石灰石粉对混凝土耐久性能的影响

为促进石灰石粉在混凝土中的应用,研究石灰石粉的粒径、 掺量和其它辅助性胶凝材料对混凝土耐久性能的影响. 研究结果表明,石灰石粉的掺入,生成碳铝酸钙,并稳定钙矾石. 粉煤灰和矿粉中的铝相促进石灰石粉的反应,进一步增大了碳铝酸钙和钙矾石的含量. 当石灰石粉的平均粒径为19.92μm时,混凝土的氯离子扩散系数和碳化深度最小. 当石灰石粉的掺量为10%~15%时,混凝土的氯离子扩散系数和碳化深度最小. 复掺石灰石粉和粉煤灰/矿粉进一步降低了混凝土的氯离子扩散系数和碳化深度. 当水胶比为0.4时,用石灰石粉制备混凝土具有优异的抗钢筋锈蚀和抗冻性.     

超高性能混凝土掺合料应用综述

超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)具有高强、高韧和耐腐蚀等特性,前景广阔。高水泥含量是导致UHPC经济效益低、环境污染重和能源消耗高的重要因素之一,限制了其广泛应用。相较于水泥,硅灰、粉煤灰、粒化高炉矿渣、石灰石粉和偏高岭土及稻壳灰等掺合料的CO₂排放与能耗更低,作为工业或农业废弃物来部分替代水泥,配置低水泥用量UHPC意义重大。在UHPC特有的超低水灰比条件下,各掺合料的理化性质差异明显,水化过程中可同时产生一种或多种效应,包括增塑效应、微集料效应、火山灰效应、形态效应和温峰削减效应,综合对比各掺合料水化结果,硅灰和粉煤灰对UHPC产生的影响最为突出。合理的单掺对减小基体孔隙率、优化孔结构,提高UHPC工作性能、力学性能和耐久性能效果显著,多掺形成的多元复合胶凝体系可相互促进原材料之间的水化耦合,弥补高含量单掺替代水泥引起的稀释或增稠等缺陷,制备出更高品质的UHPC。可见,深入揭示掺合料在UHPC中的应用对于完善现有的堆积理论模型,高效利用原材料和废物再利用至关重要。     

钢渣粉的胶凝性及其对水泥力学性能的影响

钢渣粉作为辅助胶凝材料用于水泥混凝土领域中的潜力很大,研究了钢渣粉自身的胶凝性及其粒径大小、掺入量对钢渣-水泥复合胶凝材料力学性能的影响。结果表明:钢渣粉的浆体强度和水化程度随其粒径减小而显著提高(28 d抗压强度4.0提高到21.5 MPa,Ca(OH)2含量从3.49%提高到5.48%,非蒸发水含量从4.8%提高到10.71%)。含30wt%钢渣粉的复合水泥3 d净浆和胶砂强度均表现出随微粉粒径的减小先增大,后降低(SC-40为拐点),而7 d、28 d强度随微粉粒径的减小而不断增大。钢渣粉的掺量对水泥浆体强度和水化程度的影响显著,水泥各龄期强度和水化程度均随钢渣粉掺量的增加而逐渐降低,且各龄期强度与钢渣粉含量均符合多项式函数关系。     

不同级配花岗岩石粉对混凝土性能的影响

以两种不同级配的花岗岩石粉作为掺合料(0~0.075 mm和0.075~0.150 mm),分别采用10%,20%,30%的掺量等质量替代水泥,研究花岗岩石粉的级配和掺量对C40混凝土工作性能和抗压强度的影响,基于试验数据确定采用花岗岩石粉替代水泥的最优配合比.结果表明:花岗岩石粉在混凝土中起到填充作用,石粉越细,填充效果越明显.随着混凝土中花岗岩石粉掺入量的增大,混凝土的流动性逐渐降低,抗压强度相对于基准组缓慢上升;当混凝土中掺入的花岗岩石粉级配为0.075~0.150 mm,替代水泥率为20%时,配制出的C40混凝土具有良好的工作性能和强度.     

石灰石粉对水泥浆体水化特性及流变性能的影响

利用微量热仪和旋转黏度计,从掺量和细度两方面研究了石灰石粉对水泥浆体水化特性和流变性能的影响.从水化放热速率和放热量角度分析了石灰石粉对水化特性的影响,从紧密堆积理论和固体颗粒体积分数两个角度分析石灰石粉对流变性能的影响.结果表明:石灰石粉可以促进体系的水化进程,且石灰石粉细度越大,促进作用越明显.石灰石粉掺量增大导致水泥含量减少,所以体系第二放热峰峰值和总放热量随石灰石粉掺量的增大而减小.随着石灰石粉掺量或细度的增加,复合体系中固体颗粒的体积分数逐渐增大,粒径分布模数减小,且体系的粒度分布曲线逐渐接近于最密堆积的理想分布曲线.复合体系的屈服应力和塑性黏度随石灰石粉掺量的增大而减小,随石灰石粉细度的增大而增大.     

