纳米SiO_2-超细粉煤灰混凝土力学性能的试验研究

为研究混凝土的绿色化和高性能化,进行了不同纳米SiO_2掺量下超细粉煤灰混凝土的静态压拉试验,分析了纳米SiO_2掺量对超细粉煤灰混凝土压拉强度的影响和最优掺量下对超细粉煤灰混凝土的破坏形态影响。试验结果表明:普通混凝土和超细粉煤灰混凝土试件的抗压和劈裂抗拉强度均随纳米SiO_2加入量的增大显示先上升后下降的趋势,当纳米SiO_2加入量为0.8%时,普通混凝土试件的抗压和劈裂抗拉强度增幅效果最好;当纳米SiO_2加入量为1.0%时,超细粉煤灰混凝土试件的抗压和劈裂抗拉强度增幅效果最好;试件的抗压和劈裂抗拉破坏形态均为脆性破坏,但超细粉煤灰混凝土掺入1.0%纳米SiO_2后抗压和劈裂抗拉破坏程度明显得到改善。     

基于矩阵分析的橡胶透水混凝土正交试验

选取水胶比、橡胶粒径、橡胶掺量、VAE-707乳液掺量及目标孔隙率五个因素对橡胶透水混凝土进行正交试验设计,研究其对抗压、抗折强度及透水性能的影响。利用矩阵分析法和灰色决策进行分析,得到橡胶透水混凝土最优配合比:水胶比0.3、橡胶颗粒大小0.425 mm、橡胶颗粒掺量3%、VAE-707乳液掺量为6%、目标孔隙率为16%;其中目标孔隙率对透水混凝土的性能贡献率最大,透水混凝土的抗压、抗折强度随着目标孔隙率的升高而降低,而透水系数则呈相反规律;透水混凝土实测孔隙率整体小于设计孔隙率,有效孔隙率约占总孔隙率的80%～90%,封闭孔占总孔隙10%～20%左右。     

纳米SiO2对橡胶砂浆力学及收缩特性影响的研究

为了提高大掺量橡胶颗粒砂浆的力学强度,推进橡胶砂浆在实际工程中的应用,试验采用外掺纳米SiO_2的方法对橡胶砂浆进行改性,研究不同掺量纳米SiO_2对橡胶砂浆的孔隙率、密度、抗压强度与抗折强度以及试块的干缩和自收缩性能的影响。试验结果表明,纳米SiO_2的加入能够有效降低橡胶砂浆孔隙率,提高其密度及抗压强度与抗折强度,但在纳米SiO_2掺量小于3%时,强度提升幅度随纳米SiO_2掺量增加明显增加,在纳米SiO_2掺量大于3%时,其强度增长幅度变缓。橡胶等体积替代30%砂的条件下,纳米SiO_2最佳掺量为水泥质量的3%;纳米SiO_2在提高橡胶砂浆抗压与抗折强度的同时也加大了试块的收缩,增大了砂浆的开裂风险,故在今后的研究中仍需进一步综合考量。     

纳米MgO对高强水泥基材料力学与收缩性能的影响

橡胶砂浆的强度会随着橡胶掺量的增大而降低,限制了其工程应用。为增大橡胶掺量,补偿橡胶掺量过大带来的强度损失,以纳米SiO_2作为橡胶砂浆强度提升的外加剂,以橡胶替代率为40%和60%等体积替代砂子,共设计了6种配合比。研究了一定量的纳米SiO_2对两种大掺量的橡胶砂浆强度的提升以及收缩性、密度及孔隙的影响。结果表明:纳米SiO_2对大掺量砂浆抗压、抗折强度均有显著的提升;且提升效果优于普通砂浆。掺入纳米SiO_2可增强橡胶砂浆的刚度;并且使其韧性仍优于普通砂浆。掺入纳米SiO_2能够减少大掺量橡胶砂浆的孔隙率和吸水率。并且使橡胶砂浆的密度增加;橡胶掺量对砂浆的收缩量影响不明显;而加入纳米SiO_2会使橡胶砂浆的收缩量增大。掺入纳米SiO_2能够减少橡胶砂浆的质量损失;并且橡胶掺量越大作用越明显。     

