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。

盐碱水、低热水泥和外加剂对尾砂胶结充填体力学性能影响研究

目前,大规模尾矿的消纳主要依靠尾砂胶结充填(Cemented Paste Backfill,CPB)来实现,普通硅酸盐碱水泥(OPC)通常是最常用的胶凝材料,但是其使用成本占CPB成本的75%以上且制造过程产生大量CO_(2),有悖于国家“双碳”政策的要求。本文通过不同胶砂比的普通CPB和低热水泥(LHC)、化学外加剂CPB的对比试验,研究分析了盐碱水、LHC和添加剂对CPB的力学性能的综合影响。其结果表明:在相同标准制备条件下,样本7C_S_1_3具有最优的综合性能,并且当胶凝材料含量为7wt%、尾砂含量为79wt%时,充填体7d和28d抗压强度分别是182KPa和674KPa,满足充填膏体的泵送流动性要求。

硫酸盐侵蚀作用下低热水泥浆体退化行为研究

低热水泥广泛应用于水工混凝土,抗硫酸盐侵蚀是其耐久性设计的重要指标之一。采用硫酸钠溶液全浸泡试验法,对比研究了低热水泥基净浆试件与普通水泥净浆试件孔隙率、硫酸根离子分布、膨胀率、抗压强度和维氏硬度等物理、力学性能演化规律,对其侵蚀退化行为和损伤机理进行了分析。结果表明:硫酸钠溶液环境下低热水泥浆体的抗侵蚀性能优于普通硅酸盐水泥,掺入30%粉煤灰可提升其抗侵蚀能力。低热水泥浆体沿其侵蚀方向可由表及里分为损伤区、增强区、侵入区和完好区,维氏硬度指标能够较好地表征水泥石损伤时变行为。

低热水泥与减水剂的相容性研究

本文研究了低热水泥与聚羧酸减水剂和萘系减水剂相容性的差异,并以普通硅酸盐水泥作为基准,通过流动度以及经时损失和流变性能评价了水泥与减水剂的相容性。结果表明:在低热浆体中,萘系减水剂的饱和掺量点大于聚羧酸减水剂;低热水泥展现出不弱于普通硅酸盐水泥的良好相容性,并且低热水泥与聚羧酸减水剂的适应性要好于萘系减水剂;含减水剂的低热水泥净浆的流变特性符合Bingham模型,掺入聚羧酸减水剂的低热水泥浆体呈现为典型的牛顿流体,而掺入萘系减水剂的低热水泥浆体呈现为剪切稀化流体。

正负温交变环境对低热水泥性能的影响

在大体积混凝土工程中,低热水泥因其低水化热和高后期强度的特性而受到广泛关注和应用。考虑到西部高原地区复杂的环境服役条件,该研究选取低热水泥与普通水泥作为对比样本,系统分析正负温交变环境对水泥砂浆强度发展、孔隙结构演变和微观形貌的影响。结果表明:正负温度交变环境会导致水泥砂浆的抗压强度降低。然而,低热水泥砂浆在强度表现上相较于普通水泥砂浆展现出优越性:在水中养护条件下,低热水泥砂浆的强度较普通水泥砂浆高出5%,在正负温度交变环境中高出4%,表明低热水泥对正负温度变化的耐受性更强。微观结构分析进一步证实了低热水泥在孔结构方面的优越性。低热水泥的孔隙率、平均孔径和最可几孔径均低于普通水泥,这表明其结构更为致密,从而在正负温度交变环境下具有更好的耐久性。尽管正负温度交变环境会在两种水泥中引起孔隙裂缝的增大,但低热水泥显示出更强的耐受力。该研究的发现为低热水泥在极端气候条件下的应用提供了科学依据,尤其是在西部高原等环境复杂的地区,低热水泥因其出色的性能而展现出广泛的应用潜力。

