玻璃砂超高性能水泥基复合材料的制备及性能

为实现超高性能水泥基复合材料(ultra-high performance cementitious composite,UHPCC)的可持续性和环保性,以玻璃砂替代UHPCC中的河砂,制作玻璃砂超高性能水泥基复合材料(glass sand ultrahigh-performance cementitious composite,GS-UHPCC),通过开展力学性能试验,探讨不同玻璃砂替代率和玻璃砂粒径对GS-UHPCC抗压、抗折性能的影响,定量表征GS-UHPCC的弯曲韧性和能量吸收能力,并通过X射线衍射和扫描电镜试验,分析了玻璃砂的增韧机理.结果表明,以平均粒径为0.27 mm的玻璃砂替代河砂,当体积替代率为40%时效果最好,替代后GS-UHPCC在养护28 d时的抗压强度相较于未掺时提升了17.0%,抗折强度提升了14.8%,能量吸收能力最优,微观结构致密,水化反应最为完全.本研究得出的最优玻璃砂替代率与粒径,可为GS-UHPCC的应用提供可行性支持.

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。

超吸水树脂对高性能水泥基复合材料收缩和水化的影响

本工作基于高原干燥环境下高性能混凝土收缩问题,研究了不同掺量的阴离子型聚丙烯酰胺超吸水树脂(SAP-YF)与商用聚丙烯酸型超吸水树脂(SAP-S)对水泥基材料在干燥环境下收缩性能的影响,结果表明,随着SAP掺量的增大,水泥基材料的自收缩与强度逐渐减小,干燥收缩则无明显变化;在考虑不影响强度及最大程度减缩的前提下,SAP-YF在水灰比为0.20条件下的最优掺量为0.20%,减缩率为28.21%;XRD与TG结果表明在养护至7 d时,掺有SAP的试件组的水化程度和固相组成含量的增幅相比于对照组有较为明显的改善。掺入SAP后,净浆试件基体内部的相对湿度能够维持在有利于胶凝材料水化的环境中,可持续7 d或更长时间,从而加速了胶凝材料的早期水化进程。基于XRD、TG试验与理论研究,建立了干燥环境下含SAP水泥基材料固相组成随养护时间的演变模型,这可为热力学模型计算及高原干燥环境下混凝土配合比设计提供数据支持。

第四届超高性能水泥基材料与应用技术(UHPC)论坛在南京召开

为学习交流UHPC的发展,共同探讨UHPC的性能、生产、设计、施工、应用、创意创新和发展方向,由中国混凝土与水泥制品协会超高性能水泥基材料与工程技术分会(简称CCPA-UHPC分会)主办的“第四届超高性能水泥基材料与应用技术(UHPC)论坛”,于2024年5月31号在南京召开。本届论坛以“超高性能混凝土应用与创新”为主题,共邀请了7位专家学者及企业相关负责人做了UHPC材料研究进展、工程应用案例、工程设计案例等多个层面的精彩报告。

高性能水泥基复合材料在混掺纤维条件下的抗压性能分析

使用纤维材料改良水泥基复合材料基本性能时通常使用单一尺寸、单一种类纤维,而掺加不同品种的纤维并在正混杂效应条件下,能够有效弥补单一纤维对复合材料的增强效果不足问题,优化力学性能,拓展应用范围。基于此,设计试验制备钢纤维、玄武岩纤维混掺的混凝土材料并设计试验分析不同纤维种类及掺量条件下复合材料抗压性能差异。试验结果表明,掺入玄武岩纤维后复合材料裂缝生成得到有效抑制,且峰值压应变和峰值压应力均显著提升;掺入钢纤维后复合材料峰值压应力后试件变形能力得到显著增强;混掺纤维条件下,相较于1.0%混杂纤维,2.0%混杂纤维抗压能力更强,且峰值压应变提升6.74%,峰值压应力提升5.76%。

高性能水泥基复合材料在砖胎模施工中的应用研究

文章在分析高性能水泥基复合材料制备与性能的基础上,论述了高性能水泥基复合材料在砖胎模施工中的应用,并通过高性能水泥基复合材料与传统材料的对比研究,阐述了高性能水泥基复合材料在砖胎模施工中应用的前景.

