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关键词： 海水海砂混凝土梁   地聚物   GFRP筋   干湿循环   耐久性能  

摘要： 在海洋强国战略以及“双碳”政策的背景下，低碳环保、耐腐蚀的新型结构组合被提出并应用于海洋工程设施建设，其中纤维复合材料（fiberreinforcedpolymer，简称FRP）筋与地聚物基海水海砂混凝土（geopolymer-basedseawaterseasandconcrete，简称GSSC）结合的新型结构组合高度契合我国土木工程未来的发展方向。FRP-GSSC梁不仅开发了丰富的海水海砂资源，极大缓解了淡水河砂资源短缺的问题;而且其中FRP筋优良的耐氯离子腐蚀性能还解决了海洋工程钢筋锈蚀的问题;同时使用地聚物作为胶凝材料降低了水泥生产的碳排放。　　然而，在海上或沿海地区服役的工程结构/基础设施，在服役过程中需要面对复杂的海洋环境和荷载的耦合作用。为确保应用了FRP-GSSC组合结构的海洋工程结构和基础设施的耐久性能和服役寿命，本论文以GSSC包裹GFRP筋和GFRP筋增强GSSC梁为研究对象，开展了荷载与环境耦合作用下的耐久性能研究。主要研究内容和结果如下：　　（1）开展了氯盐干湿循环与自然暴露环境下GFRP筋的耐久性能研究。以不同暴露环境类型（室外自然环境暴露、氯盐干湿循环），GSSC包裹方式以及暴露龄期（180d、270d、360d）为变量。基本探明GFRP筋抗拉强度的时间尺度效应以及退化规律。实验数据显示，经过一年的环境腐蚀后，暴露于室外自然环境与氯盐干湿循环的GFRP筋的剩余强度为72%和68%，结合电镜微观扫描分析认为GFRP筋的树脂基体水解是造成GFRP筋性能退化的主要原因。对GFRP筋进行长期性能预测，结果显示，经过50年的环境腐蚀后其强度仍有55%以上，表明GSSC对GFRP筋的耐久性无明显影响。　　（2）开展了自然暴露与荷载耦合作用下GFRP筋增强GSSC梁耐久性研究。探清了条件梁长期挠度演变规律以及预应力GFRP筋的时变规律，讨论了不同龄期下条件梁的破坏模式、刚度以及极限承载力的变化趋势，初步探清了GFRP筋增强GSSC梁在华南地区室外暴露环境下的耐久性能退化机理。研究表明，预应力在养护前十天变化较明显，之后趋于稳定;梁跨中挠度随时间的增长而增加，其原因是持载作用增大了条件梁的徐变。经暴露后，条件梁的破坏模式从混凝土压碎破坏转变为剪压破坏;预应力梁刚度有所提升，非预应力梁刚度下降，预应力及混凝土强度的提升是造成刚度变化的原因;其极限承载力均为180d之后呈下降趋势，原因是持载作用使非预应力梁开裂，刚度下降，筋与混凝土的粘结性能退化，导致极限荷载的下降，预应力梁内部与箍筋接触部分的碱性孔隙液使得箍筋与混凝土粘结性能严重退化，使得实验梁破环模式由混凝土压碎变成剪压破坏，导致极限荷载下降。　　（3）开展了氯盐干湿循环与荷载耦合作用下GFRP筋增强GSSC梁耐久性能研究。监测了条件梁长期挠度变化及预应力的变化规律，讨论了不同龄期下，条件梁的破坏模式、刚度变化以及极限承载力。条件梁经过氯盐干湿循环后，条件梁的破坏模式从混凝土压碎向剪压破坏转变;预应力梁刚度呈下降趋势原因与上文相似，而非预应力梁刚度有上升趋势，其原因可能是实验梁内部侵入物质与筋反应有物质生成减缓了侵蚀;预应力梁与非预应力梁的极限荷载变化情况在180d之后随着龄期的增长而下降，这可能是GFRP筋在氯盐干湿循环下退化更严重的原因。　　（4）GFRP筋增强地聚物基海水海砂混凝土梁残余承载力分析。通过规范GB50608对实验梁的耐久性能进行验算，对比分析GFRP筋与GFRP筋增强GSSC梁的退化关系，得出经调整后（自然环境系数改为1.3，氯盐干湿循环系数改为1.4），所得修正模型与实验值相差较小，理论值与实验值的比值为0.98，预测精度更优。而且通过修正后的模型，可知自然环境条件下GFRP筋抗拉性能退化26%时，实验梁承载力下降比较明显（22%）;氯盐干湿循环条件下，当GFRP筋抗拉强度退化30%时，会引起实验梁承载力显著下降（15%）。

