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关键词： 石膏基自流平砂浆   工作性能   微晶尺寸   低场核磁共振技术   孔隙率  

摘要： 我国工业副产物脱硫石膏的排放量已达亿吨,利用脱硫石膏制备自流平砂浆,一方面可大幅减少其堆场面积及堆场费用,另一方面可弥补部分地区石膏资源匮乏的缺陷,对于推动我国石膏建材产业的发展,丰富石膏建材品种,推动自流平材料的发展和环境保护具有重要意义。 本文从处理并利用工业废产石膏中的脱硫石膏出发,对现有的脱硫建筑石膏基自流平砂浆配比进行研究改良,以胶凝材料P·O 42.5取代石膏,添加的外加剂有:缓凝剂、减水剂、保塑剂、稳定剂、消泡剂,通过胶凝材料与外加剂对脱硫建筑石膏进行改性,研究其对砂浆工作性能与力学性能的影响变化。同时,采用X射线衍射分析、综合热分析、扫描电镜分析对砂浆的水化产物及微观形貌进行微观分析,采用低场核磁共振技术对砂浆孔隙率变化进行分析,采用水化热分析对砂浆水化进程进行分析,通过这些微观测试手段之间相互约束补充,对砂浆宏观性能变化做出解释。最后通过社会效益分析和经济分析对脱硫石膏基自流平砂浆进行综合效益分析。 研究结果表明:(1)当水泥取代脱硫石膏掺量在5%～10%时,砂浆的工作性能与力学性能较佳。由于水泥的掺入使得砂浆中二水硫酸钙的生成加快,使得凝结时间逐渐缩短;同时水泥的适量掺入,砂浆的水化产物水化硅酸钙凝胶与钙钒石填充搭接二水石膏孔隙中,增加致密性,过量掺入,会加大钙钒石微晶尺寸,导致内部发生涨裂,所以抗折与抗压强度先增长再降低。(2)缓凝剂延长砂浆凝结时间,降低砂浆的力学性能。缓凝剂以延迟砂浆的水化进程来延长凝结时间,但其影响二水石膏的成核,造成二水石膏的微晶尺寸增大,降低致密性造成强度下降。(3)随着减水剂掺量从1.6‰增加3.2‰,砂浆的初始流动度与30min流动度均在增大;砂浆的初终凝时间均在增加,延缓砂浆水化进程;砂浆的抗折、抗压强度先增后减。(4)随着稳定剂掺量的增加,砂浆的流速在降低、流动性能在降低、凝结时间延长;砂浆的表观密度随时间变化而稳定。(5)提高消泡剂掺量,砂浆的流动度先增后降,但30min内始终大于140mm;砂浆湿密度增大,当掺量在0.4‰时,达到消泡性能的限值;砂浆的孔隙率降低;消泡剂掺量为0.6‰时,砂浆强度最大。(6)通过对脱硫建筑石膏基自流平砂浆的工作性能、力学性能研究,确定了砂浆的配比为:脱硫建筑石膏95%;P·O 42.5 5%;减水剂ZJ-PC8300 0.2%;缓凝剂ZJ-G19 0.08%;葡萄糖酸钠0.08%;稳定剂ZJ-400E 0.06%;消泡剂ZJ-D130 0.06%;拌合水50%。经过综合效益分析,砂浆的价格较低,石膏砂浆产业的发展对社会与环境有良好促进。

