再生微粉和矿物掺合料对水泥浆体微观结构的影响研究

为推动建筑垃圾资源化利用的发展,本文利用核磁共振和压汞两种试验方法研究再生微粉和矿物掺合料以不同比例掺配后对水泥净浆、水泥砂浆微观结构的影响规律。结果表明：水泥净浆单掺再生微粉时,随着掺量的增加,净浆的孔隙度增加,内部无害孔和少害孔数量变少,有害孔和多害孔数量变多,净浆内部结构致密性较差;砂浆单掺再生微粉时,随着掺量的增加,砂浆的平均半径和总孔隙率增大,相比于S0,S3的总孔隙率增加44.2%,平均半径提高50.3%;相对于单掺砂浆,复掺粉煤灰和硅灰后总孔隙率和平均半径呈降低趋势,相比于S0,FS1的总孔隙率降低18.1%,平均半径降低7.8%。复掺再生微粉与矿物掺合料能有效改善水泥浆体孔结构,从而减少水泥用量。     

GLP对混凝土微观结构及抗碳化性能影响机理

本文研究磨细石灰石粉(Ground Limestone Powder,GLP)等量替代水泥对混凝土微观结构及抗碳化性能的影响机理。通过pH值试验测试了不同GLP用量的混凝土浆体内部孔隙溶液碱储备量,采用压汞试验(MIP)分析了GLP混凝土内浆体水化产物孔结构分布特征,并对GLP混凝土进行碳化试验。结果表明:GLP等量替代水泥,会影响混凝土浆体内部孔隙溶液的pH值,GLP用量越多,孔隙溶液pH值越低,单位体积混凝土碱储备量的减小削弱了混凝土的抗碳化能力。GLP等量替代水泥改变了混凝土浆体内部孔级配分布特征,50~200nm级有害孔孔隙率及其分孔隙百分率显著增大,浆体的总孔隙率明显增大,进一步弱化了混凝土的抗碳化能力。可通过增大GLP比表面积或降低混凝土水胶比提高混凝土抗碳化能力。     

灌浆技术在水泥混凝土路面板施工中的应用

水泥混凝土路面在我国已有多年的使用历史,近年来,我国现有的水泥混凝土路面有相当一部分已接近或超过设计年限,随着交通量的增加,尤其是汽车轴载日益重型化,在连续荷载作用下,出现路面损坏,使用品质下降等情况,水泥混凝土路面最严重的病害路面板的断板直至破碎,而这种情况往往是由于板下脱空所引起的。如果能解决板底脱空问题,那么水泥混凝土路面的使用年限将大大延长,板下灌浆技术是很有效的解决办法,它是通过对水泥混凝土路面板下灌注水泥浆液、水泥粉煤灰浆液、水泥砂浆,充实板底脱空空隙,达到稳定水泥混凝土板块的目的,改善路面通车状况的方法。     

复掺青稞秸秆灰-矿粉混凝土的性能与影响机理研究

为了探究青稞秸秆灰(HBSA)和矿粉(SP)复掺对普通C40混凝土性能的影响,首先,对不同HBSA和SP掺量的混凝土进行物理和力学性能试验,确定HBSA和SP的最佳掺量。其次,采用低场核磁共振技术(NMR)和气体吸附技术对混凝土的孔隙结构进行分析。最后,采用微观测试技术对混凝土的水化产物及微观结构进行表征,进而揭示HBSA和SP对混凝土性能产生影响的作用机理。研究结果表明：HBSA和SP的掺入可以有效改善混凝土的物理和力学性能。复掺10%(质量分数,下同)的HBSA和20%的SP的混凝土表观干密度最大,吸水率和开口孔隙率最小,抗压强度和劈裂抗拉强度最大,混凝土的物理力学性能最优。建议将HBSA和SP的复掺量控制在30%左右,且不宜超过40%。复掺10%HBSA和20%SP的混凝土有害孔、多害孔的孔隙率减小了0.47%,无害孔、少害孔的孔隙率增加了0.27%,总的孔隙率减小了0.2%;微小孔隙数量增加,最可几孔径减小,孔隙结构得到优化。复掺10%HBSA和20%SP的混凝土水化产物中钙矾石(AFt)和氢氧化钙的质量更小,水化硅酸钙(C-S-H)和水化硅铝酸钙(C-A-S-H)质量更大,有...     

水泥混凝土路面断板的原因及其防治方法

当前,水泥混凝土路面面板断板已经成为公路工程的常见病害之一,必须引起足够的重视,认真分析原因,积极采取措施加以防治.文章分析了影响水泥混凝土路面面板断板的原因,提出水泥混凝土路面断板的预防措施.     