关键词： 预应力混凝土   杂散电流   氯离子扩散   耐久性   寿命预测  

摘要： 随着我国地铁的大规模建设,预应力混凝土桥梁作为地铁高架交通的重要组成部分,其结构的耐久性越来越受到重视。由于地铁运营环境中存在杂散电流,导致地铁预应力混凝土桥梁的耐久性问题不同于一般的预应力混凝土结构。本文根据既有地铁结构耐久性病害的调研情况,针对地铁预应力混凝土桥梁的耐久性问题,开展了杂散电流作用下混凝土中氯离子的传输、杂散电流与荷载共同作用下混凝土中氯离子的传输、杂散电流腐蚀后预应力混凝土材料性能的劣化、腐蚀预应力混凝土构件承载能力的退化和地铁预应力混凝土桥梁的寿命预测等方面的理论和试验研究。本文的主要研究工作和结论如下:(1)揭示了杂散电流对氯离子在混凝土中传输的影响规律。通过试验研究了杂散电流作用下混凝土的材料性能变化和氯离子传输特征的改变。对不同杂散电流强度和通电时间的混凝土试件进行水化产物和孔隙结构变化的分析,揭示了杂散电流作用对混凝土孔隙结构的影响。对试验后的混凝土试件内部氯离子浓度与分布情况进行测试分析,结果表明杂散电流对氯离子扩散具有加速作用,且杂散电流会对于凝土固化氯离子能力产生削弱。(2)建立了杂散电流作用下氯离子在混凝土中传输的理论模型。基于地铁预应力混凝土桥梁的结构形式,给出了简化的地铁桥梁电路模型。参考输电线路的电场模型,结合地铁杂散电流的传输过程,给出了杂散电流通过结构内部所形成的电场表达式。考虑杂散电流对混凝土孔隙率和结合氯离子能力的影响,建立了杂散电流作用下氯离子在混凝土中传输的理论模型。(3)建立了杂散电流和荷载作用下氯离子在混凝土中传输的理论模型。对于荷载作用对氯离子扩散的影响,按照混凝土在荷载作用下的变形特征,将传输过程分为弹性阶段、弹塑性阶段与塑性阶段,结合已有研究给出了不同阶段氯离子的扩散系数表达式。将荷载影响效应引入杂散电流作用下混凝土中氯离子传输控制方程,给出了荷载与杂散电流共同作用下混凝土中氯离子的传输模型,并通过试验对模型进行验证,结果显示模型能够较好预测杂散电流作用下混凝土中的氯离子浓度。(4)分析了杂散电流作用下预应力混凝土的腐蚀形态特征与机理。考虑地铁环境中存在的氯离子和杂散电流两种腐蚀因素的共同作用,通过模拟地铁环境的电化学腐蚀试验,对预应力钢绞线的腐蚀形态特征、力学性能退化以及混凝土的腐蚀开裂特征进行分析,结果表明杂散电流会影响混凝土的腐蚀开裂时间和钢绞线的强度及延展性,且造成腐蚀区域钢绞线中心位置的腐蚀程度相对较高。基于试验结果,结合已有研究提出了杂散电流作用下预应力混凝土的腐蚀开裂预测模型,为研究地铁预应力混凝土构件的力学性能及结构的寿命预测提供支撑。(5)提出了杂散电流腐蚀后预应力混凝土构件的力学性能退化规律和寿命预测模型。基于预应力混凝土的腐蚀机理,进行了模拟地铁杂散电流腐蚀的预应力混凝土梁电化学腐蚀试验,并对试验后的腐蚀梁进行力学加载试验。结合理论分析与试验结果,建立了杂散电流腐蚀后预应力混凝土梁的抗弯承载力评估模型。考虑实际环境中,地铁预应力混凝土桥梁遭受杂散电流、氯离子侵蚀等多种破坏因素的影响,结合结构全寿命周期的耐久性研究,将桥梁结构的耐久寿命分成3个阶段,给出了每个阶段的极限状态方程,基于JC法建立了考虑杂散电流影响的地铁预应力混凝土桥梁的耐久寿命预测模型。