关键词： Al2O3-SiC-C浇注料   碳化硅   分散性   硬化   高温性能  

摘要： AlO-SiC-C(ASC)浇注料具有优异的耐铁水冲刷性、抗渣侵蚀性及抗热震性等性能而被广泛用于高炉出铁沟工作层材料。碳化硅作为其主要原料,因与水不润湿性导致其在浇注料中不易分散,影响ASC浇注料的流变性、硬化过程及高温性能。且当前主要研究的铝酸钙水泥、可水合氧化铝和硅溶胶结合的浇注料,在水化、硬化以及服役过程中受养护温度、养护时间及原料性质等因素影响显著。为此,本文通过引入不同种类分散剂,研究其对碳化硅及其复合料浆流变、硬化以及ASC浇注料结构与性能的影响。论文取得的主要研究结论如下:(1)针对两种粒度碳化硅分别构成的料浆,所研究的系列分散剂表现出相同的作用规律:改变了碳化硅颗粒的表面电荷及料浆p H值,增大了料浆的zeta电位,降低了不同剪切速率下的黏度,提高了流动性。相比之下,聚乙烯亚胺电离产生的阳离子电荷吸附在碳化硅颗粒表面,提高料浆zeta电位,同时其长分子链具有空间位阻作用,协同提高了料浆分散稳定性;聚羧酸盐含有的梳状结构-COOH,在碱性条件下吸附在碳化硅颗粒表面,通过空间位阻作用,显著降低碳化硅料浆的黏度,提高流变性。(2)分散剂对碳化硅复合料浆的影响研究表明,聚羧酸盐对料浆流变性影响最为显著。在碳化硅-氧化铝微粉-二氧化硅微粉复合料浆中,聚羧酸盐同时吸附在碳化硅与氧化物粉体颗粒表面,这些颗粒表面吸附的-COOH,在剪切作用下有利于打开颗粒间的互锁结构,且具有空间位阻作用,提高了料浆流动性。在含铝酸钙水泥的复合料浆中,聚羧酸盐含有的-COOH在水泥颗粒表面的吸附,降低颗粒间摩擦力,提高了料浆流动性;在含可水合氧化铝的复合料浆中,聚羧酸盐含有的-COOH在可水合氧化铝颗粒表面的吸附,有利于降低其水化速率,进而减小料浆的黏度,提高流动性。(3)对碳化硅与结合剂构成复合浆体硬化行为的研究表明,聚羧酸盐与不同添加剂的复合使用,在浆体水化与硬化方面具有不同作用。以铝酸钙水泥为结合剂,聚羧酸盐与萘系减水剂复合添加,有助于调节水化产物的形成过程,随养护温度升高(20-40℃)和时间延长,促进了CAH向CAH转化,显著提高了浆体硬化后的强度。以可水合氧化铝为结合剂,聚羧酸盐与乳酸铝复合添加,乳酸铝中的乳酸根离子产生络合作用,且其电离形成铝离子,部分吸附在可水合氧化铝表面抑制水化,有利于勃姆石的形成。以硅溶胶为结合剂,聚羧酸盐与硅烷偶联剂复合添加,硅烷偶联剂的水解产物硅醇和甲醇发生缩聚反应,促进胶粒缩合,有助于不同温度下硅溶胶系列浆体的硬化。(4)在铝酸钙水泥结合ASC浇注料中,聚羧酸盐和萘系减水剂的复合引入降低了浇注料的黏度,促进了浇注过程中颗粒的均匀分布,有利于碳化硅晶须在颗粒孔隙间的大量形成,因而提高了ASC浇注料的常温力学性能及高温抗折强度。在可水合氧化铝结合ASC浇注料中,聚羧酸盐和乳酸铝的复合引入,降低了可水化氧化铝的水化速率,促进了勃姆石的形成,提高了浇注料的流动性;适量乳酸铝的引入,有利于提高浇注料的抗爆裂性和力学性能。在硅溶胶结合ASC浇注料中,聚羧酸盐和硅烷偶联剂的复合引入,促进了常温下浇注料的硬化及高温下莫来石的原位生成;适量硅烷偶联剂的引入,有利于提高浇注料的脱模强度、力学性能和热震稳定性。

