粉煤灰对水泥浆体的剪切变稀和剪切增稠作用

采用RHEOLAB QC型旋转黏度计测试了粉煤灰掺量对水泥浆体流变行为的影响,采用HERSCHEL-BULKEY(H-B)流变模型对所测数据进行了拟合。结果表明:浆体流变曲线中有1个拐点,拐点所对应的流变参数为临界剪切速率(γcrit)、临界剪切应力(τcrit)和最小黏度值(ηmin),拐点左右两侧的浆体可分为剪切变稀和剪切增稠2个阶段。纯水泥浆体在较大的剪切速率下仍表现为剪切变稀。掺入粉煤灰后,浆体的γcrit、τcrit和ηmin均较纯水泥浆体降低,当粉煤灰掺量大于40%以后,浆体在较低临界剪切速率下出现了剪切增稠。在剪切变稀阶段,当粉煤灰掺量不大于50%时,增大粉煤灰掺量则浆体的流变指数显著降低,当粉煤灰掺量大于50%时,增加粉煤灰掺量,浆体流变指数增大,但均低于纯水泥浆体的流变指数;在剪切增稠阶段,随粉煤灰掺量的增加,浆体的流变指数增大,浆体剪切增稠的程度也增大。粉煤灰的掺入增大了剪切变稀阶段浆体剪切变稀的程度,也增大了剪切增稠阶段浆体剪切增稠的程度。     

膨润土对3D打印砂浆可打印性能的影响

为探明膨润土及其掺量对3D打印砂浆可打印性能的影响规律,采用流动度评价砂浆的可挤出性,并以高度保留率和贯入阻力评价其可堆叠性。此外,采用动态、静态剪切测试浆体的流变行为,从流变学角度分析膨润土对砂浆可打印性能的影响。结果表明:可打印砂浆流动度与净浆的塑性黏度存在良好的线性关系,与动态屈服应力存在良好的对数关系;高度保留率则与静态屈服应力存在良好的指数关系。一方面,膨润土增大了浆体的塑性黏度与动态屈服应力,从而导致砂浆的可挤出性能降低。另一方面,膨润土提高了浆体静态屈服应力和结构重建速率,从而提高砂浆的可堆叠性能。因此,适宜掺量的膨润土可使砂浆保持良好可挤出性,且改善砂浆的可堆叠性。当膨润土掺量2%时,打印试件顶底宽度比为0.96。     

超细粉体对水泥净浆流变行为影响研究

采用截锥圆模法测定不同掺量超细粉体水泥复合浆液的流动度.采用ZNN-D6B型旋转黏度计研究超细玻璃粉和偏高岭土两种超细粉体对水泥净浆流变行为的影响,得到了剪切速率-剪切应力(γ-τ)曲线和剪切速率-表观粘度(γ-μa)曲线,并分别采用宾汉姆模型和赫-巴模型对γ-τ流变曲线进行拟合,得到不同掺量超细玻璃粉-水泥(GP-C)复合浆液和偏高岭土-水泥(MK-C)复合浆液的动切力、塑性粘度、稠度系数和流性指数等流变参数.结果表明:超细粉体的加入降低了复合浆液的流动度.随着掺量的增加,两种复合浆液的宾汉动切力τ0、塑性粘度η、赫-巴动切力τy均逐渐增大,MK-C复合浆液的稠度系数K和流性指数n逐渐减小,GP-C复合浆液的稠度系数K呈现增大-减小-增大的趋势,而流性指数n呈现减小-增大-减小的趋势.所有样本表观粘度μa都随着剪切速率的增大而减小,呈现剪切稀释现象.     