纳米硅粉对大掺量橡胶砂浆力学及 收缩性能影响试验研究

橡胶砂浆的强度会随着橡胶掺量的增大而降低,限制了其工程应用。为增大橡胶掺量,补偿橡胶掺量过大带来的强度损失,以纳米SiO_2作为橡胶砂浆强度提升的外加剂,以橡胶替代率为40%和60%等体积替代砂子,共设计了6种配合比。研究了一定量的纳米SiO_2对两种大掺量的橡胶砂浆强度的提升以及收缩性、密度及孔隙的影响。结果表明:纳米SiO_2对大掺量砂浆抗压、抗折强度均有显著的提升;且提升效果优于普通砂浆。掺入纳米SiO_2可增强橡胶砂浆的刚度;并且使其韧性仍优于普通砂浆。掺入纳米SiO_2能够减少大掺量橡胶砂浆的孔隙率和吸水率。并且使橡胶砂浆的密度增加;橡胶掺量对砂浆的收缩量影响不明显;而加入纳米SiO_2会使橡胶砂浆的收缩量增大。掺入纳米SiO_2能够减少橡胶砂浆的质量损失;并且橡胶掺量越大作用越明显。     

超细辅助胶凝材料对透水混凝土性能的影响

透水混凝土被认为是海绵城市建设中管理雨水最佳的路面材料之一,强度和透水性是透水混凝土设计时考虑的两个重要参数,为了平衡透水混凝土强度与透水性能之间关系,本文通过力学和透水试验,研究了四种超细辅助胶凝材料(硅粉、矿粉、乳胶粉、粉煤灰)和四个掺量(5%、7%、9%、11%)对透水混凝土力学性能和透水性能的影响规律。结果表明：掺超细辅助胶凝材料均能提高透水混凝土的抗压、弯拉强度,当硅粉掺量为9%时,透水混凝土28天抗压强度超过35 MPa。透水混凝土的孔隙率和透水率随着超细辅助胶凝材料掺量的增加而降低,当孔隙率控制在18%~19%范围内,可实现透水率和强度的良好平衡。孔隙率与透水率之间呈现指数正相关,与抗压强度和弯拉强度呈现指数负相关,提出了基于孔隙率的透水混凝土力学性能和透水性能评估方程。建立了透水混凝土抗压强度与弯拉强度之间的非线性关系方程,实现了对透水混凝土弯拉强度的预测,通过预测值和实测结果对比验证了方程的可靠性。     

玄武岩纤维粉煤灰橡胶混凝土力学性能试验研究

对玄武岩纤维橡胶混凝土设计了正交试验,对其力学性能进行测试并与普通混凝土对比,分析橡胶颗粒取代率、玄武岩纤维和粉煤灰掺量对混凝土28 d抗压、劈裂抗拉和抗折强度的影响。结果表明:橡胶颗粒取代率5%,玄武岩纤维掺量4 kg/m~3,粉煤灰掺量15%时,混凝土各项性能最佳。随橡胶颗粒取代率增加,混凝土抗压强度显著降低;而掺入玄武岩纤维使抗拉和抗折强度有较大幅度提升;最后从玄武岩纤维对混凝土类材料增韧阻裂机制进行了讨论。     

矿物掺合料对活性粉末混凝土力学性能的影响

为了研究不同矿物细掺合料对活性粉末混凝土力学性能的影响,用硅微粉、粉煤灰、石英粉、粉煤灰与石英粉双掺（双掺组）共4种矿物掺合料,分别取代不同比例的硅粉来制作活性粉末混凝土试块;同时,采用不同的养护温度和不同的养护龄期对混凝土试块进行养护;最后,测出4组混凝土试块的抗压和抗折强度以及棱柱体的抗压强度,分别绘出抗压和抗折性能曲线。研究结果表明：同一种矿物掺合料,养护温度越高,其抗压和抗折强度越高;在同一养护条件下,粉煤灰改善活性粉末混凝土的抗压和抗折性能效果最好,石英粉最差,硅微粉和双掺组介于两者之间。     