关键词： 磷酸钾镁水泥   3D打印   流变性能   水化特性   力学性能  

摘要： 建筑材料3D打印技术能够显著提高建筑构件及制品的生产效率,为产品异型设计和节能环保带来颠覆性变革。利用传统硅酸盐水泥及其他水泥基材料进行3D打印混凝土及其构件取得了重要进展。然而鉴于现代水泥基制品对造型设计和美观效果的要求不断提高,对异型功能、艺术景观和彩色装饰构件的需求日益增加,迫切需要高性能和流变性能可控的3D打印水泥基材料。磷酸镁水泥是近年来发展起来的一种新型3D打印胶凝材料,它具有早期强度高、凝结硬化快和粘接强度高的优点,可较好的满足3D打印艺术景观材料的需求。然而其主要缺点是凝结速度过快,本文从解决磷酸镁水泥急凝问题出发,通过调控组成设计、磷酸盐种类和缓凝剂,系统研究了磷酸镁水泥基打印材料的凝结时间、流变性能、可打印性能、力学性能及水化作用机制。建立了三种MgO-KHPO-KHPO、快硬早强MgO-SiO-KHPO以及高强高耐水MgO-SiO-KHPO磷酸钾镁水泥基3D打印材料组成体系,用流变学表征了磷酸钾镁水泥基打印材料的高触变特性,并探究了硅灰在MgO-SiO-KHPO体系的降粘增塑作用及硅灰和矿渣在MgO-SiO-KHPO体系的活性增强机理。主要研究结果如下:（1）通过流变性能调控初步建立了采用传统缓凝剂硼砂的MgO-KHPO-KHPO磷酸钾镁水泥基打印材料的组成体系。M/P质量比,粉煤灰掺量和硼砂掺量为3.0、20%和0.2时,可打印浆体的初凝时间大于25 min,硬化浆体3天抗压强度为34.8 MPa,28天抗压强度为44.8 MPa。（2）通过流变性能调控初步建立了快硬早强MgO-SiO-KHPO磷酸钾镁水泥基打印材料的组成体系。M/P质量比,水灰比和复配缓凝剂掺量分别为3.0、0.14和0.06时,可打印浆体的初凝时间大于25 min,硬化浆体1天抗压强度为48.47 MPa,28天抗压强度为65.7 MPa。（3）3D打印对浆体的触变性要求非常高,高的触变性代表更优异的可打印性能。普通硅酸盐水泥（OPC）、白水泥（WPC）、硫铝酸盐水泥（CSAC）和MgO-KHPO磷酸钾镁水泥基打印材料的回滞环面积分别为0.976×10～4Pa/s、0.289×10～4Pa/s、0.369×10～4Pa/s和9.366×10～4Pa/s,触变性结构参数分别为0.105、0.025、0.135和0.267,在同样静置1 min后的表观粘度分别17710.9 Pa·s、409.3 Pa·s、963.7 Pa·s和59299.3 Pa·s,磷酸钾镁水泥基材料的回滞环面积、结构参数和表观粘度最大,具有更优异的触变性。（4）硅灰作为有效的降粘组分和增塑组分,大大改善了MgO-SiO-KHPO体系的可打印性能。不同于对照组在打印第7层时发生结构坍塌,硅灰掺量为15%时完整打印310 mm×250 mm×84 mm空心长方体,与设计尺寸300 mm×250 mm×88 mm相比没有明显的结构变形。同时,硅灰有效地降低硬化浆体的孔体积和孔隙率,提高硬化浆体的原始抗压强度和耐水强度。（5）通过流变性能调控初步建立了高强高耐水MgO-SiO-KHPO磷酸钾镁水泥基打印材料的组成体系。M/P质量比,硅灰掺量和矿渣掺量分别为3.0、20%和10%时,不需要使用任何缓凝剂,可打印浆体的初凝时间大于50 min,硬化浆体1天、3天和28天龄期抗压强度分别为22.88 MPa、71.73 MPa和115.95 MPa。（6）硅灰的掺入可降低浆体（MgO-SiO-KHPO）的水化放热减速期,加速水泥水化,提高浆体的累积水化放热量。但是,当硅灰掺量达到25%时,累计放热量降低,说明过量的硅灰对水泥水化不利。引入20%硅灰有效地降低硬化浆体的孔体积和孔隙率,硬化浆体的原始抗压强度和耐水强度增大,28天抗压强度达到最大值为133.89 MPa,相对于对照组的19.22 MPa,增长率高达6倍。随着浸水养护时间从1天延长到28天,强度保持率分别为93.4%、95.6%、97.3%和96.0%,维持在93.0%以上。（7）揭示了硅灰和矿渣在MgO-SiO-KHPO磷酸钾镁水泥基打印材料中的活性机理。重烧氧化镁颗粒和KHPO·3HO反应时,MgO在高碱环境下（p H值>13）水解缓慢,多以Mg（OH）形式存在,很难继续水解形成Mg离子,但体系内少量的游离Mg与大量存在的PO和K离子反应生成少量的K-鸟粪石晶体,导致硬化浆体的力学性能较差。硅灰和矿渣引入后,在碱性环境下SiO遇水首先生成稳定的SiO离子,随着反应进行,OH离子不断被消耗,促使Mg（OH）的溶解往正方向进行,体系中游离的Mg增多,与已经大量存在的PO和K离子反应,生成更多的K-鸟粪石晶体。同时,SiO离子与游离的Mg反应生成针状Mg SiO及不定形的镁硅磷钾产物,水化产物量增多且相互搭接,力学性能

