120MPa超高强水泥基材料的研究

采用常规原材料，普通成型工艺，通过正交设计试验研究，配制出了抗压强度为120MPa的超高强水泥基材料，并给出了优选配比。超高强水泥基材料的杭压强度和抗折强度试验的极差方差分析结果表明：水胶比为影响超高强水泥基材料强度的最显著因素，超细掺合料硅灰的掺量和减水剂的掺量也有一定的影响。     

改性钢渣水泥基材料早强性能研究与应用

“实现碳达峰、碳中和”作为国家的重大战略决策,各行业都要为节能减排事业做出贡献,钢渣作为一种可再利用材料备受青睐。本文设计试验采用控制变量法和正交试验法,以改性钢渣粉末（以下称MSP）和普通硅酸盐水泥为主要原料,添加粉煤灰、硅灰、膨胀剂和减水剂等材料制备试样,并测量其1d力学性能。通过对试验结果进行对比分析,了解MSP掺入对水泥基材料早期和晚期强度发展的影响规律。试验结果表明,掺加MSP可以加快水泥基材料凝结速度,显著提高水泥基材料的早期强度。通过正交试验结果筛选出的最优早强水泥基材料,MSP最佳掺量为11%,粉煤灰最佳掺量为4%,减水剂最佳掺量为0.3%,最佳水灰比为0.20,1d抗折强度和抗压强度最大可以达到6.47 MPa和36.64 MPa。用于某钢结构支护体系中,可以满足早强性能要求和实际工程需要。     

纤维保水效应对失水成型水泥基材料强度的影响

通过室内自然失水成型和恒温干燥失水成型水泥基材料的强度试验,研究了聚丙烯纤维的保水效应对水泥基材料弯拉强度的影响。结果表明:与保湿成型养护相比,失水成型条件下普通水泥基材料的早期强度下降显著,而失水成型聚丙烯纤维水泥基材料的强度则降低较小;在相同失水环境下,聚丙烯纤维水泥基材料的早期强度相对普通组可提高30%~40%,纤维的保水效应及其对水泥基材料的增强作用显著。此外,纤维的保水、增强效果会随纤维体积掺量的不同而不同,就文中水泥净浆组的研究结果而言(纤维长为9mm),纤维体积掺量为0.4%时的增强效果最佳,然后依次是0.3%和0.1%,而纤维体积掺量为0.2%时的效果最差。     

水泥混凝土桥面水泥基防水黏结层材料性能评价

为了使水泥混凝土桥面水泥基防水黏结层兼具优异的防水性能和黏结性能,开发了一种新型水泥基防水黏结层材料,选用3种传统沥青基材料(SBS改性沥青、橡胶沥青、水性环氧树脂改性乳化沥青)与其进行性能对比.通过剪切试验确定了水泥混凝土桥面板的最佳处理方式以及水泥基防水黏结层材料的最佳凝结时间.利用斜剪和拉拔试验分别评价了不同温度、浸水和冻融循环等因素对水泥基和沥青基防水黏结层材料强度的影响规律.试验结果表明:水泥混凝土桥面板宜采用拉毛处理,水泥基防水黏结层材料的最佳凝结时间为0. 5 h;随着温度的升高,水泥基和沥青基防水黏结层材料的剪切和拉拔强度均呈线性下降,但水泥基防水黏结层材料的剪切和拉拔强度下降幅度明显低于3种沥青基材料,在70℃高温条件下,3种沥青基材料的剪切和拉拔强度接近0 MPa,而水泥基材料的剪切和拉拔强度仍能分别达1. 37、0. 36 MPa,说明水泥基防水黏结层材料的耐高温性能优异;浸水和冻融循环对水泥基防水黏结层材料的剪切和拉拔强度的影响远小于其对沥青基材料的影响,这主要得益于水泥基防水黏结材料在有水条件下持续的水化反应.     

