微波养护对掺矿渣超高性能混凝土力学性能的影响及机理

超高性能混凝土(UHPC)是继高强度、高性能混凝土之后新近发展起来的一类新型混凝土材料。UHPC自身具备超高强度及高耐久性等优点,使其在高层、超高层建筑、大跨度空间结构与恶劣腐蚀环境下的重大土木工程中有广阔应用前景。本工作从材料制备角度,通过矿物掺合料改变UHPC基本配合比并且采用效率更高的微波养护方式对试件进行养护。通过一系列实验,观察矿渣的使用和微波养护对UHPC力学性能的影响,并通过微观表征分析研究其影响机理。制备了10%、25%、50%、70%和90%矿渣取代基本配合比中水泥部分用量试件,采用3 d延迟微波养护制度养护,测试3 d及28 d强度,随后选取性能典型试件进行29Si NMR、27Al NMR和XRD分析。实验发现标准养护下UHPC强度随着矿渣掺入而降低,但微波养护通过加速矿渣水化反应加强了混凝土力学强度发展进程。该加强效应对早期性能发展的影响更显著,且随着矿渣掺量增加而增强。微观表征分析首先确定了微波养护对试样水化的加速作用,并促进了晶体产物和短链C-S-H的形成,达到进一步克服矿渣对UHPC强度发展的延迟作用。     

热水养护对超高性能混凝土力学性能及水化过程的影响

养护机制是影响混凝土质量的关键因素之一。采用热水养护机制,与标养28天的数据进行对比,从抗压强度、超声波速及微观特征等方面,初步探究养护温度及养护龄期对含粗骨料超高性能混凝土力学性能的影响规律及作用机理。结果表明：相较于标准养护,热水养护中较高温度(≥70℃)的所有组别1天后强度已大幅超越标养28天的强度,但后期会出现强度倒缩的现象。较低温度(<70℃)的部分组别可以通过延长养护龄期以达到强度要求。通过微观测试手段探究并验证热水养护温度对物相组成与孔结构的影响,为实际工程应用提供参考与帮助。     

热养护过程中超高性能混凝土的收缩性能研究

热养护能够提高UHPC的强度和减小UHPC的干燥收缩,已经广泛应用于工程实践中。主要研究了UHPC在热养护过程中的收缩变形性能和不同热养护龄期下UHPC的微观结构。结果表明,在热养护过程中,UHPC在50℃以内基本不发生收缩,当温度接近70℃时,收缩值迅速增加,最终的收缩值为450×10-6;随着配筋率的提高,UHPC在热养护过程中的收缩减小。热养护后,基体变得致密,Ca(OH)2的含量大幅减少,水化程度大大提高。     

早期温湿度条件对柠檬酸改性硫氧镁胶凝材料性能的影响及机理

为了确定柠檬酸改性硫氧镁(CMOs)胶凝材料的早期温湿度稳定性,分别研究了早期养护温湿度对其力学性能及耐水性能的影响,并采用SEM、XRD及TG测试技术对其影响机理进行了分析。结果表明:CMOs早期力学性能和耐水性随着早期养护温度升高先提高后降低,35℃左右其3d抗折强度达到最大值10.4 MPa,3d抗压强度达到最大值68.0 MPa,浸水46d后软化系数达到0.9;而后期力学性能和耐水性则随着早期养护温度的提高有不同程度的降低;结果还发现相同早期养护温度时早期饱水养护大大降低CMOs的力学性能和耐水性。同时微观结构分析表明,早期养护温度的升高可以使CMOs水化反应更充分,结构相对比较致密,从而使其早期力学性能有明显提高,但水化后期CMOs结构稳定性随着早期养护温度的升高而明显降低,从而导致其后期强度有不同程度的降低。     

超高性能混凝土早期600℃抗爆裂性能研究

超高性能混凝土(UHPC)是一种先进的水泥基材料,具有超高强度、韧性和耐久性,已被广泛应用于工程结构中.然而,在高温条件下,UH-PC致密的微观结构和极低的渗透性,使其极易发生爆裂剥落现象,进而影响构件的使用寿命.本工作采用钢纤维(ST)和聚丙烯(PP)纤维混杂的方式研究了UHPC早期力学性能和抗渗性能,并利用X射线衍射仪(XRD)、同步热分析仪(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、压汞(MlP)等测试方法研究了UHPC的早期抗高温爆裂剥落的机理.结果表明,掺加体积分数为0.4％的聚丙烯纤维可以有效抑制UHPC在早期的高温(600℃)爆裂行为;高温加热后,蒸汽养护下的UHPC力学性能比标准养护下的表现更加优异,且相比于高温前,蒸汽养护下的抗压强度和弯曲强度损失量分别为15.1％和30.9％,而标准养护下的抗压强度和弯曲强度损失量分别为18.5％和26.9％;高温后的抗渗性能满足P5等级;蒸汽养护促进了UHPC早期内部水泥水化和矿物掺合料的火山灰反应,生成更多的水化产物,且消耗了更多的游离水;高温加热后的UHPC内部结构中,通过PP纤维熔化留下的孔道和基体中水化产物的收缩、分解引起的孔隙粗化可对水蒸汽进行泄压,从而避免UHPC在早期进行高温后发生爆裂的情况.     