关键词： 水泥基材料   碳化   碳酸钙晶型   热力学计算   外加剂  

摘要： 水泥的生产向大气中释放了大量的CO,极大地加速了气候变化和全球变暖进程。但同时,研究发现水泥中的主要钙质矿物可以与CO反应并将其转化为稳定的碳酸钙,水泥基材料的加速碳化被认为是目前最有前景和工业规模应用价值的CO固存和利用技术。碳酸钙是碳化反应的主要产物,它具有三种无水晶型:方解石、文石和球霰石。由于不同晶型之间微观结构的差异,由它们组成的碳化产物也表现出不同的宏观性质,尤其是纤维针状的文石,被认为对于提高碳化产物的韧性和抗折强度非常有利。然而,现有的碳化模型只能计算碳酸钙的总量而无法分析碳化过程中的不同碳酸钙晶型,因此本研究建立了一个水泥基材料碳化过程碳酸钙晶型计算模型,用于计算在不同原材料组成、温度,二氧化碳输入量以及不同添加剂种类和浓度条件下的碳酸钙晶型组成。由于球霰石是亚稳态结构,因此本研究重点关注碳化产物中的方解石—文石转变。常温下碳酸钙一般以方解石形式存在,目前,调控碳酸钙晶型的方法主要包括使用无机添加剂和有机添加剂两类。从应用角度而言,这两种调控方法各有优劣,无机添加剂例如镁离子成本较低,但其本身会参与到水化反应过程中,因此会对水化产物造成影响,例如导致部分CSH向MSH的转变。有机添加剂本身不会参与到反应过程中,但其成本相对较高,并且部分有机物可能随温度的升高而失活,其适用温度范围较窄。目前,在水泥基体系内应用较为广泛的是无机添加剂,但有机添加剂因其反应稳定性的优势必将得到更多的关注,针对这两大体系,本文分别对其碳化反应过程中不同碳酸钙晶型的转化进行了热力学计算。 从模型原理上来看,无论是针对无机晶型调控还是有机晶型调控,其最终目的都是计算体系总自由能的变化。体系的总自由能由两部分组成,即体自由能和表面自由能。无机离子例如镁离子通过取代结构中的钙离子从而改变系统的体自由能,而有机物则通过选择性吸附在碳酸钙表面来降低体系的表面自由能。因此,虽然在本文中基于无机和有机体系的晶型调控是分别讨论的,但它们事实上被统一在一个整体的模型框架下。 针对无机添加剂体系,本文以镁离子为例,基于镁离子进入方解石结构引起的热力学参数变化,建立了硅酸盐水泥湿法碳化过程中不同碳酸钙晶型的热力学计算模型,并研究了温度、Mg Cl浓度和CO输入量对不同晶型形成的影响。通过将文献数据和实验数据与模拟结果进行对比,发现所开发的模型的平均误差为5.9%,能够较为准确预测湿法碳化过程中不同碳酸钙晶型的比例并获得相应的CO输入量,从而防止过量的CO逃逸回大气。研究发现,CO输入量的增加不会直接影响碳酸钙的晶型转化,但会促进被固化镁离子从固相释放到溶液中。因此,为了使镁离子充分发挥其抑制文石向方解石转化的作用,充分的CO输入(n（CO）/n（Ca）>1.02)是有益的。进入碳酸钙团簇的有效镁离子浓度可以基于游离镁离子浓度、初始镁钙比和温度计算得到。在这些因素中,有效镁离子浓度对温度的变化最为敏感。尽管文石的比例随着初始氯化镁浓度的增加而增加,但碳酸钙的总量逐渐减少。如果倾向于获得尽可能多的纤维状文石,过高的氯化镁浓度（>0.18mo/l）是不利的。吉布斯生成自由能的变化决定了在不同温度下促进文石形成所需的镁离子的量,尽管溶液中的游离镁离子浓度随着温度的升高而降低,但进入碳酸钙团簇的有效镁离子浓度随之增加,这解释了为什么较高的温度有利于文石的稳定存在。 针对有机添加剂体系,计算了有机添加剂对碳酸钙界面能和临界成核能的影响,研究了聚丙烯酸（PAA）、聚丙烯酰胺（PAM）、聚乙烯醇（PVA）和单乙醇胺（MEA）四种有机添加剂在碳化过程中对不同Ca CO晶型比例的影响。通过将文献结果和实验结果与模拟数据进行对比,发现四种不同有机添加剂（PAA、PAM、PAV、MEA）体系的模型平均误差分别为3.95%、7.77%、6.65%和4.74%,证明了模型的准确性。研究发现,CO输入量的变化不会改变文石和方解石之间的初始界面能差值,但会改变系统的离子强度、活性系数和德拜长度,进而导致有机添加剂引起的Ca CO表面电荷密度的变化和表面能的降低。初始碳化阶段(n（CO）/n（Ca）<0.5)是添加有机添加剂以诱导文石形成的最佳阶段。更高的碳化程度将导致界面电荷密度的降低(0.5

