Form and Mechanism of Sulfate Attack on Cement-based Material Made of Limestone Powder at Low Water-binder Ratio under Low Temperature Conditions

The development of strength and the form of attack of cement-based material made of limestone powder at low water-binder ratio under low-temperature sulfate environment were studied. The results indicate that when water-binder ratio is lower than 0.40, the cement-based material with limestone powder has insignificant change in appearance after being soaked in 10% magnesium sulfate solution at low temperature for 120 d, and has significant change in appearance after being soaked at the age of 200 d. Expansion damage and exfoliation occur on the surface of concrete test cube at different levels. When limestone powder accounts for about 28 percent of cementitious material, with the decrease of water-binder ratio, the compressive strength loss has gradually decreased after the material is soaked in the magnesium sulfate solution at low temperature at the age of 200 d. After the specimen with the water-binder ratio of less than 0.4 and the limestone powder volume of greater than 20% is soaked in 10% magnesium sulfate solution at low temperature at the age of 200 d, gypsum attack-led destruction is caused to the concrete test cube, without thaumasite sulfate attack.

接枝聚醚型超塑化剂的合成及其在水泥硅灰体系中的应用研究

为满足低水胶比混凝土体系浆体流动性调节需求,以新型接枝型聚醚大单体(PgE)与甲基丙烯酰氧基乙基单磷酸酯(HEMAP)为共聚单体,合成系列不同吸附基团密度的接枝聚醚型磷酸基超塑化剂(PPAs),通过研究常规水胶比(0.29)和低水胶比(0.14~0.19)条件下PPAs在水泥-硅灰体系的减水分散性,并比较PPAs在水泥及硅灰颗粒表面的吸附性差异,揭示了PPAs提升低水胶比水泥-硅灰体系流动性的影响机制。结果表明:PPAs在水泥颗粒表面的吸附量高于市售聚羧酸超塑化剂PCEs,二者在硅灰表面吸附量接近;PPAs对低水胶比水泥-硅灰体系具有更好的分散性。

海上风电超低水胶比水泥基灌浆料的水化过程研究

基于水泥-硅灰-矿粉三元胶凝体系,制备了海上风电超低水胶比水泥基灌浆料,通过XRD和SEM分析了灌浆料不同龄期的水化产物与微观结构,并研究了其水化过程。结果表明:硅灰和矿粉共同促进了水泥的水化反应,且随着龄期的增加,促进作用增强;90 d时,在硅灰和矿粉的协同效应下,Ca(OH)_(2)晶体大幅度减少,从而减少了Ca(OH)_(2)自身晶体取向性对灌浆料造成的缺陷;水化反应生成大量低钙型C-S-H凝胶,形成排列紧密的层状构造,灌浆料内部结构致密,使其具有较高的抗压强度和耐久性能。

速凝剂对低水胶比浆体早期水化与微观结构的影响

低水胶比、高胶凝材料掺量的超高性能混凝土(UHPC)在常温养护条件下易产生凝结硬化不及时的问题。为促进UHPC在隧道初支、工程结构快速修复中的推广应用,拟采用有碱速凝剂(NA)和无碱速凝剂(AS)提升低水胶比浆体的早期凝结硬化速率。本工作通过水化热、水化溶出离子浓度、凝结时间和抗压强度试验研究速凝剂作用下低水胶比浆体的早期水化行为及凝结硬化规律,采用X射线衍射、SEM形貌观察和EDS能谱等手段对水化产物物相组成及微观结构演变规律进行了分析。结果表明,速凝剂的掺入加快了低水胶比复合胶凝材料浆体的早期水化速率,同时也促进了浆体的凝结硬化;NA对UHPC的促凝效果优于AS,其中NA-2%的1 d抗压强度为53.3 MPa,28 d强度比为94.9%,而AS-4%的1 d抗压强度为38.9 MPa,28 d强度比为92.3%;速凝剂促使低水胶比浆体快速生成大量水化产物,进而提高了浆体早期微观结构的致密性,且水化产物物相组成受速凝剂类型的影响较为显著。

