~2 THz频段的时域信号。利用时域信号下的延迟时间计算得到水泥净浆的折射率和介电常数。【结果】结果显示,同一龄期下水泥净浆的介电常数随水灰比增大而减小;相同水灰比水泥净浆的介电常数则随龄期变化不明显。使用General Effective Media(GEM)模型建立了水泥净浆有效介电常数和其孔结构之间的关系,通过实验数据拟合,得到水泥净浆中水化产物固体相的介电常数为8.73.【结论】通过对GEM模型进行参数分析发现,水泥净浆的孔隙率是影响其有效介电常数最主要的因素。

冻融循环作用下混凝土受压本构特征研究

采用混凝土棱柱体试件,通过快速冻融试验方法,对经受冻融损伤的混凝土受压性能进行了试验研究,分析了冻融循环次数、混凝土等级、相对动弹性模量对混凝土受压性能的影响,通过碟簧耗能装置,得到了完整的应力-应变关系试验结果.将冻融次数和混凝土等级作为参数,回归试验结果,提出了冻融循环后受压性能的计算公式以及适用于立方体抗压强度为20～50MPa的冻融循环作用下混凝土的应力-应变全曲线方程,并将曲线控制参数与相对动弹性模量和混凝土等级建立关系.结果表明:碟簧耗能装置起到了吸收机械能量的作用,是应力-应变关系试验成功的重要保证.随着冻融循环次数的增加,受压应力-应变曲线趋于扁平;受压峰值应力降低,受压峰值应变、受压极限应变增大,三者随冻融循环的变化关系均近似线性;随着混凝土等级的提高,冻融对于混凝土材料的影响下降.此外,结合所建立的破坏准则所得到的数值分析结果与试验曲线有较好的一致性.

环境条件和应力水平对混凝土中氯离子传输的影响

为了研究自然环境中混凝土的氯盐侵蚀过程,进行了不同侵蚀角度、氯化钠溶液质量浓度、环境温度、应力水平下的混凝土盐雾加速侵蚀试验,分别探讨了在不同的条件下氯离子在混凝土中的扩散规律.结果表明:盐雾箱中试件放置角度不同,其表面氯离子聚集量会不同,最终导致氯离子侵蚀程度不同,其中以平面或45°侧面为侵蚀面时,表面氯离子质量分数较高,氯离子侵蚀程度严重;随着氯化钠溶液质量浓度的增大,盐雾沉降量增加,表面氯离子质量分数也增加,不过最终会达到一个衡定值;随着环境温度的升高,氯离子表观扩散系数逐渐增大;由于压应力状态下混凝土内部结构更加密实,氯离子表观扩散系数显著减小.

硅灰对混凝土碳硫硅钙石侵蚀的抑制作用

硫酸盐侵蚀会引起混凝土膨胀开裂等现象,其可分为物理侵蚀和化学侵蚀两个方面。化学侵蚀主要是由于侵蚀产物中生成大量石膏和钙矾石所致。为了降低侵蚀产物中石膏、钙矾石以及碳硫硅钙石的生成量,文章从降低系统中可用钙(氢氧化钙含量、C-S-H凝胶Ca/Si)的角度出发,掺入高硅质活性掺合料(硅灰)对系统中的钙源进行调控。通过XRD、BSE-EDS、29SiNMR、FT-IR测试,研究不同pH值侵蚀液的低温环境下,水泥基材料的抗碳硫硅钙石侵蚀能力。研究结果表明,掺入不含Al相的高硅质活性掺合料,能够显著提高水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀能力,侵蚀产物中无碳硫硅钙石生成,侵蚀后期,C-S-H凝胶层间钙很难继续脱钙。

筑坝硬填料三轴试验及本构模型研究

硬填料是一种筑坝新材料,在坝工建设中有广阔的应用前景。其应力-变形特性介于堆石体和混凝土之间。通过进行硬填料不同龄期的大型三轴试验,着重分析了硬填料的胶结作用在不同龄期对应力-应变关系的影响,进一步揭示了硬填料的强度和应力-应变特征。将表征硬填料初始形成状态的堆石体概化为"堆石元件",将胶凝材料的胶结作用概化为"胶结元件",进而提出了基于应变一致假定的二元并联概念模型,确定了模型参数并与试验结果进行对比,表明该模型既能描述硬填料应力-应变非线性特征又能描述变形模量随着龄期增长的特征。结合二元并联模型的特点,提出了求取模型参数的简化方法。