人工砂制干混砂浆性能研究

研究增稠保水剂、膨胀剂和石粉含量对人工砂制干混砂浆性能的影响规律,并探讨其作用机理.采用扫描电子显微镜(SEM)分析了干混砂浆硬化浆体的微观结构和形貌及其生成物的特征等;此外,还采用全自动孔隙率分析仪(MIP)研究干混砂浆硬化浆体的总孔隙率、孔结构和分布等特性.结果表明采用人工砂制备的干混砂浆可满足工程所需的性能要求,石粉含量、增稠保水剂和膨胀剂用量对干混砂浆性能影响显著.增加石粉含量和膨胀剂用量可提高干混砂浆的强度和抗渗性能,减小其凝结时间;随着增稠保水剂用量的增加,干混砂浆的抗渗性先增加后减小,而其凝结时间则相反.人工砂中较适宜的石粉含量为12%,而制备干混砂浆所需增稠保水剂与膨胀剂的最佳量分别为3%和12%.     

不同设计参数道路混凝土耐磨性与微观结构

为研究道路混凝土微观结构与其耐磨性之间的相关性,基于道路混凝土路表砂浆层对其耐磨性的影响,提出以砂浆体积分数作为道路混凝土耐磨性设计参数,对不同砂浆体积分数和水灰比条件下的道路混凝土进行抗压强度和耐磨性试验,借助数字图像处理技术、压汞试验和扫描电镜研究了不同设计参数条件下的道路混凝土气孔结构、孔结构及微观形貌的变化规律,并对其微观结构与耐磨性之间的相关性进行了分析。研究结果表明:道路混凝土的抗压强度及耐磨性会随着砂浆体积分数增大而提高,而减小水灰比也可提高混凝土的抗压强度和耐磨性,且砂浆体积分数对耐磨性的影响更为显著;砂浆体积分数从0.52增大至0.58时,道路混凝土抗压强度提高23%,耐磨性增强50%;水灰比从0.46减小至0.40时,道路混凝土抗压强度提高21%,耐磨性增强41%;随着砂浆体积分数增大和水灰比减小,混凝土内部孔结构和气孔结构特征参数均逐渐减小,小于100 nm的孔占比增大,道路混凝土微观结构得到改善,混凝土内部结构趋于密实,有利于增强道路混凝土耐磨性;道路混凝土磨耗量与其气孔结构和孔结构相关性具有一定差异,其中磨耗量与平均气孔孔径相关性最强,与气孔间距系数相关性次之,与总气孔率相关性较弱;而磨耗量与50～100 nm的孔占比相关性最强,与各孔结构特征参数相关性次之,与大于200 nm的孔占比相关性较弱。     

水泥混凝土路面早龄期湿度场性状试验研究

为了解水泥混凝土路面板早龄期湿度场性状特征,采用瑞士SHT15型数字化温湿度传感器,针对不同施工季节、不同基层与面板接触边界,进行水泥混凝土板早龄期湿度场的室外路面板监测试验研究.监测发现:水泥混凝土路面板湿度场在铺筑完之后依次经历饱和阶段、湿度下降阶段和波动阶段,各阶段的发生时刻和幅值取决周围气象条件和边界条件;通常工况下板底湿度高于板顶湿度,沿板厚方向形成湿度梯度,夏季施工路面早龄期板顶板底最大湿度差可达8%.此外,分析发现水泥混凝土路面相比其它混凝土结构,由于属于薄板结构,湿度场的影响和控制应额外注意混凝土路面基层边界条件与施工季节等因素.     

聚合物掺量对聚合物快硬水泥砂浆抗冻性的影响

为研究聚合物掺量对聚合物快硬水泥砂浆抗冻性的影响,对比不同聚合物掺量下快硬水泥砂浆的抗冻性;并通过压汞法测试不同聚合物掺量下砂浆的孔结构,进而研究聚合物掺量对水泥砂浆孔结构、孔隙率及孔径分布产生的影响;探明孔结构与其抗冻性的内在联系;借助红外光谱对其改性机理进行深入研究.研究结果表明:聚合物快硬水泥砂浆的抗冻性随聚合物掺量的增加而提高,当聚合物质量分数为4%时,其综合性能最佳;随聚合物掺量的增加,聚合物快硬水泥砂浆孔结构得以改善,虽总孔隙率有所增加,但其中值孔径、体密度、平均孔径均减小.此外,红外光谱表明聚合物与快硬水泥水化产物发生了反应,这也是导致聚合物快硬水泥砂浆性能改善的重要原因.     