基于紧密堆积理论的风积沙-再生复合微粉UHPC配合比设计及验证

利用再生复合微粉和风积沙，分别部分取代水泥和天然河砂制备超高性能混凝土.基于紧密堆积理论，采用修正的安德森模型对UHPC胶凝材料和细骨料的颗粒配比进行计算，得到紧密堆积状态下UHPC颗粒的计算配比.通过正交试验分析再生复合微粉、风积沙、钢纤维、水胶比和胶砂比5种因素分别对UHPC的流动度、抗压强度和抗折强度的影响，结合试验结果确定5种因素的最优组合：再生复合微粉掺量为10%～15%(质量分数),风积沙掺量为30%(质量分数),钢纤维掺量为2.5%(体积分数),水胶比为0.16,胶砂比为0.8～1.1.试验最优组合与计算配比结果吻合程度较好，验证了修正的安德森模型用于此环保型超高性能混凝土配合比设计的适用性和准确性.     

不同养护制度下掺铁尾矿粉超高性能混凝土力学性能

采用铁尾矿粉取代石英粉配制超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC),研究不同养护制度下掺铁尾矿粉UHPC力学性能.结果表明:随铁尾矿粉取代率增加, UHPC流动度略有下降,力学性能基本不变;与标准养护相比,恒温水养和蒸压养护下掺铁尾矿粉UHPC抗压、抗折强度及折压比显著提升.结合微观试验结果发现,铁尾矿粉取代石英粉对水泥石显微硬度及孔结构无不利影响.恒温水养和蒸压养护下掺铁尾矿粉UHPC的水泥水化更充分,水化产物Ca/Si比值下降,水泥石显微硬度增大、孔结构改善;蒸压养护还可能显著激发硅灰、石英粉和铁尾矿粉的火山灰活性,参与二次水化,生成结构更致密的C-S-H(结构类Tobermorite晶体).采用铁尾矿粉取代石英粉制备力学性能达标的UHPC是可行的,此举将同时产生良好的环保和经济效益.     

泥石粉对人工砂混凝土工作性及力学性能的影响

利用亚甲蓝试验和比表面积试验测试泥石粉中泥粉的含量及特性.采用最少浆体理论设计人工砂混凝土配合比,测试泥石粉掺量变化对人工砂混凝土工作性及力学性能的影响.研究表明:含有一定量非膨胀性泥粉的泥石粉可以作为人工砂混凝土的掺合料;适量的泥石粉有利于改善人工砂混凝土的工作性;随着泥石粉掺量增大,人工砂混凝土的抗压强度、轴压强度、劈拉强度及弹性模量均逐渐增大,掺入过多的泥石粉会使人工砂混凝土力学性能有所下降.在人工砂混凝土中掺入泥石粉可以减少水泥用量,降低人工砂混凝土成本,并有利于保护环境.     

氯化钠对粉煤灰水泥性能与水化程度的影响

探讨氯化钠对粉煤灰水泥不同阶段性能与水化程度的影响. 结果表明： 掺入适量的氯化钠可以不同程度地提高粉煤灰水泥不同龄期的水化程度与抗压强度而缩短其凝结时间; 当氯化钠掺量一定时, 随着粉磨时间的延长, 粉煤灰水泥不同龄期的水化程度与抗压强度均有不同程度的提高但增幅下降. 随着氯化钠掺量的增加, 粉煤灰水泥不同龄期的水化程度与抗压强度均先增加后下降, 但其凝结时间却先缩短后增加; 当氯化钠掺量为2%, 粉磨时间为15min时各龄期的水化程度与抗压强度均达到最大值, 而粉煤灰水泥的凝结时间最短. 粉煤灰水泥水化3d的水化程度与抗压强度的增幅最大, 而水化28d的相应增幅最小.     

氯化钠对粉煤灰水泥性能与水化程度的影响

探讨氯化钠对粉煤灰水泥不同阶段性能与水化程度的影响.结果表明:掺入适量的氯化钠可以不同程度地提高粉煤灰水泥不同龄期的水化程度与抗压强度而缩短其凝结时间;当氯化钠掺量一定时,随着粉磨时间的延长,粉煤灰水泥不同龄期的水化程度与抗压强度均有不同程度的提高但增幅下降.随着氯化钠掺量的增加,粉煤灰水泥不同龄期的水化程度与抗压强度均先增加后下降,但其凝结时间却先缩短后增加;当氯化钠掺量为2%,粉磨时间为15min时各龄期的水化程度与抗压强度均达到最大值,而粉煤灰水泥的凝结时间最短.粉煤灰水泥水化3d的水化程度与抗压强度的增幅最大,而水化28d的相应增幅最小.     

