超高强高性能混凝土的孔结构与界面结构研究

高效活性矿物掺料对提高强度及耐久性的作用极大 ,除了能改善混凝土的水化产物组成外 ,也能改善混凝土的微结构。本文运用压汞法、氮吸附法、显微硬度法、扫描电镜分析等手段 ,研究了高效活性矿物掺料对超高强混凝土孔结构和界面结构的影响。

高性能混凝土抗冻性与孔结构的关系

以冻融作用为试验条件 ,采用光学显微镜测孔法和压汞法测试混凝土的孔结构 ,研究了高性能混凝土冻融耐久性与其孔结构变化的关系。研究证明 。

混凝土孔结构的分类命名与高性能混凝土的孔结构种类

论述了混凝土孔结构的分类与命名方法;指出高性能混凝土的孔结构应该具有中密实、超密实和引气型三类,其中大规模使用的高性能混凝土孔结构应该是引气型的。

复合型掺合料对高性能混凝土孔结构的影响

采用磨细钢渣粉、粉煤灰和硅灰,按不同的比例配制成复合型掺合料,通过压汞法(MIP),分析了掺复合型掺合料高性能混凝土的孔结构。结果表明:掺入适当配制的复合型掺合料以后,能使高性能混凝土的密实度得到提高,孔隙率降低,平均孔径减小,孔径分布更合理,从而有利于提高高性能混凝土的耐久性。

复合微粒高性能混凝土的二级界面显微结构及耐久性研究

将天然纳米纤维材料及活性球形掺合料复合应用于高性能混凝土中,用以改善高性能混凝土的二级界面,探讨胶凝材料的颗粒紧密堆积及显微结构。对混凝土力学性能的研究表明:改善混凝土的二级界面,可以大幅度提高其抗弯强度和弹性模量;对耐久性的研究表明,由于加入了纳米纤维材料,改善了体系颗粒级配及二级界面显微结构,增加了体系密实度,是提高混凝土抗冻性、抗渗性的有效途径。因而,研究高性能混凝土的二级界面显微结构,对于提高高性能混凝土的宏观物理力学性能及耐久性存在巨大潜能。

高性能混凝土冻融耐久性与孔结构变化的关系

为了揭示高性能混凝土在非力学破坏因素作用下宏观性能劣化与细观结构变化之间的关系,以冻融作用为试验条件,采用压汞法测试混凝土的孔结构,研究了高性能混凝土冻融耐久性与其孔结构变化的关系.研究证明,正是高性能混凝土良好的孔结构赋予其优异的抗冻耐久性.

海砂超高性能混凝土试验

采用未淡化的海砂制备超高性能混凝土(UHPC)和普通混凝土,研究了不同氯离子含量的海砂对UHPC抗压强度、孔结构、快速氯离子渗透性以及内置钢筋耐久性的影响,并与普通混凝土进行分析比较。结果表明,海砂中的氯离子含量对UHPC抗压强度并不会产生较大的消极影响;海砂UHPC的临界孔半径约为2 nm,与海砂普通混凝土不同,孔隙率随海砂中氯含量的增加而增加;即使海砂氯离子含量高达0.636%,海砂UHPC的氯离子渗透性仍可忽略不计;海砂UHPC中钢筋在28 d后处于钝化状态并趋于稳定。

骨料级配对超高性能混凝土强度及孔结构的影响

设计两种粒径区间的细骨料,研究骨料级配与骨料堆积密度、超高性能混凝土(UHPC)抗压强度的关系;利用压汞法(MIP)测定不同骨料级配的UHPC孔结构,基于热力学分形模型计算得到不同骨料级配的UHPC孔体积分形维数,研究孔体积分形维数与孔结构各项参数的关系,建立微观孔结构与宏观抗压强度模型。结果表明:0.16~1.25mm骨料与0.16~0.63mm骨料相比,在形成致密堆积时堆积密度更高,制备的UHPC抗压强度更高,7d与28d强度可达92.4MPa和116.8MPa,比同龄期抗压强度分别提升5.96%与2.64%;孔体积分形维数反映孔结构不规则程度,其与孔结构各项参数的相关系数均大于0.77,孔结构随分形维数的增大而趋于复杂;分形维数与抗压强度显著相关,相关系数可达0.8854,孔结构越复杂,抗压强度越高。

