活性矿物掺合料对超高性能水泥基材料的影响

通过复掺粉煤灰和硅灰,制备一种抗压强度超过200 MPa的超高性能水泥基复合材料(UHPCC),采用扫描电镜、微区能谱分析、X射线衍射、汞压入法和差示扫描量热分析等现代测试手段,研究了活性矿物掺合料对UHPCC微观结构及性能的影响.实验结果表明,UHPCC水泥石主要以低mCa/mSi、结构致密的C-S-H凝胶和许多未水化颗粒组成;活性矿物掺合料的火山灰效应使水泥浆体与集料间界面过渡区得以改善;矿物掺合料的微集料效应使体系颗粒级配优化,致使基体内部结构致密,总孔隙率减小,孔尺寸得到细化,孔结构得以优化,材料性能得以提高.

水泥基材料界面过渡区结构及其性能的分析方法综述

界面过渡区(ITZ)是决定水泥基材料传输性能和耐久性的主要因素。针对界面过渡区结构与性能特点,综合国内外研究结果分析了各种不同的试样方法及其适用性。界面过渡区的传输性能对水泥基材料的耐久性具有重要意义,针对界面的传输性能的测试方法及其优缺点做了相关探讨。

铁氧体粉掺量对水泥基材料吸波性能和力学性能的影响

为了制备一种水泥基微波吸收材料,采用弓形反射法(NRL),以功率反射率作为表征材料吸波性能的指标,研究了8～18GHz频率范围内,水泥基材料自身的吸波性能、锰锌铁氧体粉掺量对材料反射率的影响以及试样厚度与微波反射率之间的关系,同时对铁氧体粉掺量与砂浆强度的关系进行了研究。结果表明,掺加铁氧粉后砂浆的反射率降低;随着铁氧体粉掺量的增加,砂浆在整个频率的吸收带宽增加,但表面阻抗匹配程度相应地变差;铁氧体粉的最佳掺量为水泥质量的30%,此时在8～18GHz频率范围内,反射率均在-6～-10dB;在有金属板衬底时,掺有铁氧体粉的水泥砂浆最佳吸波厚度为15mm,最小反射率为-28.6dB;掺加铁氧体在一定程度上会降低砂浆的抗压强度和抗折强度。

偏高岭土对高性能水泥砂浆性能的影响

研究了偏高岭土的火山灰活性,考察了不同偏高岭土掺量对高性能水泥砂浆的流动度、抗折强度、抗压强度和氯离子渗透性的影响.试验结果表明:偏高岭土的火山灰活性高于硅灰;偏高岭土颗粒形貌的不规则性会降低新拌砂浆的流动度;偏高岭土的掺入使砂浆的抗折强度降低,90d养护龄期时偏高岭土掺量为10%的砂浆抗折强度高于偏高岭土掺量为6%,14%的砂浆抗折强度.偏高岭土掺量为10%的砂浆的后期抗压强度最高,90 d养护龄期时可达96.3 MPa;56 d龄期时偏高岭土掺量为0%,6%,10%,14%的砂浆的氯离子渗透性都较低,电通量分别为165,221,191,158 C.

干湿交替作用下混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究

研究了干湿交替-硫酸盐溶液耦合作用下混凝土的损伤过程,以混凝土相对动弹性模量的变化来表征混凝土内部的损伤程度。采用环境扫描电镜(ESEM)分析了干湿交替与硫酸钠溶液作用下混凝土的微观结构。结果表明,与自然浸泡硫酸盐溶液腐蚀方式相比,干湿交替作用加剧了混凝土在硫酸盐溶液中的损伤程度;干湿循环早期,硫酸盐对混凝土有填充空隙缺陷的作用。同时试验表明,水胶比对混凝土的相对动弹性模量有重要影响;矿物掺合料的加入能显著提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力。

劈裂裂缝混凝土在海洋潮汐区的氯离子传输

研究了不同尺度劈裂裂缝混凝土在海洋潮汐区环境作用下的氯离子浓度分布、氯离子传输以及钢筋锈蚀规律。试验结果表明:劈裂裂缝在制备过程中存在裂缝回复,裂缝宽度应以卸载后位移传感器获得的裂纹宽度值为准。裂缝混凝土氯离子浓度随深度增加而下降,然后在10mm深度以下形成稳定段。裂缝区域稳定段氯离子浓度随裂缝宽度增加而呈指数函数增加,裂缝周边区域稳定段氯离子浓度则随裂缝宽度增加而线性增加;但与裂缝区域氯离子增加幅度相比,其增加幅度不明显。裂缝宽度大于0.05mm,30d海洋暴露后混凝土裂缝面氯离子渗透深度近50mm,沿垂直裂缝面向内平均渗透20mm左右,钢筋表面锈蚀率快速增加。裂缝混凝土氯离子扩散系数与混凝土抗氯离子扩散能力、裂缝密度(包括裂缝的基体宽度/裂缝宽度)、裂缝对氯离子结合性能密切相关。当裂缝密度小于70时,裂缝混凝土氯离子扩散系数线性增加;距裂缝位置越近,混凝土氯离子扩散系数增加越大;裂缝越宽,其对混凝土影响范围越大。