纳米SiO_2对水泥强度的影响

目的研究亲油纳米SiO_2粉、亲水纳米SiO_2粉、纳米SiO_2溶胶对新拌砂浆力学强度的影响,确定不同性状纳米SiO_2提高水泥强度的最适宜掺量.方法测试不同性状纳米SiO_2在不同掺量、不同龄期下水泥砂浆的抗压与抗折强度;利用X-射线衍射(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)分析不同试验条件下水泥的水化产物.结果纳米SiO_2均可提高水泥的早期和后期强度,但对水泥的增强效果不同,纳米SiO_2溶胶对早期强度具有较好的增强作用,亲水纳米SiO_2粉对后期强度的贡献较为明显.纳米SiO_2粉最佳掺量均为1%,溶胶最佳掺量为1.5%.结论掺加不同性状纳米SiO_2均能够改善水泥的力学强度.引入不同性状的纳米SiO_2后,水泥水化3 d的水化产物中Ca(OH)_2含量减少,C-S-H和钙矾石的含量增加,钙矾石结晶程度较好,砂浆体系结构更加密实.     

双掺高性能混凝土力学性能实验研究

研究了复掺粉煤灰与矿粉对高性能混凝土力学性能的影响,结果表明：粉煤灰与矿粉比例为2：1、掺量为20%～30%时可以有效提高高强混凝土的力学性能。在此条件下相比于基准混凝土,7d抗压强度提高14.7%,抗折强度提高10.2%,静弹性模量提高9.9%;28d抗压强度提高19.2%,抗折强度提高5.3%,静弹性模量提高7.4%。采用压汞仪测量不同胶凝材料体系的孔隙率,分析了复掺粉煤灰和矿粉对高强混凝土力学性能的影响机理,认为不同胶凝材料的相互填充效应是主要影响因素。     

废旧橡胶微粒对透水混凝土耐磨耗性能影响试验

为探索废旧橡胶对透水混凝土的耐磨耗性能的影响,通过掺加废旧橡胶微粒制备高强透水混凝土,测试其基本物理力学性能;采用Cantabro磨耗试验,测试试件在磨耗前后的质量损失率随橡胶微粒掺量及粒径的变化规律。研究结果表明,①掺橡胶对透水混凝土的抗压强度、孔隙率及透水性有重要影响,影响程度与掺量及粒径相关。掺橡胶的透水混凝土抗压强度明显降低,其中橡胶颗粒(CR)掺量为9%的透水混凝土抗压强度降低最明显。掺橡胶粉(FCR)的透水混凝土孔隙率逐渐降低,而掺橡胶颗粒(CR)的透水混凝土孔隙率明显增加;②橡胶也对透水混凝土的耐磨耗性能有较大影响。与对照组比较,橡胶掺量为3%、6%的透水混凝土耐磨耗性能增强,而橡胶掺量为9%的透水混凝土的耐磨耗性下降。橡胶粒径对透水混凝土耐磨性能影响区别不大;③掺橡胶的透水混凝土耐磨性与自身强度没有明显的线性相关性。     

生态透水混凝土对路面径流污染阻滞效果

作为典型的大孔隙铺装材料,生态透水混凝土不仅能够快速渗透路表雨水,防止积水产生,还能有效阻滞路表径流中携带的大量污染物。以目标孔隙率为20%、加入陶粒和硅藻土两种净化材料的生态透水混凝土为研究对象,以性能测试结果为评价指标,分析净化材料掺量对生态透水混凝土孔隙率、渗透系数的影响;以污染物去除率为检测指标,分析不同净化材料掺量对径流污染阻滞效果的影响并从微观层面加以解释;以污染物总量为控制指标,采用室内加速试验,模拟生态透水混凝土在8 a服役期内孔隙率、渗透系数及污染物去除率的变化规律,研究其在长期服役过程中结构孔隙的阻塞过程。研究结论表明,生态透水混凝土中陶粒的最佳掺量为10%,硅藻土的最佳掺量为20%;从物理电子显微镜和化学元素分布两个层面确认了生态透水混凝土对道路径流污染物良好的阻滞作用;随着生态透水混凝土模拟服役年限增长,其孔隙率和渗透系数均衰减,对各污染物的阻滞效果也有着对应的变化趋势。     

