雨水酸化条件对高岭土改性沥青路面腐蚀性能的试验模拟

在酸雨条件下,为提高路面抗腐蚀性能的最佳高岭土掺量,探究酸雨对高岭土改性沥青路面腐蚀性能的影响.在pH值为2.0, 4.0,5.6,7.0时,采用周期浸泡、加速腐蚀的试验方法,依次研究高岭土改性沥青混合料的变化情况.试验结果表明:不同pH值的酸雨对4种不同高岭土掺量的沥青混合料均有侵蚀作用,但掺加高岭土的马歇尔试件明显好于基质沥青试件;通过宏观实验及微观分析,当高岭土掺量为3%时,高岭土改性沥青混合料抗腐蚀性能最佳.     

纳米偏高岭土对水泥砂浆断裂性能影响的试验研究

为了探明纳米偏高岭土对水泥基材料断裂性能的影响规律,采用5种纳米偏高岭土质量分数(1%、3%、5%、10%、15%),制备了纳米偏高岭土水泥砂浆切口试验梁,完成了带切口纳米偏高岭土水泥砂浆试件的三点弯曲试验和不同质量分数纳米偏高岭土水泥砂浆抗折、抗压强度试验.得到了不同质量分数纳米偏高岭土水泥砂浆的荷载-位移曲线及抗折、抗压强度,探讨了纳米偏高岭土对水泥砂浆断裂能、承载力、变形性能及抗折、抗压强度的影响规律.研究结果表明:当纳米偏高岭土质量分数小于5%时,砂浆试件断裂能、承载能力、变形性能、抗折与抗压强度随着纳米偏高岭土质量分数增加而逐渐增加,当质量分数为5%时断裂能为普通水泥砂浆的3.34倍;随着纳米偏高岭土质量分数的进一步增加,纳米偏高岭土水泥砂浆试件断裂能不断降低,当质量分数达到15%时,断裂能降为普通水泥砂浆的1.47倍.因此,掺加适量纳米偏高岭土能够在一定程度上提高水泥砂浆抗裂性能.     

改性高钙灰对水泥基材料的抗酸腐蚀特性

模拟中国硫酸型酸雨情况,以普硅水泥空白砂浆为参比体系,研究改性高钙粉煤灰对改善混凝土抗酸性能的影响,从宏观和微观方面研究各性能变化规律.结果表明:高钙粉煤灰对建筑物抗酸腐蚀有优化效果,但掺量存在最佳优化区间和"拐点";掺量w(高钙灰)=25%的砂浆腐蚀98d后质量损失率仅-2.011%,而相同腐蚀条件下空白砂浆的质量损失率为-5.120 %;98d抗压强度和抗折强度是空白砂浆的1.31倍和1.47倍;机理分析发现高钙灰中大量的活性钙可作为缓冲组分,减缓体系由碱性环境变成酸性或中性环境的速度,从而阻止其他水化产物因pH值降低而产生的不稳定溶蚀现象;微细CaO颗粒会反应生成CaSO4沉积在试块表面,既解决膨胀破坏问题又堵塞了酸液的入侵通道.     

纳米高岭土改性混凝土与钢筋的黏结性能

为考察纳米高岭土对混凝土与钢筋间黏结性能的影响,利用电流加速腐蚀试验方法,研究了不同腐蚀时间下钢筋锈蚀率与纳米高岭土掺量的关系,分析了纳米高岭土改性混凝土与钢筋之间的黏结滑移关系及黏结强度的变化情况.研究结果表明:纳米高岭土改善了钢筋与混凝土间的黏结性能,降低了混凝土试件的刚度,纳米高岭土掺量为3%的混凝土试件与钢筋间的黏结强度较普通混凝土试件提高约56.55%;混凝土中内掺纳米高岭土能够延缓钢筋锈蚀,纳米高岭土掺量为5%的混凝土试件在腐蚀36 h后,钢筋锈蚀率较普通混凝土试件降低约52%;腐蚀48 h后,纳米高岭土掺量为3%的混凝土试件与钢筋间的黏结强度约为普通混凝土试件的2.16倍.     