超高性能混凝土轴心受拉力学性能试验研究

为了研究钢纤维掺量对超高性能混凝土(UHPC)轴心受拉力学性能的影响,设计、制作了纤维掺量为0%~5%的6组8字型单轴受拉试件,标准养护28d后进行单轴拉伸试验,得到了不同纤维掺量UHPC单轴受拉应力-应变全曲线;分析了钢纤维掺量对UHPC抗拉强度、峰值应变以及受拉韧性的影响.试验结果表明:在不影响UHPC工作性能的前提下,纤维掺量可达到5%,其抗拉强度为8.50MPa,对应的应变为1 619με;随着钢纤维掺量的增加,UHPC的抗拉强度、峰值应变、抗压强度以及受拉韧性均逐渐提高.最后依据试验数据建立了UHPC单轴受拉本构方程.试验结果可为UHPC材料的工程应用提供参考.     

低水泥用量超高性能混凝土力学性能及微结构试验

为降低超高性能混凝土中的水泥用量,研制绿色低碳的超高性能混凝土,采用石灰、硅灰、稻壳灰和高岭土以不同比例组合作为替代水泥材料,研究了其和易性、力学性能和微观结构.结果表明,替代水泥比例高达50%的超高性能混凝土试件,其力学性能与未替换水泥试件相当;同样化学组成的稻壳灰,其细度对超高性能混凝土试件的力学性能影响较大.通过试验结果计算出各种替代材料混掺的等效系数(k-value),给出了力学性能最优的低水泥用量超高性能混凝土的配合比例.     

纳米SiO2和CaCO3对超高性能混凝土性能的影响

制备超高性能混凝土(简称UHPC)时掺入纳米材料能够明显提高其强度,通过试验对比分析了标准养护和热水养护条件下纳米SiO₂和纳米CaCO₃对UHPC性能的影响,结果表明：同种养护方式,不同掺量下,两种纳米材料均会不同程度上降低UHPC的流动度,但纳米CaCO₃对UHPC流动度的降低程度较小。相同掺量下,热水养护的效果优于标准养护。热水养护时,纳米SiO₂在掺量为2%时,对UHPC的抗压强度和抗折强度提升效果最好,抗压强度最高可达143.8 MPa,提升了13%;纳米CaCO₃在掺量为3%时,对UHPC的抗压强度和抗折强度提升效果最优,抗压强度最高可达到138.3 MPa,提高了9%。     

磁化水玄武岩纤维钢渣粉混凝土早期强度分析

为提高玄武岩纤维钢渣粉混凝土早龄期抗压强度,用磁化水代替普通水拌制混凝土。采用10种不同水流量流经磁化器后的水分别搅拌混凝土,进行混凝土早龄期抗压强度试验后选出合适水流量。合适水流量流经磁化器后的水分别搅拌10%、12%、14%、16%和18%不同钢渣粉掺量下玄武岩纤维钢渣粉混凝土,再进行早龄期抗压强度试验,得出合适的钢渣粉掺量。试验结果表明:玄武岩纤维掺量3 kg/m~3和钢渣粉掺量15%时,合适水流量为16 L/min。磁化水加快了混凝土水化速率,生成更多水化产物,有效填充了结构中孔隙,混凝土强度得到提高。7 d抗压强度达到最大值26.4 MPa,较未用磁化水搅拌的混凝土早期强度增长15.3%。钢渣粉合适掺量范围为12%~15%。     

相变储能骨料和硅粉掺量对混凝土抗压强度影响的试验与分析

以膨胀珍珠岩作为基体材料吸附硬脂酸丁酯制备相变储能骨料。对掺加不同掺量的相变储能骨料和硅粉的混凝土进行了抗压性能试验研究。试验结果表明,相变储能骨料的掺加会导致混凝土的抗压强度降低,当掺量为10%时,抗压强度的降低幅度在10%的范围内。硅粉的掺加能够提高混凝土的抗压强度,掺量在5%~10%时,抗压强度至少提高22%。相变储能骨料和硅粉复合掺加时,相变储能骨料掺量为20%,硅粉掺量为5%时效果最好,抗压强度与素混凝土的基本相同。     

