超高性能磷酸镁水泥混凝土的制备和力学性能研究

深入探讨超高性能镁磷水泥混凝土(UHPMPCC)中钢纤维掺量以及长径比等因素对其物理力学特性的影响,并详细阐述其增强原理和影响规律。试验证明,钢纤维的掺量和长径比在UHPMPCC的力学性能中起着关键作用。具体而言,引入25 mm的钢纤维能够提高其早期抗压强度,而13 mm的钢纤维则显著提升了其长期力学性能。具体而言,在13 mm钢纤维掺量为2.5%时,6 h抗压强度可超过60 MPa,抗折强度>25 MPa,并且经过28 d养护后,抗压强度可以达到120 MPa,抗折强度可以达到38 MPa。钢纤维的增强机制主要体现在其对UHPMPCC基体和钢纤维之间界面粘结的增强作用上。研究发现,UHPMPCC的MPC浆体呈酸性,可引起刻蚀,并在其内部形成鸟粪石等杂质。这些物质的存在可有效地改善UHPMPCC基体与钢纤维的界面粘结,从而改善其抗弯强度。

超高性能磷酸镁水泥混凝土的制备和力学性能研究

磷酸镁水泥(MPC)凝结硬化速度快,早期强度高,采用MPC作为胶凝材料,有利于在无养护条件下制备出具有高早强特征的超高性能磷酸镁水泥混凝土(UHPMPCC)。研究了钢纤维掺量和长径比等参数对UHPMPCC物理力学性能的影响,分析了UHPMPCC中钢纤维的增强机制和影响规律。结果表明25 mm钢纤维有利于提高早期抗压强度,而13 mm钢纤维更有利于提高长期力学性能;13 mm钢纤维的掺量2.5%(体积分数)时,无养护的UHPMPCC6h抗压强度和抗折强度超过60和25 MPa,28 d抗压强度和抗折强度超过120和38 MPa。MPC浆体早期呈酸性,使钢纤维表面产生刻蚀,鸟粪石嵌入钢纤维中,增强MPC基体和钢纤维的界面粘结,有助于提高UHPMPCC的抗弯强度。

超硫酸盐水泥制备高性能混凝土的研究与应用

环境问题和温室效应已经成为威胁人类生存的重大挑战。在当今社会,人们越来越意识到环境问题的紧迫性。水泥基材料是目前使用最广泛的人造材料之一,然而,水泥产业的高能耗和高污染对水泥混凝土在低碳经济时代的可持续发展产生了严重影响。水泥行业一直以来都是高能耗、高污染的行业之一。因此,如何降低水泥行业的能源消耗、减少水泥用量以及提高工业废弃物的利用率成为水泥行业发展的重要方向。

铝酸盐水泥基超高性能混凝土性能试验研究

采用铝酸盐水泥混凝土(aluminate cement concrete,CAC)配制超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC),研究了其施工、力学、自由收缩、耐酸腐蚀等性能,并与硅酸盐(OPC)系UHPC性能进行比较。试验发现:相比于OPC系UHPC,CAC系UHPC在蒸汽养护后抗折抗压强度降低,但在常温养护下,1 d抗折抗压强度更高,自由收缩率更低,且在5%硫酸溶液中浸泡28 d后的质量损失更小。结果表明,CAC系UHPC具有优异的早强性能、抗开裂性能和耐酸腐蚀性能,但不适宜采用蒸汽养护,适用于酸性环境。

减缩剂对水泥砂浆及超高性能混凝土收缩性能的影响

研究了不同掺量的减缩剂(SRA)对水泥砂浆塑性收缩开裂、水泥水化热、水泥砂浆毛细管负压的影响,以及SRA掺量(1%、3%、4%)对超高性能混凝土(UHPC)抗压强度和收缩性能的影响。结果表明:SRA可显著降低水泥砂浆的开裂面积、平均和最大裂缝宽度,当SRA掺量为4%时,缓解塑性收缩开裂的效果最佳,开裂面积、平均和最大裂缝宽度与基准组相比分别降低了52.1%、35.0%和48.4%;SRA通过延缓毛细管负压的发展,降低了水泥砂浆的塑性收缩开裂;随着SRA掺量的增加,UHPC的抗压强度提高越明显,UHPC的收缩显著降低;当减缩剂掺量为4%时,UHPC的28 d抗压强度达140.0 MPa,收缩率最低。