超细粉煤灰对低水胶比复合胶凝材料浆体流动性的影响

研究了超细粉煤灰掺量对低水胶比复合胶凝材料浆体流动性的影响,分析了浆体流动性与流变性能的关系。结果表明:在相同水胶比和硅灰掺量下,随着超细粉煤灰掺量的增加,浆体流动度增大,流动时长先缩短后延长,平均流动速率先提高后下降,浆体的黏度系数减小,屈服应力增大,剪切增稠性增强;在相同超细粉煤灰掺量下,浆体的流动度-黏度系数和流动度-屈服应力均呈负相关,黏度系数或屈服应力减小,浆体的流动度增大;在相同流动度下,当超细粉煤灰掺量较高时,浆体的黏度系数减小,屈服应力增大;浆体的流动度同时受其黏度和变形能力的影响。

硅灰掺量及特性对极低水胶比体系水化产物及微结构影响

硅灰是制备超高强水泥基材料重要的组成材料,其对极低水胶比体系水化产物及微结构形成影响显著。硅灰的掺量及特性显著影响极低水胶比体系浆体的新拌性能,硅灰掺量过高或颗粒尺寸较小时,浆液新拌性能迅速劣化、力学性能降低,在无有效分散手段下硅灰的掺量不宜超过25%。硅灰掺量增加水泥水化程度逐渐增加,但其二次水化程度逐渐降低;硅灰的二次水化反应与硅灰中活性组分的含量以及颗粒尺寸有关,二氧化硅含量越高硅灰参与二次水化反应程度越高,而硅灰颗粒尺寸相对越大,其在浆液中越容易分散,亦能充分发挥滚珠效应和微填充效应,进而更有利于极低水胶比体系基体的水化反应。基体的力学性能与浆液新拌状态、水化反应进程以及微结构形成三者紧密相关却又非单调变化,较高的硅灰反应活性再叠加优异的分散性更有利于促进水泥的水化反应过程,但在基体相对致密的情况下大量低模量水化产物的形成反而对基体力学性能提升不利,而基体较低的内部缺陷更易实现力学影响的提升,但其只是实现超高强力学指标的必要条件,基体力学性能提升是三者相互作用的结果。

低水胶比偏高岭土混凝土的强度和细观结构的分形特征

为探明低水胶比偏高岭土混凝土的力学性能,以及定量表征掺入偏高岭土后混凝土内部细观结构的变化规律,测试了不同偏高岭土掺量混凝土的抗压、劈裂和弯折强度;利用扫描电镜拍摄了混凝土水化产物微结构的SEM图像;运用分形理论计算分析了SEM图像的分形维数及其变化规律;并研究探讨了分形维数和强度的关系。研究表明:偏高岭土可以有效提高和改善混凝土的力学性能和细观结构;分形方法能够定量分析偏高岭土混凝土内部细观结构的变化特征,分形维数随着偏高岭土掺量的增加呈现降低趋势;抗压强度和分形维数存在良好的指数负相关性,抗压强度随分形维数的增大而减小。

高性能混凝土的自收缩问题

介绍了低水胶比与高矿物掺合料的高性能混凝土存在的主要问题之一———自收缩 ,并指出了自收缩是引起低水胶比混凝土早期开裂的主要原因 .在总结国内外低水胶比水泥净浆与混凝土自收缩研究现状的基础上 。

矿物掺合料对低水胶比混凝土干缩和自收缩的影响

研究了粉煤灰(0%、10%、30%、50%)、矿粉(0%、10%、30%、50%)以及硅灰(0%、10%、20%)对水胶比为0.24的低水胶比混凝土干缩和自收缩性能的影响规律,并采用双曲线函数的收缩表达式对试验结果进行拟合,定量化地揭示了矿物掺合料对收缩随时间发展趋势的影响,分析了干缩与自收缩的关系.结果表明:粉煤灰有利于减少低水胶比混凝土的干缩,矿粉次之,硅灰略增大混凝土的干缩;粉煤灰有利于减少低水胶比混凝土的自收缩值,矿粉增大了自收缩,硅灰非常明显地增大混凝土自收缩;低水胶比混凝土的自收缩在所测试的干缩中占有很大的比重,而且随着粉煤灰、矿粉和硅灰掺量的增加所占的比重均逐渐增大.