基于成熟度理论的低温养护混凝土强度预测模型

本文利用成熟度理论计算了标养(20℃)和低温(3℃)养护条件下混凝土的成熟度,分析了低温对混凝土强度增长的影响,研究了不同水灰比对低温养护混凝土强度预测模型的影响规律。分别利用指数函数模型、双曲函数模型、对数函数模型建立了标养条件下抗压强度—成熟度之间的关系,拟合了各个模型的参数,对比了不同模型之间拟合的准确性,其中利用指数函数模型、双曲函数模型表示标养条件下抗压强度—成熟度之间的关系可以达到很高的拟合精度。根据获得的抗压强度—成熟度模型来预测低温(3℃)养护条件下不同成熟度时的混凝土强度,并与实测值进行了比较,两个函数对混凝土前期强度预测准确性较差而对后期强度预测较准确。     

免蒸养超高性能混凝土-既有混凝土界面粘结性能试验研究

免蒸养超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete, UHPC)在常温养护下具有超高强、超耐久等优异性能，其与普通混凝土(Normal concrete, NC)界面的粘结性能是保证免蒸养UHPC加固NC结构获得良好性能的重要因素。为研究免蒸养UHPC-NC界面粘结性能，设计直剪试验，分析免蒸养UHPC龄期、NC强度、NC表面处理方式和界面粘结剂对界面粘结性能的影响，提出了免蒸养UHPC-NC界面粘结-滑移本构模型，并给出相关刚度系数建议值。结果表明：免蒸养UHPC-NC试件界面破坏模式主要分为粘结界面破坏、粘结界面和NC破坏、NC破坏及NC和UHPC破坏；刻槽组较凿毛组试件具有明显的开裂阶段，表现出一定的延性且具有更高的粘结强度，最大提高量为183.7%;界面使用SiKa 32LP结构胶时，其粘结强度为4.91 MPa,是其他界面粘结剂试件粘结强度的两倍以上。因此，当采用免蒸养UHPC加固NC构件时建议NC表面刻槽和采用SiKa 32LP结构胶。     

锆硅渣水化活性研究

通过水泥胶砂试验和压力试验研究锆硅渣的水化活性,结果表明:锆硅渣通过250!650℃煅烧后均具有水化活性,能够掺加到水泥制品中;锆硅渣做水泥混合材的最佳掺量为20%;与其它条件下养护的试件相比,蒸汽养护的试件强度较高。锆硅渣添加量从24!48%时,试件的抗压强度呈现递减趋势。     

超高性能混凝土在环境温度变化下的力学性能试验研究

应用四点抗弯、轴压、轴拉实验,研究环境温度变化(?30℃、0℃、30℃、60℃、90℃)对超高性能混凝土(UHPC)力学性能的影响,通过数字图像技术(DIC)表征受弯过程中裂缝的发展,并结合SEM、压汞(MIP)对其微观结构进行分析。结果表明:经历不同环境温度变化后,UHPC弯拉、抗压、轴拉强度分别处于13.4~16.3 MPa、121.5~133 MPa、6.6~7.0 MPa范围,轴拉应变约为0.2%;与基准温度(30℃)相比,低温作用对其力学性能几乎无影响,随温度的升高性能有一定降低,但仍处于较高的水平;弯拉强度和轴拉强度在不同环境温度下都大致存在比例系数约为2.3的线性关系;30℃下基体更加致密,拥有最优的力学性能。      

养护温度对矿渣硫铝酸盐水泥水化的影响机理

研究了5℃、20℃和40℃养护下矿渣硫铝酸盐水泥的强度发展、水化放热、干燥收缩、水化产物及孔结构演变。结果表明,不同于硅酸盐水泥,矿渣硫铝酸盐水泥早期水化生成较多钙矾石,但累计放热量较低。养护温度越高,矿渣硫铝酸盐水泥石的早期力学强度越高;但20℃下后期抗压强度显著提升,远超过其他温度。相应的,源自小孔内水分蒸发产生的较大孔壁压力,20℃下水泥石表现出最显著的收缩行为。