多种因素对大掺量粉煤灰混凝土早期力学性能及凝结时间的影响

大掺量粉煤灰混凝土由于其中的大部分水泥被粉煤灰取代,使得其早期性能偏低。为此进行了对高效减水剂、石灰石粉以及养护温度等因素对其早期力学性能及凝结时间的影响的研究。研究结果表明,大掺量粉煤灰混凝土凝结时间随粉煤灰掺量的增加而延长,掺量超过50%时,其早期抗压强度下降十分明显;减水剂掺量为1. 2%时,大掺量粉煤灰混凝土早期性能最好;石灰石粉的掺入使得大掺量粉煤灰混凝土在前期的强度降低,但其终凝时间缩短;适当提高养护温度使得大掺量粉煤灰混凝土早期性能得到明显提高,但60℃养护时对后期强度发展不利。     

含粗骨料超高性能混凝土力学性能研究

针对超高性能混凝土(UHPC)胶凝材料用量大,前期成本高等问题,通过在UHPC体系中掺入粗骨料,用河砂代替石英砂,成功制备了具有优异力学性能的含粗骨料UHPC,并通过试验研究了粗骨料掺量以及钢纤维几何参数对含粗骨料UHPC力学性能的影响.结果表明:随着粗骨料掺量的增加(0~800kg/m3),UHPC抗压强度先增加后下降,静力受压弹性模量几乎呈线性增加;粗骨料掺量为0~400kg/m3时,UHPC抗弯拉强度和初裂强度变化较小,粗骨料掺量为400~800kg/m3时,UHPC抗弯拉强度和初裂强度明显下降;随着粗骨料掺量的增加(0~800kg/m3),UHPC弯拉荷载-挠度曲线变化明显,弯曲韧性明显下降,但均存在应变硬化过程;随着钢纤维长度增加,UHPC的抗压强度、抗弯拉强度以及弯曲韧性均增加,但是静力受压弹性模量和初裂强度变化较小.     

多因素对聚合物水泥基功能梯度混凝土抗压强度的影响

针对功能梯度混凝土在地下工程中的应用问题,研究了多因素(水胶比、粉煤灰掺量、硅粉掺量、聚丙烯酸酯乳液)作用对聚合物水泥基混凝土抗压强度的影响,确定了各因素对聚合物水泥基混凝土抗压强度变化的影响程度,并加以定量化表征,提出了多因素共同作用影响聚合物水泥基混凝土抗压强度变化的偏最小二乘二次多项式回归分析模型。结果表明:在试验拟定的影响因素中,聚合物水泥基混凝土抗压强度存在最大值,各因素对聚合物水泥基功能梯度混凝土抗压强度的影响程度以水胶比最大,其次是聚丙烯酸酯乳液、粉煤灰掺量,硅粉掺量最小。最佳因素水平组合为水胶比0. 22、粉煤灰掺量25%、硅粉掺量5%、聚丙烯酸酯乳液6%。     

矿渣—粉煤灰基高性能混凝土专用胶凝材料

通过优化配比组分、粒级设计和使用外加剂,制备出一种高掺量矿渣、粉煤灰且使用水泥熟料较少的矿渣--粉煤灰基高性能混凝土专用胶凝材料.研究了物料粉磨方式、石膏掺量、矿渣与粉煤灰的掺量及比例对复合高性能胶凝材料体系强度的影响,并通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)微观分析手段观察其微观结构和水化产物,阐明了复合胶凝材料活性与级配协同优化效应.复合胶凝材料胶砂水胶比为0.36时具有较好的流动度,胶砂试块养护28d抗压强度可以达到58.9MPa,抗折强度达到14.2MPa,并具有良好的抗硫酸盐侵蚀性能,配制的混凝土具有良好的抗碳化性能.     

三乙醇胺与硫酸钠复合对粉煤灰-水泥体系性能与结构的影响

探讨三乙醇胺与硫酸钠复合对粉煤灰-水泥体系的抗压强度、凝结时间等性能与结构的影响.结果表明:将适量的硫酸钠与三乙醇胺复合掺入可以不同程度地提高粉煤灰-水泥早期与后期的抗压强度、缩短凝结时间,其水化产物中C-S-H凝胶与钙矾石晶体含量较多;粉煤灰-水泥早期与后期的抗压强度随着粉磨时间的增加均有所增加但增幅下降,其凝结时间随着粉磨时间的增加有所缩短;复合掺入后早期与后期的抗压强度均高于单掺,而其凝结时间短于单掺;当复合掺入量为三乙醇胺0.03%、硫酸钠2%、粉磨时间为15min时,粉煤灰-水泥早期与后期的抗压强度均为最高.