水泥基材料中Ca^(2+)对矿化微生物的碳酸酐酶产量、活性和矿化的影响

本工作针对一种适用于水泥基材料的耐碱矿化微生物,研究了水泥基材料中Ca^(2+)浓度变化(0~5 mmol/L)对矿化微生物的产酶量、碳酸酐酶活性以及诱导CaCO_(3)矿化能力的影响。对分离纯化不同Ca^(2+)浓度菌液中的碳酸酐酶进行酶产量测定,并通过测定矿化微生物的细菌生长曲线和单菌产酶量分析Ca^(2+)浓度对其的影响机理;基于酯酶法测定不同Ca^(2+)浓度下碳酸酐酶的活性,并利用FTIR测定官能团,分析二级结构变化和氢键变化,进而得到Ca^(2+)浓度对碳酸酐酶活性的影响机理;最后基于热重分析不同Ca^(2+)浓度溶液中矿化微生物的诱导矿化能力,并测定矿化产物晶形。试验结果表明,当Ca^(2+)浓度为2.5 mmol/L时,矿化微生物生长增殖最快,单菌产酶量最高,因此整体酶产量最高;碳酸酐酶活性在Ca^(2+)浓度为5 mmol/L时达到最大值,但Ca^(2+)会破坏碳酸酐酶结构的有序性;当Ca^(2+)浓度为5 mmol/L时,矿化微生物的诱导矿化能力最强,矿化3 d后Ca(OH)_(2)向CaCO_(3)的转化率达到82.67%,且得到的CaCO_(3)晶体形貌主要为球状或椭圆状。

生态型工程水泥基复合材料的制备与性能研究

ECC选用磨细石英砂的最大粒径不超过110μm,极大地制约了它在实际工程中的推广应用.采用多重复合技术并利用矿山尾砂制备出生态型工程水泥基复合材料——ECO-ECC.ECO-ECC同样具有应变硬化和多缝开裂的特性,其极限拉应变值可达2%以上,薄板四点受弯时试件最大裂缝宽度仅为0.06mm,平均裂缝间距为1.43mm,主要性能指标优异.对ECO-ECC的原材料优选原则和制备工艺进行了研究与介绍,制备的ECO-ECC可实现自流平.同时系统分析研究了ECO-ECC耐久性能.ECO-ECC其优越的性能使得其可用于混凝土板面层的维修、桥梁的连接板、框架结构的节点等,具有广泛的应用前景.

有机组分在保温材料中的极限体积分数理论分析与实验验证

利用概率理论分别建立分层模型和连续接触模型,用以计算含有有机保温组分的多元复合保温材料中出现贯穿性裂缝的概率,并通过燃烧实验来验证模型的计算结果.燃烧实验结果表明连续接触模型的计算结果与实验结果更加吻合.理论分析和燃烧实验结果均表明:对于多元复合保温材料,其有机组分体积分数存在一个极限值,超过极限体积分数后,有机组分相互接触,在保温材料中形成贯穿性裂缝的概率急剧增加,从而导致保温材料耐火性能明显下降;在均匀分布的情况下,有机保温组分的极限体积分数数值与其颗粒形貌参数有关.

石灰石微粉对水泥基材料氯离子传输的影响机理研究

石灰石微粉等辅助性胶凝材料部分取代水泥可有效降低建筑材料领域的碳排放,但其对耐久性方面的影响仍需进一步探索。通过抗压强度、自然浸泡氯离子、电迁移加速氯离子传输等测试,探讨了石灰石微粉掺量、原材料细度以及水胶比等因素对水泥基材料氯离子传输的影响规律。根据物相组成和孔结构特征研究了石灰石微粉对体系微结构的影响,结合宏观性能与微观分析结果深入讨论了体系的抗氯离子传输能力与物相组成、孔隙曲折度、最可几孔径的关系。结果表明,在水泥-石灰石微粉体系中,当石灰石微粉掺量低于15%(质量分数)时,石灰石微粉对体系的抗氯离子传输性能影响较小,结构因子可有效衡量体系的抗氯离子传输能力。物相组成和孔隙曲折度与氯离子传输的相关性较低,最可几孔径是影响氯离子传输的最主要因素。