聚丙烯纤维对固化工程废浆压缩性能和渗透性能的影响

通过对聚丙烯纤维加固的固化工程废浆开展室内一维压缩试验和柔性壁渗透试验,研究固化高含水率工程废浆压缩性能和渗透性能随纤维掺量(0%~1.2%,质量分数,下同)和纤维长度(3~18 mm)的变化规律,探讨纤维添加引起固化工程废浆力学性能变化的原因。结果表明,当纤维掺量为0.5%时,纤维添加会引起固化工程废浆体应变和渗透系数减小。此时,对于初始含水率为145%的固化工程废浆,纤维添加引起其体应变的降低幅度随纤维长度的增加而减小。当初始含水率增加至174%时,纤维添加引起固化泥浆体应变的降低幅度则基本不受纤维长度增加的影响;当纤维掺量较高(1.2%)时,和短纤维(<12 mm)相比,相同外加荷载下含长纤维固化工程废浆的体应变和渗透系数增大。对于研究所用工程废浆,聚丙烯纤维的长度和掺量分别以不超过12 mm和1.2%为宜。     

高强石膏3D打印浆体材料的制备与性能研究

使用预先混合的高强石膏浆体材料进行3D打印的工艺具有制品强度高、打印周期短等优点,但仍存在石膏初凝时间过短、浆体可堆叠性不足等问题。在此基础上研究了植物蛋白类缓凝剂和多聚磷酸盐缓凝剂对材料抗压强度、流动性和可打印时间的影响,并研究了增塑剂羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)对浆体流变性能和3D打印构件体积稳定性的影响。结果表明,两种缓凝剂对石膏水化的延缓机理不同,植物蛋白类缓凝剂可以延长流动度的稳定时期,多聚磷酸盐缓凝剂则不能很好地增加可打印时间,浆体在初凝前8~12 min就已失去流动性。HPMC的加入可显著提升浆体材料的表观粘度和屈服应力并消除缓凝剂造成的泌水现象,但对塑性粘度增幅不大,且会降低材料的抗压强度。高HPMC掺量下的高强石膏3D打印构件的体积稳定性较好,在0.020%(质量分数)植物蛋白类缓凝剂和0.60%(质量分数)HPMC掺量下3D打印构件的体积变形率为0.09。     

钙质促凝剂对固化高含水率工程废浆强度的影响

为明确钙质促凝剂添加对固化高含水率工程废浆强度性状的影响,对含钙质促凝剂的固化工程废浆开展一系列无侧限抗压试验,研究不同促凝剂性质及掺量下固化工程废浆强度性状的变化。结果表明:加入钙质促凝剂将显著增强固化工程废浆的无侧限抗压强度q_u,适宜的促凝剂掺量可将固化工程废浆的强度提高1倍左右;不同养护龄期下固化工程废浆的q_u随CaCl₂掺量的增加先增大后降低,随Ca(OH)₂掺量的增大则表现出先增大后减小再增大的变化趋势。和CaCl₂相比,添加Ca(OH)₂引起固化工程废浆强度的增加相对较小。此外,固化工程废浆的破坏应变ε_f和变形系数E50随促凝剂性质和掺量不同也是变化的。对于研究所用工程废浆和促凝剂,固化处理后土体的E50≈(30~100)q_u。     

加成型Si/Ti杂化树脂胶粘剂的制备及其性能研究

以乙烯基三乙氧基硅烷、端羟基聚二甲基硅氧烷(107硅油)和钛酸四丁酯(TBT)为原料,采用水解缩合法制备出一种无溶剂型Si/Ti(硅/钛)杂化树脂胶粘剂。研究结果表明:该杂化树脂的拉伸强度、冲击强度随TBT掺量增加而增大;随着原料配比中107硅油掺量的增加,该杂化树脂的拉伸强度下降、冲击强度增大;该杂化树脂胶粘剂的剪切强度随TBT掺量增加、固化时间延长或固化温度升高而增大;玻璃基材表面经硅烷偶联剂(KH-560)处理后,相应胶接件的剪切强度相对最大,并且该剪切强度随KH-560掺量增加而增大。     

喷射3D打印磷酸镁水泥与混凝土界面粘结性能研究

本文结合喷射3D打印全角度智能建造与磷酸镁水泥(MPC)快硬早强、高粘结性能,研究喷射3D打印MPC与混凝土界面粘结性能。通过掺加偏高岭土(MK)和粉煤灰(FA)调控MPC凝结时间、流变和力学性能,研发可喷射3D打印MPC,分析喷射3D打印MPC与混凝土界面粘结强度和微观结构变化规律。结果表明:MK通过降低MPC水化放热速率可明显提高MPC凝结时间,FA可缩短MPC初凝与终凝时间差,进而提高喷射3D打印MPC稳定性;MPC抗折强度随MK掺量先增大后降低,FA可进一步提高MPC抗折强度;随MK掺量增加,MPC静态屈服应力逐渐提高,FA对MPC屈服应力作用不明显,但可显著降低MPC塑性粘度,当掺加30%MK和15%FA时,可保证MPC良好可喷射3D打印建造性和泵送性;喷射3D打印通过高速喷射挤压作用,提高MPC与混凝土界面以及MPC层间粘结强度,使喷射3D打印MPC层间及其与混凝土微观界面粘结密实。     