Cr8Ni2合金耐蚀钢筋在不同pH值模拟混凝土孔溶液中的钝化行为

应用动电位极化、电化学阻抗谱与电容电位法等方法研究了Cr8Ni2合金耐蚀钢筋在不同pH值（13.5~9.0）模拟混凝土孔溶液中的钝化行为.结果表明：在相同pH值下,随着钝化时间延长,合金耐蚀钢筋钝化不断强化,3 d后钝化趋于稳定;随着pH值下降,合金耐蚀钢筋钝化并未弱化,反而显著增强,表明新型合金耐蚀钢筋在较低p H下亦能保持良好致钝性能.采用XPS分析合金耐蚀钢筋钝化膜组成结构,分析结果表明：合金耐蚀钢筋钝化膜为双层结构,外层主要为Fe3O4,Fe2O3及FeOOH（Fe（OH）3）,内层为Cr2O3和CrOOH（Cr（OH）3）.随着环境溶液pH值降低,合金耐蚀钢筋钝化膜Fe氧化物含量逐渐减少,而铬氧化物含量明显增大,低pH值下高含量Cr氧化物维持了合金耐蚀钢筋钝化膜良好稳定性和优越耐蚀性,从而使耐蚀钢筋钝化强化.

养护龄期对混凝土氯离子扩散系数时间依赖性的影响

利用自然浸泡试验,研究了不同养护龄期的矿渣混凝土在不同暴露时间下的氯离子表观扩散系数,分析了养护龄期对氯离子表观扩散系数的影响.将表观扩散系数看作暴露时间内即时扩散系数的积分平均值,将得到的表观扩散系数转换为即时扩散系数,推导出养护龄期与即时扩散系数时间依赖性常数的关系.结果表明,混凝土中氯离子表观扩散系数随着养护龄期的增加而减小,且减小幅度逐渐减缓;养护龄期与表观扩散系数成幂函数关系.即时扩散系数的时间依赖性常数随着养护龄期的增加而增加,且增加幅度逐渐减小;即时扩散系数时间依赖性常数与养护龄期符合平方根关系.

干湿循环条件下矿渣混凝土氯离子表观扩散系数的影响因素研究

利用自然浸泡法测试了矿渣混凝土在3.5%NaCl溶液中干湿循环60、120、180、270、360 d时的自由氯离子浓度分布,研究了矿渣掺量、水胶比和养护龄期等因素对氯离子表观扩散系数的影响。结果表明,表观扩散系数随着水胶比的增大而增大,呈线性关系。随着矿渣掺量的增大,表观扩散系数先降低而后增大,呈二次多项式的关系。表观扩散系数随着养护龄期的增大而减小,呈幂函数的关系。

超高性能钢纤维混凝土抗二次接触爆炸性能研究

采用复合技术制备了两种强度等级的超高性能钢纤维混凝土(UHPSFRC),对6块靶体进行了抗一次和抗二次接触爆炸试验,对比分析了靶体材料的抗爆炸性能.结果表明,制备的超高性能钢纤维混凝土具有优异的抗一次和抗二次爆炸性能.对压缩系数进行了计算分析,建议超高性能钢纤维混凝土(有粗骨料)CF150的压缩系数取为0.112,超高性能钢纤维混凝土(无粗骨料)CF200取为0.096,且CF200的抗二次爆炸压缩系数要降低到80%左右.

干湿循环作用下混凝土抗氯离子侵蚀研究

本文研究了混凝土在干湿循环-盐溶液耦合作用下，氯离子在混凝土不同深度处的浓度分布。结果表明，与自然浸泡盐溶液腐蚀方式相比，干湿循环作用加速了自由氯离子在混凝土内部的积累。干湿循环20次时，相对于长期浸泡方式，混凝土中不同深度氯离子质量分数增加96．8％～127．5％。同时试验表明，水灰比对于氯离子在混凝土中的传输有显著影响，低水灰比的混凝土其结构较为致密，从而提高了混凝土的抗氯离子性能。混凝土中矿粉的掺入能显著降低混凝土内部的自由氯离子浓度。混凝土中掺入粉煤灰，在早期粉煤灰的火山灰效应不显著，因而早期抗氯离子侵入性能不明显。