工业CT对混凝土中混杂钢渣颗粒的鉴别应用

采用工业CT对混凝土中的钢渣颗粒和普通石子进行三维扫描,获得两者在形貌上的差异.将钢渣颗粒按体积分数3%、6%和9%掺入混凝土中,并使用工业CT扫描获得不同掺量钢渣颗粒混凝土试样的形貌学特征.基于图像相似法得到钢渣颗粒的灰度范围,并采用该灰度范围对图像进行二值化处理,计算钢渣颗粒的掺量.结果表明:钢渣颗粒掺量的计算结果与实际掺入的钢渣颗粒体积分数较为接近,误差范围小于±10%,具有较高精度.结合实际工程案例,采用工业CT和X射线荧光光谱分析仪(XRF)等测试手段,对钢渣颗粒引发的混凝土外观质量事故成因进行科学分析.

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．

高延性水泥基复合材料的流变特性和纤维分散性

为了研究高延性水泥基复合材料（HDCC）流变特性对短切聚乙烯醇（PVA）纤维分散性的影响规律，采用流变仪和荧光显微分析技术分别对HDCC浆体的流变特性以及短切PVA纤维在HDC C基体中的分散性进行研究．实验结果表明：HDC C浆体流变行为符合赫切尔巴尔克模型，浆体流动后，应变梯度随应力增量按幂指数增长；当HDCC浆体塑性黏度为1.3～7.3 Pa·s时，即使短切PVA纤维的体积掺量为1.5％～2.0％，纤维在HDCC 基体中的分散系数均大于0.92，实现了均匀分散．合理调整配比中粉煤灰、减水剂和功能性组分的掺量，可调控HDCC浆体塑性黏度并实现短切PVA纤维的均匀分散，为HDCC高延性的理论设计提供实验支持．

玻璃纤维增强磷酸镁水泥复合材料的耐久性

试验研究了玻璃纤维织物对磷酸镁水泥(MPC)砂浆试件抗弯强度的影响以及加速老化条件下其抗弯强度的变化;测试了玻璃纤维原丝老化前后的拉伸断裂荷载和不同老化龄期MPC硬化体的pH值;观察分析了玻璃纤维原丝老化前后的微观形貌.结果表明:磷酸镁水泥砂浆基体与涂胶玻璃纤维织物有较好的黏接力,两者复合可大幅度提高试件的抗弯强度;MPC基体对玻璃纤维无明显的腐蚀作用,可有效改善玻璃纤维增强复合材料的耐久性.

膨胀石墨/石蜡复合相变材料相变过程的热分析

利用膨胀石墨的层状结构及其高热导率制备了膨胀石墨/石蜡复合相变储能材料。采用层状复合材料的热传导模型,通过ANSYS软件对膨胀石墨/石蜡复合相变材料的相变过程进行数值模拟。结果表明,与纯石蜡相变材料相比,膨胀石墨/石蜡复合相变材料中加入膨胀石墨的强化传热性能效果很显著。

预测氯离子在水泥基复合材料中有效扩散系数

基于水泥基复合材料界面区水泥颗粒的分布特征,给出了界面区孔隙率分布函数和界面区的有效扩散系数;将水泥基复合材料视为骨料、基体、界面区以及其均匀化后的等效介质相四相复合球模型,采用n层球夹杂理论,逐尺度地预测了氯离子在水泥基复合材料中的有效扩散系数.结果表明:预测的氯离子扩散系数与实测结果基本吻合;n层球夹杂理论适合于预测氯离子在水泥基复合材料中的有效扩散系数,其中氯离子在水泥基复合材料中的扩散系数由基体扩散系数、界面过渡区扩散系数、骨料以及界面过渡区的体积分数确定.