碳化低热水泥混凝土孔隙溶液组成及碱度研究

本文通过压滤法制备了混凝土孔隙溶液,使用电感耦合等离子体光谱仪(ICP)和pH计分别测定低热水泥混凝土孔隙溶液的离子浓度和pH值,揭示了碳化前后低热水泥混凝土孔隙溶液的离子浓度和pH值的差异。结果表明:混凝土孔隙溶液中的元素Ca、K、Na、S在碳化前后均有改变,而Al、Fe、Si这3种元素并无变化;经碳化后,低热水泥混凝土孔隙溶液中元素Ca下降率为84%,高于硅酸盐水泥混凝土的78%;低热水泥混凝土孔隙溶液的pH值小于硅酸盐水泥混凝土,经碳化后,硅酸盐水泥混凝土孔隙溶液的pH值下降率为10%,低于低热水泥混凝土的14%。

不同强度等级低热水泥混凝土的碳化行为研究

通过碳化深度和抗压强度的变化研究了三种强度等级下低热水泥混凝土碳化行为的差异,并以普通硅酸盐水泥混凝土作对比。结果表明:混凝土强度等级越低,则水灰比和碳化速率越大,其碳化深度也越深;相同强度等级的低热水泥混凝土比普通硅酸盐水泥混凝土的碳化深度略深;普通硅酸盐水泥混凝土和低热水泥混凝土在碳化28 d后的抗压强度均高于同水化龄期而未碳化的混凝土抗压强度;碳化对普通硅酸盐水泥混凝土的抗压强度提升的影响大于低热水泥混凝土。

粉煤灰对低热水泥与普硅水泥早期水化影响对比研究

为探究粉煤灰掺量对低热水泥与普硅水泥早期水化差异的影响,采用电阻率测试仪、电感耦合等离子体发射光谱仪及Zeta电位分析仪分别对粉煤灰掺量下的低热水泥和普硅水泥水化的电阻率、孔溶液离子浓度及Zeta电位进行测试。结果表明:在溶解期70 min内,LHP与OPCF20试样的水化速率相当,但在125 min内,LHPF40试样的水化速率接近停滞状态;在诱导期100~720 min内,两种水泥基材料中均存在大量AFt、CSH等生成,但与OPCF20试样相比,LHP试样中大量AFt、CSH等产物生成的时间延迟约51 min;在加速期,当粉煤灰掺量大于或等于30%时,低热水泥试样中AFt向AFm的相转化过程消失,但普硅水泥试样却与之相反。

冲磨作用下低热水泥混凝土时变行为及其影响因素研究

低热水泥被广泛应用于水工混凝土,抗冲磨性能是其耐久性设计的重要指标之一。本工作通过水下钢球法试验,研究了低热水泥混凝土磨蚀质量损失、抗冲磨强度、磨蚀深度、体积损失和分形维数等指标随冲磨时间的演化规律,分析了混凝土磨蚀形貌经时变化过程,探明了水泥水化产物组成以及C-S-H凝胶结构对其抗冲磨性能的影响。结果表明:低热水泥浆体中Ca(OH)_(2)含量低,C-S-H凝胶平均链长和聚合度较高,其混凝土抗冲磨性能优于普通水泥混凝土,掺入粉煤灰后抗冲磨强度明显降低,复掺矿渣粉和硅粉对其抗冲磨性能无明显改善。混凝土磨蚀速率与其磨蚀面不规则性有关,表面分形维数随冲磨时间的延长而增大,增至2.6左右渐趋稳定,该指标可较好地表征混凝土早期磨蚀损伤程度。

冻融作用下低热水泥混凝土抗冲磨性能评价

冻融损伤与冲磨破坏是寒冷地区水工混凝土的常见病害类型,为了科学评价冻融混凝土的磨蚀性能,以低热水泥混凝土为研究对象,采用快冻法将其冻至不同损伤程度后进行水下钢球法冲磨试验,研究了维氏硬度、损伤层厚度、磨蚀深度、磨蚀形貌和分形维数随冲磨时间的交互变化关系。结果表明:混凝土冻融破坏是一个由表及里损伤与整体劣化共同作用的连续且不同步过程,磨蚀是由过流面向其内部逐层发生的物理性破坏;随着冻融次数的增加,混凝土整体维氏硬度下降、损伤层厚度增加,相同冲磨时间下的磨蚀深度和表面分形维数增大;72 h冲磨周期内,经50、100和200次冻融循环的混凝土平均磨蚀深度均小于其损伤层厚度。研究所得冻融和冲磨共同作用下混凝土性能演化规律可为多因素作用下混凝土材料的损伤评价提供参考。

