基于粗糙集理论的混凝土抗冻耐久性影响因素评价

为探明水工混凝土在冻融环境下各影响因素对其抗冻耐久性的影响重要程度,选取处于甘肃省景泰川电力提灌区(简称"景电灌区")混凝土建筑物为研究对象,以混凝土室内冻融加速试验为基础,利用粗糙集的信息熵理论,将硫酸盐浓度、粉煤灰掺量、矿粉掺量和碳化时间作为条件属性,混凝土相对动弹性模量视为决策属性,确定了各影响因素的权重大小。结果表明:粉煤灰掺量(0.310)权重最大,碳化时间(0.258)次之,矿粉掺量(0.238)和硫酸盐侵蚀(0.194)最小,与试验结果相符。相关研究为混凝土抗冻耐久性影响因素的评价提供了有益参考。     

胶粉煤矸石混凝土力学特性及微观结构试验研究

为探究胶粉掺量对煤矸石粗骨料混凝土力学性能的影响,设计20目橡胶颗粒掺量(0,3%,6%,9%,12%)的胶粉煤矸石混凝土,进行宏观力学试验和微观孔隙结构核磁共振试验.结果表明:胶粉掺量增加与力学强度成负相关,3%胶粉掺量影响最小,与基准组相比下降了1.3%,拟合了不同胶粉掺量对煤矸石混凝土立方体抗压强度和劈裂抗拉强度换算公式,相关性较好;胶粉的掺入降低了多害孔的孔隙占比,6%胶粉掺量使煤矸石混凝土内部有害孔分布降低了4%;数据表明,胶粉颗粒具有填充孔隙的作用,减少了多害孔的产生,优化了孔隙结构;选取对强度影响最大的因素束缚流体饱和度(关联度0.951 06)和大于0.02 μm孔隙半径占比(关联度0.963 86)建立GM(1,3)模型,模型预测的平均误差为2.56%,为矿区排土场护坡材料提供可就地取材的绿色混凝土参考依据.     

偏高岭土对高强机制砂混凝土性能的影响

利用扫描电子显微镜(SEM)、压汞法(MIP)、快速氯离子迁移系数法(RCM)等手段,研究了偏高岭土(MK)掺量对高强机制砂混凝土抗压强度以及抗氯离子渗透性能的影响.研究发现: 掺入MK能够有效改善高强机制砂混凝土的力学性能和抗氯离子渗透性能:随MK掺量增加,抗压强度与抗氯离子渗透性能均呈先增大后减小的趋势,最佳MK掺量为8%,此时28 d抗压强度为98.5 MPa,较基准组增加13%,氯离子迁移系数为1.89×10^-12 m²/s,较基准组减小60%.微观结构试验表明适宜的偏高岭土掺量能够有效促进水泥水化;偏高岭土颗粒的晶核效应和微集料填充效应协同作用,使得机制砂混凝土的微观结构更加均匀密实,机制砂混凝土的多害孔、有害孔减少,少害孔增加,从而提高了机制砂混凝土抗压强度和抗氯离子渗透性能.     

纳米SiO2粉煤灰混凝土抗压强度影响及灰熵分析

为探究纳米SiO₂粉煤灰混凝土孔隙结构对抗压强度的影响,取纳米SiO₂掺量分别为1%,3%,5%和7%,粉煤灰掺量分别为10%,20%和30%,水胶比为0.35,将两者复掺进行试验.测定混凝土3 d,7 d和28 d立方体抗压强度.利用核磁共振技术、场发射扫描电镜和差热-热重技术,综合分析研究孔隙结构及微观形貌特征,通过灰关联熵分析法找出影响混凝土抗压强度的主、次因素,并建立GM(1,4)灰色预测模型.结果表明:两者复掺在混凝土发育阶段起到正耦合作用,宏微观关联分析可知,粉煤灰掺量20%、纳米SiO₂掺量3%为最优;建立了混凝土抗压强度与(0,0.01］ μm孔径占比、(0.01,0.10］ μm孔径占比和束缚流体饱和度的灰色预测模型.GM(1,4)模型3,7和28 d的预测值与试验值的平均相对误差分别为3.28%,4.00%和2.64%,利用孔隙结构预测混凝土抗压强度有较好的精度.该研究可为纳米SiO₂和粉煤灰在混凝土工程中的应用提供一定参考.     