超高韧性水泥基复合材料力学性能及早期收缩研究

研究了水胶比和聚乙烯(PE)纤维掺量对超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)抗压和抗折强度、弯曲韧性以及早期收缩性能的影响,并结合扫描电子显微镜(SEM)分析了UHTCC的微观结构。结果表明:随着水胶比的增大,UHTCC抗压和抗折强度均降低,而其弯曲韧性呈先降低后增长的变化趋势;增大PE纤维掺量可以显著提升UHTCC抗折强度和弯曲韧性,但会降低其3 d抗压强度,增大其7 d和28 d抗压强度。在早期收缩性能方面,水胶比增大会降低UHTCC早期自收缩,但其早期干燥收缩有所增大。而UHTCC早期自收缩和干燥收缩均随PE纤维掺量的增大而降低。微观结构分析发现PE纤维掺量增大容易导致纤维团聚;水胶比的增大会降低UHTCC基体的密实度和纤维-基体界面黏结力,不利于UHTCC力学性能的发展。

功能梯度超高性能水泥基复合材料弯曲性能研究

以超高性能水泥基复合材料(UHPCC)为基础,研究了不同层数的功能梯度超高性能水泥基复合材料(FGUHPCC)的抗弯性能。通过FGUHPCC的四点弯曲试验,研究了单层和双层UHPCC梁的等效抗弯强度和相应的挠曲能力,结合DIC技术讨论了不同试件在不同阶段(LOP、MOR)的弯曲能力。结果表明,功能梯度设计有助于提高试件的抗弯能力和断裂韧性;与单层的UHPCC相比,FGUHPCC具备更优的耗能能力,更复杂的裂纹发展。建议在进行此类构件设计时,在条件允许的情况下可以进行功能梯度设计,以节省成本。

SAP对高性能工程水泥基复合材料性能的影响

高收缩率是限制高性能工程水泥基复合材料(HP-ECC)大规模工程应用的瓶颈之一。本文通过引入超吸水性聚合物(SAP)来缓解HP-ECC的收缩,研究了不同掺量的SAP对HP-ECC抗压强度、抗折强度、拉伸性能、自收缩和干燥收缩性能的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)研究了SAP对HP-ECC拉伸后纤维表面形貌变化的影响。结果表明,HP-ECC中掺入SAP后的抗压强度和抗折强度降低,自收缩和干燥收缩得到缓解,且自收缩和干燥收缩随SAP掺量的增加而降低。此外,HP-ECC的拉伸强度降低,拉伸延伸率提高。SAP的引入降低了基体的断裂韧度,使基体更容易形成微裂缝,从而改善了HP-ECC的应变硬化行为和多缝开裂现象。随着SAP掺量的增加,纤维从基体中拔出时的表面形貌越来越光滑,纤维-基体界面黏结性能降低。

超高性能水泥基自流平砂浆的试验研究

为了改善传统混凝土面层找平应用砂浆带来施工效率低、自流平效果差、流动性低的缺陷,试验研究超高性能水泥基自流平砂浆。通过水胶比试验确定最优水胶比;外加剂单因素试验研究对砂浆流动度、强度、黏度等影响;多元胶凝材料体系研究对砂浆性能综合影响,并确定最佳配合体系。试验结果表明:(1)适宜水胶比能够使浆体稳定性提高,最佳水胶比0.25,初始流动度146 mm,28 d抗折强度6.64 MPa,28 d抗压强度26.97 MPa。(2)保水增稠剂改善砂浆泌水及提高均匀度,最佳掺量0.65 g时,砂浆黏度值为1 275 m Pa·s;乳胶粉决定拉伸黏结强度,最佳掺量4.5 g时,拉伸黏结强度值达到1.56 MPa。(3)最佳胶凝材料体系为水泥∶矿渣粉∶粉煤灰∶石膏=340 g∶30 g∶30 g∶30 g,流动度更高,强度不减弱,综合性能指标更优。

高性能水泥基复合材料在砖胎模施工中的应用研究

阐述了高性能水泥基复合材料和砖胎模工艺的定义与应用,探讨了如何在施工中将二者结合,以达到更为优质的施工质量。在研究过程中,论文对高性能水泥复合基材料用于砖胎模制作的施工步骤与应用效果进行了详细的分析和评估。结果表明,高性能水泥基复合材料不仅具有优越的强度和良好的工艺性能,能够适应砖胎模施工的高要求,同时,还由于其优异的抗渗性,能够提高砖墙的防水性能,改善砖胎模施工的效果。