低pH值硫酸盐侵蚀下矿渣水泥基材料的性能

按照我国低pH值硫酸盐的特征,配制pH=4．0的模拟溶液;通过室内干湿循环加速腐蚀试验,研究低pH值下矿渣粉等量取代水泥为15％-85％时浆体的抗硫酸盐侵蚀性能。研究结果表明：浆体的破坏主要是H^＋和SO4^2-共同作用的结果,其破坏过程是从外至内被逐层溶蚀,导致膨胀破坏;H^＋导致浆体水化产物脱钙,促使试件溶解,SO4^2-与Ca^2＋反应生成膨胀产物石膏,加速试件破坏过程;掺入矿渣粉对水泥浆体抗低pH值硫酸盐侵蚀是有利的,而且随着矿渣粉掺量的增加,其外观保持能力逐步提高。综合考虑掺有矿渣粉净浆试件的各项性能,矿渣粉适宜掺量取45％左右。     

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.     

硅酸根电迁移反应法处理砂浆的耐久性

为提升砂浆的耐久性,用硅酸根电迁移反应法处理砂浆。通过对比试验,研究了基准砂浆、去除表面涂层的被处理砂浆、带有表面涂层的被处理砂浆试件的抗碳化、抗硫酸盐侵蚀、抗氯离子扩散和抗钢筋氯离子腐蚀的耐久性能。应用扫描电子显微镜(SEM)与压汞仪(MIP)研究了硅酸根电迁移反应法影响砂浆耐久性的微观作用机制。结果表明:砂浆试件的抗碳化、抗硫酸盐侵蚀、抗氯离子扩散与抗钢筋氯离子腐蚀的耐久性能由小到大的顺序为:基准砂浆、去除表面涂层的被处理砂浆试件、带有表面涂层的被处理砂浆试件;硅酸根电迁移反应法对耐久性的提升作用缘于它能致密化砂浆并生成表面涂层的双重效果;由于生成的表面涂层较薄,且含有众多微米级孔隙,使表面涂层对砂浆耐久性影响减弱,砂浆致密化在耐久性的提升中起主要作用。     

纳米偏高岭土砂浆氯离子渗透性的试验研究

为研究不同水胶比(0.4、0.5、0.6)、养护方式(水养护、饱和Ca(OH)2溶液养护、水与饱和Ca(OH)2溶液交替养护)、矿物掺合料(矿粉、粉煤灰、凹凸棒粘土)对纳米偏高岭土砂浆氯离子渗透性的影响,采用正交试验设计9组纳米偏高岭土砂浆配合比,分析其对纳米偏高岭土砂浆物理性能(电阻率、孔隙率)、力学性能(抗折强度、抗压强度)、氯离子渗透性的影响规律;探讨纳米偏高岭土砂浆氯离子渗透性与其电阻率、孔隙率之间的关系。研究结果表明,水胶比是影响纳米偏高岭土砂浆电阻率、孔隙率的重要因素;矿物掺合料是影响纳米偏高岭土砂浆抗折强度、抗压强度、氯离子扩散系数的重要因素,掺30%粉煤灰、3%凹凸棒粘土时纳米偏高岭土砂浆氯离子扩散系数较掺30%矿粉的分别提高2.74倍、3.43倍;养护龄期为28 d时,纳米偏高岭土砂浆氯离子扩散系数与电阻率、气孔含量分别呈反比、正比关系。     

废旧轮胎橡胶颗粒对水泥浆和砂浆抗裂性能的影响

通过圆环开裂试验和弯曲试验探讨了不同体积分数的废旧轮胎橡胶颗粒掺入水泥浆和砂浆后对抗裂和变形性能的影响．研究结果表明，在水泥净浆中掺入废旧轮胎橡胶颗粒，可延迟圆环试件的开裂时间，提高抗裂性，延迟时间的长短与橡胶颗粒的掺量有关，当橡胶颗粒的体积分数在20％～50％时，延迟效果最为显著；在砂浆试件中掺入橡胶颗粒，可显著改善其弯曲变形性能，试件破坏形式为延性破坏，破坏时的极限变形值比基准试件大得多，并且随着橡胶颗粒体积分数的增加而迅速增大．     