防腐剂和养护制度对混凝土孔结构特征及水分损失的影响

为了改善混凝土的防腐蚀性能,采用压汞、扫描电子显微镜、水吸附孔隙率测试以及干燥过程水分质量损失测试等方法,研究了防腐剂和3种养护制度对混凝土孔结构特征、界面过渡区微观形貌以及干燥过程水分损失的影响.研究结果表明,防腐剂的掺入可以降低混凝土孔隙率和平均孔径,使得影响混凝土传输性能的大毛细孔(孔径大于等于100 nm)的体积占有率明显减小,有效改善了孔结构,密实了界面过渡区,同时减少了干燥过程的水分损失.半浸泡养护的混凝土孔结构发展不完善,界面过渡区较为疏松,存在微细裂纹,混凝土较易失去内部水分.防腐剂使得侵蚀性介质不易进入混凝土内部,防腐性能显著提高,而半浸泡养护易造成腐蚀.     

含脱空水泥混凝土路面交通荷载下的疲劳损伤机理

为获得含脱空水泥混凝土路面交通荷载下的疲劳损伤机理,开发了疲劳损伤本构关系的ABAQUS用户子程序UMAT,分析了全耦合方法下基准路面结构模型疲劳损伤场的分布与发展规律,并研究了交通荷载与面板弹性模量、面板厚度、脱空尺寸等路面结构参数对水泥混凝土路面结构裂纹形成疲劳寿命的影响.研究结果表明,随荷载作用次数的增加,路面结构的疲劳损伤不断增加,但其增幅逐渐减小,路面结构的荷载应力也逐渐减小.随着交通荷载的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈线性减小趋势;随着面板厚度的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈线性增加趋势;随着脱空尺寸的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈幂函数曲线相关关系.     

水泥基复合材料氯离子扩散系数与孔隙率之间的关系

为了研究水泥基复合材料中孔隙率对氯离子扩散系数的影响,成型了不同水灰比,含骨料体积分数、粒径与级配不同的砂浆试样;采用稳态电加速法测试氯离子扩散系数、压汞技术测试孔结构参数、微焦点计算机断层扫描技术(X-CT)可视化孔结构分布,系统地研究了水泥基复合材料氯离子扩散系数与其骨料体积分数、总孔隙率、毛细孔隙率、连通孔径之间的关系。结果表明：骨料与基体之间的界面过渡区(界面区)显著地改变了水泥石中孔结构分布,水灰比越小,多孔的界面区对材料孔隙率的影响越显著;水泥基复合材料的氯离子扩散系数与其总孔隙、毛细孔隙率之间有很好的相关性,与其连通孔径几乎成线性关系,连通孔径越大,氯离子的扩散系数越大。     

CWBP与CWCPM对水泥基材料微观结构与性能的影响

为开辟建筑垃圾废砖再生利用新途径,将建筑垃圾废砖磨细成粉,即建筑垃圾砖粉(CWBP),与其他工业废渣复合形成建筑垃圾复合粉体材料(CWCPM).借助XRD,DSC-TG,SEM及MIP微观测试手段,研究了CWBP与CWCPM对水泥基材料水化产物数量、微观形貌及其孔结构的影响.研究结果表明:CWBP颗粒级配及形貌较差,活性较低;CWCPM可充分发挥各组成材料间的叠加效应,粒径较小的颗粒可填充于水泥颗粒间,有利于胶凝体系形成紧密堆积结构;CWCPM的二次水化反应降低了取向性较强、稳定性较差的Ca(OH)2含量,改善了水泥基材料内部微观形貌,细化了混凝土孔结构,可有效改善混凝土孔径分布.     

聚合物水泥混凝土的路用性能

聚合物水泥混凝土复合式路面是一种新型的路面结构形式。通过室内试验,研究了聚合物水泥混凝土(PCC)的力学性能、收缩性能以及抗渗、耐磨等性能,并与普通水泥混凝土进行性价比对比,评价了复合式路面的经济性。研究结果表明,随着聚合物掺量的增加,PCC在抗折强度提高的同时刚度降低,断裂性能上升,耐疲劳与抗冲击等动力学性能均有明显改善,抗渗、耐磨、抗腐蚀等性能也有大幅度提高。理论计算表明,PCC复合式路面的寿命明显高于普通水泥路面。     

升温速率对砂浆渗透性及微观结构的影响

为了研究升温速率对砂浆渗透性以及微观结构的影响,现以3种升温速率（5℃/min、10℃/min、15℃/min）加热砂浆至500℃。通过新的实验技术允许在围压下用气体同时测量砂浆的渗透率和孔隙率,并采用核磁共振（NMR）和扫描电镜（SEM）技术,观察损伤后试样的T2谱图分布、孔径分布和裂缝演变情况。结果表明：在500℃下,随着升温速率的增大,砂浆气体渗透率与孔隙率逐渐增大。在加卸载围压的过程中,与孔隙率相比砂浆的气体渗透率对围压更敏感。不同升温速率作用后的砂浆T2谱图均出现2个波峰,主波峰的分布占据了3个数量级。随着升温速率增大,砂浆的孔径分布向右移动,孔径增大。高温作用后,砂浆致密结构变得多孔疏松,升温速率越快,其内部裂缝宽度越大。     

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.     