关键词： 外加剂   LDPE   CRP   SBS   改性沥青   路面  

摘要： 在如今的路面建设工程中,沥青依然作为主流应用材料,这是基于其具备良好的路用性能,适用于多种环境影响下的施工。但具有良好性能的改性沥青投入路面使用时,依然需要面临工程中诸多因素的影响,如造价和工艺等。为将纳米AAT(American Advanced Technology)改性沥青贴合工程应用,采用低密度聚乙烯(LDPE)和颗粒废胶粉(CRP)代替一部分SBS和高密度聚乙烯(HDPE)。本研究以宏微观相结合的分析方法对复合改性沥青结合料的性能做出评价,并从沥青混合料层面进行路用性能分析,最终投入试验路段进行相应的检测分析。首先,通过物理性能指标试验、动态剪切流变试验、低温弯曲梁试验、布氏粘度试验、粘结力试验、接触角试验、多重应力重复蠕变试验和旋转薄膜烘箱试验等宏观分析手段对复合改性沥青进行分析。以SBS改性沥青为参照,筛选三种相对较优的复合改性方案,再添加外加剂做最终比选。结果表明:A23W复合改性沥青(2%LDPE+3%CRP+2.7%外加剂)在整体上具备良好的综合性能,相较于SBSW改性沥青在高温性能、物理性能和老化性能方面更具优势。外加剂在沥青材料的施工和易性、低温抗裂性能和粘附性能方面具有积极作用。其次,通过傅里叶红外光谱试验和原子力显微镜试验等微观分析手段对最佳复合改性沥青的改性机理与微观形貌作出探究。结果表明:A23W的改性过程为物理共混,在两种沥青结合料老化过程中,A23W比SBSW展现出更好地抑制亚砜基增长的能力。A23W的“凸起峰”比SBSW分布更广,且热氧老化后的SBSW比A23W反应更为强烈,说明A23W具备着良好的抗老化性能。最后,通过高温车辙试验、低温小梁弯曲试验和水稳定性试验等对A23W和SBSW改性沥青混合料的路用性能进行测定及评价。最终生产两种沥青结合料及其混合料,通过铺筑试验路段对A23W的实际路用性能进行评价。结果表明:A23W相较于SBSW呈现出更好的高温抗车辙性能和水稳定性能。A23W具备了良好的实际工程应用能力,且造价低于SBSW。本研究的A23W方案相比于SBSW和原AAT在材料性能、工程造价和施工和易性方面均呈现出良好的优势,对后续的实际工程使用具有积极意义。

关键词： 磷矿渣混凝土   废渣掺量   颗粒粒径   浸出特性   力学性能   耐久性能  

摘要： 随着采矿业及磷相关产业的迅速发展，川西地区磷矿废渣带来的问题日益凸显，主要包括大量废弃尾矿的堆积以及磷矿废渣在此过程中对土地环境的污染等，因此废弃资源的再次利用已经成为近年来主要的研究方向。　　为了解决川西地区磷矿渣堆积造成的环境污染和资源浪费问题，研究川西地区磷矿渣在道路建设中大量应用的可行性。本文以该地区磷矿渣作为对象，对不同掺量、粒径下所配制的磷矿渣混凝土的浸出特性、力学性能以及耐久性能进行了研究，得出了磷矿渣原料及所配制混凝土的浸出特性与影响耐久性和力学性能关键指标的最佳粒径范围与掺量范围，验证了磷矿渣混凝土的环境安全性。　　通过标准浸出试验研究了磷矿渣在液固比0.5、1.0、2.0及5.0和0℃~10℃、11℃~20℃、21℃~30℃、31℃~40℃四个不同温度梯度下的浸出规律，得出：磷矿渣浸出效果主要受到液固比的影响;当液固比达到5.0时，细度越大对促进P元素溶出效果越明显;升高温度对磷矿渣的浸出效果总是起到促进作用。　　以C30混凝土为研究对象，水胶比选取为0.38。测试了不同粒径、掺量下磷矿渣混凝土的抗压强度与抗折强度，得出：混凝土的抗压强度与抗折强度随着磷矿渣比表面积增加而增大，随着磷矿渣掺量的增加而降低。当掺量从45%增加到60%时，混凝土7d抗压强度与7d抗折强度分别降低了29.9%、23.2%。掺入磷矿渣后混凝土的早期强度（7d）较低，后期有较快增长。当磷矿渣掺量达到60%时，混凝土7d抗压强度只能达到21MPa。　　对磷矿渣混凝土的耐久性研究表明：混凝土的抗冻性能、抗硫酸盐侵蚀性能、抗渗性能、抗氯离子侵蚀性能及抗碳化性能均随着所掺入磷矿渣细度的增加而提高;掺入适量的磷矿渣可以有效改善混凝土的抗冻性能、抗硫酸盐侵蚀性能、抗氯离子性能以及抗渗性能，但随着掺量的增加，各项性能出现了不同程度的下降。其中抗氯离子侵蚀性能影响最大，抗冻性能影响程度最小。当掺量由30%增加到60%后，抗氯离子性能水平由“好”变为“较差”，抗冻性能150d抗压强度比下降了18.2%。综合考虑得出：磷矿渣比表面积大于340m2/kg，掺量为30%左右时，混凝土耐久性能最佳。　　最后对磷渣混凝土进行了浸出试验，得出：将磷矿渣掺入混凝土后，P元素浸出浓度大大降低，与相同条件下磷矿渣浸出浓度相比平均降低了2个数量级;试验所有掺量均能满足环境排放要求。