超高性能水泥基材料的力学行为及机理分析

研究安防系统对超高性能水泥基复合材料工作性及超高力学性能的特殊要求,以大掺量超细工业废渣取代水泥,掺加超高硬度细集料,采用高温干热养护制度,成功制备出一种超高性能水泥基复合材料.对其工作性及不同养护温度和养护时间下的力学性能进行测试,结果表明,制备的材料具有较好的工作特性及超高力学性能,可满足安保产品要求,其抗压强度最高可达240 MPa.采用X射线衍射技术、差热-热重分析方法及扫描电镜对其微观结构形成进行分析,结果显示,超高硬度细集料与胶凝材料的强物理结合使其在复合材料中起增强相的作用,高温养护加速了水泥的水化及矿物惨合料的火山灰反应,降低了材料中Ca(OH)2的含量,增加了C-S-H凝胶的含量,提高了材料的密实度,改善了界面微观结构,提高了超高性能水泥基复合材料的宏观力学性能.     

水泥基材料超低温冻融循环试验研究

利用液氮作为环境介质进行超低温冻融循环试验,研究了超低温对水泥基材料抗冻性能的影响。观测冻融循环前后试件外观、质量和强度等宏观性能变化,采用扫描电子显微镜（SEM）分析水泥基材料冻融循环前后微观结构变化。试验结果表明：在超低温条件下,混凝土的抗冻性能明显强于砂浆,且随混凝土强度提高其抗冻性能呈增长趋势;SEM分析结果表明超低温冻融循环后泡水融化试件结构内存在明显缺陷;超低温冻融循环试验可以加速水泥基材料破坏进程,明显减少试验周期,能相对较快的评价出水泥基材料的抗冻性能。     

超临界碳化对水泥基材料性能和孔径结构的影响

为了考察超临界碳化技术在水泥基材料改性方面的应用,研究超临界碳化对水泥基材料微观和宏观性能的影响,基于此设计了超临界二氧化碳碳化试验研究水泥砂浆、水泥净浆和混凝土试件的碳化深度、强度、孔径分布以及二氧化碳吸收量的变化。试验分析表明,超临界碳化可以快速实现水泥基材料的碳化,大幅提高试件强度,改善材料的孔径分布,使材料的中细径孔大幅降低,提高材料的抗渗透能力,为改善重金属等危害废物的水泥基固化效果提供了依据。同时超临界碳化可以将大量二氧化碳转化在碳酸钙中沉淀吸收,具有重要的环境保护意义。     

纳米SiO2超高强高流态混凝土及改性机理

通过正交试验提出纳米超高强高流态混凝土的胶凝材料配合比设计参数,并研究了纳米SiO₂的掺入对传统掺硅灰、粉煤灰超高强水泥基胶凝材料强度及工作性能的影响。在保证水胶比不变的条件下,开展了混凝土配合比试验,并研究了纳米SiO₂对混凝土抗压强度的影响及其微观机理。结果表明：超高强高流态混凝土中胶凝材料最优比例为：纳米SiO₂：硅灰：粉煤灰：水泥=1：8：20：71;在胶凝材料用量为600~1 000 kg/m³范围内,随着其掺量的增加,混凝土流动度不断增加,抗压强度先增大后减小,当其掺量为800 kg/m³时,抗压强度最大。分析认为,纳米SiO₂、硅灰与粉煤灰形成的三元多尺度堆积体系能优化粉体材料在混凝土中的微集料密实填充效应,纳米SiO₂的二次水化反应也有效改善了硬化水泥石的微观结构,并优化其形态分布,进一步增大其强度。     

超高强混凝土配制技术的试验研究

通过10组超高强混凝土棱柱体单轴受压试验,探讨了砂率、水胶比、钢纤维和材料组成与用量等对超高强混凝土基本力学性能的影响规律．试验结果表明：在胶凝材料总量不变的情况下,减少水泥用量而相应增大粉煤灰用量,混凝土的流动性及抗压强度得到改善;减少胶凝材料用量可大幅度降低混凝土成本,对强度没有特别不利的影响,但混凝土流动性降低较多．     

超高延性氯氧镁水泥基复合材料力学性能试验研究

为研发基于氯氧镁水泥的超高延性水泥基复合材料(MOC-UHTC),采用超高分子量聚乙烯短切纤维作为增强材料,并使用粉煤灰替代部分氯氧镁水泥以改善其耐水性能。进行了5种粉煤灰替代率(0%、20%、30%、40%、60%)下MOC-UHTC材料的拉伸、压缩和弯曲试验,分析了粉煤灰掺量对材料基本力学性能的影响规律,采用X射线衍射分析了不同粉煤灰替代率下水化产物的物相组成。结果表明,基于氯氧镁水泥制备的MOC-UHTC具有优异的应变硬化和多重裂缝开裂性能,其峰值应力处的拉伸应变在5%~7%之间;同时MOC-UHTC具有较高的受压变形能力。三点弯曲梁试验表明,MOC-UHTC梁具有明显的弯曲硬化特性,最大弯曲强度对应的挠跨比达到1/50~1/29,具有优异的变形能力和强度保持能力。     