煤矸石对混凝土宏微观性能的灰熵分析

为解决固体废弃物煤矸石的大量堆积对环境带来了巨大挑战,将煤矸石作为粗骨料替代普通碎石,基于此研究了煤矸石掺量(0,10%,20%,30%)对混凝土抗压强度的影响,通过核磁共振技术测试不同掺量煤矸石混凝土各龄期微观孔隙发育规律,同时结合灰熵法探究不同掺量煤矸石孔隙结构参数与抗压强度的关系,并结合灰色系统理论建立GM(1,4)灰色预测模型.结果表明:煤矸石的掺入会降低混凝土抗压强度,T₂图谱面积随煤矸石掺量增加而增加,小、微小孔隙占比较普通混凝土有所增加; 根据灰熵关联度研究,煤矸石混凝土强度与孔隙结构中束缚流体饱和度、孔隙率和孔径0.1~1.0 μm孔隙占比关联程度最高,分别为0.999 16,0.989 44,0.995 93,所建立的灰色关联模型GM(1,4)试验值与预测值相对误差均值为1.97%,具有良好的预测精度.研究可为煤矸石作为粗骨料应用于实际工程提供参考依据.     

聚丙烯纤维对渠道矿渣混凝土力学性能影响的研究

为降低渠道衬砌混凝土的脆性,将聚丙烯纤维、粒化高炉磨细矿渣、聚羧酸系超塑化剂加入普通混凝土中。共采用体积含量占混凝土的0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%和0.8%八个掺量的聚丙烯纤维,以及矿渣替代水泥量的35%、45%、55%、65%、75%五个掺量的矿渣组成的21个混凝土配合比。试验结果表明,掺加矿渣和聚丙烯纤维使硬化混凝土密度减小;对于大多数配合比的矿渣混凝土,聚丙烯纤维降低了抗压强度,提高了抗折强度和劈拉强度;其中0.2%~0.4%的聚丙烯纤维和45%~55%的矿渣是最优掺量。进一步以电镜扫描图(SEM)显示的混凝土基体微观结构解释了其宏观力学性能。     

超细矿粉掺合料对混凝土和易性影响研究

采用常用的搅拌预制方法制备了不同矿粉和不同矿粉掺合量的混凝土。从超细矿粉掺合料对混凝土拌合物的减水效应、界面效应、火山灰效应三个方面研究其对混凝土和易性的影响。结果表明:在混凝土中掺超细矿粉可以增加混凝土的坍落度,但同时会增加混凝土的凝结时间,以更细、粉颗粒更均匀的矿粉掺合能取得更好的效果。     

溶蚀作用下纳米SiO2混凝土的孔隙演变

为探究溶蚀条件下纳米SiO₂混凝土微观特性和宏观性能的规律,采用2M NH₄Cl溶液加速溶蚀试验,通过核磁共振技术、场发射扫描电镜和能谱分析研究孔隙特征、微观形貌及微结构的演变规律,同时采用灰熵法分析研究不同溶蚀龄期与不同NS掺量下混凝土的孔隙结构参数和孔隙半径分布对溶蚀损伤的影响规律,并在此基础上建立混凝土孔隙特征与抵抗溶蚀度的关系模型.在该试验中,水胶比为0.29,纳米SiO₂掺量分别为0,1%,3%和6%.结果表明:纳米SiO₂的掺入显著提高混凝土的抗压强度,在经过溶蚀循环后,<100 nm孔径占比对混凝土抗溶蚀度影响程度最大,灰熵关联度均大于0.999;相对于基准组,纳米SiO₂混凝土溶蚀后有向外辐射的纤维状C-S-H生成,填充因溶蚀作用产生的裂隙,使其抗溶蚀性提高,延缓混凝土的劣化损伤;建立了混凝土抗溶蚀度与孔径占比为<100 nm,100~1000 nm和孔隙度的灰色模型,4组混凝土GM(1,4)模型预测值与试验值的平均绝对误差分别为8.18%,7.03%,7.83%和7.90%.该研究可为纳米SiO₂混凝土在实际工程应用提供理论依据.     

