自密实混凝土圆环约束收缩试验研究

进行了密封与沿环外侧面干燥两种条件下的自密实混凝土圆环约束收缩试验,分别研究自密实混凝土试件在自生收缩单独作用下,以及在干燥与自生收缩共同作用下钢环应变随混凝土龄期的发展规律及开裂性能,并与普通混凝土进行比较。配合比参数包括粉煤灰掺量、粉煤灰和矿渣复掺掺量、水胶比。揭示了配合比参数在两种不同条件下对钢环应变和开裂龄期的影响规律,并提出以“标准化”的钢环应变曲线作为开裂趋势曲线,以开裂系数为0.95时的龄期为“名义开裂龄期”作为圆环试验中混凝土开裂指标的建议。研究结果还表明,同一配合比参数对干燥约束收缩与自生约束收缩的作用有可能一致,也有可能完全相反,因此有必要对两种收缩分别研究;该文提出的“开裂趋势曲线”和“名义开裂龄期”能综合混凝土开裂中“作用”和“抗力”两个方面的影响,从而对混凝土的开裂性能进行动态、定量、综合的评价。     

高性能混凝土抗裂性能研究

该文对高性能混凝土的抗裂性能进行了系统的研究,主要包括:高性能混凝土收缩与抗裂性能的试验方法,研制出一种测试混凝土抗裂性能的诱导开裂试验方法,该方法避免了混凝土裂缝出现位置的随机性以及混凝土塑性沉降引起的材料不均匀等带来的测试结果不准确,同时研制出一种多点、实时、自动监测混凝土试件开裂时间的系统,可应用于测试混凝土早期的裂缝出现时间;进行了大量自生收缩试验和干燥收缩试验,对影响高性能混凝土自生收缩和干燥收缩的因素进行了深入的研究,提出了减少收缩变形的混凝土原材料选用和粉煤灰及矿渣单掺与多掺的最佳掺量,提出了高性能混凝土自生收缩和干燥收缩计算模型;采用平板诱导开裂法和圆环测试系统进行了大量的抗裂性能试验,深入研究了混凝土原材料特别是粉煤灰及矿渣影响高性能混凝土抗裂性能的规律,提出了实现高抗裂性能的混凝土原材料选用和粉煤灰及矿渣单掺与多掺的最佳掺量;研究成果成功地应用于实际工程中,取得了显著的技术和经济效益。     

大掺量高吸附性石粉高强机制砂混凝土收缩开裂抑制试验

针对大掺量高吸附性石粉高强机制砂混凝土早期易发生收缩开裂的问题,开展了掺加膨胀剂、减缩剂、聚乙烯醇(PVA)纤维、高吸水树脂(SAP)混凝土的早期收缩、抗裂和力学试验,并利用核磁共振仪和扫描电子显微镜对混凝土孔结构和微观形貌进行了测试,揭示抑制收缩开裂的机制。试验结果表明:掺入膨胀剂、减缩剂、PVA纤维、预吸水SAP均能有效抑制混凝土早期收缩和开裂,其中掺预吸水SAP降低早期收缩的效果最好,收缩应变可降低93%,PVA纤维抑制早期开裂的作用最明显,总开裂面积可降低68.26%,同时,掺入两者会使混凝土力学性能提高,而掺入膨胀剂和减缩剂会使混凝土力学性能降低。SEM图像表明,SAP能将预吸收的水分释放到混凝土中,促进水泥水化反应,而PVA纤维的掺入改善了混凝土内部孔隙结构,有良好的填充作用和桥接作用。核磁共振试验表明,抑制收缩开裂的机制是通过改善混凝土孔隙结构,增强界面密实度,从而减小早期收缩,进而提高抗裂性能。      

橡胶对水泥基材料干燥收缩性能的影响

为了考察橡胶增加水泥基材料干燥收缩量的机制,以橡胶水泥砂浆作为研究对象,采用毛细管张力理论分析了造成水泥砂浆干燥收缩的因素。使用压汞试验研究橡胶/水泥砂浆的孔结构,并进行了弹性模量和干燥收缩试验。研究结果表明,橡胶掺入会降低水泥砂浆的弹性模量,增加其孔隙率和干燥收缩量,且相同掺量条件下,小粒径橡胶的作用效果更明显。基于试验数据,考虑橡胶掺入对砂浆弹性模量的折减系数KE和橡胶掺入对毛细孔(孔径50nm的孔隙)数量的增加系数K_h,拟合了橡胶对水泥砂浆干燥收缩的影响参数δ_(mr)。     