关键词： 混凝土耐久性   无损监测   氯离子监测   Ag/AgCl电极   应变监测  

摘要： 国务院在2023年2月发布的《关于进一步加强隧道工程安全管理的指导意见》中指出,当前我国隧道(洞)建设规模巨大,但工程本质安全水平不高,坍塌等事故时有发生,安全生产形势严峻。对隧道开展结构安全耐久性监测可以实时获取结构耐久性相关数据,分析结构状态,从而在事故发生前进行有效干预,避免灾害的发生,大大降低隧道在施工及运维阶段的危险,因此混凝土结构耐久性无损监测在近年来一直是土木领域的研究热点。但基于现有技术,用于结构监测的各类传感器在适用性、经济性上尚有不足,进而影响了耐久性监测的工程应用。例如,在氯离子浓度监测方面,虽然Ag/Ag Cl电极因其制备简单、成本较低等特点受到了极大关注,但存在着结构易损坏、响应电位受温湿度耦合影响较大等问题。而在应变监测方面,最普遍使用的电阻式应变片,亦存在工序繁琐、结构脆弱、受待测结构尺寸限制的缺点。因此开展Ag/Ag Cl电极的结构优化、湿度影响的探究以及新型应变传感器的开发等工作,对推动混凝土结构耐久性监测的工程应用与保障隧道结构安全具有重要意义。本研究从氯离子监测与变形监测两个方面展开。 一、以Ag/Ag Cl电极为基础改进混凝土结构氯离子在线无损监测技术。首先,通过在不同p H的液体环境下标定Ag/Ag Cl电极电位与氯离子浓度的关系,总结推导出了电极电位-氯离子浓度-p H的公式,并研究测试了Ag/Ag Cl电极的稳定性和工作限度,验证了电极的重复使用的能力。其次,通过对电极结构的进行优化设计,以提高其强度与韧性,进而改善了电极保护外壳与混凝土间的界面兼容性,使其更加适用于混凝土环境。再次,通过将Ag/Ag Cl电极、参比电极及温湿度传感器埋入到水泥砂浆试块中,进行温度循环实验,测试了水泥砂浆凝固过程对Ag/Ag Cl电极电位的影响,探明了温湿度耦合作用对Ag/Ag Cl电极自身电位的影响。最后,提出了一种替换埋入结构内传感器的方案,以保障监测系统的长期工作稳定性。研究结果表明:(1)Ag/Ag Cl电极在氯离子浓度监测方面上具有良好的稳定性,电极电位与氯离子浓度两变量线性相关。(2)Ag/Ag Cl电极埋入新拌合的砂浆后,水泥的水化过程不会导致电极电位出现较大波动,根据温度循环实验数据拟合出的Ag/Ag Cl电极电位-温度-湿度公式,证明了电极受环境湿度影响更大,Ag/Ag Cl电极与参比电极间电压值与温度呈负相关,与湿度呈正相关。(3)对比替换前后的电极电位变化趋势,证实所提出的替换方案未对监测系统稳定性造成影响。 二、开发了一种水泥基材料原位应变传感器的制备及监测技术。该技术以铜粉导电胶为基本材料,利用其自身电阻变化率与应变之间存在线性关系的特点,制备出了用于混凝土结构的应变传感器。首先,测试了传感器相关的基本指标,标定了胶体尺寸及环境温度与导电胶电阻的关系,建立了电阻-温度公式。其次,开展了混凝土构件的原位测试,以验证导电胶在实际混凝土工程应用中的工作能力。最终,将整套耐久性监测传感器应用于珠海市十字门海底隧道项目中,对衬砌管片进行耐久性监测与应变监测,并开发信号采集系统以及物联网监测云平台。研究结果表明:(1)开发的铜粉导电胶应变传感器,具备良好的线性度、灵敏度以及较低的零点漂移与迟滞性差值。(2)增加导电胶体长度可以提高应变传递率,环境温度更高会导致电阻变化率升高,推导的公式可实现温度补偿。(3)混凝土原位测试证明了该材料具有良好的工程应用性。 综上所述,本研究改进了混凝土结构氯离子在线无损监测技术,并开发一种水泥基材料原位应变传感器的制备及监测技术,优化了Ag/Ag Cl电极结构、揭示了温湿度耦合作用对电极影响的机理,实现了电极在应用过程中的温湿度补偿,证明了该电极具有优秀的氯离子监测能力,推动了Ag/Ag Cl电极在氯离子监测上的应用。发明了铜粉导电胶应变传感器,开拓了应变传感器的制备材料选择思路,探究了温度与尺寸对铜粉导电胶的影响,完成了传感器的标定测试、原位测试,验证了其在工程实际应用的能力,简化了应变传感器的安装工序。因此,上述研究成果在混凝土结构耐久性监测上具有重要的应用价值。