3D打印水泥净浆层间拉伸强度及层间剪切强度

为研究打印时间间隔以及纤维掺量对3D打印水泥基材料层间结合强度的影响,采用陶瓷领域的十字交叉法测试了3D打印水泥净浆层间拉伸强度及层间剪切强度,分析了层间结合强度随打印时间间隔变化的原因。结果表明:十字交叉法可很好地测试3D打印水泥基材料层间结合强度,且不存在直接拉伸法所具有的受力偏心问题;层间结合强度在净浆终凝前后有显著差异,终凝前,层间结合强度随着打印时间间隔的增加而明显降低;终凝后,层间拉伸强度不随打印时间间隔的改变而改变,层间剪切强度则随着打印时间间隔的增加而增大;由于纤维沿打印方向定向分布,掺入纤维未能提高3D打印水泥净浆的层间结合强度。     

超高性能混凝土流变特性及其调控研究

为了实现超高性能混凝土(UHPC)流变特性的高效调控,采用膨润土作为辅助胶凝材料并对制备的UHPC进行了性能评估,包括UHPC浆体的流动度、静态屈服应力、动态屈服应力、塑性黏度和触变性,并系统分析了不同掺量的膨润土对UHPC浆体流变性能的影响。结果表明:随着膨润土掺量增加,UHPC浆体的流动度整体表现为下降趋势,下降幅度逐渐增大;当膨润土掺量由0%增加到15.0%(质量分数)时,UHPC浆体静态屈服应力、动态屈服应力和塑性黏度均显著增大,分别提高了约17.05倍、5.78倍和1.16倍;随着膨润土掺量增加,滞回环面积和触变指数增大,触变性得到明显改善。同时,掺入膨润土后仍然满足UHPC的优异力学性能要求。     

用于FDM的导电ABS/MWCNT复合材料的制备

采用熔融共混法将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)与多壁碳纳米管(MWCNT)复合,并对所得的复合材料进行了力学性能、热性能和电学性能分析。结果表明,添加MWCNT能够提高复合材料的力学性能、电导率和耐热性,力学性能在MWCNT添加量为2%时最佳,电导率随MWCNT添加量的增加而增大,MWCNT添加量为4%时,其电导率能达到4.35×10-6S/m。将添加4%MWCNT的复合材料拉丝,然后以三种打印方向进行熔融沉积(FDM)打印,研究了打印试样的力学性能,用扫描电镜(SEM)观察了其断面形貌。结果表明,水平方向打印的试样力学强度最好,侧向打印的试样次之,垂直方向打印的样品由于仅靠丝材的层间黏结,其力学强度比较差,与纯ABS丝材打印试样相比,复合丝材打印试样的拉伸强度和弯曲强度均有明显提高,冲击强度有所下降。     

水泥/玄武岩纤维复合固化剂分别对泥炭质土静力特性的影响

为了研究单掺水泥及复合固化剂(由水泥、生玄武岩纤维、石灰和生石膏组成)对滇池地区高原湖相泥炭质土静力特性的影响,对不同掺量水平下的水泥改良土和复合固化剂改良土进行静三轴不固结不排水剪切试验,研究了两种改良土的三轴应力应变关系与抗剪强度变化规律。研究表明:随掺量的增加,两种改良土的主应力差峰值强度增大;当掺入复合固化剂的质量分数为15%时,相比5%、10%两个掺量水平,复合固化剂改良土的三轴应力应变关系由“应变硬化型”转变为“应变软化型”,且抗剪强度显著提升;当改良土的内部结构发生破坏时,水泥改良土的抗剪强度有较大损失,而复合固化剂改良土仍保持较高的抗剪强度。     

