Mechanical Properties of Reactive Powder Concretes Produced Using Pumice Powder

We examined the applicability of the pumice aggregate on the concrete formed by considering the reactive powder concrete mixture ratios, for the rigid superstructure concrete road pavement and building construction. The natural pumice aggregate in fibrous and non-fibrous concrete samples was used in the production of concrete by fracturing in 0.1-0.6 mm dimensions in rotor mill. The concreted formed in this way is named after the pumice powder concrete(PPC). The PPC samples produced were taken 7 days as 20 ℃ standard water cure, 28 days as 20 ℃ standard cure and 9 different types of combined cures. The combined cures were applied different temperatures in different durations. PPC samples were subjected to some pressure and flexural tests at the end of the standard water and combined cures. The highest compressive and flexural strengths of PPC samples were obtained after the combined cures: 3 days in 20 ℃ as standard water curing + 2 days in 180 ℃ in drying-oven. The highest compressive strength of PPC samples without any fiber was found to be 47.27 MPa, as for the highest flexural strength, it is found to be 5.23 MPa, in the end of the study. The highest compressive strength of fibrous PPC samples was 51.12 MPa, while flexural strength was 6.57 MPa.

冻融循环作用下天然浮石混凝土孔隙结构演变特征

采用核磁共振技术,对冻融循环后的LC20和LC30强度等级的天然浮石混凝土进行孔隙结构损伤特性研究,得到两种强度等级的天然浮石混凝土不同冻融循环次数的孔隙度、横向弛豫时间T_(2)谱分布及孔径分布。结果表明:随着冻融循环次数的增加,天然浮石混凝土的孔隙度先经历一段比较平缓的阶段,出现“拐点”后便呈现上升趋势,LC20和LC30天然浮石混凝土在0~25次冻融过程中没有发生损伤,在冻融循环次数100次和150次时,出现大尺寸孔隙中填充了部分小颗粒现象;两种强度等级天然浮石混凝土在冻融环境下,孔隙占比规律均为多害孔>少害孔>无害孔>有害孔,变化范围最大的是多害孔。

基于核磁共振技术的硅灰纤维浮石混凝土分形特征与强度关系分析

为探究硅灰与玻璃纤维对浮石混凝土的协同效应,用硅灰等质量取代水泥制备玻璃纤维浮石混凝土(GFRPC)并对其进行宏观力学试验。借助核磁共振技术(NMR)对GFRPC孔隙结构进行测试,并结合分形理论定量描述孔隙结构复杂程度,探讨孔隙特征参数、分形维数与抗压强度之间的关系。结果表明:硅灰与玻璃纤维的协同效应能有效提高GFRPC力学性能,与抗压强度相比,劈裂抗拉强度与韧性性能提高更为显著;GFRPC核磁共振T2谱呈“主次峰”结构,其孔隙结构具有明显多重分形特征,不同孔径范围孔隙分形维数及特征存在显著差异;添加硅灰能有效改善水泥基体与玻璃纤维、浮石骨料间界面过渡区的结构组成,增强其界面黏结性能。综合考虑孔隙特征参数和分形维数两方面因素对GFRPC抗压强度的影响,在此基础上建立的强度-孔隙结构模型拟合精度较高,模型预测值与试验值的平均相对误差为1.047%。

不同种类轻骨料混凝土力学性能和耐久性研究进展

概述了国内外煤矸石、浮石和陶粒轻骨料混凝土的力学性能和耐久性的研究进展。介绍了不同轻骨料种类、粒径大小形状以及替代率、水灰比、外掺料和骨料活化等因素对混凝土力学性能和耐久性的影响,并对新型绿色环保轻骨料混凝土的力学和耐久性能进行初步探索。讨论了轻骨料混凝土在保持轻质特性基础上的高强高性能技术途径。展望了轻骨料混凝土在工程中的应用前景。

铁尾矿砂浮石混凝土多孔砖砌体力学性能试验研究

为寻求铁尾矿堆积问题解决方案,以材料再利用为基础,结合实际,提出用铁尾矿砂、浮石分别代替部分细、粗骨料制备砌块,并对该砌块砌筑成的砌体进行力学性能试验研究,主要进行抗压、抗剪及沿通缝和齿缝抗弯试验,分析其破坏过程及破坏形态。试验结果表明,铁尾矿砂浮石混凝土多孔砖砌体表现出更大的脆性,抗压、剪、弯强度试验值均比现行规范计算值大,尤其是抗剪及抗弯强度,主要原因是出现了类似结构加固中销键的构件。最后,对试验数据采用最小二乘法进行回归分析,建立了该砌体对应的强度平均值计算公式。