蒸汽养护对沙漠砂超高性能混凝土强度、抗渗性和孔结构的影响

研究了蒸汽养护对沙漠砂超高性能混凝土(UHPC)力学性能、抗渗性和孔结构的影响,其中沙漠砂按0~100%等质量取代石英砂。试验结果表明,随着沙漠砂掺量增加,UHPC抗压、抗折强度降低,同时毛细吸水率增大。蒸汽养护可以提高沙漠砂UHPC力学性能和抗渗性,且蒸养温度越高、时间越长,对UHPC力学性能和抗渗性的改善效果越好。同时,蒸汽养护使UHPC最可几孔径向左偏移,孔隙率降低。通过90℃蒸汽养护3 d,可提高沙漠砂在UHPC中的使用量至80%,并同时保证UHPC抗压强度和抗渗性无衰减。

引气高性能混凝土显微结构研究

为了研究引气剂对高性能混凝土显微结构的影响,采用压汞法(MIP)、光学显微镜法、显微硬度仪、扫描电子显微镜(SEM)的手段分别对引气高性能混凝土的孔结构和界面过渡区进行了测试。结果表明:适量引气剂的引入改善了高性能混凝土的孔结构,使孔径得到了细化;同时改善了高性能混凝土的界面过渡区,使界面过渡区宽度缩短和界面过渡区水泥石结构更加致密,并使得界面过渡区与水泥石本体性质趋于均匀。

水泥-粉煤灰-硅灰基超高性能混凝土水化过程微观结构的演变规律

超高性能混凝土(UHPC)具有卓越的力学性能和耐久性能,应用前景广阔。采用扫描电镜背散射电子图像、热重法和氮气吸附法系统研究了水泥-粉煤灰-硅灰基UHPC浆体水化过程中微观结构的演变过程。结果表明:UHPC浆体在早期水泥水化较快,但7d后水化变得较为缓慢,粉煤灰在UHPC浆体中反应较为缓慢,28d时反应程度仅为7%;UHPC浆体中Ca(OH)2含量早期上升快速,由于硅灰和粉煤灰的火山灰反应逐渐消耗,3d后含量开始下降,但28d时浆体中仍存在部分Ca(OH)2;此外,在水化过程中,UHPC浆体的比表面积不断降低,孔隙率逐渐下降,水化产物变得更为致密。

孔结构参数特性对高性能混凝土抗冻性影响研究

鉴于冻融破坏是影响我国北方地区混凝土耐久性的主要原因,利用Rapid Air 457硬化混凝土气孔结构分析仪(丹麦CXI)对高性能混凝土中孔结构进行可视化表征和定量计算,得到平均孔径大小、气泡间距系数及孔径分布情况,进而表征混凝土抗冻性能。研究表明:除混凝土含气量外,气泡间距系数、d≤100μm孔含量都是表征混凝土抗冻性能的重要指标。

再生细骨料对超高性能混凝土的力学与自收缩性能影响

将再生细骨料应用于超高性能混凝土(UHPC)不仅能降低成本,还可实现建筑垃圾资源化利用。采用预湿状态再生细骨料制备UHPC,探究再生细骨料的粒径(0.6~<1.18 mm和1.18~2.36 mm)和不同掺量(10%、20%、30%和40%,均为体积分数)对UHPC的工作性能、力学性能、体积稳定性、抗氯离子渗透性能的影响,利用热重分析(TG-DTG)、显微硬度、压汞仪(MIP)和扫描电子显微镜(SEM)等测试方法揭示其影响机理。结果表明,再生细骨料的粒径和掺量是影响UHPC力学性能和体积稳定性的关键因素。随着预湿再生细骨料掺量增大,UHPC的流动性和自收缩值逐渐减小,但其抗压强度表现出先增大后降低的趋势,其中掺入20%预湿再生细骨料(粒径为1.18~2.36 mm)制备的UHPC性能更优,与未掺再生细骨料UHPC相比,其28 d抗压强度提升7.0%,7 d自收缩值降低了78.8%;预湿再生细骨料内养护效应有助于降低UHPC内部自干燥进程、提高水化反应程度、优化界面过度区组成结构、减少有害孔和多害孔数量。