Fibre-reinforced lightweight engineered cementitious composites for 3D concrete printing

While the 3D printing technology for cementitious composites has developed rapidly, a combination of 3DP technology and lightweight engineered cementitious composites (LWECCs) could improve many aspects of the construction industry. In this study, a fibre-reinforced high-performance LWECC for extrusion-based printing was proposed. First, six LWECCs were prepared, incorporating two kinds of hollow glass microspheres (HGMs) in varying replacement ratios of fly ash (FA) at 60 wt%, 80 wt%, and 100 wt%. In addition, polyvinyl alcohol (PVA) fibre was introduced given its shrinkage resistance and improvement in printability performance. Thereafter, fresh property (slump loss and setting time), unconfined compression strength (UCS), and flexural strength experiments thoroughly investigated the optimised LWECC design, which was later calibrated for the printing procedure via a printability assessment, including extrudability and buildability. The UCS, flexural strength, and densities of the printed and cast specimens were compared. Lastly, a microstructural investigation using a scanning electron microscope described the reinforcement mechanism of PVA fibre upon the performance of the printed structures and HGMs. The addition of HGMs significantly improve the lightweight property that reaches a value at 1384 kg/m³ but inevitably negates mechanical properties. The printed LWECC obtains 33.6 MPa for UCS and 9.29 MPa for flexural strength. When the printed filament was perpendicular to loading direction, superior toughness was observed, creating a 63% and 40% increase for UCS and flexural strength, respectively.     

石膏模型高强涂层的研究

本文就采用环氧树脂和酚醛树脂作复合胶粘剂，用石膏粉和钟乳石作复合填料，用适量的固化剂、稀释剂、助孔剂、增塑剂作添加剂，制备石膏模型用涂料的配方组成和使用工艺进行了分析研究。石膏模型涂上该涂料后，在保持良好透水性的基础上该涂料后强度、耐磨耐腐蚀性能显著提高，使用寿命延长。     

鳞片石墨对环氧涂层强度和吸水性能的影响

分别研究了含不同质量分数鳞片石墨的环氧涂层的剪切强度以及经冷热水循环浸泡后涂层的重量吸水率与浸泡时间、浸泡72h后涂层的体积变化率、密度和鳞片石墨质量分数的关系。结果表明,随着石墨含量的增加,涂层剪切强度急剧降低,在w(石墨)=10%处达最低值,之后逐渐升高。当w(石墨)=20%时,涂层剪切强度较大。涂层重量吸水率随浸泡时间的增加而增大,并呈现周期性变化(以每24h为周期)。同时,随着石墨含量的增大,涂层吸水率降低。不同石墨含量的涂层浸泡72h后其体积变化率随石墨含量的增加呈现双峰特征,当w(石墨)=20%时,其体积变化率较低,为2.8%。浸泡前和浸泡72h后,涂层密度随石墨含量的增加均呈现先下降后增大的趋势,而且,两者在石墨含量为5%处的密度几乎相等。解释了涂层中不同石墨含量对其强度和耐水性的影响。涂层中适宜的石墨含量为20%。     

轻质抹灰磷建筑石膏性能影响机制研究

采用磷建筑石膏(PBG)、柠檬酸钠(SC)、甲基纤维素(MC)及玻化微珠为原料制备轻质抹灰石膏,并系统地分析了外加剂、轻集料对砂浆性能的影响机制。结果表明,柠檬酸钠可增大砂浆的流动性能, 当掺量为0.8%(掺量均为质量分数)时,样品抗压强度达到16.3 MPa。然而,甲基纤维素降低了砂浆的流动性能,当掺量为0.40%时,样品抗压强度仅为11.3 MPa。玻化微珠会降低砂浆密度及流动性,缩短凝结时间,增大了保水率及硬化体拉伸粘结强度。采用95%磷建筑石膏、5.0%玻化微珠并按磷建筑石膏质量外掺1.0%SC、0.20%MC配制的砂浆样品性能可达到GB/T 28627—2012《抹灰石膏》中的轻质抹灰石膏性能的要求。随着SC掺量的增加,轻质抹灰石膏水化产物二水石膏的形貌向长条、针状转变,晶体结晶度降低、搭接程度增大,从而使得抗折强度增大,抗压及拉伸粘结强度减小;随着MC掺量的增加,轻质抹灰石膏水化产物二水石膏的形貌变成厚板状,晶体间搭接程度及结晶度增大,使得硬化强度增大。     