砂率对陶粒轻集料结构混凝土性能的影响

通过对不同砂率下陶粒轻集料结构混凝土和易性、抗压强度、弹性模量、早期收缩以及长期干燥收缩的试验研究,结果表明:随砂率增大,混凝土坍落度和扩展度有所下降,但坍落度经时损失增大;混凝土表观密度、抗压强度、弹性模量、早期收缩和长期收缩均随砂率提高而增大;预湿内养护作用使轻集料混凝土的收缩大大下降,因此,相比普通混凝土其早期养护的重要性下降;预湿时间的不同对轻集料混凝土的早期收缩值有明显的影响,预湿时间越长收缩值相对越小。     

大掺量掺合料混凝土的性能研究

研究了两种外加剂、矿渣粉、粉煤灰(不同掺量)及不同石子粒径对混凝土强度、收缩的影响。试验发现,掺入掺合料后,混凝土早期强度降低,并且随矿渣粉、粉煤灰掺量增加而下降,收缩有所增加。石子粒径为5mm～20mm的混凝土收缩明显大于5mm～31.5mm。     

预湿轻集料对混凝土内部相对湿度特性的影响

为缓解混凝土的早期自干燥,减小自收缩,用预湿轻集料对其内部相对湿度进行调控.采用湿度测试仪和混凝土收缩测试仪,研究了水胶比、矿物掺合料对混凝土内部相对湿度与自收缩的影响规律,及预湿轻集料对自收缩的抑制效果.研究表明:混凝土内部相对湿度早期下降快,后期下降慢;降低水胶比、掺加硅灰会加快内部相对湿度的下降速度,而粉煤灰的加入可延缓低水胶比混凝土早期内部相对湿度的下降过程.预湿轻集料的引入可对混凝土内部相对湿度起到补偿作用,减小自收缩,作用效果随轻集料引入水量的增大而增强.     

高性能水泥基材料的减缩研究进展

系统阐述了混凝土减缩剂的研究进展,详细描述了混凝土自收缩和干燥收缩的机理、减缩剂的作用机理和混凝土的收缩模型,并对国内外混凝土减缩剂的研发应用现状作了整体的评述.     

掺HCSA膨胀剂超高性能混凝土性能的研究

主要研究了HCSA型膨胀剂对UHPC工作性能、变形性能及力学性能的影响.试验结果表明,掺入此类膨胀剂使UHPC初凝时间变短,流动度降低;同时,选择合适掺量的膨胀剂后,UHPC的28 d自收缩明显减小,并且掺入钢纤维的UH PC的干燥收缩被明显抑制;再者,适当掺量膨胀剂的加入能略微增加UHPC的抗压强度和抗折强度,因此HCSA膨胀剂是一种较理想的用于UHPC补偿收缩的外加剂.     

钢纤维对超高性能混凝土干燥收缩的影响

研究了在(20±2)℃、相对湿度为(50±5)%的环境中钢纤维体积掺量为0%、1%、2%和3%的超高性能混凝土(UHPC)的干燥收缩。结果表明:UHPC在前7d的干燥收缩发展速率较快,7d后发展速率逐渐减缓;但当钢纤维掺量超过2%后,钢纤维对干燥收缩的改善作用明显降低,相比钢纤维掺量为2%的UHPC,3%掺量UHPC的干燥收缩仅仅降低了1.5%。钢纤维高弹模及它与基体的界面粘结有效降低了混凝土的干燥收缩,但钢纤维掺量过多可导致多孔薄弱的界面区增加,从而使其对混凝土的收缩抑制作用减小。粉煤灰对超高性能混凝土干燥收缩的抑制作用大于矿粉。提出的新的数学拟合指数公式相比于文献中常用的ACI和王铁梦公式与实测结果吻合度更好。     

聚乙烯醇纤维对碱矿渣泡沫混凝土性能的影响

以水玻璃为激发剂,制备干密度为350kg/m~3的碱矿渣泡沫混凝土,为提高碱矿渣泡沫混凝土的韧性,降低干燥收缩,本工作研究了聚乙烯醇(PVA)纤维对碱矿渣泡沫混凝土干密度、强度、折压比、吸水率和干燥收缩性能的影响。结果表明:PVA纤维对碱矿渣泡沫混凝土干密度无明显影响;PVA纤维掺量为0.6~1.2kg/m~3时,碱矿渣泡沫混凝土的抗折强度和折压比明显增加,韧性得到明显改善;碱矿渣泡沫混凝土吸水率也低于未掺纤维的泡沫混凝土;PVA纤维掺量大于0.6kg/m~3时,碱矿渣泡沫混凝土的干燥收缩显著降低;综合碱矿渣泡沫混凝土性能及经济性等因素,碱矿渣泡沫混凝土中PVA纤维最优掺量为0.6kg/m~3。     