骨料类型及纤维对高延性水泥基复合材料性能的影响

为了研究骨料类型及纤维对高延性水泥基复合材料(HDCC)性能的影响,分别采用普通河砂和金刚砂作骨料,添加聚乙烯醇(PVA)纤维,或PVA与微细镀铜钢混杂纤维,制备了4组HDCC,试验研究了HDCC的抗折与抗压强度、弯曲韧性、单轴拉伸性能、抗冲磨性能,并采用扫描电镜观察了HDCC拉伸破坏后PVA纤维的微观形貌.结果表明:骨料对HDCC抗折强度影响较为明显,而对抗压强度、弯曲韧性和抗冲磨性能影响不显著;微细钢纤维对HDCC抗折、抗压强度、弯曲韧性和抗冲磨性能的增强效果比较明显;在不同的HDCC体系中,微细钢纤维对延性影响的规律略有差异,以天然河砂为骨料时,掺加微细钢纤维会降低HDCC的延性,以金刚砂为骨料时,掺加微细钢纤维则会提高HDCC的延性;金刚砂提高了HDCC的抗拉强度,但显著降低了延性.

掺超细矿粉水泥基材料早龄期水化产物及孔结构特性

选用超细矿粉配制水泥基材料,比较了其与普通矿粉对水泥浆体的力学性能影响.分别通过XRD和MIP分析了硬化水泥浆体的水化产物、最可几孔径及孔隙率.分析结果表明,粒径明显偏小的超细矿粉具有较高的火山灰反应活性,1 d时水化产物中Ca(OH)2的衍射峰明显低于纯水泥浆体和掺普通矿粉的水泥浆体,超细矿粉能显著促进水泥基材的早龄期水化.MIP分析发现,早龄期时掺超细矿粉的水泥浆体的最可几孔径和累积孔隙率均小于掺普通矿粉的水泥浆体和纯水泥浆体,表明超细矿粉在早龄期时就起到了细化浆体孔结构、提高密实度的作用.

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。

纤维和引气剂对现代水泥基材料抗渗性的影响

研究了聚乙烯醇纤维(PVAF)、聚丙烯纤维(PPF)、玄武岩纤维(BF)和不同掺量引气剂对现代水泥基材料抗渗性的影响.通过抗渗试验和压汞试验(MIP)对水泥基材料的抗渗性和孔结构进行测试,分析了纤维和不同掺量引气剂掺入后水泥基材料孔结构的改变,孔结构的改变影响了水泥基材料的抗渗性.实验结果表明:掺入PVAF可以提高水泥基材料的抗渗性,而PPF和BF对水泥基材料的抗渗能力有负面效应;掺入适量引气剂后因孔结构的改善也会显著提高水泥基复合材料的抗渗能力.

绿色超高性能纤维增强水泥基防护材料抗侵彻、抗爆炸试验研究

利用工业废渣多元协同激发、有机外加剂与无机辅料复合和纤维增强技术,通过复合工业废渣大掺量取代水泥(20%～50%),使用减水率40%的新型聚缩类高效外加剂、掺入短切钢纤维,使用常规工艺,在自然养护条件下成功制备强度等级大于100 MPa的超高性能防护工程材料。基于经验公式,系统研究基体强度(C100,C150,C200)和钢纤维对混凝土靶体抗侵彻、抗爆炸性能的影响规律。试验结果表明:绿色超高性能混凝土具有优异的抗侵彻、抗爆炸性能。C200单位厚度能耗达到516 kJ/m,相对于C40提高近45%;材料侵彻系数为0.389 mm2.s/kg,仅为C40的75%;爆炸压缩系数为0.051 m/kg1/3,与活性粉末混凝土材料(RPC)相当;具有优异的抗二次爆炸、抗震塌性能。