形状记忆合金增强水泥基复合材料及其构件研究进展

传统的水泥基材料适用性强、经济性高、用途广泛,但是容易开裂,难以恢复。通过热弹性马氏体相变及其逆相变,形状记忆合金拥有了独特的形状记忆效应、超弹性等卓越性能。因此,可以利用形状记忆合金增强水泥基材料及构件,克服传统水泥基材料抗裂性能差的缺陷,改善水泥基材料构件的开裂和变形自恢复能力。本文从形状记忆合金的材料特性与种类、形状记忆合金纤维增强水泥基复合材料及形状记忆合金筋材增强水泥基复合材料构件三个方面进行综合阐述,并指出现有研究中存在的不足,展望了形状记忆合金增强水泥基复合材料的发展前景。

超高性能混凝土中纤维的界面效应及其与水泥基材的匹配性研究

为了解决超高性能混凝土脆性大和易开裂的问题,增加其抗拉强度和韧性,研究建立了室内试验模型,通过单纤维拉拔试验研究不同纤维类型和纤维埋置深度对水泥基材界面的黏结性能影响。结果表明,在相同的水泥基材料条件下,不锈钢纤维的抗拔荷载最大,束状单丝聚丙烯纤维的抗拔荷载次之,短切丝碳纤维的抗拔荷载远小于不锈钢纤维和束状单丝聚丙烯纤维,纤维类型对界面黏结强度、抗拔荷载影响规律一致;随着纤维埋置深度的增加,不锈钢纤维的和束状单丝聚丙烯纤维的最大拔出荷载均不断增加,而界面黏结强度均不断减小,短切丝碳纤维的最大拔出荷载和界面黏结强度变化不明显。

超高性能水泥基复合材料早期自收缩特性研究

采用新型高精度全自动自收缩测量仪，研究了加入粗集料、不同水胶比（mw／mB=0．16，0．20，0．24）和不同钢纤维体积分数（φf=0％，1％，2％，3％）对超高性能水泥基复合材料（ultra—highperformancecementitouscomposite，UHPCC）自加水起33h内自收缩特性的影响．结果表明：UHPCC早期自收缩随龄期的发展具有明显的双阶段特征，即初始快速发展阶段和后期缓慢发展阶段；UHPCC早期自收缩随着水胶比的降低而增加，当水胶比从0．24分别减小到0．20，0．16时，0～20h内其自收缩值分别增加了34．09／6和63．8％；粗集料和钢纤维对UHPCC早期自收缩有明显的抑制作用，钢纤维体积分数从0％分别增至1％，2％和3％时，0～33h内其自收缩值分别降低了23．9％，60．5％，86．5％；UHPCC在33h时的自收缩值与水胶比（≤0．24）、钢纤维体积分数（0％～3％）这两者的关系均近似呈线性相关．

纳米SiO_2和CaCO_3对超高性能水泥基复合材料的影响

系统研究了双掺纳米SiO2和纳米CaCO3对超高性能水泥基复合材料力学性能的影响规律,采用水化热分析、XRD、MIP和纳米压痕等多种微观分析测试手段对其水化进程及微结构进行了研究.结果表明,双掺纳米材料可进一步提升材料的各项力学性能,纳米CaCO3的最佳掺量为3%-5%.纳米SiO2的高反应活性促进了早期水泥水化的进程,与水泥水化产物Ca（OH）2反应产生C-S-H凝胶,纳米CaCO3主要起到了填充增强和晶核的作用,二者共同作用下,使得复合材料结构更为密实,孔隙率进一步降低,孔径得到细化,超高密度C-S-H凝胶大量生成,界面区得以强化,异常均匀致密的微观结构使得复合材料在宏观上体现出优异的力学性能.

