以高性能混凝土用胶凝材料为研究对象,研究了粉煤灰、矿粉在不同养护湿度和温度下对水泥浆体变形性能的影响规律。结果表明:饱水养护时,粉煤灰的掺入降低了水泥浆体的水养膨胀变形;养护温度升高、粉煤灰掺量增加,水泥浆体水养膨胀变形降低幅度增大,但不同水养温度下掺入矿粉对水泥浆体膨胀变形无明显影响;密封养护时,掺入粉煤灰可有效抑制水泥浆体的自收缩,但矿粉掺入会增大水泥浆体自收缩;干燥养护时,掺入粉煤灰对水泥浆体有一定的减缩作用,而矿粉的掺入会增大水泥浆体的干燥收缩。

采用正交试验法研究了水胶比、矿粉掺量、纤维掺量和种类对不同配合比纤维增强水泥基复合材料抗折强度、抗压强度和稠度的影响。结果表明:当水胶比为0.25,矿粉掺量为胶凝材料的15%,PVA纤维体积分数为1.5%时,所制备的纤维增强水泥基复合材料的综合性能最优,28 d抗折强度为13.84 MPa,28 d抗压强度为100.10 MPa,稠度为75 mm。

以非稳态氯离子迁移系数(D值)为指标,研究了复掺粉煤灰和矿粉的混凝土抗氯离子渗透性能及其时变规律。结果表明:降低水胶比,延长龄期(180 d以内)都能使混凝土的抗氯离子渗透性能增强;一定范围内,抗氯离子渗透性能均随矿粉掺量的增加而增加,随粉煤灰掺量的增加而降低,当矿粉掺量分别为37.5%、31.9%时,C30、C45混凝土的抗氯离子渗透性能最佳;随着龄期延长,C30、C45混凝土的D值差距增大;C30、C45混凝土在90 d、180 d的D值与粉煤灰、矿粉掺量之间的定量关系可用线性公式来表达;C30、C45混凝土的D值与龄期之间的定量关系可用基于Fick第二定律的幂函数表达,其中,指数a与粉煤灰掺量的关系可用高次多项式来表达。

制备了基准组及三组不同掺量的粉煤灰-矿粉混凝土,采用环境试验箱模拟大温差及盐渍土侵蚀环境,研究了混凝土的力学性能和抗裂性能。结果表明:矿物掺合料的掺入降低了混凝土的力学性能,但提高了其力学性能增长速率,还提高了混凝土的抗裂性能;掺15%粉煤灰和20%矿粉的混凝土前期抗压强度增长速率较快,3~14 d的抗压强度平均增长率比基准混凝土高102.46%,28 d的断裂能比普通混凝土高50.67%;含矿物掺合料的混凝土抗折强度增长速率均高于基准混凝土;通过SEM发现,适量矿物掺合料改善了混凝土内部的密实度和孔隙结构,裂缝宽度明显减小。

研究了水泥-石灰石粉-矿粉复合胶凝材料体系的干燥收缩性能。试验结果得到了石灰石粉和矿粉对水泥基材料干缩变形的影响规律。水泥-石灰石粉复合胶凝材料的干缩值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;矿粉的掺入可有效改善水泥基胶凝材料的干缩性能,同时,也可明显减少水泥-石灰石粉复合胶凝材料的干缩变形。

通过最紧密堆积理论设计了生态型超高强混凝土(UHSC),研究了粉煤灰、矿粉以及礁石粉对UHSC流变性能、抗压强度以及水化过程的影响,并对其环境影响进行了评价。结果表明,相比之下,矿粉的加入能够降低UHSC浆体的屈服应力与塑性黏度,提高UHSC的流动度,塑性黏度最低降到3.04Pa·s,UHSC流动度增加到304mm;矿粉对UHSC的早期和后期抗压强度提高较明显,分别提高了14.4%、10%,而粉煤灰、礁石粉会降低UHSC的早期强度;矿粉、粉煤灰以及礁石粉会延缓UHSC的水化反应过程,降低72h的水化放热总量,且降低UHSC对环境的影响。结合紧密堆积理论,采用辅助胶凝材料部分取代水泥、选择较低的减水剂掺量(2.5%)的方法可以制备出生态型超高强混凝土。

模拟了混凝土受酸雨侵蚀的试验,从质量、抗压强度、吸水率、酸性化深度等方面研究了矿粉掺量(0~40%)对受酸雨侵蚀混凝土性能劣化规律的影响。结果表明:矿渣粉在酸雨侵蚀早期能发生活性效应,提高混凝土浆体致密性。在1~2个月后,酸雨侵蚀速率较侵蚀初期有所下降。当矿粉掺量在20%~30%时,混凝土的抵抗酸雨侵蚀性能最佳。

对掺加可再分散胶粉和粉煤灰、矿粉的粘结砂浆力学性能和施工性能进行了试验研究。结果表明,可再分散胶粉、粉煤灰、矿粉单掺或者复掺比例适当情况下可以极大改善粘结砂浆的各项性能,其中可再分散胶粉最佳掺量为2.4%,保持可再分散胶粉最佳掺量情况下,粉煤灰和矿粉单掺的最佳掺量分别为25%和10%。粉煤灰和矿粉复掺时,两者质量比例为3∶1、掺量为30%时,粘结砂浆可得到较优的施工性能和粘结性能。

研究了普通混凝土、矿粉混凝土、硅灰混凝土以及复掺矿粉、硅灰混凝土的坍落度、抗压强度和抗渗、抗硫酸盐侵蚀性能。试验结果表明,矿物掺合料可以明显改善混凝土的性能,掺合料种类和掺入比例直接决定了混凝土性能的改善效果;且复掺矿粉、硅灰混凝土的性能优于单掺矿粉、单掺硅灰组;当矿粉掺量20%、硅灰掺量5%时,混凝土的抗压强度、抗渗性能和抗硫酸盐侵蚀性能最好。

用测定混凝土碳化深度方法对掺粉煤灰、矿粉混凝土的抗碳化性能进行了研究。用压汞法、TG-DTA法、能谱分析法和XRD法分别对掺粉煤灰、矿粉的水泥净浆的孔结构、Ca(OH)2含量、C-S-H凝胶的C/S和净浆与骨料界面处的Ca(OH)2取向指数进行了研究。结果表明,掺合料掺量相等时,单掺矿粉混凝土的抗碳化能力大于配合比相同的单掺粉煤灰混凝土;单掺粉煤灰混凝土和单掺矿粉混凝土的抗碳化能力均随掺合料掺量增加而降低;在粉煤灰混凝土中用矿粉等量取代部分粉煤灰后混凝土抗碳化能力增加;在矿粉混凝土中用粉煤灰等量取代部分矿粉,随粉煤灰掺量增加,混凝土抗碳化能力先增加后降低,存在一个使混凝土抗碳化能力达到最大的最佳粉煤灰掺量。