冻融循环作用下超高延性纤维增强水泥基复合材料加固力学性能试验研究

为研究冻融循环作用下聚乙烯纤维增强复合基体材料(Polyethylene Fiber-Engineered Cementitious Composite，PE-ECC)与不同FRP的力学性能及微观结构演化规律，对PE-ECC、PE-ECC-BFRP和PE-ECC-CFRP三种试件进行快速冻融试验。研究试件在不同冻融循环次数下的质量损失率、相对动弹性模量、三点抗弯试验及扫描电镜。试验结果表明：在冻循环150次PE-ECC和普通砂浆混凝土的质量损失率分别为1.67%和13.5%，PE纤维的阻裂作用可以很好约束水泥砂浆的剥落；在PE-ECC水泥纤维基体材料中添加CFRP网格布或BFRP网格布可以提高试件的强度和降低水泥纤维基体材料内部微裂缝的扩展，提高了水泥纤维基体材料的抗冻性能；PE-ECC-BFRP试件和PE-ECC-CFRP试件比PE-ECC试件的最大承载能力分别增大了22.5%、67.3%，最大挠度分别增大了28.2%、76.7%，在冻融循环作用下FRP网格布可以提高PE-ECC的抗弯能力和最大挠曲能力。     

纳米硅溶胶改性水泥基材料性能及机理分析

针对普通水泥基材料存在早期强度低、抗变形能力弱等问题，通过纳米硅溶胶对水泥基材料进行改性，采用电液伺服万能试验机、X射线衍射及扫描电镜等手段对纳米硅溶胶改性不同水灰比水泥基材料的流动性、结石率、单轴抗压强度、弹性模量、水化产物及微观形貌进行研究。结果表明：硅溶胶掺量在0.5%以内、水灰比小于1.0时可显著提高水泥浆液的流动性，最大提高20.24%;结石率随着纳米硅溶胶掺量的增加而增大，且硅溶胶对水灰比大于0.7浆液的结石率提高明显，最大提高24.49%;当硅溶胶掺量为2%时，结石体的抗压强度增幅最大且随着养护龄期的增加，硅溶胶对试样强度的增幅效果逐渐减弱；纳米硅溶胶的掺入促进水泥基早期的水化反应，与水化产物反应生成水化硅酸钙凝胶(C—S—H)并使微观形貌更加致密，使结石体的早期抗压强度及弹性模量显著提高；纳米硅溶胶通过缩短诱导期以及在颗粒空隙中为C—S—H提供成核位点促进水化反应，提高水泥基材料性能。     

渗沥液污染下水泥固化高岭土透水及变形特性

针对填埋场衬垫在高荷载作用下开裂破坏的现状,采用水泥固化高岭土,评价其抗渗、抗开裂及固结压缩特性,探究其作为填埋场衬垫材料的可行性.采用纯高岭土与水泥掺量5%、10%、15%的固化高岭土进行试验,室内模拟填埋场衬垫受渗沥液污染的工况,通过渗透试验测定水力传导系数,分析其抵抗污染物渗透能力;通过固结试验测定压缩系数,分析其固结压缩特性;通过干湿循环开裂试验测定开裂因子,分析其抵抗开裂变形特性.结果表明:试样水力传导系数随时间增加而下降,其中纯高岭土下降40.4%,而水泥固化后高岭土仅下降16.0%~27.1%.由于试验高岭土属于中压缩性土,试样孔隙比随荷载压力上升而下降,水泥掺量越多,孔隙比下降越少,200kPa荷载下,0.25~64min的轴向位移变化量占总变化量的65.1%~70.7%;掺入水泥后试样的开裂面积明显减小,最大开裂因子降幅达52.6%,水泥掺量10%与15%的试样开裂因子差别较小.水泥固化后高岭土的强度及抗开裂能力提高,满足作为填埋场衬垫材料的要求.     