轻骨料混凝土配合比设计与应用

为了配置密度等级和性能满足工程设计要求的轻骨料混凝土,试验分别选取相同粒径规格但不同堆积密度的天然浮石作为粗骨料,并选用陶砂作为部分细骨料,通过优化配合比设计方案,成功配置出符合设计密度等级1600 kg/m^(3)的LC25轻骨料混凝土,并对其性能做了对比试验。结果表明,当天然浮石(堆积密度800 kg/m^(3))用量为452 kg/m^(3)、陶砂用量为400 kg/m^(3)时,LC25轻骨料混凝土的干表观密度满足设计要求,28 d抗压强度最高可达到41.3 MPa,相应的吸水率为9.1%、软化系数为0.88,25次冻融循环强度损失率为7.6%。

冰磨损作用下天然浮石混凝土的寿命可靠性评估

为探究流凌期天然浮石混凝土的服役寿命,设计了多种试验工况的冰-天然浮石混凝土往复滑动磨损加速试验,在不同磨损路径下测试天然浮石混凝土的累计磨损量,并基于Weibull分布开展寿命可靠性建模,采用最佳线性无偏估计法与最小二乘法2种估计方法分别进行参数估计.试验结果表明:基于Weibull分布的可靠度曲线有效描述了天然浮石混凝土在冰磨损作用下的加速失效过程,其中,天然浮石混凝土可靠度曲线为单调减小的三阶段分布,其耐磨性在加速损伤阶段的衰减现象最为明显;在2类方法中,形状参数值受方法的影响波动最大,在可靠度下降初期最小二乘法计算的可靠性寿命小于最佳线性无偏估计法求得的可靠性寿命;在0.5可靠度下,选择最小二乘法计算的寿命作为冰磨损作用下天然浮石混凝土极限寿命,研究结果为提升天然浮石混凝土耐磨性与安全性提供了理论参考.

盐侵-冻融-干湿耦合作用下天然浮石混凝土的耐久性分析

内蒙古河套灌区渠道“重灌轻排”导致土壤盐碱化严重,严重影响了水工建筑的使用寿命。研究河套灌区渠道中盐侵-冻融-干湿耦合作用下天然浮石混凝土耐久性,以天然浮石混凝土(natural pumice concrete,NPC)作为衬砌材料,模拟河套灌区渠道水工建筑实际排水工程环境进行室内加速试验。以相对动弹模量以及质量损失率为损伤评价参数,分析天然浮石混凝土的宏观损失规律;借助环境扫描电镜和能谱成分分析揭示其退化机理;最后采用Weibull分布对天然浮石混凝土的相对动弹模量的退化轨迹构建模型,获得寿命可靠度函数,并预测出其极限失效次数。结果表明:在盐侵-冻融-干湿耦合作用下天然浮石混凝土的质量损失率总体呈现上升趋势,相对动弹模量呈现出下降趋势;在多因素耦合作用下,盐溶液与混凝土水化产物进行化学反应形成侵蚀产物,侵蚀产物膨胀引起混凝土内部孔隙变大、裂缝扩展,天然浮石混凝土劣化速率提高;在多因素耦合作用下天然浮石混凝土的可靠度为三阶段退化模型,其失效机制为耗损型失效。研究成果可为天然浮石混凝土在河套灌区渠道水工建筑工程应用提供理论依据。

浮石及浮石轻骨料混凝土材料研究进展

浮石是一种分布较为广泛的天然非金属矿藏,其具有非常发达的孔隙结构特征,利用其这一特征可以作为天然轻骨料配制浮石轻骨料混凝土。随着工程建设的飞速发展,普通混凝土自重大、隔热保温性差等问题制约其在某些特定工程上的发展,而浮石混凝土与之相比具有比强度高、保温隔热、抗震耐久等优点。本文概括了浮石的形成过程、特性与研究现状,针对浮石混凝土做了进一步分类,概述各类型浮石混凝土的特点与优势,并阐述了国内外浮石混凝土物理力学性能与耐久性的研究现状,最后对浮石混凝土研究与应用进行展望。

