火山灰质材料是水泥与混凝土的重要组分材料,混凝土的高性能化是通过加入火山灰质材料来实现的。受环境影响,不同地区天然火山灰质的性能存在较大差异,导致其应用过程中经常遇到一些问题。基于上述问题,安爱军、周永祥编著的《天然火山灰质材料与火山灰高性能混凝土》一书以新建蒙内铁路和内马铁路为背景,针对东非地区缺乏粉煤灰、矿渣粉、硅灰等传统矿物掺合料的现状,以当地储量丰富的天然火山灰质材料为研究对象,研究了天然火山灰质材料配制铁路工程高性能混凝土成套技术。笔者基于对本书的学习,觉得本书聚焦点明确,研究略深入,方向明确,特别是以下几个方面问题的研究更值得读者关注。

研究了石灰石粉、硅灰-石灰石粉、硅灰-粉煤灰、硅灰-矿渣粉和纳米Al2O3、纳米Fe2O3对全浸泡水泥基胶砂抵抗硫酸盐和氯盐复合溶液侵蚀性能的影响,探讨了不同组成水泥基材料增强抗侵蚀性的可行性。测试了水泥基胶砂的外观形貌、强度,并利用XRD分析了侵蚀试样的物相组成。结果表明,硅灰-矿渣粉增强水泥基材料的抗侵蚀性能较好。

基于现有的透水混凝土模型,提出了透水混凝土骨料挂浆厚度试验和计算方法。同时研究了骨料粒径、水灰比、硅灰掺量和胶粉掺量对骨料表面挂浆厚度的影响。试验结果表明,骨料粒径对骨料挂浆厚度影响较小;随着水灰比的增大,掺入硅灰的净浆挂浆厚度明显减小,掺入胶粉的净浆挂浆厚度基本不变;随着硅灰掺量的增加,骨料挂浆厚度随之增大,但增长速率有所减小;随着胶粉掺量的增加,骨料挂浆厚度先增大后减小。

采用陶粒-硅灰-矿粉复掺制备了轻质高强透水混凝土,并研究了增强剂、掺合料、陶粒替代率及养护制度对透水混凝土性能的影响。试验结果表明,影响混凝土的透水系数的主要因素是设计空隙率和成型时透水混凝土拌合的均匀性,通过掺入增强剂、矿物掺合料,采用合适的陶粒体积替代率及热水养护等方式可配制出抗压强度为34.5 MPa、透水系数为3.6 mm/s、干密度为1 802 kg/m^3的轻质高强高透水性混凝土。

采用硅灰和可再分散乳胶粉对透水混凝土进行改性,研究了两者对透水混凝土浆体扩展度、力学性能、透水性能和抗冻性能的影响。结果表明,硅灰会提高浆体的黏度、降低浆体的扩展度,提高透水混凝土的力学性能和抗冻性能,但会降低其透水性能,脆性增大,推荐硅灰掺量为2%～4%;可再分散乳胶粉会改变浆体黏度,调节透水混凝土浆体的工作状态,降低透水混凝土强度,改善透水混凝土的脆性,推荐可再分散乳胶粉的掺量为2%～4%,可以获得较好的综合性能。

采用广安地区生产的轻质骨料配制了LC15级全轻骨料混凝土,分析了硅灰对轻骨料混凝土工作性、干表观密度、抗压强度的影响。并通过研究硅灰对轻骨料混凝土浆体流变性能的影响解释了其宏观性能的变化。试验结果表明:在10%掺量范围内,硅灰降低了轻骨料混凝土的工作性,提高了其干表观密度及抗压强度。掺入硅灰的轻骨料混凝土浆体可以用修正的宾汉姆模型进行拟合。拟合结果表明:轻骨料混凝土的工作性下降是由于其浆体屈服应力及塑性黏度的提高,同时塑性黏度提高亦增加了浆体与骨料的黏结能力,从而提高了轻骨料混凝土的力学性能。

从碱骨料反应的定义、分类、条件、机理、预防措施等方面介绍了碱骨料反应的原理。利用白云岩制作了两组胶砂试件,一组试件胶材采用纯水泥,另一组掺入10%的硅灰等量替代水泥,并在水泥标准养护箱中养护24 h,脱模后在常温蒸汽中养护6 h,再到高温蒸压养护8 h。通过骨料碱活性试验方法中的评定方式对结果进行评定。试验结果表明,碱骨料反应在高温环境下可快速发生,且硅灰掺入量为10%时,能够有效抑制碱骨料反应。

研究了成型方式和胶凝材料总量对透水混凝土强度和透水率的影响。结果表明,加入乳胶溶液可改善透水混凝土的拌合施工状态,硅灰和粉煤灰的加入提高了透水混凝土的抗压强度,但会影响透水率。特细砂能够增加浆体对碎石的包裹性。在三种成型方式中,击实成型可以大幅提高透水混凝土的抗压强度,同时可以满足透水率的要求,通过试验可配制出28 d抗压强度为45.7 MPa,透水系数为1.6 mm/s的透水混凝土,并已在实际工程中应用。

为了研究矿物掺合料对超早强支座砂浆流动性能及力学性能的影响,在普通支座砂浆配比的基础上,通过掺加不同掺量的粉煤灰、矿渣、硅灰、微珠来分别探究对支座砂浆各项性能的影响,再对其进行交叉复掺研究复配试验。结果表明,超细矿粉与粉煤灰存在最佳的掺量区间,最佳掺量为3%~9%,四种矿物组分单掺对短期强度贡献分别为:硅灰>超细矿粉>粉煤灰>微珠;对长期强度贡献分别为:硅灰>粉煤灰>超细矿粉>微珠;对流动度损失敏感程度分别为:超细矿粉>粉煤灰>硅灰>微珠。

利用磨细钢渣粉替代矿渣,并掺以粉煤灰和硅灰,通过各成份之间合理的颗粒匹配达到固体的最密实状态,以获得高强的水泥基胶凝材料。依据粒度仪测出不同比例混合后混合材的颗粒群分布,通过MATLAB绘制出了满足Dinger-Funk方程紧密堆积状态下的颗粒群分布曲线,利用数值方法分析了混合料的颗粒群分布与DingerFunk方程颗粒群分布的拟合度,并测定了浆体的强度。试验结果表明,混合掺合料的实际颗粒群分布与紧密堆积状态颗粒群分布拟合度较高时,相应浆体的强度较高,可为配制高强的水泥基材料提供参考。