关键词： 磷石膏   玻璃纤维   粉煤灰   吸水率   外加剂  

摘要： 磷石膏是一种有害的固体废物,通常来自磷化工企业。磷石膏由Ca SO4、少量可溶性的P2O5、Si02、Al203、氟化物、有机物以及其他有毒物质组成,具有极高的毒性和腐蚀性。由于这些物质的存在,磷石膏的有效利用率大幅度降低。人们对于大量堆积的磷石膏感到担忧,因为它们无法有效利用。石膏具有许多优点,如轻量、节能、保温和隔热。然而,由于它的耐水性较差,这使得它难以完全替代水泥。为了拓展石膏的应用领域和覆盖面,可以采取多种措施,如添加有机或无机外加剂、采用外部喷淋技术,以提高其耐水性。作为复合材料的加固剂,玻璃纤维不只可以增加物质的硬度与密度,还可以降低其收缩率,从而提升其在热变形时的温度以及抗压力的性能。石膏的物理力学性能得到了一定程度的提升,这主要归功于玻璃纤维增强石膏作为一种复合材料的效果;这种效果在很大程度上取决于玻璃纤维与基体的界面结合情况,以及纤维的性能、含量、分布和石膏的性能和含量。通过将磷石膏和玻璃纤维以及粉煤灰生石灰等等多种材料混合在一起,结合一定的外加剂,可以制作出一种具有绿色、节能、轻质、环保特性的新型墙体材料,从而有效地解决当前的资源问题。主要结论如下: （1）磷石膏进行预处理,进行加热煅烧能蒸发脱除里面的有机物。通过对玻璃纤维掺入方式的简单工艺研究,确定出了最佳的掺入方式为先将玻璃纤维与磷石膏混合后再放入搅拌锅加水搅拌成型,最后结果为玻璃纤维的最佳使用长度为12mm,最优掺量为1.2%。 （2）探究了原材料对整个磷石膏复合材料的影响,经过试验探究可知,生石灰的最优掺量为12%,粉煤灰的最优掺量为25%,两者较掺量为零时抗压强度分别提高了32.1%和19.8%;抗折强度分别提高了26.3%和9.7%。 （3）将外加剂掺入玻璃纤维/磷石膏复合材料中时能有效降低材料的吸水率,当减水剂的掺量为0.4%时,其扩散度有最大值228mm;掺入缓凝剂后,复合材料的初凝时间和终凝时间均有所上升,在保证满足工程时间条件下,取缓凝剂的最优掺量为0.3%;在有机硅防水掺量为5.0%时,磷石膏复合材料的抗压强度有峰值13.20Mpa,跟空白试样对比提搞了5.6%,抗折强度在掺量为3.0%时有最大值8.02Mpa,跟空白试样相比提高了6.1%。

关键词： 海洋环境   抗弯性能   混杂纤维混凝土   海水混凝土   结构型玄武岩纤维  

摘要： 随着全球经济的持续推进,海洋经济已逐步成为各国普遍瞩目的战略性领域。在这种趋势下,许多国家均已明确将其置于发展大计的核心之中。然而,在海洋环境的恶劣条件下,海洋建筑物面临着诸多的问题和挑战。纤维混凝土具有优良的性能,近年来在海洋工程领域中得到了广泛应用。目前,钢纤维混凝土在纤维混凝土中仍占主导地位,但钢纤维混凝土在海洋环境中易受到腐蚀和氯离子侵蚀的影响,从而影响结构物的寿命和美观。相比之下,玄武岩纤维混凝土具有很强的耐腐蚀性和抗氯离子侵蚀能力,能够在海洋环境下长期稳定地使用。目前相关学者开发出的结构型玄武岩纤维被证明能够有效抵抗和抑制混凝土的宏观裂缝,提升混凝土的弯曲韧性,但其单一使用时对于混凝土的性能提升有限,相比之下不同尺度纤维混杂不仅能有效抑制混凝土早期微裂缝的形成与发展,并且还能提升混凝土的开裂后对宏观裂缝的限制能力。本文对跨尺度混杂纤维混凝土的短期力学性能与海水干湿循环下耐久性能进行研究,具体的研究内容如下:(1)对养护28d的混凝土进行抗压性能试验和四点弯曲试验,研究了加捻型玄武岩纤维掺量、非结构型玄武岩纤维和结构型纤维种类对跨尺度混杂纤维混凝土短期力学性能的影响。试验结果显示:结构型纤维的掺入使混凝土由脆性破坏转变为延性破坏,提升混凝土弯曲韧性;混杂纤维混凝土的抗压强度随加捻型玄武岩纤维掺量增加呈现出先降低后增加的趋势,而随非结构型玄武岩纤维掺量增加呈现出先增大后减小的趋势;相比单掺加捻型玄武岩纤维,混掺0.2%的非结构型玄武岩纤维可有效提升混凝土抗弯性能和抗压性能,但混掺0.4%非结构型玄武岩纤维则会产生负混杂效应;加捻型玄武岩纤维掺量为1.5%时混凝土的开裂后峰值强度和等效残余强度比1.0%掺量的高,端钩型钢纤维表现出最好的抗弯性能。(2)对混杂纤维混凝土开展了海水干湿循环侵蚀试验,腐蚀龄期分别设置为30d、60d、90d、120d,共制作了108个淡水拌制的混凝土立方体抗压试件与108个淡水拌制的混凝土棱柱体小梁抗弯试件。研究发现:结构型玄武岩纤维树脂基体与玄武岩纤维丝脱粘是导致掺有结构型玄武岩纤维的混凝土抗压性能和抗弯性能退化的重要原因;钢纤维的混凝土试件在腐蚀后期相对动弹性模量下降更大;混掺0.2%的非结构型玄武岩纤维可提升混凝土耐腐蚀性,但混掺0.4%的非结构型玄武岩纤维会导致耐久性更差;短时间腐蚀内海水对钢纤维的腐蚀并不严重,钢-非结构型玄武岩混杂纤维混凝土的抗弯性能在腐蚀后都下降较小。(3)开展了海水干湿循环下混杂纤维海水混凝土的腐蚀试验,研究了拌合水对跨尺度混杂纤维混凝土耐久性的影响,制作了72个海水拌制的立方体抗压试件与72个海水拌制的抗弯试件。研究结果表明:未腐蚀时,海水拌制的混凝土抗压强度稍低;腐蚀后,海水拌制的掺有加捻型玄武岩纤维的试件组强度保留率略低于淡水拌制的混凝土;短时间的腐蚀下,拌合水基本上不会影响端钩型钢-非结构型玄武岩混杂纤维混凝土的抗弯性能,但对平直型钢-非结构型玄武岩混杂纤维混凝土的开裂后峰值强度保留率及等效残余强度保留率影响较大。