低温(3℃)下高强混凝土强度增长及其水化程度研究

试验研究了低温（3℃）养护条件、水胶比、龄期对水泥水化程度和混凝土抗压强度的影响规律,以及水化程度与混凝土抗压强度之间的内在联系。通过分析水泥水化反应机理、水化程度和混凝土抗压强度影响因素,得出低温（3℃）对水化程度和混凝土抗压强度有明显的抑制作用,前7 d内影响最明显,随着龄期的增加影响逐渐减弱;对水泥水化程度的影响是一个连锁影响,影响程度大;对低水胶比混凝土抗压强度影响时期较长,高水胶比混凝土抗压强度影响时期较短;三种水胶比混凝土28 d抗压强度损失为3.2%~6.2%,低温（3℃）延迟了三种水胶比混凝土达到其设计抗压强度的时间,且随水胶比减小而增长;水化程度和混凝土抗压强度有着共同的影响因素且两者随龄期的变化规律有很好的一致性,因此可以用水化程度来反映混凝土抗压强度的变化。

超高强混凝土用低水胶比浆体的水化热研究

采用自行改进的水化热测定系统,研究了粉煤灰、矿渣粉和水胶比对超高强混凝土用低水胶比浆体水化热和水化进程的影响规律.结果表明:掺10%(质量分数,下同)粉煤灰或矿渣粉不影响低水胶比浆体的水化进程;掺30%,50%粉煤灰或矿渣粉均使低水胶比浆体的水化温升和水化放热速率峰值明显降低,并延缓这些峰值出现的时间,且粉煤灰对水化进程的延缓效果优于同等掺量的矿渣粉;提高水胶比只能略微推迟浆体的水化温升和水化放热速率峰值出现的时间,使水化放热速率峰值有所增大,不会改变浆体温升曲线和放热速率曲线的形状.

不同养护条件下低水胶比混凝土抗氯离子渗透性及孔结构试验研究

为研究不同养护条件对低水胶比混凝土抗氯离子渗透性和孔结构的影响规律及程度,采用气孔分析法、压汞法和RCM法、电通量法对不同养护条件下低水胶比混凝土28 d孔结构和抗氯离子渗透性进行测试。试验结果表明:负温(-3℃)和低温(3℃)养护条件下,低水胶比混凝土比其标准养护条件下孔径明显粗化,大孔数量增多,小孔数量减少,气孔间距系数和气孔平均直径增大;低水胶比混凝土中多害孔和有害孔数量、临界孔径和最可几孔径明显比其标准养护条件下大,且负温养护条件下增大程度更大;低水胶比混凝土28 d电通量和氯离子迁移系数明显大于其标准养护条件下的混凝土,抗氯离子渗透性能明显降低;负温养护条件下,混凝土抗氯离子渗透性能下降程度很大,主要是由于负温不仅使孔的连通性增强、孔径粗化和劣化,而且对混凝土内部孔结构造成了一定程度的不可恢复的损伤。

低水胶比水泥基复合材料的流变特性

测试了不同胶凝体系低水胶比水泥基复合材料的流变学性能、绘制了流变曲线,分析其适用的流变模型。结果表明,低水胶比水泥基复合材料表现出典型的胀流型流体特性,Bingham模型不能准确表征低水胶比水泥基复合材料的流变特性,采用Herschel-Bulkley模型更为适宜。

早龄期混凝土内部湿度场的测量与数值模拟

通过对以往常用的混凝土内部相对湿度测试方法进行比较分析,研究开发能够准确、方便、数字化测试水泥基材料内部相对湿度的新型测试装置。基于新型测试装置对早龄期混凝土内部相对湿度进行了测量;并对混凝土内部湿度场进行了数值模拟。结果表明:新型测试装置结果要比预埋管法准确,装置的滞后性小;混凝土表面相对湿度降低较快,内部降低慢,水分含量沿试件高度分布不均,存在明显的湿度梯度;低水胶比混凝土的内部湿度场不仅受水分扩散的影响,还受到自干燥效应的影响;有限元数值模拟的计算结果与实测值有良好的一致性,有限元仿真计算能够较准确模拟混凝土的相对湿度,可用于分析不同构件混凝土的相对湿度变化规律。

