采用超声波法制备了SiO2溶胶-碳纳米管(CNTs)分散液,研究了SiO2溶胶-CNTs分散液对水泥基复合材料性能的影响,并用SEM、EDS、XRD微观测试方法对其进行了表征。结果表明:以SiO2溶胶为分散介质,通过超声波法能够实现CNTs在水泥基复合材料中的均匀分散;掺1.5%的SiO2溶胶和0.15%的CNTs能进一步提高砂浆的力学性能;SiO2溶胶的火山灰活性消耗了砂浆中多余的水化产物Ca(OH)2,形成C-S-H凝胶密实了砂浆结构,CNTs在水泥浆体和细骨料界面之间起到纤维增强的作用,细化了孔隙,填补了微裂缝,降低了孔隙率。

对比了甘肃本地五大产地机制砂的基本性能,研究了不同产地机制砂对UHPC性能的影响。结果表明:不同产地机制砂由于原石的不同,性能会存在一定差异,其中差异最为突出的是压碎值,最大相差高达80%;不同产地机制砂制备UHPC的7 d抗压强度在112.80~161.60 MPa间、28 d抗压强度在102.50~153.80 MPa间;不同产地机制砂制备UHPC的7 d抗折强度在22.00~29.10 MPa间、28 d抗折强度在22.80~29.20 MPa间;不同产地机制砂UHPC的微观结构和水化产物也存在一定差异,但微观结构基本为孔隙率较小的致密结构。在UHPC材料设计与质量控制中,应考虑机制砂产地的差异性。

研究了石膏浆液pH值、纤维素醚类型、胶凝材料体系、石膏缓凝剂对石膏基自流平砂浆流动性的影响。结果表明:与以上其他影响因素相比,浆液pH值对石膏基自流平砂浆流动性的影响最大;提高石膏缓凝剂用量,在增加流动度的同时也增加了砂浆泌水、沉降程度;以石膏为主要胶凝材料的自流平砂浆中,掺入粉煤灰、矿粉及普通硅酸盐水泥均能提高流动性;缓溶型纤维素醚更适用于石膏基自流平砂浆。配合比优化后的石膏基自流平砂浆流动度高、稳定性好,满足相关标准要求,有效改善了石膏基自流平砂浆目前存在的流动性缺陷问题。

分析了聚丙烯(PP)纤维掺量和长度对拌和物流动性和流变性的影响,研究了不同打印喷头直径、打印层高下,PP纤维对拌和物挤出性和建造性的影响,探讨了PP纤维3D打印混凝土吸水率、抗压强度和抗折强度的性能特征。结果表明:掺入PP纤维对拌和物的流动性、流变性、挤出性有负面影响,但有利于建造性;当PP纤维掺量为0.6%、长度为9 mm时,试件的抗折强度提升了80.8%;综合可打印性、力学性能和实例验证,当打印喷头直径为20 mm、打印层高为8 mm、PP纤维掺量和长度分别为0.6%、9 mm时,PP纤维3D打印混凝土的各项性能最佳。

采用固定水胶比和固定流动度两种方案进行对比试验,研究了不同掺量的玄武岩纤维对复合磷酸镁水泥(MPC)砂浆流动度和力学性能的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)观察了微观形貌。结果表明:在固定水胶比的情况下,随着玄武岩纤维掺量的增加,MPC砂浆的流动度降低,但力学性能有所提高,且掺量为3.5 kg/m3时,力学性能最优,超过此掺量则增幅下降;在固定流动度而水胶比随纤维掺量增加而增大的情况下,MPC砂浆的力学性能整体呈下降趋势;SEM结果表明,在一定掺量范围内,玄武岩纤维在MPC砂浆中分散均匀,掺量过多则会产生纤维团聚现象;MPC砂浆与玄武岩纤维之间有一定的黏接力和摩擦力,但二者的黏结性或相容性不足;MPC砂浆的水化过程不会对玄武岩纤维造成损伤。

研究了细骨料种类和级配、膨胀剂掺量对高性能水泥基灌浆料性能的影响,并对比分析了缓凝剂掺量及掺入方式对其实际应用效果的影响。结果表明:采用河砂作为细骨料制备的灌浆料能够保持较好的流动性,但其强度低于采用石英砂或机制砂作为细骨料的灌浆料;当膨胀剂掺量为2%时,灌浆料的竖向膨胀率能够满足GB/T 50448—2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》的要求;两种缓凝剂复掺的效果优于单掺,复掺0.8‰缓凝剂RA+0.8‰缓凝剂RB可明显延长Ⅳ类灌浆料的凝结时间,且30 min经时扩展度损失较小,对强度的影响也较小,能够满足实际工程要求。

为了制备性能良好的3D打印胶凝材料,用碱激发剂对粉煤灰/矿渣胶凝材料进行激发得到了满足可打印性和力学性能的基础材料,并分析了影响胶凝材料性能的最主要因素,基于微观试验结果分析了粉煤灰和碱激发剂对胶凝材料性能的影响机理。结果表明:基础材料的合适掺量和组成为:粉煤灰30%、碱胶比0.56%、碱含量5%、激发剂模数1.0;宜选用CaO含量适中的矿渣,激发剂静置时间应为48 h;影响胶凝材料流动性和力学性能的最主要因素为碱含量;相比于纯矿渣胶凝材料,粉煤灰的掺入使材料表面出现微裂缝,使其强度降低,而碱激发剂的掺入,增强了胶凝材料的密实性,提高了强度。

通过测试新拌UHPC的流动度、屈服应力、表观黏度、流变行为指数、坡度保持率、纤维分布系数,研究了铝硅酸盐黏土对UHPC流动性、流变性能、稳定性的影响。结果表明:该黏土能够大幅降低UHPC浆体的流动度,但其对UHPC流动度的影响只与掺量有关,而与所替代的胶凝材料种类无关;掺入黏土增大了UHPC的屈服应力与表观黏度,在2%掺量下,屈服应力和表观黏度分别提高了189.8%和114.0%;掺入黏土改善了浆体的流变性能,使其呈现剪切变稀现象;黏土改善了UHPC的稳定性,其硬化后的坡度保持率可达91.0%,纤维分散系数提升至0.88。

研究了废弃混凝土和废弃黏土砖制成的混合再生细骨料的掺量(0、30%、60%、100%)和预湿时长(0、1/6 h、24 h)对砂浆流动性、抗压强度、抗折强度和干燥收缩性能的影响。结果表明:砂浆的初始流动度和流动度经时损失率随着再生细骨料掺量和预湿时长的增加而降低;随着再生细骨料掺量的增加,砂浆的抗压强度降低,抗折强度变化较小;砂浆的抗压、抗折强度随着再生细骨料预湿时长的增加呈增大趋势;由于再生细骨料的内养护作用,砂浆的干燥收缩量随再生细骨料掺量和预湿时长的增加呈减小趋势。

用陶砂部分替代河砂制备了3D打印砂浆,并对该砂浆的流动性、抗压强度以及微观孔结构进行了研究。试验结果表明:砂浆的流动度在170~180 mm时具有良好的可打印性;随陶砂掺量的增加,3D打印砂浆的抗压强度降低,当陶砂的体积掺量为30%时,砂浆试件28 d的抗压强度为14.7 MPa;随着陶砂掺量的增大,砂浆3 d龄期的孔隙率呈现先增大后减小的趋势,其中,陶砂体积掺量为30%时,砂浆的孔隙率最小,此时无害孔和少害孔所占的比例最大。