疏水矿物对高强自密实混凝土流动性能及强度的影响

采用石墨、滑石粉和空心玻璃微珠3种疏水矿物配制C60自密实混凝土,通过测试混凝土的工作性能、流变性参数以及抗压强度,研究疏水矿物对高强自密实混凝土流动性能和力学性能的影响.结果表明:在一定的掺量和细度范围内,空心玻璃微珠和适量滑石粉可显著提升新拌混凝土的工作性能,降低拌和物的屈服应力和黏度;但滑石粉质量分数达15%时会引起拌和物流动性急剧下降;石墨质量分数为3%时会稍增加拌和物的流动性,但随着石墨掺量的继续增加流动性持续下降.掺入石墨和滑石粉会明显降低混凝土的抗压强度;而空心玻璃微珠的掺加对抗压强度影响不大,甚至提高了混凝土早期强度.空心玻璃微珠在改善高强自密实混凝土性能方面具备良好的效果.

封盖水泥浆的抗裂技术研究

针对封盖水泥浆体的抗裂技术,探讨了拌合加水方法对流动性的影响,研究了采用掺加膨胀剂、内养护剂和细砂、改进养护措施等方法对水泥浆体抗裂性的影响。利用X-CT、XRD等分析手段,分析了硬化水泥浆体的抗裂效果。研究结果表明,采用二次加水拌和法可大大提高水泥浆体的流动性;膨胀剂与内养护剂组合使用可以提高浆体的抗裂能力;掺入5%或10%的特细砂及对浆体进行覆膜养护可明显提高水泥浆的抗裂性;采用X-CT技术有助于更好的评估水泥浆体的抗裂性。

纤维增强免压蒸PHC管桩混凝土的抗冲击性能研究

研究了钢纤维(SF)、聚丙烯纤维(PP)和聚乙烯醇纤维(PVA)对免压蒸PHC管桩用混凝土的力学性能及抗冲击性能的影响。结果表明:PP纤维、PVA纤维和SF的加入提高了混凝土的抗压强度和抗折强度,其中,SF的提升效果最大,平均抗压强度高出空白组15MPa,PP纤维和PVA纤维的提升效果不太明显;SF的加入大大提高了蒸养混凝土平板的抗冲击性能,PP纤维的加入对抗冲击性能也有一定程度的提高,PVA纤维略微降低了混凝土平板的抗冲击性能;SF混凝土板的抗冲击性能随W/C变化不大,其他纤维混凝土板的抗冲击性能随W/C增加而降低。

纳米压痕在水泥基材料中的应用与研究进展

材料的宏观性能往往与它的微结构特征密不可分。作为一种尖端的测试技术,纳米压痕测得的是水泥基材料微结构中各相的本质力学特性。概述了纳米压痕的基本原理以及水泥基材料的样品制备方法和试验制度的确定,重点介绍了纳米压痕在水泥基材料中的研究进展,并对存在的一些问题尤其是定量分析中的问题进行了讨论。将纳米压痕和其他测试分析方法结合起来,对于分析和调控材料的宏观性能以及揭示水化硅酸钙(C–S–H)凝胶在纳米尺度的物理化学性能具有重要意义。

铁氧体复合吸波剂对水泥基复合材料吸波性能的影响

采用2种类型的铁氧体作为吸波剂,制备水泥基复合吸波材料。通过弓形法测定水泥基平板在8～18GHz频率范围内的反射率,研究了铁氧体的种类、2种铁氧体复合体积比对水泥复合材料吸波性能的影响。结果表明:2种不同类型的铁氧体粉复合作为微波损耗剂时,不论单层还是双层水泥基层板,其吸波性能均显著高于单一的铁氧体吸波剂;当2种铁氧体总掺量为30%(质量分数)且体积比为1:1掺入水泥砂浆时,所制备的双层水泥板的最小反射率为–16dB,在8.3～11.5GHz和12.3～18.0GHz宽频率范围内反射率均小于–10dB。

单/双层水泥基平板的微波吸收性能

依据阻抗匹配原理与电磁波传播规律,提出表层透波、内层吸波的双层法设计,该设计具有电磁波吸收性能的层状水泥基平板结构。研究了硅灰和橡胶粉对表面层阻抗匹配的影响;同时还对碳纤维、钢纤维、碳纤维与铁氧体粉复合以及钢纤维与碳纤维复合作为内层吸收剂时,水泥基平板材料在8～18GHz频段内的吸波性能进行了研究。结果表明:硅灰和橡胶颗粒可以明显地改善水泥平板与自由空间的阻抗匹配;与单层相比,在相同碳纤维掺量时,双层吸波砂浆反射率下降–3dB左右;30%质量分数铁氧体与碳纤维复合作为吸波材料的损耗层的吸收剂,反射率在–10dB以下(12.5～18.0GHz),且随着入射频率的增加反射率下降。