MgO膨胀剂对超高性能混凝土(UHPC)工作性的影响及其机理研究

超高性能混凝土(UHPC)因卓越的耐久性能和力学性能而在工程领域具有广阔的应用前景。然而,UHPC收缩性较大,限制了其进一步推广和发展。氧化镁(MgO)膨胀剂具有膨胀稳定、活性可控的特点,并且与UHPC相适应,因此被视为有良好应用前景的UHPC膨胀剂。本研究旨在探讨不同活性和掺量的MgO膨胀剂对UHPC工作性的影响,并通过XRD和SEM等手段进一步解释不同活性MgO膨胀剂对UHPC工作性的影响机理。研究结果表明,在掺入MgO膨胀剂的UHPC中,在低速剪切下观察到剪切稠化现象,而在高速剪切下观察到剪切稀化现象。与水泥颗粒相比,MgO膨胀剂颗粒对水具有更强的吸附能力。因此,MgO膨胀剂的活性越高,UHPC的流动性降低越显著,且UHPC的动态屈服应力增加,这在实际工程中需要更多的泵送能量。

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。

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.

新型高性能磷酸镁水泥泡沫混凝土的制备与研究

以磷酸镁水泥为胶凝材料、碳酸氢盐为发泡剂,制备了一种新型高性能磷酸镁水泥泡沫混凝土,并对泡沫混凝土的性能进行了研究分析。结果表明,研制的泡沫混凝土具有早强、高强的特性,与传统的泡沫混凝土相比具有更低的导热系数。

基于超高性能水泥基复合材料连接的预制装配式混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为研究钢筋短搭接后浇超高性能水泥基复合材料(UHPC)连接的预制装配式混凝土剪力墙的抗震性能,对4榀剪跨比为2.27的混凝土剪力墙试件进行了拟静力试验。为了探讨轴压比对其抗震性能的影响规律,其中1榀为设计轴压比为0.2的现浇剪力墙,3榀为设计轴压比分别为0.2、0.33、0.47的预制装配式剪力墙。试验结果表明:所有试件均以剪压破坏为主,各试件刚度退化与强度退化规律基本相同,位移角均远大于规范中规定的弹塑性层间位移角限值1/120。与现浇试件相比,轴压比同为0.2的预制装配式试件的抗裂能力、承载力和刚度均有所提高,延性与耗能能力略低;随着轴压比增大,预制装配式试件抗裂能力、承载力和刚度显著提高,滞回曲线出现明显的捏拢现象,延性和耗能能力有所降低。

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。

石灰石煅烧黏土超高性能混凝土抗压力学性能研究

为加快推进低碳建材产品的研发应用,设计并制备石灰石煅烧黏土超高性能混凝土(LC^(3)-UHPC),研究石灰石和煅烧黏土掺量对LC^(3)-UHPC流动度和抗压强度的影响。试验结果显示:随着石灰石煅烧黏土对水泥替代率的增加,LC^(3)-UHPC的抗压强度整体呈下降趋势;当煅烧黏土与石灰石质量比为1∶2、石灰石煅烧黏土对水泥的替代率为30%时,抗压强度最大,为最优配合比;抗压强度越高,形状效应对抗压强度的影响越小。

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。

聚丙烯纤维掺量对磷酸镁水泥混凝土性能影响

目的研究聚丙烯纤维掺量对磷酸镁水泥混凝土力学性能和耐久性能的影响,得出其在磷酸镁水泥混凝土中的最佳掺量.方法在磷酸镁水泥混凝土中掺入不同掺量的聚丙烯纤维,通过抗折、抗压、耐磨、抗冻等试验,分析其产生的影响.结果当聚丙烯纤维掺量分别为0.9 kg/m^3和1.1 kg/m^3时,磷酸镁水泥混凝土试块的抗折强度比不掺加聚丙烯纤维时分别提高了33.3%和18.5%;当聚丙烯纤维掺量为1.1 kg/m^3时,磷酸镁水泥混凝土的单位面积磨损量比不掺加聚丙烯纤维的混凝土试块降低了25.4%;当磷酸镁水泥混凝土试块中聚丙烯纤维掺量为1.1 kg/m^3时,混凝土的相对动弹性模量损失最小,抗冻性能最好;聚丙烯纤维在磷酸镁水泥混凝土中的最佳掺量为1.1 kg/m^3.结论聚丙烯纤维是一种弹性模量低、强度高、耐磨、耐腐蚀的合成纤维,掺入到磷酸镁水泥混凝土中可以有效地提高混凝土的抗压强度、抗折强度、耐磨和抗冻等性能.