基于核磁共振技术对不同粗骨料混凝土孔隙特征试验研究

基于核磁共振(NMR)测试技术,选取红浮石、黑浮石和碎石为粗骨料,研究不同粗骨料混凝土内部孔隙特征,并对混凝土进行抗压强度试验。结果表明,龄期为28d混凝土强度由高到低顺序为碎石混凝土>黑浮石混凝土>红浮石混凝土,浮石混凝土T_2谱分布主要为2个峰,碎石混凝土T_2谱分布主要为3个峰,且T_2谱面积由大到小为红浮石混凝土>黑浮石混凝土>碎石混凝土,浮石混凝土中毛细孔和非毛细孔总和所占比例大于碎石混凝土。

氯盐侵蚀和干湿循环条件下浮石混凝土的耐久性

为了探究干湿循环条件下氯离子对浮石混凝土的侵蚀机制,借助核磁共振测试技术,分析浮石混凝土在干湿循环条件下微观孔隙结构特征,对侵蚀后的浮石混凝土内部微观结构进行X射线衍射物相分析与电镜扫描分析,进而探讨浮石混凝土抗氯离子侵蚀性能。研究结果表明,在氯盐侵蚀作用下,浮石混凝土和普通混凝土的质量损失变化率与相对动弹性模量变化趋势相一致;发现浮石混凝土谱面积是普通混凝土谱面积的1.0～1.7倍;浮石混凝土侵蚀破坏主要为内部发育新的小孔隙和中小孔隙向大孔隙和裂纹发育造成的,普通混凝土侵蚀破坏主要为内部的微小孔隙和小孔隙向大孔隙和裂纹发育造成的;浮石混凝土(29)0.1～1.0μm孔隙所占比重较多,普通混凝土(29)0.01～0.1μm孔隙所占比重较多;干湿循环120次后浮石混凝土孔隙度增加26.7%,自由流体饱和度减少1.0%,干湿循环120次后普通混凝土孔隙度增加77.8%,束缚流体饱和度减少7.3%;氯盐侵蚀后均生成以Friedel盐为代表的多种腐蚀结晶物。该研究可为浮石混凝土在氯盐环境下农业水利建设提供理论依据。

风积沙轻骨料混凝土冻融损伤及寿命预测研究

基于浮石轻骨料混凝土为基础,将不同质量的风积沙作为细骨料替代部分河砂,研究风积沙轻骨料混凝土冻融损伤机理及服役寿命.通过室内快速冻融循环试验,定量分析风积沙轻骨料混凝土的抗冻耐久性能.在整个冻融循环期内,相对动弹性模量的变化规律可分为直线下降阶段、直线+曲线下降阶段、曲线下降阶段.以此为基础,建立轻骨料混凝土直线和曲线双段式相对动弹性模量衰减方程,依据5组混凝土的抗冻试验结果对方程进行了验证,并预测其在西部地区的服役寿命.结果表明:直线和曲线双段式的相对动弹性模量衰减方程能够准确的反应混凝土冻融损伤劣化规律.风积沙最优替代率为20%,可以满足25 a的使用寿命.损伤模型可为沙漠地区混凝土使用提供一定的理论依据.

轻骨料混凝土在寒区渠道衬砌中的应用

为研究浮石轻骨料混凝土作为渠道衬砌材料的可行性,采用天然浮石、砂、水泥、水以及工业废料粉煤灰制作浮石轻骨料混凝土渠道衬砌板,与无衬砌渠道及普通混凝土衬砌渠道进行渠床基土温度的比较;同时,利用图像处理软件对比分析普通混凝土截面与浮石轻骨料混凝土截面的形貌特征。结果表明:浮石轻骨料混凝土衬砌可以有效减缓基土与外界的热交换速度,使基土在整个冻结期温度变化缓慢,基土冻结延迟或不发生冻结;在引气剂用量相同的情况下,浮石轻骨料混凝土可见封闭孔的数量在整个截面所占面积比例远大于普通骨料混凝土。

风积沙的掺入对浮石轻骨料混凝土性能的影响

本文通过风积沙内掺替代部分河砂,分别掺入0%、10%、20%和30%质量的风积沙代替相同质量的河砂,配制风积沙浮石轻骨料混凝土。研究风积沙的掺入对混凝土立方体抗压强度与轴心抗压强度的影响,应用SEM从微观上观察内部的形貌变化特征,并通过轴心抗压应力-应变曲线与《轻骨料混凝土结构技术规程》的应力-应变关系曲线进行了对比,建立了风积沙浮石轻骨料混凝土的本构模型。结果表明：风积沙可以替代部分河砂作为混凝土的细骨料,且对抗压强度值的提升贡献较大,其替代率为20%~30%为宜;采用《轻骨料混凝土结构技术规程》中的应力-应变关系曲线的上升段与有理分式的下降段更能真实的反应浮石轻骨料混凝土的本构关系。