超高性能水泥基复合材料的抗爆炸性能

用大掺量超细工业废渣取代水泥,最大粒径为2.5mm的天然砂取代粒径为600μm的磨细石英砂,并掺加高弹高强粗集料(最大粒径分别为15、10mm的玄武岩石子),制备出不同强度等级的超高性能水泥基复合材料(UHPCC)。对9块靶体进行了接触爆炸实验,对比分析了靶体材料的爆炸破坏现象,结果表明,制备的超高性能水泥基复合材料具有优异的抗爆炸、抗震塌性能。由爆炸漏斗坑尺寸计算分析得到3种材料的抗爆炸系数,分析表明其抗爆炸系数与材料本身的抗拉强度的平方根成反比,提出了超高性能水泥基复合材料爆炸漏斗坑深度计算公式,以期为防护工程材料的设计提供参考。

超高性能水泥基复合材料抗多次侵彻性能研究

采用普通混凝土成形工艺和热水养护制度,制备出了抗压强度120～250 MPa的超高性能水泥基复合材料.在获得优异静态力学性能的基础上,进行了超高性能水泥基复合材料抗多次侵彻研究,分析了侵彻过程中的靶体破坏形态.根据获得的侵彻深度数据,在J.T.Gomez等提出的多次侵彻模型基础上,修正了与靶体抗压强度有关的多次侵彻深度计算经验方程.

超高性能水泥基复合材料动态断裂下承载能力和刚度退化分析

针对超高性能水泥基复合材料和基体砂浆,采用三点弯曲梁进行不同种类纤维、不同尺寸以及不同初始缝高比的静载断裂试验。并且在静载断裂试验的基础上进行初步动态断裂试验。依据双K断裂准则计算断裂参数,分析初始缝高比和不同种类纤维对断裂韧度的影响。研究动态断裂作用下超高性能水泥基复合材料承载能力和刚度的退化规律。试验结果表明:随着初始缝高比的增大,超高性能水泥基复合材料和基体砂浆的起裂断裂韧度表现为不变的趋势,失稳断裂韧度增加。进口纤维在改善极限荷载和增韧效果方面作用明显,国产纤维极限荷载的改善效果优于增韧效果。经过动态断裂作用的超高性能水泥基复合材料承载能力和刚度均有所下降;不带裂缝试件在整个疲劳过程中刚度退化不明显,带裂缝试件在疲劳过程中刚度退化过程可描述为:快-慢-快三个过程。

超高性能钢纤维水泥基复合材料-高延性水泥基材料复合梁的制备及弯曲性能

研究了无配筋条件下超高性能钢纤维水泥基复合材料(UHPFRCC)与高延性水泥基复合材料(HDCC)复合梁试件的弯曲变形性能.通过纯剪切强度测试,比较了界面处理工艺对界面粘结性能的影响.通过弯拉实验测试了复合梁试件在弯曲载荷下的变形性能,并与纯UHPFRCC梁的变形能力进行对比.结果表明,不同的界面处理工艺决定了界面粘结性能.最佳的界面处理方法能使界面粘结强度高于HDCC基体本身强度,界面过渡区基体致密,没有明显的微观缺陷.UHPFRCC-HDCC复合梁在弯拉荷载下,极限抗弯强度达到13.4 M Pa,跨中最大挠度为2.8mm.HDCC能通过自身的多缝开裂增加裂缝数目来改善变形能力.与UHPFRCC梁相比,UHPFRCC-HDCC复合梁弯曲时,塑形变形明显,并具有更大的弯曲挠度.

钢纤维掺量和应变率对超高性能水泥基复合材料层裂的影响

为研究防护工程用超高性能水泥基复合材料的层裂特性,利用大掺量（60%）超细工业废渣取代水泥,最大粒径为2.5 mm的天然砂取代粒径为600μm的磨细石英砂,在标准养护条件下成功制备出抗压强度达200M Pa的超高性能水泥基复合材料（UHPCC）。并采用分离式霍普金森压杆装置对不同纤维掺量的UH-PSFRCC材料进行了层裂实验,研究了应变率和纤维掺量对该材料层裂性能的影响规律。结果表明,UHPS-FRCC材料的层裂强度随纤维掺量的增加、应变率的提高而相应地增长;低应变（21-25/s）条件下,掺加3%和4%钢纤维后的UHPSFRCC材料,层裂强度分别提高到了2倍和2.5倍,且随着应变率的提高,层裂强度的增加幅度不断降低;低应变率下材料多发生1次层裂而高应变率下则产生2次甚至多次层裂现象。