白云石砂为骨料高强混凝土的制备

为了降低活性粉末混凝土的制备成本同时获得高强度制品,根据活性粉末混凝土的制备原理,采用价格相对较低的白云石砂、白云石粉取代其原料中价格较高的石英砂、石英粉来制备高强混凝土.利用水泥,硅灰,粉煤灰三元胶凝材料体系,在水泥,白云石粉,减水剂的相对掺量不变的条件下,用单元变量的方法分别改变水胶比,以及硅灰、粉煤灰、白云石砂和钢纤维的掺量,探讨了不同配合比设计对样品强度的影响.通过研究发现:水胶比,以及粉煤灰、硅灰、白云石砂的掺量变化对样品的抗压强度影响较大,抗折强度的影响较小,而钢纤维掺量变化对样品的抗压和抗折强度的变化都很明显.最后得出最佳配合比设计为:水胶比为0.16,硅灰、粉煤灰、白云石砂、白云石粉的掺量分别为水泥用量的0.3、0.3、0.9、0.2,钢纤维的掺量为体积分数的2%,减水剂的掺量为胶凝材料总量的2%.制备的混凝土样品脱模后先采用水泥砼标准养护2天,再于90℃热水中养护3天,测得样品的抗压强度超过150MPa,抗折强度达到30MPa.     

不掺硅粉的活性粉末混凝土配合比试验

在遵循活性粉末混凝土(RPC)基本配制原则的基础上,不掺入硅粉,采用超细水泥、普通水泥、掺合料(粒化高炉矿渣和粉煤灰)、砂、水、减水剂、钢纤维进行配合比试验。试验结果表明:不采用硅粉制备RPC是可行的;在制备RPC时,将超细水泥与适量掺合料混掺后,可以在保证材料强度和流动性的同时提高材料的经济性;用普通水泥取代大部分超细水泥后,材料的性能仍可保证,且更加经济。另外,研究了钢纤维掺量对材料性能(抗压、抗折、流动性及弯曲韧性)的影响规律。     

矿物掺合料对机制砂水泥基自流平砂浆性能的影响

试验选用普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥与半水石膏的三元胶凝体系,选用机制砂作为细集料,制备全机制砂水泥基自流平砂浆。选用粉煤灰、石粉与硅灰作为矿物掺合料,并研究矿物掺合料对全机制砂制水泥基自流平砂浆流动度、抗压抗折强度与尺寸变化率的影响。研究结果表明：矿物掺合料的火山灰效应对自流平砂浆力学性能的发展产生积极影响,自流平砂浆流动度随硅灰掺量的增加而减小。通过正交试验优化自流平砂浆配方,得到最优矿物掺合料掺量为粉煤灰7%、石灰石粉4%、硅灰1.0%。     

高性能纤维增强水泥基复合材料的研究

介绍了在高性能蒸养水泥中掺入钢纤维制备出高性能水泥基复合材料的研究对象，研究了水灰比（W／C），砂灰比（S／C），钢纤维掺量对水泥基复合材料性能的影响；并用XRD、SEM分析其微观结构和形貌，试验结果表明，将钢纤维掺入到高性能蒸养水泥中并采用适当的工艺，可制备出抗夺强度达133MPa，抗折强度达24．5MPa的高性能水泥基复合材料。     

MODIFICATION THE CEMENTIOUS MATERIAL OF ULTRA-HIGH-STRENGTH SLEEPER CONCRETE

This paper presents investigation results on the natural ultra-fine mineral flour of crystalline silica fume (CSF) and porous quartz sand stone (PQSS) which can modify cement mortar strength under hydrothermal synthesis reaction (HSR) in the autoclave-cured condition. The replacement of cement by CSF and PQSS can signifi cantly increase the flerural and compressive strength. which reach 22MPa and 150MPa respectively, and decrease the porosity of the cement mortar. The ratio of fine aggregation, standard sand to cementious material has significant influence on the mortar strength. The mechanisms involved in cement and natural mineral flour and the HSR are presented. CaO/SiO_2 ratio ranges from 3.20 to 1.11. the main hydrate phase is C_2SH and there is not Tohermorite through X-Ray diffraction qualitative analysis. The new and ultra-high strength cementbms material as basic material of sleeper concrete can be used in prestressed reinforcement sleeper concrete.     