关键词： 微生物诱导腐蚀   混凝土   硫氧化细菌-生物膜   耐久性   微观结构  

摘要： 随着海洋工程的探索和开发,混凝土材料在海洋工程建设中得到了广泛应用。海洋环境极易造成混凝土结构腐蚀,其中海洋中常见的硫氧化细菌可以粘附在混凝土结构表面从而诱导腐蚀。针对硫氧化菌对混凝土作用效果和影响劣化规律尚不明确且相关研究较少的现状,本论文通过研究硫氧化细菌及其生物膜对混凝土宏观性能和微观结构的作用效果来探明硫氧化细菌对混凝土性能的影响,以期通过研究为后续海洋环境下混凝土防治微生物腐蚀技术提供理论依据。本论文主要做了两方面工作。一是硫氧化细菌在混凝土表面粘附形成的生物膜演变特征及其粘附力的探究,研究了硫氧化细菌在混凝土表面的附着过程及其生物膜特征,同时基于水流冲刷试验,通过改变水流剪切力的情况下,探究各个龄期混凝土表面硫氧化细菌生物膜的去除率。二是硫氧化细菌对混凝土耐久性的影响探究,首先对微生物代谢产酸、硫酸根离子浓度变化进行了定量分析,从表面p H损失、中和深度、抗冻性、抗氯离子渗透变化来表征混凝土劣化程度。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)以及电化学阻抗谱(EIS)研究了腐蚀混凝土中矿物组成变化和孔隙变化以此明确微生物及其生物膜在海洋环境下对混凝土耐久性的影响。通过上述研究分析,本论文取得的主要研究结论和创新成果包括以下三方面:(1)附着在混凝土气液固界面处粘稠状物质为生物膜,在混凝土浸泡30 d时,硫氧化细菌附着在气液固界面处形成生物膜厚度为100μm,120 d时到达成熟期,厚度为2200μm并且开始脱落,生物膜厚度降至150 d时的600μm后开始增加,直至240 d生物膜厚度达到最高值2900μm。(2)较大的剪切力能够有效地去除混凝土表面附着的生物膜。生物膜处于快速生长期,剪切力小于18.1135 k Pa时,生物膜去除效果差。成熟老化阶段的生物膜将进入脱落期,其粘附力要小于快速生长期的生物膜,此阶段为去除生物膜的最佳时间。(3)有菌试验组试样劣化严重,表面出现硫酸盐结晶,靠近边缘部分有少量孔洞和损失,粗糙程度相对于无菌对照组试样更加明显,而无菌对照组试样表面则是轻微风化和破损。根据p H损失、中和深度、抗冻性的变化进行研究证实,与有菌试验组相比,无菌对照组试样的耐久性更好。有菌试验组试样的p H由11.4下降到9.65,降幅几乎是无菌对照组的1.75倍;有菌试验组试样在240 d后的中和深度12.4 mm,约为无菌对照组的2.3倍;经过100次冻融循环后,无菌对照组试样的抗冻性更好。硫氧化细菌在混凝土表面粘附,进而形成网状复杂结构的生物膜,其内部结构致密,可以减缓氯离子对混凝土的渗透。XRD和SEM以及电化学阻抗(EIS)分析表明,生物硫酸的渗透导致混凝土C-S-H凝胶溶蚀、碱流失和硫酸盐矿物结晶膨胀,孔隙率增加,加速混凝土劣化。