聚丙烯单丝增强石膏基复合材料力学性能的研究

采用较粗的聚丙烯(PP)单丝作为石膏材料的增强材料,通过抗折和抗压实验研究了单丝长度、掺量对PP单丝/石膏复合材料抗折和抗压强度的影响.抗折实验结果表明:PP单丝的掺入有利于提高复合材料的抗折强度,当掺量小于1%时,复合材料抗折强度随掺量增加而变大,当掺量为2%时复合材料抗折强度呈下降趋势;掺量相同的情况下,单丝长度越长增强效果越好,15 mm的PP单丝掺量为1%的试样抗折强度最高较空白样提高了26%;折断后试样断口中PP单丝呈拔出状,表明PP单丝与石膏材料的结合较弱.抗压实验结果表明:PP单丝的掺入降低了复合材料的抗压强度,抗压强度随掺入量增加而减小,15 mm的PP单丝掺量为2%的试样抗压强度最小较空白样减少了9.6%.     

掺加纳米二氧化硅水泥混凝土路用性能

为研究掺纳米二氧化硅对水泥混凝土路用性能的影响,通过掺加纳米二氧化硅水泥混凝土的改性机理分析和室内试验,研究了其抗压抗折强度、断裂韧性、疲劳寿命和干缩性能。研究结果表明:纳米二氧化硅对水泥混凝土的抗压强度改善效果不明显,弯拉强度有所提高,水泥混凝土的断裂韧性和疲劳寿命显著提高;纳米二氧化硅的掺量(质量分数)为0.75%时,水泥混凝土的弯拉强度和断裂韧性分别提高7.4%和39.3%;疲劳寿命在应力水平为0.75、0.80、0.85时分别提高48.4%、58.6%、68.6%;掺纳米二氧化硅水泥混凝土的干缩较普通水泥混凝土更明显,试验所用3种纳米二氧化硅对水泥混凝土的干缩分别增大了198.7%、73.0%、66.8%。     

纳米粒子和聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料抗折性能

通过抗折试验和抗折试验后小立方体抗压强度试验,探讨了纳米粒子掺量、聚乙烯醇(PVA)纤维掺量和石英砂粒径对水泥基复合材料抗折性能的影响。结果表明,纳米粒子掺量、PVA纤维体积掺量和石英砂粒径对水泥基复合材料抗折强度和抗折试验后小立方体抗压强度有较大影响。PVA纤维水泥基复合材料的抗折强度和小立方体抗压强度随着纳米Si O_2掺量增加呈先增大后减小的趋势,当纳米Si O_2掺量达到1.5%和1.0%时,抗折强度和抗压强度分别达到最大值;随着纤维体积掺量的增大,掺纳米Si O_2水泥基复合材料抗折强度和小立方体抗压强度逐渐增大,但当PVA纤维体积掺量超过0.6%时,小立方体抗压强度有逐渐降低的趋势;随着石英砂粒径的减小,抗折强度和小立方体抗压强度逐渐降低,采用粒径a石英砂配制的水泥基复合材料具有更高的抗折强度和小立方体抗压强度。     

纳米粒子和PVA纤维增强水泥基复合材料抗折性能研究

通过抗折试验和抗折试验后小立方体抗压强度试验,探讨了纳米粒子掺量、PVA纤维掺量和石英砂粒径对水泥基复合材料抗折性能的影响。结果表明,纳米粒子掺量、PVA纤维体积掺量和石英砂粒径对水泥基复合材料抗折强度和抗折试验后小立方体抗压强度有较大影响。PVA纤维水泥基复合材料的抗折强度和小立方体抗压强度随着纳米SiO₂掺量增加呈先增大后减小的趋势,当纳米SiO₂掺量达到1.5%和1.0%时,抗折强度和抗压强度分别达到最大值;随着纤维体积掺量的增大,掺纳米SiO₂水泥基复合材料抗折强度和小立方体抗压强度逐渐增大,但当PVA纤维体积掺量超过0.6%时,小立方体抗压强度有逐渐降低的趋势;随着石英砂粒径的减小,抗折强度和小立方体抗压强度逐渐降低,采用粒径a石英砂配制的水泥基复合材料具有更高的抗折强度和小立方体抗压强度。     

