采用3D打印工艺,使用普通硅酸盐水泥(OPC)、硫铝酸盐水泥(SAC)、磷酸盐水泥(MPC)制备了3类24组不同配合比的植生混凝土试件,研究了水泥种类、水灰比、砂灰比、缓凝剂掺量等对植生混凝土pH值的影响规律。结果表明:水泥种类对植生混凝土pH值的影响最明显,掺OPC的植生混凝土的碱性最高,SAC次之,MPC最低;植生混凝土的pH值均随水灰比的增加而提高;砂灰比增加会降低植生混凝土的碱性;缓凝剂也会影响植生混凝土的pH值,其中,葡萄糖酸钠和酒石酸可以分别降低掺OPC或SAC的植生混凝土的pH值,而硼砂可以先降低后提高掺MPC的植生混凝土的pH值。

基于水灰比对硫铝酸盐水泥(SAC)修补砂浆界面弯拉强度的影响,确定了SAC修补砂浆最佳配合比,并研究了增大粗糙度、不同溶液浸润的界面处理方式对SAC修补砂浆新旧界面弯拉强度的影响。结果表明:SAC修补砂浆的3 d界面弯拉强度随着水灰比的减小逐渐增大,当水灰比为0.35时,SAC修补砂浆界面弯拉强度达到最高,为3.82 MPa;对界面进行粗糙处理可显著提高SAC修补砂浆1、3、28 d新旧界面弯拉强度,相较于界面未进行处理组分别提高了1.03、1.08、0.64 MPa;与粗糙处理方式相比,对界面进行水浸润或碱溶液浸润处理均对SAC修补砂浆的新旧界面弯拉强度不利。

通过混凝土强度试验,研究了水灰比、缓凝剂掺量、自然温度养护、防冻剂等因素对硫铝酸盐水泥混凝土凝结时间和强度特性的影响。结果表明,适宜掺量的硼酸缓凝剂可以延长硫铝酸盐水泥混凝土凝结时间,且不会降低混凝土早期强度;养护温度和水灰比对硫铝酸盐水泥混凝土强度发展有显著影响;低温或负温施工时通过添加适量防冻剂或采取简单保温措施,硫铝酸盐混凝土可获得良好的早强和负温工作性能,能够大大缩短西北高寒干旱区混凝土施工工期,并延长混凝土年施工期2～4个月。

采用硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥以及两种水泥混合后配制人工鱼礁混凝土,研究水泥类型对人工鱼礁混凝土的耐久性的影响。试验中,采用氯离子渗透性和吸水率试验研究水泥类型对人工鱼礁混凝土渗透性的影响,结合孔结构和XRD等试验方法对混凝土微观结构进行测试和分析,研究不同水泥对混凝土性能的影响。研究结果表明:在标准养护下,采用硫铝酸盐水泥时海水海砂混凝土的骨料与水泥石界面得到明显改善,裂缝减少,孔结构优化;与普通混凝土相比,其抗压强度和劈拉强度分别增加了15.0%和11.9%,抗渗性也得到提高;而采用混合水泥会导致海水海砂混凝土内部的裂缝明显增多,骨料与水泥石界面变差,孔结构明显劣化,导致抗压强度、劈拉强度和抗渗性降低。

为了满足道路半刚性基层隐含裂缝的灌浆要求,研究了一种快硬硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥复配的水泥基灌浆材料;同时辅以减水剂对不同配合比灌浆材料的灌浆特性进行了研究。结果表明,得到15min内流动性好、30min达到初凝、2h内强度增长快的水泥基灌浆材料的最佳配合比为水泥∶水∶减水剂=1∶0.35∶0.015,其中快硬硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的比值为0.5625,AS氨基磺酸系减水剂与FDN萘系减水剂1:1复合使用。

通过制配水泥胶砂试件进行硫酸盐侵蚀试验,研究了水灰比、养护龄期、侵蚀溶液浓度、侵蚀龄期等对硫铝酸盐水泥混凝土抗硫酸盐侵蚀能力的影响;并采用宏观观测和扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)微观观测方法,分析和揭示其抗硫酸盐侵蚀机理,并与高抗硫硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的抗硫酸盐侵蚀性能进行了对比。结果表明,硫铝酸盐水泥胶砂试件可以抵抗高浓度硫酸盐的侵蚀,且随着水灰比的降低、养护龄期的延长,其抗硫酸盐侵蚀能力会进一步得到提高;硫铝酸盐水泥混凝土较高的抗硫酸盐侵蚀能力,主要取决于混凝土的高密实度和化学侵蚀内因的减少。侵蚀发生在开口孔隙内,侵蚀产物是团簇状钙矾石(AFt),硫铝酸盐水泥具有显著高于高抗硫水泥抗硫酸盐侵蚀的能力。

研究了聚酯纤维和碳纤维硫铝酸盐水泥混凝土的力学性能。结果表明,在90d龄期时,聚酯纤维和碳纤维硫铝酸盐水泥混凝土的抗压强度分别达到了58.9MPa、52.4MPa,比同龄期素混凝土试样分别提高了25.6%和12.0%;而劈拉强度分别达到了5.77MPa和5.11MPa,比同龄期素混凝土试样分别提高了41.1%和24.9%。碳纤维和聚酯纤维对硫铝酸盐水泥混凝土均有明显的约束裂缝扩展的能力,表现为在28d龄期时,碳纤维混凝土的断裂能达到113.4kJ,比基准混凝土提高了28.1%,而聚酯纤维混凝土的断裂能则达到了139.8kJ,比基准混凝土提高了58.0%。

通过测试不同聚合物胶粉种类、不同聚合物胶粉掺量硫铝酸盐水泥砂浆在自然养护条件下的性能变化规律,研究了其对硫铝酸盐水泥砂浆性能的影响。结果表明:在自然养护条件下,当聚合物胶粉掺量为4%时,初凝时间和终凝时间分别延长30 min、20 min;当聚合物胶粉掺量为2%时,流动度提高了11.1%,1 d、28 d的抗折强度分别提高10.3%、15.73%;随着聚合物胶粉掺量的增加,砂浆的早期抗压强度(1 d)逐渐降低,当掺量为2%时,28 d抗压强度小幅提高;随着聚合物胶粉掺量的增加,干缩率逐渐降低。

为了对国防工程进行快速修补,将普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥(SAC)按不同比例进行复配,研究复合体系凝结时间、强度、变形等性能,优化配合比,满足快速修补的特殊要求。试验结果表明,当SAC含量在15%时,复合胶凝材料在各方面均表现出优异的性能,在此基准配比基础上掺入适量聚丙烯纤维及高效减水剂,即可配制出具有较短凝结时间、良好和易性、较高强度及粘结强度的复合胶凝快速修补砂浆。

在原有普通混凝土配合比基础上,采用钢渣粗、细骨料对混凝土中的天然骨料进行部分替代,进行钢渣混凝土配合比试验,分别用普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥作为胶凝材料进行配合比试验,比较了两种水泥钢渣混凝土的抗折、抗压强度及后期强度发展变化,并进行了不同水泥品种下,不同粒径钢渣混凝土的基本力学性能研究。