钢－火山渣混凝土组合梁连接件及交界面滑移分析

本文对几种常见的连接件，在钢－火山渣混凝土组合梁中的极限承载力、荷载－滑移关系及组合梁交界面相对滑移进行了研究。通过多次试验，得到了栓钉、弯筋、方钢和槽钢连接件在火山渣混凝土中的荷载－滑移关系方程，并从理论和试验两方面得到了组合梁交界面相对滑移方程。

天然浮石混凝土孔溶液结冰规律的研究

以内蒙古天然浮石作为粗骨料,通过冻融核磁共振技术模拟冻融循环温度变化过程,并测得天然浮石混凝土在冷冻和融化过程中孔溶液信号量、结冰速率、T2谱和孔径分布的变化规律,结果表明:用冷冻过程中的含冰量来评价孔溶液结冰引起的静水压比较符合实际情况;天然浮石混凝土发生冻害的温度主要是-15℃以上。探讨了天然浮石混凝土孔溶液的结冰规律。

碳纤维改善浮石混凝土力学特性的试验研究

以内蒙古地区天然浮石作为粗骨料,对碳纤维掺量(质量比)为1/100,1/300,1/500,1/800,1/1 000的天然浮石轻骨料混凝土进行3,7,14,28,90,180d抗压强度、峰值荷载和弹性模量试验,分析了冻融后纤维轻骨料混凝土的力学性能,总结了碳纤维对轻骨料混凝土早期强度、变形量及弹性模量和冻融循环的影响及改善轻骨料混凝土微观结构性能的作用.从微观角度探讨了在冻融循环过程中,纤维表面及纤维与浆体界面的黏结情况.结果表明:纤维可以改善轻骨料混凝土的稳定性能,提高其脆性性能,且能改善抗冻性,确定1/1 000的掺量最为适宜.

基于正交试验的橡胶天然浮石混凝土力学性质的研究

以橡胶天然浮石混凝土为研究对象,通过正交试验法研究橡胶颗粒粒径和橡胶颗粒掺量、水胶比3种因素对混凝土力学性质的影响,通过橡胶天然浮石混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度和拉压比得出物理力学性能最优组以及因素主次之分;再通过RapidAir混凝土气孔结构分析仪分析最优组气泡间距系数、孔隙率与抗压强度之间的关系,从气泡间距、孔隙率等微观角度解释宏观力学性能、表征微观形态。结果表明:粒径为20目,掺量为6%的橡胶天然浮石混凝土力学性质最优;水胶比和橡胶颗粒掺量是影响橡胶天然浮石混凝土力学性质的主要因素。

钢纤维改善轻骨料混凝土耐冻融性能研究

通过掺入高效减水剂、引气剂、粉煤灰及钢纤维等配制两种强度等级(LC30、LC35)的浮石轻骨料混凝土。对比盐溶液(5%Na2SO4)和水中冻融循环试验发现:轻骨料混凝土在盐溶液中的冻融劣化程度大于水中。掺入钢纤维后,轻骨料混凝土抵抗冻融破坏能力提高。SEM研究表明,界面过渡区的水化产物有钙矾石、氢氧化钙和水化硅酸钙凝胶。随着盐溶液的侵蚀以及冻融循环次数的增加,水化产物的显微结构由密实逐渐变得疏松,钢纤维与水泥浆体的黏结力也逐渐减弱。

外掺粉煤灰天然轻骨料混凝土早期力学性能研究

以天然浮石作为粗骨料,通过外掺法分别掺加0%、20%、30%和40%体积的粉煤灰替代相同体积的砂,配置轻骨料混凝土。通过对混凝土在3 d、14 d、28 d的抗压强度,以及28 d的弹性模量与轴心抗压强度的研究,得出天然浮石轻骨料混凝土外掺粉煤灰最优掺量为30%。浮石轻骨料混凝土在此掺量下,不仅改善了混凝土的和易性,而且提高了基本力学性能。