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。

中热及低热水泥配制超高性能混凝土的研究

分别采用低热水泥、中热水泥、普硅水泥及大掺量矿物掺合料配制超高性能混凝土(UHPC),研究了UHPC力学性能、体积稳定性及热学性能的变化。结果表明:普硅水泥配制的UHPC力学性能最好,采用中热、低热水泥或增加矿物掺合料掺量均会使混凝土的抗压及劈裂抗拉强度降低;中热、低热水泥可以减小UHPC的自收缩,增大干燥收缩,但UHPC自收缩和干燥收缩的收缩总量减小,且低热水泥的降低效果优于中热水泥,相较于普硅水泥,低热水泥配制的UHPC总收缩量减小了33%;中热、低热水泥配制UHPC可以降低混凝土的水化速率,同时延缓到达最大水化速率的时间;单纯采用低热水泥降低UHPC绝热温升效果有限,混凝土中心温度与普硅水泥配制的UHPC相差不大。

硫酸盐侵蚀作用下粉煤灰-低热水泥浆体力学性能演化与预测

为分析硫酸盐侵蚀对低热水泥基材料的长龄期力学性能影响,采用硫酸钠溶液全浸泡试验法,测试不同粉煤灰掺量的低热水泥净浆试件硫酸根离子含量、维氏硬度和抗压强度演化规律,探究其侵蚀时变行为和损伤机理,建立了粉煤灰-低热水泥浆体强度损失预测模型。结果表明,适量的粉煤灰能够提高低热水泥抗硫酸盐侵蚀能力,但当掺量过高时浆体抗侵蚀性能开始下降;根据维氏硬度分布可将试件分为损伤区、增强区和完好区,基于此建立的侵蚀水泥石力学性能退化模型具有较高计算精度。

水工大体积混凝土中低热水泥的应用研究

由于具有早期水化低热的特点,实际工程中使用低热硅酸盐水泥大多表现出优异的抗裂性能。文章利用亚微观和宏观试验,探讨了低热水泥混凝土的水化热、绝热温升、抗压强度和自收缩变形性能。结果表明:低热水泥的水化速率和水化热更低,混凝土具有更低的绝热温升值及更好的体积稳定性,表现出后期强度增长率高而早期强度较低的特点,可以增强大坝主体结构抗裂性能,对水工大体积混凝土具有较好适用性。

低热水泥在乌东德大坝工程上的全面应用

从乌东德大坝的结构特征、低热水泥的性能特点及低热水泥混凝土的性能特征、温控措施及效果、坝体接缝灌浆条件、实施及效果、裂缝普查等各方面进行了阐述。由于低热水泥混凝土全面用于高拱坝混凝土施工,在国内水电站大坝工程中尚属首次,对于低热混凝土的强度发展规律、温控规律以及接缝灌浆规律等没有经验可以参考,加之拱肩槽开挖坡度较陡,积极探索有效的低热混凝土应用方面的一些规律,对拱坝施工过程中采取的温控措施及大坝防裂、接缝灌浆顺利实施都具有重要的意义。

玄武岩纤维对不同龄期低热水泥混凝土强度影响试验研究

系统探究不同玄武岩纤维(BF)掺量及长度对不同龄期低热水泥混凝土强度影响规律,为改善低热水泥混凝土早龄期强度提供基础。BF掺量设置为0.0%、0.1%、0.2%、0.3%,长度设置为12 mm、24 mm,养护龄期设置为3 d、5 d、7 d、14 d、28 d,得到不同BF掺量及长度对不同龄期低热水泥混凝土抗压强度影响规律。研究结果表明:不同长度及掺量的BF均能改善低热水泥混凝土的强度性能,最大增幅达20.47%。不同龄期下BF纤维掺量及长度的强度作用效应存在显著差异。除3 d龄期外,其余龄期下抗压强度随12 mm BF掺量增加呈先增加后降低的趋势,抗压强度峰值掺量为0.2%。除28 d龄期外,抗压强度随24 mm BF掺量增加而持续增大,而28 d龄期抗压强度则呈先增大后降低趋势,转折点掺量为0.1%。相同BF掺量及长度条件下,BF对短龄期低热水泥混凝土抗压强度提升效果较长龄期更为显著,推荐BF长度12 mm,掺量0.2%。

