基于电化学阻抗谱的石灰石粉硬化水泥浆体孔结构演化研究

为了研究大掺量(质量分数为20%以上)石灰石粉硬化水泥浆体的孔结构演化行为,本文基于电化学阻抗谱(EIS)、压汞(MIP)测试分析,探究大掺量石灰石粉对硬化水泥浆体EIS拓扑结构和孔结构参数的影响规律,并建立大掺量石灰石粉硬化水泥浆体的微观结构等效电路,研究等效电路中元器件和孔结构参数之间的关系。结果表明:随水化龄期的延长,石灰石粉掺量对EIS拓扑结构参数中Bode角和θ_(max)的影响规律显著,大掺量石灰石粉硬化水泥浆体的孔径分布整体由大孔和毛细孔向过渡孔和凝胶孔发展演化;另外,EIS等效电路中电阻随硬化水泥浆体中毛细孔含量的增加而减小,电容随硬化水泥浆体中凝胶孔含量的增加而减小。

粗骨料对超高性能应变硬化水泥基复合材料(UHP-SHCC)性能的影响

根据超高性能混凝土(UHPC)的制备理论和应变硬化水泥基复合材料(SHCC)的设计原理,制备了超高性能应变硬化水泥基复合材料(UHP-SHCC),研究了钢纤维改性处理和粗骨料的级配(最大粒径分别为6.00、8.00、9.75 mm)与掺量(0、5%、11%、15%)对UHP-SHCC抗压强度和拉伸行为的影响。结果表明:与未改性钢纤维相比,改性钢纤维使UHP-SHCC的应变硬化行为更明显;通过合理调控粗骨料的级配和掺量,有效提高了UHP-SHCC的抗压强度,改善了UHP-SHCC的拉伸应变硬化效果,但随着龄期从7 d增至28 d,UHP-SHCC的应变硬化效果略有减弱。

应变硬化水泥基复合材料(SHCC)设计理论及力学性能研究进展

应变硬化水泥基复合材料(SHCC)克服了普通混凝土韧性差、裂缝宽度难以控制等缺点,在拉伸状态下呈现准应变硬化和多缝开裂特性,韧性和耐久性优异,应用前景广泛。我国针对SHCC的研究起步较晚,目前已开展了大量研究,取得了众多成果,但仍存在不少课题。本文首先对SHCC的性能定位、承载机制以及设计方法进行了阐释,重点说明了微观材料参数对SHCC材料宏观力学性能的显著影响;在此基础上重点聚焦SHCC的拉伸性能在我国的研究现状进行了综述,并对其他力学性能进行了简要概述,综述结果证明了上述设计理论在SHCC材料设计过程中的重要指导作用;最后总结了目前研究中存在的课题并对将来的发展进行了展望。希望本文能对SHCC的进一步深入研究和推广应用提供一定的借鉴作用。

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。

硬化水泥浆体孔结构的交流阻抗研究

提出了应用交流阻抗谱来研究硬化水泥浆体孔结构的实验方法及其理论依据．通过交流阻抗等效电路中常相角元件的指数与分形几何间的联系，推出硬化水泥浆体孔结构的特征可用分形的维数来表示，得到的结果与用压汞法和ＢＥＴ吸附法的结果相一致．

木质素磺酸钙对硬化水泥抗压强度的影响

木质素磺酸盐（简称木盐）具有较强缓凝和引气作用，可提高混凝土工作性，但过量使用会导致混凝土抗压强度急剧下降。该文从掺量、相对分子质量、亲水基、金属阳离子和糖分5个方面研究了木质素磺酸钙（简称木钙）对硬化水泥抗压强度的影响规律。结果表明，随木钙掺量增加，硬化水泥的各龄期抗压强度均下降，掺量埘（木钙）=0．5％时，硬化水泥的28d抗压强度仅为空白浆体的63．6％。其中相对分子质量为1万-5万的木钙超滤级分对硬化水泥强度的降低作用较小。木钙中糖分质量分数由12．5％降至2．8％时，硬化水泥的7d抗压强度比可提高16％。通过氧化将木钙分子中的羟基转化为羧基，硬化水泥的3、7、28d抗压强度比分别提高22．1％、34．7％和13．0％；通过磺甲基化将木钙的磺化度由1．36mmol／g提高到2．48mmoL／g。硬化水泥的3、7、28d抗压强度比分别提高36．2％、41．2％和17．9％。

无表面修饰PVA纤维增强高韧应变硬化水泥基复合材料的性能研究

制备高韧应变硬化水泥基复合材料(SHCC)通常用经表面涂油处理的聚乙烯醇(PVA)纤维。本文通过利用无表面修饰的PVA纤维及高掺粉煤灰,制得高韧SHCC。通过控制粉煤灰掺量,利用减水剂调节水胶比,实现对基体强度的控制,得到有利于制备SHCC的基体。弯曲和直接拉伸试验结果表明,由无表面修饰PVA纤维增强的水泥基复合材料呈现多缝开裂和应变硬化特征,具有优良韧度和延展性。纤维增韧作用主要体现在挠度硬化阶段,但对于强度较低的SHCC而言,挠度软化阶段中也呈现较明显的纤维增韧作用。高掺粉煤灰时,无表面修饰PVA纤维增强的SHCC所呈现出的直接拉伸极限应变达3%以上,与经表面涂油PVA纤维增强的SHCC相当。