关键词： 混凝土   冻融循环   硫酸盐腐蚀   耦合   服役寿命  

摘要： 清水自密实混凝土靠自重不需振捣或者少振捣就能够一次成型而达到密实,并且不需做任何装饰,因此它可以作为一种绿色环保的建筑材料亮相于工程建设领域。结合我国西北寒冷盐渍土腐蚀地区现场条件,通过对清水自密实混凝土拌合物和成型混凝土测试,研究了其填充性、间隙通过性、抗离析性、表观性能、力学性能和微观孔结构等基本性能指标;并开展了冻融循环、硫酸盐腐蚀、以及冻融循环与硫酸盐腐蚀耦合作用下的耐久性试验,通过分析不同试验龄期下清水自密实混凝土的质量、动弹性模量、抗压强度等宏观指标变化,探索了水胶比、粉煤灰、矿粉、硅灰对宏观指标的影响规律。取得以下几点研究结论:(1)通过开展不同配合比清水自密实混凝土的基本性能试验,发现提高粉煤灰掺量会增大清水自密实混凝土的坍落度、坍落扩展度、J环扩展度、离析率,而提高矿粉掺量以上指标则均减小;粉煤灰掺量的增加会使得扩展时间减小,而矿粉掺量的增加会使扩展时间增大。三掺粉煤灰、矿粉、硅灰,使得混凝土填充性、间隙通过性和抗离析性能较单掺和双掺时均有所提高。(2)对拆模后的混凝土进行表观质量分析,发现模板的新旧和脱模剂的种类对清水自密实混凝土的表观性能影响较大,为保证清水自密实混凝土的表面清水效果,应尽可能使用新模板或者将较新模板处理至新模板标准;脱模剂应采用水性脱模剂,稀释后的水性脱模剂喷涂于模板表面,拆模后表面光滑平整、无色差、气泡较少,从而降低了混凝土的表面缺陷。(3)通过力学性能试验和微观结构分析,随着矿粉掺量的增加,总孔隙度增大,而无害孔和少害孔总占比有增有减;掺入6%的硅灰能提高无害孔和少害孔的总占比,且对提高混凝土早期抗压强度有显著作用。(4)通过对冻融循环作用下清水自密实混凝土试件测试,发现水胶比对抗冻性影响较大,水胶比越大冻融循环后期质量损失越大、相对动弹性模量和抗压强度耐蚀系数越小。不同粉煤灰掺量对抗冻性影响程度不同,掺量为20%时抗冻性最好;矿粉掺量为10%时,对抗冻性影响不大,矿粉掺量为20%时,抗冻性较10%有所提高;掺入6%硅灰,能明显提高其抗冻性。在硫酸盐腐蚀作用下和冻融循环和硫酸腐蚀耦合作用下,水胶比、不同粉煤灰掺量、不同矿粉掺量和6%硅灰掺量对质量损失率、相对动弹性模量以及抗压强度耐蚀系数的影响规律与在单一冻融循环作用下的规律基本一致,区别在于达到峰值的时间和试验后期的损伤劣化程度不同。(5)结合损伤力学理论和试验数据分析,建立了硫酸盐腐蚀作用下和冻融循环与硫酸盐腐蚀耦合作用下的清水自密实混凝土损伤演化模型,并对混凝土在冻融循环与硫酸盐腐蚀耦合作用下的服役寿命进行了寿命预测。