硅灰对水泥基材料热膨胀性能影响的研究

通过在水泥基材料中加入矿物掺合料硅灰,利用差示热膨胀测试方法对其热膨胀率进行了研究,结果表明:掺入硅灰的水泥石热膨胀率变化趋势与纯水泥石相似,均表现为随着温度的升高先增加后显著降低的规律,而硅灰的加入使水泥石在高温时产生比纯水泥石更大的收缩。借助于TG-DTA和XRD测试手段,对掺加硅灰后水泥石的热膨胀性能变化规律进行了机理分析,得出硅灰的掺入形成了大量C-S-H凝胶,高温作用下凝胶脱水使其体积明显收缩的结论。     

Reaction degree of silica fume and its effect on compressive strength of cement-silica fume blends

The compressive strength of the cement-silica fume blends with 5mass%, 10mass%, 20mass% and 30mass% of silica fume and water to binder ratio of 0.28, 0.32 and 0.36 from three days to ninety days were investigated. The reaction degree of silica fume was calculated from the Q4 silica tetrahedron, which was used as a probe obtained from 29 Si solid state nuclear magnetic resonance analysis. The fl at of compressive strength after 28 days disappeared for blended cement with inereasing reaction degree of silica fume. The compressive strength of the blended cement pastes approached that of P.I. cement pastes after 56 days and exceeded that after 90 days. The addition of silica fume and the w/b ratio of blends are both critical to the reaction degree of silica fume. The appropriate addition of silica fume, high silica fume reaction degree and low w/b ratio are benefi cial to the compressive strength of the cement-silica fume blends.     

Effects of silica fume and steel fiber on chloride ion penetration and corrosion behavior of cement-based composites

This project was aimed to evaluate the chloride permeability and corrosion behavior of cement-based composites which comprised fibers and silica fume in the mixes. Resistivity, polarization resistance, ponding and rapid chloride penetration results of specimens were obtained through tests. Test results indicate that resistivity, open circuit potentials and direct current polarization of specimens with w/b ratio of 0.35 are higher than those of specimens with w/b ratio of 0.55. For length-diameter ratio of 65, resistivity and direct current polarization of specimens with fiber length of 35 mm were similar to those of 60 mm. In addition, the open circuit potentials of specimens with fiber length of 60 mm were slightly higher that those of 35 mm. The resistivity decreased with increasing steel fiber content, and the open circuit potential and direct current polarization increased with increasing steel fiber content. The specimens containing silica fume were found to provide higher resistivity, open circuit potentials and direct current polarization than the control specimens. The incorporation of steel fiber and silica fume in composites achieved more significantly decreases in resistivity and increases in direct current polarization than steel fiber composites or silica fume composites. The penetration depth and six-hour total charge passed of specimens for w/b ratio of 0.35 were lower than those for w/b ratio of 0.55. For length-diameter ratio of 65, the penetration depth of specimens for fiber length of 35 mm was similar to that of 60 mm. The penetration depth decreased with increased steel fiber content in the composites. By regression analysis, a good correlation between open circuit potential and direct current polarization, and chloride penetration depth and direct current polarization.     

再生骨料混凝土研究

采用正交实验研究了搅拌工艺，净水胶比、粗骨料种类对天然和再生骨料混凝土拌合物和易性，硬化混凝土力学性能的影响，结果表明，粗骨料种类对混凝土性能有很大影响，其程度不亚于水胶比对混凝土性能的影响，提出在进行混凝土配合比设计时，其强度公式中应考虑到粗骨料种类的影响，同时，若采用再生粗骨料配制混凝土，应采用较高的砂率和较低的水灰比，以保证混凝土拌合物的和易性，搅拌工艺因素中，水泥裹石工艺有助于改善拌合物和易性，硅灰裹石工艺有助于提高混凝土后期力学性能。