混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料的弯曲性能预测

基于混凝土断裂力学与细观力学理论,同时考虑钢纤维(SF)/聚乙烯醇(PVA)混杂纤维对应变硬化水泥基复合材料(SHCC)弯曲性能的影响,提出了一种适用于SF/PVA纤维混杂SHCC(SF-PVA/SHCC)弯曲性能的预测方法.开展了SF-PVA/SHCC弯曲性能试验,分析了纤维种类和掺量对SHCC抗弯强度、极限弯曲挠度及弯曲荷载挠度曲线的影响.结果表明所提出的弯曲性能计算方法可以较好地预测SF-PVA/SHCC的抗弯强度和极限弯曲挠度.

冻融作用下硬化水泥浆体和混凝土结构的变化

用压汞法和扫描电子显微镜研究了冻融循环作用下硬化水泥浆体和混凝土宏观与细观结构的变化。结果表明,冻融以后硬化水泥浆体和混凝土中砂浆的孔隙率,特别是大于50nm的毛细孔体积和微裂纹增大较多,导致硬化水泥浆体由密实体向松散体发展,最后导致粗骨料与砂浆分离。提出了快速冻融破坏机理与自然条件下缓慢冻融的破坏机理存在差异的观点。

应变硬化水泥基材料轴拉荷载下的氯离子渗透

钢筋混凝土结构因为易于开裂而通常难于达到预期的设计使用寿命.原因之一就是水泥基材料在拉伸状态下的应变太小.通过添加聚乙烯醇纤维,水泥基复合材料的拉应变可以提高几百倍.多微缝开裂是准应变硬化水泥基复合材料(Strain Hardening Cement-based Composites(SHCC))的基本特征,然而,只有在外加拉应变下的裂缝不引起水、CO2、氯离子或硫酸根离子等对混凝土结构的侵蚀量显著地增加,这种大应变才对结构的安全性和耐久性有益,从而可以提高结构的使用寿命,降低全寿命周期成本.通过不同拉应变下SHCC的毛细吸水和氯离子渗透试验研究了SHCC的抗渗性能,并探讨了内掺硅烷乳液防水剂对SHCC在不同拉应变下的抗渗性能的影响.结果表明,毛细吸收试验是表征复合受力状态下的水泥基材料耐久性能的简便有效的试验方法;复合受力下极限拉应变不能作为耐久性设计的依据,必须根据渗透性确定能够保证使用寿命的临界拉应变极限状态;内掺硅烷乳液的防水处理方式能够防止SHCC吸收过多的水分或水溶离子,可以使其高应变能力得到更广泛的应用.

高能球磨活化硬化水泥浆体的研究

研究了硬化水泥浆体的高能球磨机械力化学活化,借助于XRD、SEM和DTA等,测定了硬化水泥浆体的结构和力学性能随球磨时间的变化。试验结果表明,在球磨过程中,强烈的机械力作用首先使水泥石中的各水化物发生脱水作用。DTA测定结果证明,脱水程度随球磨时间的而增大,球磨至60min时,Ca穴OH雪2已完全脱水;同时,脱水温度随球磨时间而降低。进一步球磨使水化物的晶体结构发生严重的畸变和破坏,最终成为无定形态物质。球磨80min后粉体净浆的3d和28d抗压强度分别达28.33MPa和38.85MPa,说明硬化水泥浆体经高能球磨机械力活化后可重新作为胶凝材料使用。

硬化水泥石水渗透系数预测的解析法

本文提出硬化水泥石水渗透系数预测的解析法。考虑到水泥石中毛细孔的尺寸和水渗透系数远大于胶孔,将硬化水泥石模拟成一种各向同性的两相复合材料,使得毛细孔和胶孔包含在不同的相中。然后根据一般有效介质理论,导出了硬化水泥石水渗透系数的解析解,并通过实验校核确定了该解析解中所包含的关键参数。最后,通过与文献中所报道的实验结果进行比较,证实了本文解析法的有效性。