矿物掺合料对3D打印水泥基材料力学各向异性的影响

为探究矿物掺合料在3D打印混凝土中的作用机理，研究粉煤灰(FA)、矿粉(S)、硅灰(SF)单掺和复掺对3D打印水泥基材料抗压强度、抗折强度的影响.结果表明：单掺时，打印组和模筑组力学性能的变化规律基本保持一致，粉煤灰和矿粉会降低混凝土的抗压强度和抗折强度，而硅灰则会提高混凝土的力学性能.复掺时，材料力学性能大小顺序为：S+SF>基准组>FA+SF>FA+S.此外，3D打印混凝土的抗压强度无明显各向异性，而抗折强度有明显的各向异性.打印组在x方向的抗折强度比y、z方向低25%～40%,在x、y、z方向的抗折强度比筑模组低10%～30%.     

粗集料对粉煤灰混凝土性能影响

混凝土的架构理论认为混凝土是由砂浆、粗集料和二者之间的界面构成的．试验研究了石灰石、玄武岩、花岗岩和辉绿岩4种不同类型的粗集料对不同粉煤灰掺量混凝土的坍落度、抗压强度、抗折强度和弹性模量的影响,分析了石灰石粗集料对不同粉煤灰掺量混凝土抗冻性的影响．结果表明,粗集料对混凝土的坍落度、抗压强度、抗折强度和弹性模量影响十分显著．粗集料的掺入降低了砂浆基体的扩展度和抗折强度,提高了砂浆基体的抗压强度和弹性模量,此外,粗集料改善了混凝土的抗冻性．随着粉煤灰掺量的增加,混凝土的坍落度提高,但混凝土的力学性能和抗冻性减弱．不同类型的粗集料对混凝土性能的影响相差不大,随着粉煤灰掺量的提高,不同类型粗集料混凝土性能相差也不大．     

减水剂对纳米SiO2混凝土强度及抗渗性能的影响

采用试验方法研究了减水剂对纳米SiO_2混凝土抗压强度及抗渗性能的影响.研究结果表明:混凝土的抗渗性能随着减水剂的增加而明显提升,如掺量为1%与3%减水剂的纳米SiO_2混凝土其渗水高度值由140mm左右降至100mm左右;减水剂在一定范围内增加能提高混凝土的抗压强度,掺量为1%的纳米SiO_2混凝土由前期的9.6 MPa提升到了23.2 MPa,虽与未掺减水剂的强度比略差,但其强度在后期都会有显著提升,当减水剂掺量为3%时强度后期明显降低,侧面表明减水剂掺量并不是越多越好,要根据混凝土配合比调试才能得到最适宜的量,才能发挥混凝土最大效益.     

粉煤灰高性能混凝土气体渗透性能研究

试验研究了水胶比m(水):m(胶)在0.25~0.35范围内,粉煤灰掺量在0~60%之间的粉煤灰高性能混凝土气体渗透性能情况.结合汞压力测孔法分析了粉煤灰高性能混凝土气体渗透性能与孔结构参数之间的相关性.研究结果表明,水胶质量比0.25~0.30,粉煤灰高性能混凝土气体渗透系数随水胶质量比增加而增大;水胶质量比0.30~0.35,粉煤灰高性能混凝土气体渗透系数却随水胶质量比增大而减小;且粉煤灰对高性能混凝土气体渗透性能的影响受水胶质量比影响较大;养护龄期的延长可以明显改善混凝土的抗气体渗透性.粉煤灰高性能混凝土总孔隙率、孔临界孔径、平均孔径与气体渗透系数之间线性拟合相关系数分别为0.93,0.90,0.83,可以用这些结构参数近似表征粉煤灰高性能混凝土的气体渗透性能。