为探究HCSA膨胀剂掺量对水泥砂浆的影响,试验设计制作了6种HCSA膨胀剂掺量的水泥砂浆试块。对水泥砂浆的工作性、力学性能和收缩性能进行了测试,并通过扫描电子显微镜(SEM)观察其微观结构。研究结果表明:掺入膨胀剂能够减少水泥砂浆的初凝时间和流动度;掺入8%~10%的膨胀剂可以有效补偿水泥砂浆的自收缩;随膨胀剂掺量的增加,其抗压强度和抗折强度均呈先增加后减小的趋势;SEM结果表明,掺量4%的HCSA膨胀剂可以使水泥砂浆的微观结构得到优化。

对不同类型陶粒在陶粒混凝土中的吸水返水过程、水泥石孔径分布、陶粒混凝土的内部湿度与自收缩进行了测试。研究结果表明:陶粒经过预湿处理后,吸水率大的陶粒在陶粒混凝土中的返水能力比吸水率小的陶粒强;普通混凝土的有效水灰比和内部相对湿度最小,吸水率小的陶粒轻骨料混凝土居中,吸水率大的陶粒轻骨料混凝土最大;对于经过24h预湿处理的粗骨料,在水泥石中孔径小于50nm的累计孔径方面,吸水率大的陶粒轻骨料混凝土最小,吸水率小的陶粒轻骨料混凝土居中,普通混凝土最大;混凝土自收缩是有效水灰比和粗骨料约束程度共同作用的结果,吸水率大的陶粒轻骨料混凝土自收缩最小,普通混凝土的居中,吸水率小的陶粒轻骨料混凝土自收缩最大。

为综合评价水灰比对橡胶砂浆性能的调控特性,以橡胶等体积替代40%砂,研究不同水灰比对橡胶砂浆力学和收缩性能的影响。研究表明,随着水灰比的减小,橡胶砂浆各龄期的抗压、抗折强度均呈现逐渐提高的趋势;橡胶砂浆的早期收缩特性较为显著,且随着水灰比的减小,橡胶砂浆的自收缩及干缩幅度均呈逐渐提升的趋势。

研究了石灰石粉对水泥基材料自收缩性能和自干燥效应的影响,探讨了硬化浆体自干燥效应与自收缩的关系。研究发现:硬化浆体的自收缩随石灰石粉掺量的增加呈现先增加后降低的趋势,石灰石粉掺量为10%时达到最大值。同时发现,当石灰石粉掺量超过15%时,硬化浆体的自收缩开始低于基准组,随着掺量增加,自收缩进一步降低。石灰石粉对硬化浆体自干燥效应的影响规律与石灰石粉对硬化浆体自收缩的影响规律一致。硬化浆体的自干燥体积与自收缩变形具有良好的正相关性,硬化浆体的自干燥效应能够在一定程度上体现硬化浆体的自收缩变形。

利用菱镁矿尾矿煅烧制备轻烧氧化镁补偿蒸养水泥浆体的自收缩。通过测定水泥胶砂流动度和3d强度来确定氧化镁的合适掺量。通过XRD和TG-DTA表征水泥浆体中氧化镁的水化进程,并结合压汞法(MIP)和场发射扫描电镜二次电子成像(FESEM)分别对浆体的孔结构和氧化镁水化产物的微观形貌进行分析。结果表明,氧化镁在蒸养过程中迅速水化,使得浆体的孔隙率略微增大。蒸养后,浆体中氧化镁在原位继续水化,有效地补偿了浆体的自收缩。掺有4%氧化镁的水泥和粉煤灰水泥浆体14d的自收缩值分别减少了33%、17%。

研究了高吸水性树脂(SAP)对硅酸盐水泥浆体的凝结时间、抗压强度、自收缩和电阻率的影响规律。结果表明:高吸水性树脂能延长水泥浆体的凝结;当SAP掺量增大时,水泥浆体的抗压强度减小,SAP掺量为0.6%的硬化水泥浆体在28d龄期时的抗压强度为空白组的80%;水泥浆体在7d内的自收缩随着高吸水性树脂掺量的增加而减小,SAP掺量为0.6%的硬化水泥浆体的自收缩减缩率达31.6%;水泥浆体电阻率在3d内随着SAP掺量的增加而减小;早龄期水泥浆体的自收缩与电阻率呈正相关关系,根据水泥浆体的电阻率变化曲线可以预测自收缩的发展趋势。

采用电石渣对Ⅲ级粉煤灰进行增钙煅烧改性,利用XRD对改性Ⅲ级粉煤灰的矿物组成进行分析,测定了掺入改性Ⅲ级粉煤灰的C30混凝土的抗压强度和自收缩,并采用BSEM和纳米压痕仪分析了改性Ⅲ级粉煤灰与水泥浆体的微界面结构及微界面力学性能。结果表明:Ⅲ级粉煤灰经增钙煅烧改性后生成了水硬性矿物β-C2S,水化可生成C-S-H凝胶,改善了Ⅲ级粉煤灰颗粒与水泥浆体的微界面区结构,提高了微界面区的弹性模量和硬度,从而提高了掺Ⅲ级粉煤灰混凝土的强度,并降低了其自收缩。

研究了不同钢纤维体积分数(0、2%、3.5%)的超高性能混凝土(UHPC)在密封养护条件下的线性收缩量、温度变化以及水化放热速率随时间的变化规律。结果表明,超高性能混凝土的自收缩过程可以分为四个阶段,分别由温度和湿度控制,且与温度变化以及水化放热数据匹配良好;钢纤维的掺入不改变收缩发展阶段也不改变各阶段的持续时间,但随着钢纤维掺量的提高,有效抑制了UHPC收缩发展程度;通过MANGAT&AZARI纤维收缩抑制模型模拟UHPC自收缩变化,与实测数据的匹配度良好。

采用自行研制的波纹管测试系统,测试超低水胶比水泥净浆的早期自收缩;并通过测试毛细管负压和水化程度,对自收缩结果进行分析,定性阐述超低水胶比水泥净浆的自收缩机理及规律。结果表明,当水胶比低于0.18时,水泥净浆的自收缩随水胶比的减小而降低;反之则增加;当水胶比为0.18(临界水胶比)时,水泥净浆的自收缩最大。硅灰可以很好地抑制超低水胶比水泥净浆的自收缩,当水胶比为0.15,硅灰掺量为5%和10%时,水泥基材料48h的自收缩分别降低了25.8%和56.3%。

在生石灰激发下,采用水热-煅烧处理对粉煤灰进行表面改性,利用X射线衍射、扫描电镜和能谱分析等测试方法对表面改性粉煤灰的物相结构和化学组成进行了表征,并采用背散射扫描电镜和压汞仪研究了掺表面改性粉煤灰水泥浆体的微观结构。试验测定了掺表面改性粉煤灰的硅酸盐水泥浆体的抗压强度、自收缩和孔隙率。结果表明,表面改性粉煤灰颗粒表面生成了具有水化活性的β-C2S,其水化产生凝胶,明显改善了复合水泥浆体中粉煤灰颗粒与水泥基体的界面,降低了复合水泥浆体的孔隙率和自收缩,提高了掺表面改性粉煤灰复合水泥浆体的早期强度。