普通硅酸盐混凝土中临界氯离子浓度的试验研究

为得到含氯环境下普通硅酸盐混凝土中钢筋的开始腐蚀时间,首先应掌握的一个重要参数是临界氯离子浓度,此参数因受多种因素影响而数值分布较广。本文基于在脱钝过程中钢筋腐蚀电位集中体现了多因素的综合作用的观点,通过以下三部分工作对临界氯离子浓度进行了研究:首先,利用静电位法,在模拟溶液中测试了氯离子浓度与点蚀电位之间的关系,电位的变化范围取-350￣+100 mV(SCE);然后,将钢筋混凝土试块放置在三种典型环境中(干燥、湿润、浸润环境),分别测试了三种环境下钢筋腐蚀电位的分布范围;最后,基于钢筋脱钝的两个必要条件:足够小的混凝土电阻以及腐蚀电位超越点蚀电位,得到针对三种腐蚀环境的以占水泥用量比例表示的总氯离子浓度取值。

冻融循环作用下混凝土的受拉性能研究

采用不同强度等级的混凝土试件,通过快速冻融试验方法,对经过冻融损伤的混凝土单轴受拉性能和劈拉性能进行了试验研究,分析了冻融次数、混凝土强度等级对混凝土受拉性能的影响,建立了冻融后混凝土受拉峰值应力与劈拉强度的关系.结果表明,随着冻融循环次数的增加,混凝土的受拉力学性能和变形性能均呈明显的下降趋势;随着混凝土强度等级提高,各性能指标随冻融循环次数的增加,下降趋于缓慢.

冻融后煤矸石混凝土受压损伤声发射特性

为了研究冻融循环作用后煤矸石混凝土的受压损伤特性,基于声发射技术,对冻融循环作用0,25,35,45次后的煤矸石混凝土进行单轴抗压试验,对煤矸石混凝土受压破坏全过程中的损伤特性进行动态分析;依据冻融循环后煤矸石混凝土受压破坏过程中所释放的声发射能量,对其内部损伤程度进行定性分析,并依据声发射事件累计计数建立了煤矸石混凝土损伤演化模型.研究表明:随着冻融循环次数的增加,煤矸石混凝土的初始损伤程度增大,峰值应力减小,脆性表现明显;依据声发射事件累计计数建立的损伤演化模型与试验结果符合较好,为研究冻融环境下的煤矸石混凝土损伤演化规律提供了参考.

硅酸钠改良水泥基稳定磷石膏在路面基层中的试验研究

磷石膏是一种固体废弃材料,磷石膏的堆存浪费大量土地资源,严重污染土壤与水环境,并可能引发滑坡溃坝,因此进行磷石膏的资源化利用迫在眉睫。本文采用硅酸钠改良水泥基稳定磷石膏,开展路面基层试验研究。通过无侧限抗压强度试验、水稳定性试验、干缩试验及扫描电镜试验,研究了硅酸钠在不同掺量、掺入方式、养护龄期条件下改良水泥基稳定磷石膏的物理力学特性,揭示了硅酸钠促进水泥水化并产生水化硅酸钙,从而提高混合料强度的改良机理。试验结果表明,当溶于水的硅酸钠掺量为2%～4%时,可有效改良水泥基稳定磷石膏混合料的抗压强度、水稳定性能、失水率及干缩应变,并提出在路面基层施工后的4～5 d内,是有效控制路面基层失水与干缩的最佳时间,从而可避免因水分快速散失导致裂缝的产生。

MATLAB孔隙特征对铁尾矿加气混凝土性能的影响

通过使用不同的发气材料来改善加气混凝土试样的孔隙特征,并基于MATLAB平台,对试样截面进行图像处理,分别对其孔隙特征进行了表征;测试了试样冻融后的质量损失率和抗压强度损失率,以分析孔隙特征对加气混凝土力学性能和抗冻性能的影响.结果表明:利用MATLAB平台对加气混凝土试样的截面照片进行数据采集并分析,可实现对加气混凝土宏观孔和细观孔的信息提取与表征;以铝粉加上引气剂作为发气材料的试样,能够达到墙体材料冻融循环试验的测试标准;试样中的连通孔越多,平均孔径越大,则水化产物搭接的结构就越疏松,试样的吸水率越大,经过15次冻融循环后试样的质量损失率和抗压强度损失率也越大.