Bonding behavior of concrete matrix and alkali-activated mortar incorporating nano-SiO2 and polyvinyl alcohol fiber: Theoretical analysis and prediction model

As an emerging construction material, alkali-activated mortar is considered as a sustainable alternative to cementitious composites for the repairing and reinforcement of existing defective buildings. Furthermore, the bonding performance of alkali-activated mortar and concrete matrix can be promoted by adding polyvinyl alcohol (PVA) fiber and nano-SiO₂ (NS). In this study, the effects of PVA fiber and NS contents, alkali-activated mortar type, concrete strength grade, and interfacial roughness on the bonding behavior of two-interfaced shear samples were explored. Based on the experimental results, the grey relation analysis was applied to evaluate the significance of each factor on the bond properties of the alkali-activated mortar and concrete matrix. A prediction model of artificial neural network (ANN) was established considering the effects of alkali-activated mortar type, concrete strength grade, and interfacial type on the bond strength of the samples. The relevant factors affecting bond strength derived by grey relation analysis and weight contribution algorithm was compared and analyzed. Results of the two-interfaced shear test showed that the addition of PVA fiber and NS can significantly boost the bonding property of the samples, and the bond strength increases with the increase of concrete strength grade, alkali-activated mortar strength, and interfacial roughness. Grey relation analysis results indicate that the interfacial type has the most noticeable effect on the bond strength of the samples, followed by the concrete strength grades and the alkali-activated mortar types. The optimum bond strength is derived from PN-C40-III, which is alkali-activated mortar with 0.6% PVA fiber and 1.0% NS contents, concrete strength grade of C40, and interface of type III. The prediction results of the ANN indicate that the predicted values of the bond strengths of the samples are consistent with the experimental values (R = 0.982), and the importance of each factor towards the bond behavior derived by the grey relation analysis and weight contribution algorithm is ultimately consistent after normalization.     

固化废弃软黏土的强度特性及水稳定性研究

为了提高水泥和粉煤灰固化高含水率废弃软黏土的固化效果,选取水玻璃作为外加剂,吸水性强的生石灰作为分散剂,采用无侧限抗压强度试验、X 射线衍射、扫描电镜试验研究掺量与龄期对固化软黏土水稳定性和强度特性的影响。试验结果表明,3%(质量分数)的水泥、7%(质量分数)的粉煤灰、2%(质量分数)的生石灰与2%(质量分数)的水玻璃复合时能较好提高高含水率软黏土固化后的强度和水稳定性,其强度能达到水泥粉煤灰类基底层最低强度(1 MPa)。在水泥、粉煤灰和水玻璃质量掺量相同情况下,生石灰质量掺入比由0%增加至2%,其强度增大约375 kPa,且有利于后续固化剂的均匀搅拌,说明生石灰的减水和分散效应在固化土中起主导作用。此外,扫描电镜结果显示加入复合固化剂后大集聚体消失,产生大量的片状结构,大孔隙被填充,土体的强度也随之提高。     

超高含水率水泥固化泥炭土压缩模量和固结系数研究

泥炭土具有高含水率、高有机质含量、大孔隙比和低剪切强度等特点。化学固化常用于提升泥炭土地基承载力和抵抗变形能力。通过开展单向固结试验,研究了含水率、有机质含量、pH值、水泥掺量和掺料粒径对水泥固化泥炭土压缩模量和固结系数的影响。研究表明,随着水泥掺量和养护龄期增加,水泥水化反应生成的凝胶不断增长,固化土压缩模量随之增长。泥炭土初始含水率从600%降至300%后,固化土压缩模量增加了3.5倍。有机质含量从40%增至80%(质量分数)时,固化土压缩模量降低了50%。pH值从7.0降至3.5时,固化土压缩模量降低了15.8%。固化泥炭土的压缩模量和固结系数受含水率、水泥掺量影响最大,有机质含量次之,pH值影响最小。掺石英砂能提升固化泥炭土的压缩模量,且石英砂粒径越小,固化土压缩模量增幅越大。