减缩剂和HCSA膨胀剂对UHPC力学性能和收缩性能的影响

本研究主要对比了减缩剂和高性能混凝土膨胀剂(HCSA)单掺以及复掺时,对超高性能混凝土(UHPC)强度、收缩性能的影响.结果显示,减缩剂会延缓水泥水化,延长水泥凝结时间,不利于UHPC早期强度的发展.随着减缩剂掺量(0％～2％,质量分数)增加,UHPC的自收缩降低,当减缩剂掺量为0.5％时可有效降低UHPC的干燥收缩.而HCSA膨胀剂缩短UHPC的凝结时间,早期强度的发展快;HCSA膨胀剂具有降低UHPC内部有害孔数量、减小总孔隙率的作用,能够降低UHPC的自收缩和干燥收缩;但HCSA膨胀剂过量时,无法获得足够的水分参与反应,且有破坏UHPC结构的风险.减缩剂和HCSA膨胀剂复掺时,UHPC的抗压、抗折强度均大于单掺减缩剂时的强度,且小于单掺HCSA膨胀剂时的强度.2％减缩剂和10％HCSA膨胀剂复掺对UHPC收缩的抑制作用最好,同时UHPC具有较高的力学性能.     

机制砂对隧道衬砌混凝土收缩性能的影响

使用机制砂制备铁路隧道衬砌混凝土是未来发展趋势,衬砌混凝土是隧道工程的重要组成部分,而由于混凝土收缩导致的环向裂缝是其常见缺陷,因此,研究采用机制砂后的衬砌混凝土收缩性能对保障隧道工程质量有重要意义。本研究对强度等级为C40的花岗岩机制砂混凝土(GSC)、凝灰岩机制砂混凝土(TSC)和河砂混凝土(RSC)的工作性能、抗压强度、收缩性能、早期抗裂性能进行了对比试验研究,并结合水分蒸发量和孔结构进行了内在机理分析。研究结果表明：在相同外加剂掺量下,两种机制砂混凝土的工作性能与河砂混凝土相近,较河砂混凝土具有更好的保坍性;机制砂混凝土的抗压强度可以满足设计要求,且凝灰岩机制砂混凝土在各龄期均较河砂混凝土表现出更高的抗压强度;若早期良好养护,机制砂不会增加混凝土的收缩,花岗岩机制砂还能显著降低收缩;若早期缺乏良好养护,两种机制砂均会增加混凝土早期收缩,早期抗裂性能也下降,增加衬砌混凝土环向开裂风险。     

减缩剂对机制砂混凝土干燥收缩的影响

为降低机制砂混凝土的开裂敏感性,提高其应用技术水平,通过测试机制砂混凝土的干燥收缩值,并结合相应砂浆保水性和扫描电镜(SEM)微观形貌分析,研究了不同使用方式的减缩剂对石粉(SD)含量不同的机制砂混凝土干燥收缩的影响。结果表明,对于减缩剂使用方式不同的相同混凝土试件,内掺(SRA-M)和外涂(SRA-C)都降低了试件的干燥收缩,但对于不同的试件其降低幅度不同;对于减缩剂使用方式相同的不同混凝土试件,SRA-M更有利于降低石粉含量为5%的机制砂混凝土试件(5-SD)干燥收缩,而降低石粉含量为10%的机制砂混凝土试件(10-SD)干燥收缩更有效的减缩剂使用方式是SRA-C;减缩剂通过阻滞试件内部自由水分迁移渗出,提高其保水性,从而降低干燥收缩值。     

混杂纤维对大掺量矿物掺合料混凝土干燥收缩的影响

通过测定混凝土的长期干燥收缩值,研究了单掺聚丙烯(polypropylene,PP)纤维、聚酯纤维和钢纤维及其混杂技巧对大掺量矿物掺合料混凝土干燥收缩的影响.结果表明,大掺量矿物掺合料混凝土的干燥收缩比较大,纤维及混杂技巧有利于降低其干燥收缩,纤维的弹性模量越高,其抑制干燥收缩的效果越好;(0.05%PP纤维 0.05%聚酯纤维)的有机纤维混杂效果优于(0.1%PP纤维 0.7%钢纤维)和(0.1%聚酯纤维 0.7%钢纤维)的有机与无机纤维混杂;混杂纤维对混凝土干燥收缩的抑制效果与纤维之间的搭配有关.综合分析表明,(PP纤维 聚酯纤维)的二元混杂技术具有良好的工程应用价值.     