标准号: ASTM F2659-2023

摘要： 1.1 This guide focuses on obtaining the comparative moisture condition within the upper 1.0 in. (25.4 mm) stratum in concrete, gypsum, anhydrite floor slabs and screeds for field tests. Due to the wide variation of material mixtures and additives used in floor slabs and screeds, this methodology may not be appropriate for all applications. See 1.2 through 1.8 and Section 11. Where appropriate or when specified, use further testing as outlined in Test Methods F1869 or F2170 before installing a resilient floor covering. 1.2 This guide is intended for use to determine if there are moisture-related conditions existing on, or in, the floor slabs that could adversely impact the successful application and performance of resilient flooring products. 1.3 This guide may be used to aid in the diagnosis of failures of installed resilient flooring. 1.4 This guide is intended to be used in conjunction with meter manufacturer’s operation instructions and interpretive data where available. 1.5 Where possible or when results need to be quantified, use this guide to determine where additional testing such as Test Methods F1869 or F2170 as specified to characterize the floor slab and the test area environment for moisture, humidity and temperature conditions

关键词： 桥梁伸缩缝   快速维修混凝土   车桥耦合扰动   耐久性  

摘要： 伸缩缝是桥梁结构的重要组成部分，具有调节车辆荷载等因素引起的桥梁上部结构之间位移和联结的重要作用。然而，重载交通伴随环境影响导致伸缩装置发生破坏，为降低修补工程对交通的不利影响，大多采用不中断交通施工。车桥耦合扰动会造成修补混凝土性能劣化，对其服役性能带来极大挑战。因此，制备性能优良的抗扰动桥梁伸缩缝快速维修混凝土，研究通行车辆扰动对其性能的影响规律具有重要意义。　　本文通过单组分试验和复配试验，制备一种适用于桥梁伸缩缝快速维修混凝土的新型无氯早强剂（New Chlorine-free Accelerator，以下简称 NCA），从凝结时间、抗压强度和收缩性能三个方面研究 NCA对混凝土宏观性能的影响，通过水化热和 XRD分析方法初步探讨作用机理。采用正交试验优化桥梁伸缩缝快速维修混凝土基准配合比，以水胶比、粉煤灰取代量、早强剂掺量和砂率作为影响因素，综合考虑混凝土工作、力学、粘结和收缩性能，结合功效函数法优选性能最佳的桥梁伸缩缝快速维修混凝土配合比。利用混凝土振动台模拟车桥耦合扰动，开展不同扰动机制条件下桥梁伸缩缝快速维修混凝土扰动模拟试验，分析不同扰动机制下桥梁伸缩缝快速维修混凝土性能演变规律。最后，基于模糊层次综合评价法和数理统计假设检验原理，建立桥梁伸缩缝快速维修混凝土抗扰动性能等级评估方法及评价模型，表征混凝土抗扰动性能大小，并对所提出的评价模型进行运用，验证其可操作性与准确性。　　结果表明，NCA最优配比参数为：A组分掺量0.52%、B组分掺量0.46%、C组分掺量3.21%、D组分掺量0.07%。NCA的掺入能缩短诱导期，促进C3S水化，提供附加的成核位点，降低晶体析出能量势垒，促进水泥水化。功效函数法推荐出桥梁伸缩缝快速维修混凝土最佳配合比为：水胶比0.34，粉煤灰取代量15%、早强剂掺量6%、砂率 32%。不同扰动条件下混凝土性能测试结果表明，混凝土在初凝至终凝时间段内受低扰动，不但不会造成性能损伤，反而会改善粗细骨料分布均匀性，提高混凝土早期密实度，改善混凝土综合性能;当扰动能量较高时，内部匀质性发生改变，混凝土性能劣化，且扰动能量越高，劣化程度越严重。