低掺量下钢纤维混凝土抗拉和抗折性能试验研究

为研究低掺量下钢纤维对混凝土劈裂抗拉强度以及抗折强度的影响,以钢纤维体积掺量、钢纤维类型、混凝土基体强度等级为主要参数,进行了钢纤维混凝土立方体劈裂抗拉标准试验以及小梁抗折标准试验研究.结果表明:钢纤维的掺入对混凝土劈裂抗拉强度以及抗折强度有显著提高,钢纤维体积掺量为0.9%时,劈裂抗拉强度提高37%,抗折强度提高18%;钢纤维的掺入显著改善了混凝土抗拉及抗折破坏形态,试件破坏后整体性较好;波纹型钢纤维和端钩型钢纤维的劈裂抗拉性能及抗折性能要优于螺纹型钢纤维.     

基于界面改性的碳纳米管水泥基复合材料力学性能

针对碳纳米管水泥基复合材料中碳纳米管与水泥基体界面结合弱的技术问题,以聚乙烯醇和聚丙烯酰胺分别作为界面桥连剂,探究桥连剂通过强化碳纳米管与水泥基体间的界面对碳纳米管水泥基复合材料力学性能的增强效果;利用阿拉伯树胶作为碳纳米管的水性分散剂,采用普通和表面带有羧基的2种碳纳米管制备5组不同碳纳米管掺量的水泥基复合材料,对其进行了不同龄期的抗压、抗折强度测试,并利用扫描电子显微镜(SEM)在断口处对碳纳米管与水泥基体界面区进行了微结构分析。结果表明:采用羧基碳纳米管并掺入桥连剂的水泥基复合材料力学强度得到最大提升,相较于配合比相同但未加入碳纳米管的基准组,加入桥连剂的羧基碳纳米管水泥基复合材料28 d抗折、抗压强度分别提升了47.4%和22.7%,仅加入羧基碳纳米管的水泥基复合材料则提高了15.4%和8.84%;SEM测试发现加入桥连剂的碳纳米管水泥基复合材料破坏断口处碳纳米管与水泥基体连接处结构密实,未加入桥连剂试件断口处碳纳米管被完全拔出,说明桥连剂改善了碳纳米管与水泥基体间界面结合,使二者近似成为一个整体进行受力,增强了碳纳米管的拔出效应,水泥基体断裂时碳纳米管拔出吸收了更多的破坏能,显著改善了水泥基复合材料的宏观力学性能。     

水泥乳化沥青砂浆的破坏特性实验

采用万能材料实验机对不同配合比的水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)进行了单轴压缩实验,分析了CA砂浆的典型破坏模式,并进一步研究了破坏模式与微结构参数的定量关系.结果表明:依据不同的物理结构,CA砂浆具有3种典型的破坏模式:(1)A/C≤0.3时,水泥水化物体积多于沥青且超过30%,外力功主要以表面能的形式释放,试件呈劈裂破坏;(2)0.4≤A/C≤0.6时,水泥水化物体积多于沥青,但差值小于30%,沥青的黏性变形消耗了裂缝尖端的能量,表面能降低,试件呈剪切破坏;(3)A/C≥0.7时,水泥水化物体积小于沥青体积,破坏时大部分能量被塑形变形耗散掉,试件呈整体变形破坏.     

硫酸盐侵蚀环境下再生细骨料砂浆的破坏机理

采用硫酸钠溶液长期浸泡的方式,并通过测试砂浆抗压强度变化特征,研究再生细骨料掺量对砂浆抗硫酸盐侵蚀性能的影响,同时利用IR光谱、XRD衍射以及SEM等微观测试技术对其损伤破坏机理进行分析.研究结果表明:砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能随着再生细骨料掺量的增大而下降,当掺量大于40%时,下降尤为明显.微观测试分析表明:再生细骨料砂浆发生硫酸盐侵蚀破坏是钙矾石和石膏等腐蚀产物的共同作用结果,然而当再生细骨料掺量较低时(20%),钙矾石为破坏的主导因素,随着掺量的增加(≥60%),石膏成为破坏的主导因素;此外,上述腐蚀产物的数量随再生细骨料掺量的增多而增加.     