玻璃粉对粉煤灰复合硬化水泥浆氯离子结合能力影响

就玻璃粉对粉煤灰复合硬化水泥浆氯离子结合能力影响进行了研究。首先对0~70%粉煤灰取代量的复合硬化水泥浆在90 d内的氯离子结合性能进行了研究。其次,采用玻璃粉与粉煤灰1∶4的比例以二者混合粉体替代水泥,玻璃粉替代量为0~8%,对玻璃粉-粉煤灰-水泥体系硬化浆体氯离子固定能力进行了研究。并通过XRD物相分析对氯离子结合机理进行了分析。结果表明,在粉煤灰复合水泥硬化浆体中,随粉煤灰对水泥取代量的增大,在不同龄期时,氯离子结合量出现极大值,且该极大值随龄期增长向小取代量方向移动。玻璃粉在粉煤灰复合水泥浆中的加入,有使硬化水泥浆氯离子结合能力降低的趋势。但根据XRD的结果,无论是粉煤灰复合水泥浆还是玻璃粉和粉煤灰复掺的硬化水泥浆,其Friedel盐含量和组成及龄期的关系均和氯离子结合量和同类因素的关系不一致。推测物理吸附对上述两种体系氯离子结合量随组成与龄期变化的规律有更大的影响。

弯曲荷载对硬化水泥浆体和砂浆碳化过程的影响

研究了弯曲荷载对硬化水泥净浆和砂浆试体碳化过程的影响。结果表明:弯曲荷载会加速水泥浆体和砂浆的碳化过程,在弯曲荷载作用下水泥浆体和砂浆的碳化动力学过程可用式x=C_0e^(aη)t^b描述,其中b值均接近1/2;碳化时间对砂浆碳化深度的影响略小于对水泥浆体的影响,而应力水平对水泥浆体和砂浆碳化的影响大致相同。

应变硬化水泥基复合材料单轴滞回本构模型

为了有效地模拟应变硬化水泥基复合材料(SHCC)构件在地震作用下的性能,提出一种可模拟SHCC构件在反复荷载作用下的单轴本构模型.该模型中SHCC材料受压骨架曲线的上升段采用二次抛物线形式模拟,下降段采用双折线形式模拟;受拉骨架曲线的上升段、应变硬化段及下降段则采用三折线形式模拟.通过设置参考点的方法确定SHCC的卸载规则,考虑了不完全卸载-再加载的情况以及加载过程中的拉压间的传递模式.利用Open SEES计算平台编写了该本构模型,并与材料和构件2个层次的试验结果进行了对比,结果表明,所提出的单轴滞回模型能够准确地反映SHCC材料在反复荷载作用下的受力性能.

胶粉对硬化水泥石干缩和失水行为影响的机理

通过试验研究了水泥石干缩变形和失水率随着可再分乳胶粉掺量的变化规律,并通过红外光谱分析研究了可再分胶粉对硬化水泥石干缩变形的作用机理。试验结果表明,随着胶粉掺量的增多,水泥石失水率变化不大而干缩率变化较大。

硬化水泥浆体碳化的交流阻抗研究

硬化水泥浆体组分在长期使用过程中所发生的碳化可在交流阻抗谱中得到反映．根据交流阻抗谱的类型和特征可了解其碳化程度和特征．

孔结构测试技术及其在硬化水泥浆体孔结构表征中的应用

分别概述了压汞测孔法、同步加速X射线层析扫描测孔法、核磁共振弛豫时间测孔法和核磁共振冷冻干燥测孔法。压汞测孔法能直接获取硬化水泥浆体孔结构第一手信息,孔隙结构换算时无需大量、复杂的模型和假定。利用此特点,结合新报道的测孔技术有望实现硬化水泥浆体孔结构表征技术的新突破;同步加速X射线层析扫描测孔法和核磁共振弛豫时间测孔法适合于表征介观尺度的孔隙结构,而核磁共振冷冻干燥法适合于表征微观尺度的孔隙结构。无论是核磁共振弛豫时间测孔法还是核磁共振冷冻干燥测孔法,水泥浆体中铁磁性物质的存在可能会对测定精度产生影响,需要进一步研究。

人工模拟海洋潮汐区应变硬化水泥基复合材料抗氯盐侵蚀性能

通过人工模拟海洋潮汐区环境,研究了干湿循环时间比(3∶1、85.4∶1)和暴露时间(30、90d)对应变硬化水泥基复合材料(SHCC)抗氯盐侵蚀性能的影响.结合Fick第二定律,进一步分析了SHCC表面氯离子含量和扩散系数的时变规律.结果表明:干湿循环制度对SHCC氯离子侵蚀有显著影响,SHCC表面氯离子含量时变规律符合倒数模型;SHCC表观氯离子扩散系数明显高于其瞬时氯离子扩散系数,SHCC混凝土氯离子扩散系数的时间衰减系数大于C30普通混凝土.

火灾高温下硬化水泥浆的化学分解特征

因高性能混凝土的抗火性与高温下硬化水泥浆（HCP）的化学分解有密切关系，为获得对火灾高温所致HCP化学分解特征的定量理解，对HCP试样进行了400～800℃的高温处理，采用XRD测定C-S—H化学分解动力学．结果表明，C—S—H分解始于560℃，但仅在600℃以上其分解才变得显著，且分解速度随温度升高而急剧增大．尽管C—S—H的分解可造成混凝土强度的显著下降，但这种分解主要发生在600℃以上温度范围内，故对更低温度下发生的高温爆裂基本没有影响．分别建立了在600、700和800℃温度下C—S—H分解反应动力学方程．