声振法检测室外水泥混凝土路面脱空试验

目的为了及时处理水泥混凝土路面板脱空,准确和快速地判断脱空位置.方法笔者借助拾振器和计算机采集系统,通过对大连市区内的水泥混凝土路面进行现场试验,记录并分析水泥混凝土路面脱空与非脱空区域的加速度特性、振动时间和频谱特征,探索水泥混凝土路面脱空与非脱空区域的机械波的振动规律.结果脱空区域路面板最大振幅对应的卓越频率在100～130 Hz,非脱空区域路面板最大振幅对应的卓越频率在200～260 Hz.结论水泥混凝土路面板的脱空性与其振动信号参数有密切的相关性.脱空水泥混凝土路面板比非脱空水泥混凝土路面板的加速度大,振动时间长,主频高.     

湿热地区水性环氧树脂对桥面板混凝土疲劳性能的改善

为解决湿热地区桥面板混凝土抗弯拉强度和抗疲劳性能不足的问题,对浆体进行水化热测试,分析水性环氧树脂掺量对水泥水化过程的影响规律;在室内模拟湿热地区桥面板混凝土工作环境,设计抗弯拉强度试验和疲劳试验,研究水性环氧树脂掺量对桥面板混凝土抗弯拉强度和疲劳性能的影响,并对其疲劳寿命采用S-N曲线进行拟合,研究应力水平S与疲劳寿命N间的关系;采用扫描电镜(SEM)观测浆体内部结构变化及混凝土界面过渡区微观形貌,从微观角度对水性环氧树脂改性桥面板混凝土疲劳性能进行剖析。试验结果表明:水性环氧树脂能够降低浆体水化放热速率和放热总量,起到延缓水泥水化的作用,有利于避免因水化热过高导致混凝土早期开裂;水性环氧树脂明显提高了桥面板混凝土抗弯拉强度且延长了疲劳寿命,当水性环氧树脂掺量(质量分数,下同)为3%时,改善效果最明显,7 d抗弯拉强度较普通混凝土提高20.4%,同时在0.75应力水平下,疲劳寿命也提高了1.7倍,S-N曲线可较好预估水性环氧树脂改善桥面板混凝土在不同应力水平下的疲劳寿命分布;水性环氧树脂改性桥面板混凝土内部分布着无规则形状的聚合物膜,与水泥石形成致密网状复合结构,增加了桥面板混凝土的黏聚性与保水性、细化了混凝土孔结构并可使混凝土界面过渡区更加紧实致密,有利于改善桥面板混凝土疲劳性能。     

压浆处治对旧水泥混凝土路面板力学响应影响的数值模拟

为进行压浆处治后水泥混凝土面板力学响应分析,使用三维有限元软件建立板底压浆处治模型,根据数据绘制应力和挠度与其相关影响因素的变化关系图,系统分析了压浆尺寸、压浆厚度和压浆模量三个压浆参数,以及面层厚度、基层厚度、基层模量和荷载大小四个结构参数对压浆处治路面板力学行为的影响。结果表明:当压浆厚度和压浆尺寸较小时,对水泥混凝土面板力学行为影响较大且占主导地位的是压浆尺寸;当荷载从100 kN增加到180 kN时,水泥混凝土路面板的应力增幅在80%以上,说明荷载大小的变化对水泥混凝土路面板影响显著;在压浆处治过程中,当压浆模量大于基层模量时,其处治效果较好,但当压浆模量逐渐达到1 000 MPa,压浆处治效果作用缓慢,材料性能得不到充分利用。     

盐碱溶液对混凝土抗冻性能的影响

基于盐碱寒冷地区的工程环境与混凝土的配制特点，模拟配制了SA溶液，采用正交方案试验研究了SA溶液及水灰比、含气量和粉煤灰掺量3个参数对混凝土抗冻性能的影响．结果表明，由于产生渗透压和结晶压，盐碱溶液对混凝土的抗冻性能有严重的影响．水灰比为0．40的混凝土，置于SA溶液中的最大冻融次数比相应的置于水中的最大冻融次数平均减少22．5％；含气量对混凝土抗冻性能的影响最大，水灰比次之，粉煤灰掺量最小；随着含气量增加，最大冻融次数增大，当含气量从3．0％增大至6．0％时，最大冻融次数的增加幅度较小；随着水灰比和粉煤灰掺量的增大，最大冻融次数减小；孔结构是影响混凝土抗冻性能的最根本因素，优化孔结构是改善混凝土抗冻性能的核心技术措施．