集料含量对掺矿物掺合料水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性能的影响

对不同集料体积掺量及掺合料配制的水泥基材料在室温、Na_2SO_4溶液浓度为5和50 g/L时的损伤破坏过程进行分析,并采用压汞法、扫描电镜-背散射电子图像分析和能谱扫描等方法得到相应水泥基材料的微观结构,研究了矿物掺合料和集料含量对水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性能的影响机理.结果表明:单掺石灰石粉造成的硬化浆体孔隙率增加,不利于水泥基材料抗硫酸盐侵蚀;尽管大掺量矿粉使得体系孔隙率有所增加,但仍能有效改善浆体孔结构,使大于10 nm以上毛细孔明显减少,从而显著提高水泥基材料抗硫酸钠侵蚀能力;纯硅酸盐水泥或单掺石灰石粉体系中,经Na_2SO_4溶液腐蚀后,试件的损伤程度随集料体积掺量增大而有所加剧.集料对矿粉试件抗硫酸盐侵蚀性能的影响却并不明显;微观分析表明,主要膨胀性产物石膏倾向于分布在临近集料区域,这也是导致含集料试件加剧破坏的重要原因.

古建水硬性石灰材料的制备与耐久性能

以气硬性石灰、白水泥、活性微粉、添加剂、纤维等为主要原料,设计制备了水硬性石灰砂浆作为古建修补材料;探究了加速碳化对水硬性石灰砂浆力学强度发展的影响,并以相对动弹性模量、质量损失率为主要评价指标,系统研究了水硬性石灰砂浆在单一因素(冻融、硫酸盐)与多因素耦合(干湿循环-硫酸盐)作用下的耐久性能.结果表明:加速碳化能显著提高水硬性石灰砂浆的力学强度,传统石灰砂浆加速碳化3d的抗压强度是自然养护条件下的7.5倍;掺加质量分数为0.1%的聚丙烯纤维能显著提高水硬性石灰砂浆的抗冻性,经历116次冻融循环后水硬性石灰砂浆未出现明显的冻融破坏;掺加质量分数为1%的铝制外加剂能明显改善水硬性石灰砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能.

废橡胶颗粒改性水泥基材料的塑性开裂和抗冲击性能

采用平板试验(包括分形维数分析)研究了橡胶砂浆的塑性收缩开裂性能,同时,采用ACI-544推荐的落锤法,研究了橡胶混凝土的抗冲击性能。结果表明,用橡胶颗粒等体积取代25%的砂,能有效抑制裂缝的产生和扩展,显著提高砂浆抵抗塑性收缩开裂的能力。此外,橡胶颗粒等体积取代25%的砂后,虽然混凝土抗压强度较素混凝土下降了34%,但其抗冲击次数却提高了6.2倍。复合掺加橡胶颗粒和1kg/m3的高弹性模量PVA纤维后,混凝土抗冲击次数是素混凝土的8.3倍,为单掺橡胶混凝土的1.3倍。

超高性能钢纤维增强水泥基复合材料的力学性能及微结构分析

系统研究了偏高岭土对超高性能钢纤维增强水泥基复合材料力学性能的影响规律,并采用XRD、纳米压痕、SEM等现代分析测试手段揭示该材料具有超高性能的微观机理.结果表明,掺加偏高岭土比不掺的试件在相同养护龄期、相同纤维掺量等条件下显示出更加优异的力学性能;超高性能钢纤维增强水泥基复合材料由于具有极低的低水胶比,其90 d水泥水化程度仅有65%左右,硬化水泥浆体中存在大量未水化的水泥颗粒,且绝大部分水化产物为UHD C-S-H凝胶;偏高岭土中存在大量的活性SiO2和Al2O3,可以促进水泥的水化,进一步填充了复合材料内部的空隙,使得材料整体的密实度得以提高,界面得以强化,从而使复合材料呈现出优异的力学性能.