低水胶比混凝土力学性能及水化物相微观结构

研究了低水胶比、胶凝材料用量及不同掺合料对超高强混凝土工作性及力学性能的影响规律，并通过SEM分析超高强混凝土微观结构。研究结果表明水胶比为O．15～0．21的混凝土，后期强度达到120～150MPa，其中水胶比为0．15混凝土90d抗压强度达到146．4MPa。粉煤灰在制备高强混凝土时具有显著改善混凝土工作性的特点，但是混凝土后期强度增长较小。超细矿粉制备超高强混凝土时混凝土后期强度优于掺加S95级矿粉的混凝土。SEM分析表明，低水灰比条件下水泥等胶凝材水化生成较多C—S—H凝胶相，微观结构致密均匀，未水化水泥颗粒在硬化浆体中主要起到填充作用和微骨料作用。

SAP对高强混凝土塑性阶段抗裂性能的影响

通过混凝土表面水分蒸发、毛细管负压试验,探讨高吸水性树脂(SAP)对低水胶比高强混凝土塑性阶段抗裂性能的影响。混凝土单位面积水分蒸发量越大,塑性阶段开裂数量、开裂面积越大;毛细管负压增长曲线越平缓,混凝土初始裂缝出现时间越迟;一定范围内SAP额外引水量比越大,混凝土单位面积水分蒸发量和水分蒸发速率越小,毛细管负压增长曲线越平缓,混凝土塑性阶段抗裂性能越好。

低水胶比下超细粉煤灰对不同细度硅酸盐水泥水化历程的影响

从强度、结合水、粉煤灰反应程度、SEM分析及孔隙溶液碱度等方面,研究了低水胶比下超细Ⅱ级粉煤灰对不同细度硅酸盐水泥水化历程的影响。研究结果表明,水泥细度从4500cm2/g提高到5500cm2/g,对纯水泥水化过程影响不大。但当该高细度水泥与超细II级粉煤灰复合时,则对水泥及粉煤灰的水化程度、水化产物特性、孔隙溶液碱度以及力学性能均影响较大;随粉煤灰掺量的增加,其影响程度呈由小变大再变小的趋势,粉煤灰掺量存在阈值,本试验中,阈值为30%。

纳米颗粒对超低水胶比复合水泥浆体水化和孔结构的影响

为掌握纳米颗粒材料对超低水胶比水泥基材料水化与微结构的影响规律,采用热重分析法和BET测孔方法测试分析nano-Si O2,nano-Al2O3,nano-Fe2O3及nano-Ca CO34种纳米颗粒对超低水胶比复合水泥浆体结合水含量与孔隙结构的影响,并探讨相应的机理。研究结果表明:相对于普通水泥体系,上述4种纳米颗粒更显著地促进了超低水胶比复合水泥浆体的水化进程,且存在最佳的纳米颗粒掺量,使得超低水胶比浆体28 d龄期的结合水量最大;纳米颗粒可有效改善超低水胶比复合水泥浆体的孔隙结构,降低其总孔隙体积和平均孔径,很好地发挥了纳米尺度充填密实作用。纳米颗粒在制备超低水胶比高性能水泥基材料具有显著的优势。

RPC浆体与高效减水剂适应性试验研究

通过研究RPC浆体的原材料构成及其特点,RPC流动性能及力学性能,就高效减水剂对RPC浆体性能影响因素进行分析,采用适合的高效减水剂适应性检测方法进行测试,优选出适合低水胶比的高效减水剂品种及掺量,并为高效减水剂在RPC的应用提出建议。

低水胶比下粉煤灰砂浆的等强机理分析及预测

在低水胶比下研究砂浆抗压、抗折强度,探究粉煤灰替代率、水胶比对砂浆抗压、抗折强度的影响程度及规律,揭示等强机理,建立砂浆强度预测模型。结果表明:粉煤灰替代率高于50%时,水胶比的降低对其抗压、抗折强度的提升尤为明显。粉煤灰替代率在30%~70%、水胶比在0.32~0.24区间变化时,若要维持砂浆28d抗压强度一致(误差范围为10%以内),粉煤灰替代率每增加20%,水胶比应降低0.04。在三种低水胶比下,粉煤灰替代率高于50%时,若继续增加粉煤灰替代率将会导致砂浆抗折强度的明显下降。另外,根据响应面分析法拟合出砂浆强度、水胶比、粉煤灰替代率三者的关系模型,并得到砂浆28d龄期等抗压、抗折强度预测曲线。模型中砂浆抗压强度峰值在粉煤灰替代率为20%左右时出现。