中国工程建设标准化协会标准《低热水泥大体积混凝土应用技术规程》编制组成立暨第一次工作会议召开

2023年9月27日,由中国十七冶集团有限公司主编的中国工程建设标准化协会标准《低热水泥大体积混凝土应用技术规程》(以下简称《规程》)启动会暨第一次工作会议在安徽省马鞍山市召开。中国工程建设标准化协会工业固废资源化与生态修复专业委员会秘书长杜勇、副秘书长顾盼,中冶建筑研究总院教授级高级工程师曹擎宇,中国十七冶集团技术中心副主任、西北公司总工程师胡义等有关专家以及编制组成员共20人参加会议。会议由中国工程建设标准化协会工业固废资源化与生态修复专业委员会秘书长杜勇主持。

低热水泥混凝土在特高拱坝中应用的可行性分析

针对低热水泥混凝土早期强度低,在大坝主体中应用较少,低热水泥混凝土能否应用于高拱坝工程仍存疑虑的情况,以白鹤滩工程为例,采用室内试验资料对比和有限元仿真结果对比相结合的方法,对白鹤滩拱坝拟采用的中热水泥混凝土和低热水泥混凝土的材料特性和温度应力仿真结果进行了对比分析。结果表明,从材料特性的角度来看,低热水泥与中热水泥混凝土各有优劣,低热水泥混凝土早龄期强度低不利于防裂,但低热水泥的绝热温升低、早期发热慢、弹模小、徐变大这些因素均有利降低整体应力水平,后期强度高则有利于提高后期安全系数,降低开裂风险。此外,有限元计算结果表明,在相同的温控措施和边界条件下,低热水泥混凝土最高温度比中热水泥混凝土低2～3℃,低热水泥混凝土冷却全过程的安全系数均要大于中热水泥混凝土,且在2. 0以上。研究成果进一步证实了低热水泥混凝土比中热水泥混凝土具有更好的抗裂特性,可以应用于特高拱坝,也为白鹤滩拱坝全坝采用低热水泥混凝土提供了重要支撑。

新型相变材料对低热水泥浆性能的影响

深水低温天然气水合物地层固井,需要水泥浆体系在水化过程中少发热,尽量降低水合物地层温度上升的程度。因此,针对深水天然气水合物地层固井,研究了一种用于低热水泥浆体系设计的新型相变材料,并研究了相变材料的热存储性能及其对水泥浆体系性能的影响。实验结果表明,新型相变材料相变峰值温度为15.5℃,相变温度在井下低温与常温之间,且相变潜热较大。当相变材料在77.8℃以下时,具有良好的热稳定性,且在0℃～60℃之间经历多次升降温后,相变材料化学结构没有发生变化。随着相变材料加量的增加,水泥浆的流变数据呈现增大的趋势,但加量达到8%时流变性依然满足固井施工要求。此外,新型相变材料可以改善水泥浆体系的稳定性。相变材料对低热水泥浆体系的抗压强度影响不大,加入8%相变材料的水泥石抗压强度也达到8.9 MPa,抗压强度最大下降幅度小于5%。当加入2%、4%、6%、8%相变材料后,水泥浆体系稠化时间比无相变材料水泥浆体系最大缩短约15 min,水泥浆体系72 h水化热较空白水泥浆体系分别下降5.2%、29.1%、35.6%、47.6%。研究结果为天然气水合物层低热水泥浆体系的设计提供了支持与参考。

基于光纤传感技术的低热水泥混凝土温度监测及热学参数反演

利用分布式光纤传感技术对低热混凝土试验仓内部温度进行实时在线监测,据此建立混凝土浇筑仓三维有限元温度场仿真模型,对低热混凝土热学参数进行优化反演,并利用反演热学参数预测混凝土温度。结果表明,预测温度与光纤实测温度吻合较好,反演结果可信。