低模数水玻璃对橡胶轻骨料混凝土力学性能的影响

为了了解不同掺量水玻璃对RLC(橡胶轻骨料混凝土)力学性能的影响,在RLC中加入水玻璃,并用20%粉煤灰代替水泥,制作水玻璃掺量分别为0,2%,4%,6%,8%的混凝土试块.通过核磁共振试验研究其微观孔隙变化及强度形成机理;进行对数函数曲线预测和BP神经网络强度预测,判断其可靠性并对比优劣.结果表明:水玻璃的掺入使RLC抗压强度呈现先增大后减小的趋势,其水玻璃最优掺量出现在2%;适量水玻璃的加入可提高80 目RLC力学性能,使其与最优组(20 目RLC组)28 d力学性能基本相同;水玻璃加入后混凝土孔隙度呈现出先减小后增大趋势,说明适量水玻璃的掺入可优化混凝土孔隙结构,提高混凝土强度;建立曲线拟合和BP-神经网络预测模型,2种预测模型都可用于混凝土龄期强度预测,但BP-神经网络预测模型的稳定性、可靠性及参数的全面性要优于曲线拟合模型.     

基于分形理论的大掺量粉煤灰混凝土抗冲磨性能评价

为研究大掺量粉煤灰混凝土的抗冲磨性能并对其进行评价,进行了不同水胶比、不同粉煤灰掺量和不同龄期影响下的大掺量粉煤灰混凝土抗冲耐磨性能的试验研究,以求能够从中得到相关规律,并且运用分形理论推测混凝土磨损表面与抗冲磨强度的对应关系。研究表明：随着粉煤灰掺量的增加,混凝土抗冲磨强度的变化趋势是先上升后降低,在一定的水胶比（0．3～0．4）条件下,粉煤灰掺量为50％可以满足相关要求;混凝土抗冲磨强度与试件磨损表面分数维之间明显线性相关,可从材料磨损表面分析去推测它的抗冲磨强度,分数维越大,抗冲磨强度就越小。     

橡胶浮石混凝土的抗冻性能及微观结构

为探究冻融循环条件下橡胶浮石混凝土宏观性能和孔隙结构的变化规律,进行冻融循环、单轴压缩试验,通过扫描电子显微镜(SEM)以及核磁共振(NMR)技术对橡胶浮石混凝土抗冻性进行分析,同时建立其抗冻性预测模型.结果表明:加入0.12~0.18 mm的橡胶可有效降低冻融条件下浮石混凝土表面的剥蚀、内部的损伤以及力学性能的衰减,冻融200次时,加入0.15 mm橡胶的浮石混凝土质量损失率最小,为-0.14%,相对动弹性模量最大,为67.36%;冻融循环作用下橡胶浮石混凝土内部孔隙会发生劣化,小孔隙逐渐向大孔隙演变,无害孔和少害孔向有害孔和多害孔演变,加入0.12~0.18 mm的橡胶可有效抑制孔隙的劣化,使混凝土内部结构更为密实;通过橡胶浮石混凝土抗冻性预测模型可得到,加入0.15 mm橡胶的浮石混凝土抗冻周期最长,较普通浮石混凝土抗冻周期延长12.76%.     