关键词： 钛石膏   矿渣   碱激发胶凝材料   稳定碎石   耐久性  

摘要： 水泥稳定碎石作为我国路面结构中常用的基层材料,其虽拥有强度高、刚度大、整体性强等优点,但也存在耐久性不足等缺点。碱激发胶凝材料是一种能耗低、二氧化碳排放量少的新型绿色胶凝材料,具有替代传统硅酸盐水泥的潜力。因此本文对碱激发胶凝材料稳定碎石的耐久性进行了试验研究,为其在道路工程中的应用提供技术支持。首先,研究了碱激发胶凝材料的材料组成设计。选用了硅酸钠、氢氧化钠两种激发剂,钛石膏掺量为0、10%、20%、30%、40%,NaO用量为3%、4%、5%、6%、7%共五十组材料组成设计试验,测试了碱激发胶凝材料的凝结时间、抗折强度(3d、7d、28d)、抗压强度(3d、7d、28d),采用SEM、XRD和DSC等手段对试件进行了水化机理分析。其次,研究了碱激发胶凝材料稳定碎石的配合比。选用了NaO用量为4%,钛石膏掺量为20%、30%、40%,胶石比为5:95、10:90、15:85共九组配合比试验,测试了碱激发胶凝材料稳定碎石的抗压强度(7d、28d)、劈裂强度(7d、28d)、水稳定性(7d、28d)、干缩性能(7d、28d),确定了碱激发胶凝材料稳定碎石的最适宜配合比。然后,研究了碱激发胶凝材料稳定碎石的力学性能。制备了钛石膏掺量为30%,胶石比为5:95的碱激发胶凝材料稳定碎石(ASM),与公路工程中常用的5%水泥稳定碎石(CSM)进行了力学性能对比,测定了无侧限抗压强度(7d、28d、60d、90d)、劈裂强度(7d、28d、60d、90d)等力学性能指标。最后,研究了碱激发胶凝材料稳定碎石的耐久性。对比了ASM和CSM的水稳定性(7d、28d、90d)、抗冲刷性能(28d、90d)、干缩性能(90d)、碳化性能(28d、90d)、抗冻性能(28d、90d)、疲劳性能优劣,研究了冻融后ASM的疲劳性能。SEM、XRD和DSC试验结果表明:碱激发胶凝材料的水化产物主要是C-S-H凝胶和AFt晶体。凝结时间和强度试验结果表明:硅酸钠为激发剂对碱激发胶凝材料强度的激发效果整体优于氢氧化钠的,但对凝结时间的延缓效果差于氢氧化钠的;综合凝结时间、抗折强度和抗压强度试验结果,碱激发胶凝材料的适宜材料组成范围为以硅酸钠为激发剂,NaO用量为4%,钛石膏掺量为20%～40%。碱激发胶凝材料稳定碎石配合比设计试验结果表明:综合抗压强度、劈裂强度、水稳定性和干缩性能试验结果,确定碱激发胶凝材料稳定碎石的适宜配合比为钛石膏掺量为30%,胶石比为5:95。力学性能试验结果表明:CSM和ASM的抗压强度和劈裂强度均随养护龄期增加而不断增加,且在各个龄期下ASM的抗压强度和劈裂强度均比CSM的高。耐久性试验结果表明:ASM的7d、28d、90d水稳定性系数分别为1.12、1.07、1.04,CSM的分别为0.85、0.92、0.97;ASM在28d、90d冲刷质量损失分别为0.98‰、0.557‰,CSM的分别为2.53‰、1.152‰;ASM在各个龄期下的干缩系数明显低于CSM的干缩系数,ASM的7d、31d、90d干缩系数分别相较于CSM下降了38.44%、35.84%和33.83%;28d龄期的ASM经历3d、7d和14d碳化作用后的残余强度比比CSM分别低11.37%、19.27%和23.69%,90d龄期下的分别低7.49%、13.06%和15.55%;ASM在28d龄期下经历5次、10次和15次冻融循环后的残余强度比比CSM分别高6.95%、12.16%和12.01%,90d龄期下的分别高4.94%、8.99%和10.09%;ASM的疲劳方程截距大于CSM的,且ASM在各应力水平下的对数疲劳寿命大于CSM的,ASM的疲劳性能表现更优;冻融后ASM疲劳性能试验结果表明:随着冻融循环作用次数的增加,ASM的剩余疲劳寿命百分率逐渐下降,且下降趋势逐渐变缓,随着应力水平的增加ASM的剩余疲劳寿命百分率也随之逐渐下降。ASM在无侧限抗压强度、劈裂强度、水稳定性、抗冲刷性能、干缩性能、抗冻性能、疲劳性能上相较于CSM更优,但在抗碳化性能上表现较差,ASM具有替代水泥稳定碎石应用于道路工程中的潜力。

