研究了粉煤灰、矿渣粉的不同掺入方式对高性能混凝土(HPC)抗氯离子渗透性能及抗冻性能的影响。结果表明:在相同水胶比条件下,随着矿物掺合料掺量的增加,HPC的抗压强度逐渐降低;掺入适量的矿物掺合料可有效降低HPC的电通量,改善抗氯离子渗透性能;当矿物掺合料掺量为40%,且粉煤灰和矿渣粉质量复掺比例为3∶1时,HPC在28 d与84 d的电通量分别为641.6 C和380.5 C;在水胶比及含气量不变的情况下,随着矿物掺合料掺量的增加,HPC的抗冻性能逐渐变差,而未掺矿物掺合料的HPC抗冻性能最好,抗冻等级为F200。

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。

研究了早期受冻环境下复合抗冻剂、受冻时间以及矿物掺合料对水泥基材料的力学性能、水化进程、水化产物以及孔结构分布的影响。结果表明,早期受冻时间越长,对早期强度发展的影响越大,强度越低,微观结构越不利于性能的发展;复合抗冻剂对水泥水化进程、孔结构分布有很大的改善作用,水化硅酸钙凝胶增多,Ca(OH)_2的量减少,孔隙率和最可几孔径降低,多害孔减少,无害孔增多;矿物掺合料在有激发剂存在时可对水化进程和孔结构分布进行改善,减少具有局部脆弱缺陷结构的Ca(OH)_2出现,促进团聚状凝胶的形成,并细化孔径,减少多害孔,提高早期抗冻性。

系统研究了体积砂率和矿物掺合料对轻集料混凝土工作性能及力学性能的影响。研究结果表明:当体积砂率为40%时,轻集料混凝土具有最优的工作性能;粉煤灰单掺可明显改善轻集料混凝土的工作性能,但掺量达到30%以上时对混凝土力学性能有不利影响;复掺10%或20%矿渣粉和10%粉煤灰可制备具有优良工作性能和力学性能的轻集料混凝土。

采用CABR-NES非接触式收缩变形测定仪及平板刀口约束收缩法,研究了粉煤灰、矿渣粉掺量对混凝土早期收缩与开裂性能的影响。结果表明,在相同水胶比下,采用等量的粉煤灰或矿渣粉取代水泥对混凝土的早期收缩及开裂性能均有一定的改善作用,粉煤灰对混凝土开裂的抑制效果优于矿渣粉。当粉煤灰和矿渣粉掺量分别为30%和10%时,混凝土具有最小的收缩率、开裂面积及较小的最大裂缝宽度。混凝土的收缩与开裂存在较好的相关性,混凝土的早期开裂主要与其早期收缩有关,当掺入粉煤灰或矿渣粉的混凝土收缩量较小时,混凝土单位面积上的总开裂面积则相对较小。

将矿物掺合料分别掺入钢渣混凝土中,与普通混凝土抗压强度及抗侵蚀性能进行比较,从而得出一种适用于钢渣轨枕混凝土的配合比。结果表明,标准养护210d时,钢渣混凝土强度均超过普通混凝土;在180d硫酸盐和镁盐侵蚀下,普通混凝土与钢渣混凝土抗侵蚀系数均大于0.8,抗侵蚀性能良好。当粉煤灰、矿渣粉和钢渣粉三者复掺时,钢渣混凝土的后期抗压强度和抗侵蚀能力均表现最佳。

负温套筒灌浆料可以满足冬季预制构件灌浆连接的施工要求,矿物掺合料对负温套筒灌浆料性能具有积极影响。为了改善负温套筒灌浆料的性能,在常温套筒灌浆料研究的基础上,确定了负温套筒灌浆料的基本配比,并研究了矿粉、粉煤灰、硅灰等矿物掺合料对负温套筒灌浆料初始流动度、30min流动度和1d、3d、28d抗压与抗折强度的影响。结果表明,三种矿物掺合料对负温套筒灌浆料性能的影响程度为硅灰>矿粉>粉煤灰。

采用物理发泡工艺制备了孔隙率大于90%的超轻泡沫混凝土,结合Image-pro plus、热分析及扫描电镜等手段对硬化超轻泡沫混凝土气孔结构及微观结构进行了表征,同时研究并对比了粉煤灰与矿粉对泡沫混凝土硬化性能的影响。研究表明:粉煤灰与矿粉取代水泥增大了试样气孔孔径,但对导热系数影响不明显;矿粉可改善试样抗压强度,当矿粉取代20%的水泥时,试样干密度为165.2 kg/m^3,孔隙率为93.0%,56 d抗压强度可提升至0.47 MPa。

从骨料、矿物掺合料、纤维等组成材料以及制备方式等对活性粉末混凝土(RPC)性能的影响进行了分析研究。针对RPC目前存在的主要问题,提出了制备性价比优良的RPC原材料选择方面的建议和今后的主要研究及应用方向;研究认为,合理选择价格低廉的原材料甚至固体废弃物、简化制备方式可以制备出性能优良的RPC,提高RPC的性价比有利于促进其推广应用。

结合大体积混凝土的特点和技术要求,详细讨论了矿物掺合料各种效应的特征,以及对大体积混凝土性能的影响。在此基础上,提出了矿物掺合料选择的思路。矿物掺合料的掺量应根据结构的散热条件和强度要求来确定。根据这些分析,提出了大体积混凝土应采用晚龄期强度评定的观点。同时,建议大体积混凝土必须加强养护,延长养护时间。