表观密度和聚丙烯纤维对泡沫混凝土收缩开裂的影响

以普通硅酸盐水泥为胶凝材料制备了表观密度达130kg/m3、强度为0.23MPa的低表观密度泡沫混凝土。探讨了表观密度和聚丙烯纤维对泡沫混凝土性能的影响。结果表明,表观密度的下降可显著降低泡沫混凝土的强度和弹性模量,减轻塑性收缩开裂程度;聚丙烯纤维对低表观密度泡沫混凝土干燥收缩和硬化早期干缩开裂的抑制效果显著。     

橡胶粒径和掺量对水泥基材料收缩和抗开裂性能的影响

本文考虑了粉末状和颗粒状两种典型粒径的橡胶,定量研究橡胶粒径和掺量对水泥基材料收缩和抗开裂性能影响。采用直接测量长度的方法研究橡胶对水泥基材料自由收缩的影响;采用圆环约束收缩实验方法研究橡胶对水泥基材料约束收缩和抗开裂性能的影响。试验结果表明:橡胶的掺入会加剧水泥基材料的自由收缩。橡胶掺入量相同时,掺入橡胶粉末的水泥基材料比掺入橡胶颗粒的水泥基材料自由收缩率高。橡胶的掺入会抑制水泥基材料的约束收缩和开裂。橡胶掺入量相同时,掺入橡胶粉末的水泥基材料比掺入橡胶颗粒的水泥基材料抗开裂性能好。     

高吸水树脂对混凝土收缩开裂的改善作用及其机理

高吸水树脂(SAP)是能够吸收高倍率水溶液并在干燥环境中释放水分的高分子功能材料.文中通过混凝土早期开裂、限制收缩及非限制收缩的试验,研究了SAP对混凝土收缩开裂性能的改善作用,并与预浸轻集料的作用进行了对比较.试验结果表明,SAP可以使混凝土的开裂及收缩减小30%～50%,比采用预浸轻集料的内养护措施效果更佳,在易于发生收缩开裂和(或)不易养护的结构中有重要的推广应用价值.SAP改善混凝土的早期开裂及收缩性能的机理在于,SAP颗粒对水的吸收-解吸、部分吸收水与高分子链的氢键键合及SAP粒子表面成膜等作用延缓了水分的散失、改变了混凝土内部湿度状态及分布.     

碳纳米管增强水泥基复合材料的自收缩及抗裂性能碳纳米管增强水泥基复合材料的自收缩及抗裂性能

水泥基材料的收缩开裂已经成为其破坏的一个主要原因,受到国内外关注,碳纳米管（CNTs）作为一种纳米纤维状材料,可能可以抑制水泥基材料收缩。本文将CNTs放入水中,经过超声处理分散后,形成CNTs分散液,设置不同的CNTs掺量将其掺入到水泥基材料中,通过波纹管实验及圆环试验对该种新型复合材料的自收缩及抗裂性能进行研究。结果表明:CNTs的掺入可以很大程度上抑制水泥基材料的自收缩,最高降低率可到40%以上,且明显提高了水泥基材料的抗裂性能。水灰比的增加会提高CNTs对水泥基材料收缩的抑制效果。当CNTs的掺量为0.1wt%时,可以获得最优效果。同时,CNTs的掺入不仅对水泥基材料自收缩有抑制作用,一定程度上也会抑制水泥基材料的干燥收缩。通过将CNTs掺入到建筑结构关键部分的水泥基材料中,可以提高建筑安全系数。      

混凝土的裂缝与控制

在分析混凝土开裂的危害和产生原因的基础上,提出裂缝控制新技术。采用双亲性单分子膜,减少混凝土早期的水分蒸发,抑制混凝土早期因失水太快而产生的塑性收缩裂缝;采用减水与减缩共同作用,控制混凝土壳体及薄壁结构的早期开裂;采用调控水泥水化过程中的放热量,提高大体积混凝土的温控能力;采用遥爪聚合型增韧剂,增加混凝土的韧性,减少混凝土的脆性开裂。