机制砂高性能隧道二衬混凝土的孔结构研究

通过孔结构试验,研究不同掺合料隧道二衬高性能混凝土抗渗性能变化的微观机理。研究结果表明,以机制砂为细集料的隧道二衬高性能混凝土较天然砂组水泥石总孔体积和平均孔径小,孔径分布更加合理,混凝土内部更加密实,宏观抗渗性能更好;加入矿物掺合料的隧道二衬机制砂高性能混凝土微观孔结构优于普通隧道二衬机制砂混凝土,宏观抗渗性能也更好。

C100高性能混凝土的微观结构及耐久性研究

本文通过1500倍电镜对C100高性能混凝土水泥浆体及水泥浆体与集料之间的界面进行拍摄分析,使用压汞法对C100高性能混凝土的微观结构进行分析,试验结果表明C100高性能混凝土的界面结构极其致密。这种良好的界面结构和微孔结构,保证了混凝土具有优秀的耐久性能。

铁尾矿基多固废混凝土抗压性能及微观结构分析

针对铁尾矿堆存困难、综合利用率低和活性低的问题,以铁尾矿钢渣脱硫灰为复合掺合料制备多固废混凝土。通过抗压性能测试,研究复合掺合料掺量、铁尾矿细度对混凝土抗压强度的影响,并利用压汞法(MIP)和背散射电子成像技术(BSE)探究混凝土的微观结构。结果表明:复合掺合料的掺入对混凝土早期抗压强度影响较大,掺量小于20%的混凝土28 d抗压强度与无掺合料组抗压强度基本持平,30%掺量的混凝土抗压强度随铁尾矿比表面积的增大而先增大后减小;掺入复合掺合料和减小铁尾矿细度能够改善混凝土孔结构和提高界面过渡区的密实度。

骨料种类对混凝土孔结构及微观界面的影响

基于RapidAir和MAP-BEI测试技术,对比研究了分别以玄武岩、砂岩和灰岩为人工骨料的大坝混凝土内部孔结构及界面特征.结果表明:配合比一定时,灰岩混凝土气泡数量最多,间距系数和平均孔径最小;砂岩混凝土气泡数量最少,间距系数和平均孔径最大,工程中应予以足够重视.界面Ca(OH)2的富集程度受骨料化学属性及物理性能(如长期吸水率)影响.上述3种骨料-浆体界面Ca(OH)2的富集程度为砂岩>玄武岩>灰岩,界面过渡区厚度为砂岩>灰岩>玄武岩,砂岩界面性能最薄弱.

轻质超高性能混凝土的设计与研究

研究了胶凝材料组成、胶砂比以及钢纤维掺量对轻质超高性能混凝土(LUHPC)工作性能与力学性能的影响,得出LUHPC最优配合比,提出了LUHPC设计制备方法;对比研究了普通超高性能混凝土(UHPC)与LUHPC的力学性能与体积稳定性能差异;采用SEM-EDS和显微硬度计分析了LUHPC水泥石以及轻集料界面微结构特征。结果表明:水泥、粉煤灰微珠和硅灰用量分别为804、204、192 kg/m3,水胶比0.18,胶砂比1.8,钢纤维体积掺量为2.5%时,LUHPC工作性能优异,具有良好的轻质、高强、低收缩性能;相比UHPC,LUHPC比强度更高,体积稳定性优良;陶砂的“缓释水”作用可使界面处胶凝材料后期持续水化,改善界面处微结构,降低混凝土自收缩。

偏高岭土对超高性能混凝土性能的影响研究

研究不同掺量偏高岭土(MK)对超高性能混凝土(UHPC)强度和微观性能的影响,包括抗压和抗折强度测试、化学结合水量及MK反应程度测试、DTA和XRD分析及压汞测试。结果表明:UHPC强度随MK掺量增加而提高,后期强度发展主要依赖于MK的活性反应;MK与水泥水化产物Ca(OH)2的活性反应会使UHPC的微观结构更加致密。

高性能砼浆体-集料界面区微观结构和微观化学成分

砼可以看成是集料与二元浆体相组成的三相体。砼二元组分浆体相,是制备砼时在集料颗粒附近产生界面过渡区(ITZ)形成的。集料表面附近的这个过渡区的微观结构较薄弱,孔隙率较浆体相高。Scrivener et al曾报道,在高性能砼中,集料附近大约在40μm处浆体相内大孔(大于 0.50μm)孔隙率较高。界面过渡区还表现出,未水化水泥颗粒较浆体相少。但据一些研究报告表明,集料表面附近存在着几微米厚的CH层(如Ref.l和3)。