关键词： 全再生混凝土   再生骨料   碳化强化   耐久性   微观测试  

摘要： 全再生混凝土能够大规模的消纳建筑垃圾。但由于再生骨料表面附着部分老旧砂浆,使得再生混凝土强度较低、易开裂、脆性,限制了其在工程结构中的应用。而使用CO2碳化再生骨料,CO2与骨料内的碱性物质反应产生的碳酸钙结晶以及硅胶,能够有效地提升再生骨料品质、缓解全再生混凝土性能缺陷。本试验采用石灰水浸泡结合CO2碳化强化再生骨料,对全再生混凝土抗碳化、抗氯离子渗透及抗冻性进行了试验研究。分析了不同再生细骨料替代率对100%再生粗骨料制备的全再生混凝土耐久性能的影响;不同再生粗骨料替代率对100%再生细骨料制备的全再生混凝土耐久性能的影响。结合微观手段分析预浸泡结合碳化强化方法对全再生混凝土物相组成、微观结构的影响。具体研究内容与结论如下: （1）开展了快速氯离子迁移系数法（RCM法）、加速碳化及快速冻融循环试验,并对非稳态氯离子迁移系数、碳化深度、外观损伤、质量损失、相对动弹性模量等指标进行了测量,分析预浸泡碳化强化再生骨料及再生粗/细骨料替代率对其耐久性的影响。 （2）通过试验分析了碳化强化再生骨料对全再生混凝土的提高效果,并将其与未经碳化处理的全再生混凝土进行了比较。研究表明,碳化对全再生混凝土的耐久性有一定的改善作用,但其性能仍然低于天然混凝土。碳化强化再生骨料制备的全再生混凝土,其抗氯离子渗透性最大提高了23.49%,抗碳化能力最大提高了92%,抗冻性最大提高了60%。 （3）试验结果显示100%再生粗骨料取代率下,随着再生细骨料替代率增加,全再生混凝的抗氯离子性能先提升后下降、抗碳化性能逐渐减弱、抗冻性能先升高后降低,其中再生细骨料替代率为30%时,全再生混凝土抗氯离子与抗冻性能最好;100%再生细骨料替代率下的全再生混凝土,随着再生粗骨料替代率的增加全再生混凝土的抗氯离子渗透性能也呈现先升高后降低的趋势、抗碳化性能逐渐减弱、抗冻性能逐渐降低,其中再生粗骨料替代率为50%时全再生混凝土抗氯离子渗透性能最好。 （4）采取XRD、TG热重、扫描电镜等微观试验对再生骨料碳化强化前后制备的全再生混凝土物相组成和微观结构进行观测,分析结果表明,碳化后生成碳酸钙、单碳铝酸钙以及碳酸钙表面包裹的硅胶填补了再生骨料表面微小裂缝,改善界面过渡区强度,有利于提高全再生混凝土的耐久性能。 （5）基于试验数据,建立了全再混凝土抗氯离子、抗碳化、以及冻融损伤预测模型,该模型能够简单反映碳化强化前后全再混凝土的耐久性能与再生骨料取代率的变化规律,为全再生混凝土在实际工程中的应用提供参考。