关键词： 海水海砂混凝土   玄武岩纤维增强复合(BFRP)筋   碱度   耐久性   劣化机理   海洋环境  

摘要： 玄武岩纤维增强复合(BFRP)筋轻质高强且耐氯离子侵蚀,非常适合代替海洋混凝土结构中的钢筋,解决因钢筋锈蚀导致结构耐久性不足的问题。然而,BFRP筋在混凝土碱性环境中会发生腐蚀,长期服役于潮湿的海洋环境同样存在耐久性问题。为解决这一问题,本文研究了通过胶凝材料组分设计对海水海砂混凝土进行(SWSSC)低碱化改性,以减缓BFRP筋的腐蚀,提高筋材使用寿命的可行性。通过BFRP筋、BFRP筋与海砂海砂混凝土粘结性能以及BFRP筋增强海水海砂混凝土柱的加速老化耐久性试验,借助微细观分析技术和相关理论模型,研究了碱度控制对BFRP筋增强海水海砂混凝土结构在海洋环境下耐久性的影响,为高耐久BFRP筋增强海水海砂混凝土材料与结构的设计提供了思路,主要的研究内容及成果如下: (1)通过加速老化实验(提高实验温度加速筋材的劣化),对不同碱度海水海砂混凝土模拟孔溶液浸泡BFRP筋和海水海砂砂浆包裹BFRP筋的力学性能退化情况进行了评估。利用傅里叶变换红外光谱、热重分析、扫描电镜、电感耦合等离子体质谱、CT扫描分析了BFRP筋在不同碱度环境下的劣化程度和机理。研究结果表明,降低海水海砂混凝土碱度可显著减轻BFRP筋的劣化。当溶液的p H值从13.2降低到10.1,海水海砂砂浆p H值从12.5降低至11.1时,老化后BFRP筋的层间剪切强度和抗拉强度保留率分别提高了40%以上,筋材内部树脂基体的塑化和水解、纤维-树脂界面脱粘、纤维的刻蚀和元素浸出均显著减少。 (2)提出了抑制BFRP筋碱性腐蚀的有效p H阈值。降碱对BFRP筋的缓蚀效果随着碱度的降低而逐渐减弱。模拟孔溶液p H值由13.2降低至12.3时,55℃加速老化BFRP筋的层间剪切强度保留率和抗拉强度保留率提高了40%以上,而p H值从12.3下降p H 10.1时,两者提高不到3%。对于砂浆包裹BFRP筋,砂浆p H值由12.5降低到11.6时,55℃加速老化BFRP筋的层间剪切强度保留率和抗拉强度保留率分别上升了46.51%和38.95%,而p H值由11.6降低到11.1时,层间剪切强度保留率和抗拉强度保留率未见提高。综合来看,将混凝土p H值控制在12以下可基本消除筋材的碱性腐蚀。 (3)采用单纯形重心设计法,以普通硅酸盐水泥(OPC)、硅灰(SF)和粉煤灰(FA)为原料,设计了低碱海水海砂混凝土,并研究了其基本物理力学属性。采用等温量热仪、扫描电镜、X射线衍射和热重分析表征了水化过程和水化产物。实验结果显示,用35%水泥、15%硅灰、50%粉煤灰可制备出p H值小于12的低碱度海水海砂混凝土,其抗压强度、工作性、体积稳定性各方面的平衡性与常规高性能混凝土相当。与同强度等级的普通海水海砂混凝土相比,低碱海水海砂混凝土微结构更加致密,水化放热更少,水化产物中氢氧化钙、AFm相和Friedel's盐含量减少。 (4)通过中心拉拔实验研究了BFRP筋与低碱海水海砂混凝土粘结性能耐久性。结果表明,由于低碱海水海砂混凝土内BFRP筋的腐蚀更小,其粘结性能耐久性显著高于普通海水海砂混凝土拉拔试件。相比28天未老化试件,55℃海水加速老化270天后,普通海水海砂混凝土拉拔试件的粘结强度保留率降低至73.48%,低碱海水海砂混凝土拉拔试件的粘结强度保留率提高至107.11%～110.63%。 (5)通过轴压实验研究了BFRP筋增强海水海砂混凝土柱的耐久性。与未老化试件相比,在55℃海水中加速老化后,普通和低碱海水海砂混凝土柱的破坏过程和破坏模式没有发生改变,承载力均略有提高(约5%)。然而,加速老化试验后的普通海水海砂混凝土柱内部BFRP筋的腐蚀较为严重。纵筋的腐蚀导致其与混凝土基体的协调变形能力明显变差,箍筋的腐蚀导致其对核心混凝土的约束力大幅减弱,混凝土柱荷载-位移曲线的持荷阶段消失,延性下降30%。相较之下,老化后的低碱海水海砂混凝土柱内部BFRP筋腐蚀轻微,纵筋-混凝土的变形协调性和箍筋的套箍效应保持良好,荷载-位移曲线的持荷阶段持续存在,延性不受影响。 (6)参考已有FRP长期性能预测模型,分析讨论了不同碱度时,温度和湿度对BFRP筋退化速率的影响。预测结果显示,对长期处于海水浸没区和潮汐区的高湿度环境(100%RH),普通海水海砂砂浆包裹BFRP筋的环境影响因子为0.44,而低碱海水海砂砂浆包裹为0.85。对于湿度相对较低的海洋大气环境,海水海砂砂浆包裹BFRP筋的室内加速老化实验需要根据月平均大气温度和年平均湿度修正。根据预测结果,大气区普通海水海砂混凝土内BFRP筋的环境影响因子为0.77,低碱海水海砂混凝土内BFRP筋为0.93。

关键词： 建筑装修材料   耐久性   基本定义   影响因素   提升策略  

摘要： 为解决建筑业发展难题，本文以建筑装修材料耐久性为背景展开研究，分别阐述了建筑装修材料耐久性的行业基本定义，对影响材料耐久性的主要因素展开具体分析，最后从几个方面出发，提出提高建筑装修材料耐久性的有效路径，旨意在优化材料性能，促进建筑工程项目保质保量地建成。