超高性能水泥基材料的力学行为及机理分析

研究安防系统对超高性能水泥基复合材料工作性及超高力学性能的特殊要求,以大掺量超细工业废渣取代水泥,掺加超高硬度细集料,采用高温干热养护制度,成功制备出一种超高性能水泥基复合材料.对其工作性及不同养护温度和养护时间下的力学性能进行测试,结果表明,制备的材料具有较好的工作特性及超高力学性能,可满足安保产品要求,其抗压强度最高可达240 MPa.采用X射线衍射技术、差热-热重分析方法及扫描电镜对其微观结构形成进行分析,结果显示,超高硬度细集料与胶凝材料的强物理结合使其在复合材料中起增强相的作用,高温养护加速了水泥的水化及矿物惨合料的火山灰反应,降低了材料中Ca(OH)2的含量,增加了C-S-H凝胶的含量,提高了材料的密实度,改善了界面微观结构,提高了超高性能水泥基复合材料的宏观力学性能.

玄武岩纤维超高性能混凝土力学性能试验

为了降低超高性能混凝土中水泥的用量,制备绿色超高性能混凝土,研究了玄武岩纤维对超高性能混凝土力学性能的影响,提出了力学性能最优的低水泥用量超高性能混凝土配合比和玄武岩纤维的最佳掺量.采用粉煤灰和硅灰以不同比例组合作为水泥的替代材料制备超高性能混凝土,分析了添加纤维和不添加纤维试件的和易性、力学性能和微观结构.结果表明,当粉煤灰和硅灰混杂替代水泥比例达50%时,其力学性能与原试件强度相当;掺加0.1%玄武岩纤维的试件其力学性能高于掺加0.2%和0.3%纤维和没有掺加纤维试件的力学性能.

纳米Al_2O_3和MgO对超高性能混凝土耐磨性的影响及机理

目的基于材料制备角度,使用纳米材料提高超高性能混凝土(UHPC)强度,进而提高基体耐磨性。方法纳米Al_2O_3和Mg O分别以不同质量分数(0.05%、0.1%、0.15%、0.2%和1%)掺入UHPC,测试不同龄期力学强度及耐磨性,选取典型试件进行^(29)Si和^(27)Al的NMR和XRD分析,研究其内部结构特征,为分析纳米材料对UHPC强度及耐磨性的影响机理提供理论依据。结果掺入纳米Mg O的UHPC试件强度及耐磨性皆优于空白及纳米Al_2O_3试样,尤其是当掺量为0.35%(Mg-2)时,7 d抗压强度和抗折强度是空白样的1.11倍,磨损量减少了10%,但不同纳米Mg O对UHPC性能的影响程度略有不同。微观分析表明,纳米Mg O促进水泥水化进程,生成较其他试样更多的水化产物,因此UHPC内部结构较致密。但是纳米MgO又同时促进了水滑石的形成,随着纳米Mg O掺量的增多,水滑石的产量也随之增多,不利于结构致密化。结论纳米UHPC的耐磨性与抗压强度呈正比关系。纳米Mg O可促进水泥水化进程,使UHPC内部结构致密化,利于基体抗压强度和耐磨性的提高。但过量掺入导致水滑石在外部水化区域急剧形成,不利于机体性能的提高,掺入量为0.35%较为适合。

超高性能混凝土用水泥——Nanodur

超高性能混凝土（UHPC）通常用波特兰水泥和硅灰生产。Dyckerhoff水泥厂开发出一种超细水泥——Nanodur，粒径在6～16μm之间，用它可生产超高性能混凝土而不用硅灰。超细水泥颗粒可使水泥基体紧密堆积并比硅灰反应更快，且硬化水泥浆体更均匀。超细水泥Nanodur完全符合水泥标准的要求，水泥用量较少且活性较高，意味着超高性能混凝土生产可简化。在符合标准的硬化条件下，用较少的水泥，实验室的砂浆很容易达到〉150MPa的抗压强度和〉20MPa的抗折强度。Nanodur水泥被德国预制混凝土构件工业协会授予2008年度发明奖。

超高性能混凝土(UHPC)的发展与现状

引言 随着科学技术的发展,混凝土强度等级一直在不断地提高,高强和超高强混凝土（60MP～140MPa）已经成功地应用于结构工程中。目前,国际上较为通用的配制高强混凝土（100MPa）的技术为＂硅酸盐水泥＋硅灰＋高效减水剂＂。