关键词： 氯氧镁水泥   青稞秸秆灰   早期性能   抗盐冻侵蚀性能   细微观结构   界面性能   耐久性  

摘要： 青海分布着大面积的盐湖及盐渍土地区,加上严酷恶劣的气候环境,使得该地区混凝土结构的耐久性面临严峻的挑战。大部分混凝土结构在服役过程中,由于耐久性劣化而提前退出工作。氯氧镁水泥(magnesium oxychloride cement,MOC)是一种无需经过标准养护的气硬性胶凝材料,不经改性就具有优异的抗盐卤侵蚀性能,在盐湖及盐渍土地区具有广阔的应用前景。然而,MOC的耐水性能差,导致MOC的抗盐冻侵蚀性能不高,限制了其在盐湖及盐渍土地区的进一步推广和应用。本文基于青海盐湖地区混凝土耐久性的现实需求,以及废弃资源的协同利用,设计出一种经过生物质硅改性的MOC防护混凝土,旨在提高盐湖地区混凝土结构的耐久性。主要研究内容及结论如下:(1)采用三阶段制备、三参数设计、两维度分析、两过程验证的方法对青稞秸秆灰(highland barley straw ash,HBSA)的制备工艺及活性效应进行了研究。结果表明:基于活性指数测试、响应面优化设计、灰熵关联分析、微观结构测试与表征,综合确定活性HBSA的最佳制备条件为:自然焚烧后的青稞秸秆灰渣,在600℃条件下二次煅烧2 h,随后研磨2 h。该条件下制备的HBSA活性最高,其主要成分为Si O,含量高达61.76%。(2)将最优制备条件下的HBSA以不同的掺入方式和掺量掺入MOC砂浆(MOC mortar,MOCM)中制备了HBSA改性MOCM复合材料(HBSA-MOCM),对其早期性能进行测试,初步确定HBSA的最佳掺入方式和掺量。通过细微观结构测试与表征,结合水化反应理论分析,揭示了HBSA影响MOCM早期性能的作用机理。结果表明:HBSA的掺入对MOCM的早期性能产生了显著的影响,而且与HBSA的掺入方式和掺量密切相关。HBSA以外掺的方式掺入MOCM中,可以获得更优的早期性能。当HBSA外掺且掺量为10%时,MOCM的工作性能改善,物理性能提高,力学性能增强,耐水性能最优。HBSA中的活性Si O与MOCM的水化产物发生二次水化反应,生成了大量的M-S-H凝胶,填充了有害孔隙,细化了孔隙结构,增强了5相晶体的水稳性。(3)为了研究HBSA-MOCM的抗盐冻侵蚀性能并确定HBSA的最佳掺量,分别在盐卤侵蚀、冻融侵蚀以及盐冻耦合侵蚀环境下对HBSA-MOCM的耐久性损伤劣化规律、形貌特征、孔隙结构特征进行了研究。结果表明:HBSA掺量对MOCM的盐、冻及耦合侵蚀特性及损伤劣化特征具有显著的影响。当HBSA掺量为10%时,MOCM在盐、冻及耦合侵蚀条件下的耐久性能比未掺HBSA时显著提高。随着盐、冻及耦合侵蚀周期的增加,HBSA-MOCM的比表面积减小、最可几孔径增大、平均孔隙宽度增大、微小孔隙数量减少,造成孔隙结构劣化。而且,冻融侵蚀环境下HBSA-MOCM的损伤劣化最为严重,盐冻耦合侵蚀环境下次之,盐卤侵蚀环境下最轻。(4)通过HBSA-MOCM与普通混凝土的界面粘结性能和界面抗腐蚀性能研究,确定了MOCM防护混凝土的组成设计,分析了HBSA-MOCM与混凝土协同工作的可靠性。结果表明:HBSA掺量、界面剂和防护层厚度对HBSA-MOCM与混凝土的界面性能具有显著的影响。综合考虑HBSA-MOCM的早期性能、抗盐冻侵蚀性能以及HBSA-MOCM与混凝土的界面粘结性能和界面抗腐蚀性能,MOCM防护层组成设计参数应为掺入10%HBSA、涂刷界面剂且防护层厚度为18mm。(5)为了探究MOCM防护层对混凝土耐久性的提升效果,对MOCM防护混凝土的耐久性损伤规律及钢筋的锈蚀劣化特性进行耐久性试验与电化学测试,从而评价MOCM防护层对混凝土耐久性以及钢筋抗锈蚀性能的防护效果。结果表明:MOCM防护层对混凝土的耐久性损伤与钢筋的锈蚀劣化具有显著的防护作用。经过相同的侵蚀周期后,MOCM防护混凝土比普通混凝土的抗压强度更大、相对动弹性模量更高,试件尺寸变形量更小。MOCM防护混凝土中钢筋的腐蚀电流密度更低,腐蚀速率更慢。MOCM的防护作用增加了钢筋锈蚀过程的交流阻抗,延缓了钢筋的锈蚀速率。