超高性能水泥基复合材料抗多次冲击性能

采用大掺量矿物掺合料(35%粉煤灰+10%硅灰+10%偏高岭土)等量取代水泥,与最大粒径2.36 mm的天然砂和2种不同形状(端勾型与平直型)的超细镀铜钢纤维,制备出超高性能水泥基复合材料(UHPCC).通过分离式霍普金森压杆装置对UHPCC进行高速冲击压缩实验,研究了应变率、冲击次数、纤维种类及掺量对该材料抗多次冲击性能的影响规律,同时采用X-ray CT扫描测试技术,揭示了UHPCC的动态损伤变化规律及其抗多次冲击机理.结果表明,在钢纤维掺量不超过3%时,UHPCC抗冲击的能力随纤维掺量的增加而不断提高;动态压缩强度随应变率的提高而相应地增长;端勾型比平直钢纤维增强的UHPCC显示出更为优异的抗多次冲击压缩的性能,其破坏裂纹主要出现在试件的孔洞等薄弱区,破坏程度随冲击次数的增加而加剧,裂缝逐渐从边缘向中部扩展,最后导致试件贯通开裂.     

玄武岩织物增强碱激发砂浆高温后抗弯力学性能

对高温处理后的玄武岩织物增强碱激发矿渣粉煤灰砂浆试件进行了三点弯曲试验,并探讨了环氧涂层、基体类型、织物层数对玄武岩织物增强试件耐高温性能的影响.试验结果表明:随着温度升高,由于基体和玄武岩纤维的劣化,玄武岩织物增强碱激发矿渣粉煤灰砂浆试件抗弯承载力近乎呈线性下降,并且破坏模式由多重开裂转变为单一裂缝破坏;经800℃高温处理1 h后,试件的残留抗弯强度仅为1.67 MPa.改性环氧树脂浸渍在600℃以下对抗弯强度有增强作用,超过600℃时,随着环氧树脂的挥发和界面黏结性能下降,环氧浸渍试件的抗弯强度会大幅下降.相比玄武岩织物增强硅酸盐水泥砂浆试件,碱激发砂浆试件表现出更好的耐高温性能,在400℃及以上高温情况下,抗弯强度的降幅更小.织物层数在一定程度上能提高试件高温后的力学性能,但提高作用随温度升高逐渐减弱,当温度到600℃时,增加织物层数对涂覆处理后试件的抗弯承载力几乎没有影响.     

水泥基材料在硫酸盐结晶侵蚀下的劣化行为

采用水泥砂浆在硫酸钠溶液中半浸泡的试验方法,测试不同配比的砂浆外观形貌、抗压抗折强度等宏观性能,并通过分析砂浆孔结构、孔隙率、微观形貌以及腐蚀产物,探讨半浸泡条件下,硫酸盐结晶对砂浆造成侵蚀破坏的影响因素。研究结果表明:在半浸泡条件下,砂浆表面所生成的白色硫酸钠晶体含量与砂浆的水灰比和掺入的矿物掺合料有关;随着半浸泡时间增加,水泥砂浆表面逐渐被剥蚀,抗压抗折强度先增大后逐渐降低;砂浆中孔径在30nm以上的孔是导致砂浆受到侵蚀的主要孔隙;大量结晶物聚集在砂浆孔隙中并结晶膨胀造成了砂浆的物理结晶侵蚀;掺入适量的活性矿物掺合料能有效降低砂浆中孔径在30nm以上毛细孔的数量,提高砂浆抗硫酸盐结晶侵蚀能力。     

混凝土基体材料断裂特性试验研究

以水泥净浆和水泥砂浆两种最为基础的混凝土基体材料为研究对象研究了它们的断裂特性.采用三点弯曲梁试件按强度和尺寸系列分别设计了3组断裂试件,获得了P-CMOD全曲线,并测得了起裂荷载.试验结果表明,即使在基体中加入粒径很小的骨料也会大大改善基体的断裂性能.水泥净浆并不是理想的脆性材料,它在断裂过程中也呈现出一定程度的非线性断裂行为,即在失稳破坏前存在着稳定的裂缝扩展过程,且这个过程随着抗压强度的提高而变短.试件尺寸越大起裂越早,裂缝稳定扩展阶段也越长.由此,根据水工混凝土断裂试验规程计算了水泥净浆和砂浆双K断裂参数,并对结果进行了分析讨论.