干湿循环作用下硅粉轻骨料混凝土抗硫酸盐性能分析

为探究干湿循环条件下硅粉轻骨料混凝土的硫酸盐侵蚀机理,选取内蒙古和林格尔县浮石,以硅粉等质量取代6%的水泥,通过NMR技术,分析硅粉轻骨料混凝土在硫酸盐侵蚀和干湿循环耦合作用下的孔隙变化规律,利用扫描电镜观察混凝土微观形貌变化,借助XRD进行物相分析.研究表明:在硫酸盐侵蚀过程中,硅粉混凝土与普通混凝土的质量损失率变化规律一致,均在60次时出现拐点;经历90次循环后,硅粉组的最大孔隙减小了56.5%,普通组的最大孔隙减小了18.8%,证明硅粉的掺入可有效细化孔隙;循环初期两组混凝土的无害孔均低于10%,循环过程中有小孔隙向大孔隙发展的趋势;在SEM扫描电镜照片中可看到孔隙中生成的石膏与钙矾石AFt,可观察到90次循环后混凝土内部的细长裂缝;2组混凝土在经历90次循环后均出现较多的CaSO₄·2H₂O衍射峰,生成物多为硫酸盐、碳酸盐结晶水合物.该研究成果可为在硫酸盐环境下水工构筑物的工程建设提供理论参考.     

石粉对高强机制砂混凝土工作性能和力学性能的影响

为了研究玄武岩机制砂的石粉含量对高强混凝土工作性能和力学性能的影响,配制不同石粉质量分数(3%,5%,7%,9%,11%)的C70机制砂混凝土,借助核磁共振(NMR)、差热-热重(TG)同步试验以及场发射扫描电镜试验(SEM)研究其力学特性和微观演化.研究结果表明:利用石粉等质量代替机制砂能够配制出满足力学性能要求的高强机制砂混凝土,在保证水胶比不变的情况下,石粉质量分数为5%~7%的混凝土力学性能指标最佳.石粉良好的微集料填充效应与碱性碳酸钙的生成使水化产物C₃S和CaCO₃微界面区结构更加密实,而Ca(OH)₂在CaCO₃表面生成大量晶体,致使Ca(OH)₂晶粒细化,从而提高界面黏结作用,使得界面过渡区得到明显改善;该研究成果可为高强机制砂混凝土配合比设计中石粉的利用提供理论参考.     

IWSF-FA模袋混凝土抗压强度、孔隙结构和物质组成

为优化模袋混凝土衬砌性能,合理利用当地粉煤灰和废弃硅粉代替部分水泥制备模袋混凝土衬砌.通过抗压强度试验、固体紫外试验、核磁共振和热重试验研究双掺粉煤灰-工业废弃硅粉替代适量水泥后对模袋混凝土抗压特性、内部孔隙结构和水化物质组成的影响.结果表明:合理双掺工业废弃硅粉和粉煤灰(如FA15S4)可以提高模袋混凝土的抗压强度;紫外吸收光谱表明其水化产物C-S-H和CH组成优于其他组别;核磁共振T₂谱分布呈现“三峰结构”,左峰信号幅度最高,双掺工业废弃硅粉-粉煤灰有利于改善其内部孔隙结构.并且双掺工业废弃硅粉和粉煤灰后,热学性质良好.建立了基于BP神经网络理论的模袋混凝土早期抗压强度预测模型,预测结果与试验测试值的最大相对误差为2.7%.研究结果可为工业废弃硅粉和粉煤灰混凝土在水工衬砌工程中的应用提供参考依据.     

SY土壤固化剂对砂质粉土工程性能的影响研究

采用SY土壤固化剂,以砂质粉土为固结对象,分别在水泥含量10%、15%和20%,固化剂掺量为0.5%、1.0%、1.5%和2.0%时,制成最大干密度的试样,进行了3、7、14和28 d无侧限抗压强度试验,28 d劈裂抗拉强度试验,水泥含量20%时,1.0%、1.5%和2.0%固化剂掺量时的抗渗试验,以及水泥含量20%、1.5%固化剂掺量时的冻融循环试验。结果表明,SY固化剂能显著提高砂质粉土的力学性能、抗渗、抗冻性能;在同一个固化剂掺量下,其力学性能、抗渗、抗冻性能随着水泥含量的增加而提高;固化剂掺量、水泥含量与土壤含量三者之间存在协调性。SEM测试和机理分析表明,SY土壤固化剂生成的大量二氧化硅凝胶和微膨胀的钙矾石晶体,使内部结构更加致密,从而提高了砂质粉土的宏观力学性能和抗渗、抗冻性能,可用于渠道防渗工程中。