分析了锡尾矿替代河砂用于制备水泥砂浆的可行性,探索了锡尾矿替代量对水泥砂浆工作性和力学性能的影响规律。结果表明:随锡尾矿替代量的增加,水泥砂浆的保水率、黏结强度、抗压强度逐渐降低,分层度和Cl-扩散系数逐渐升高,干燥收缩值先增加后趋于稳定;当锡尾矿替量低于20%时,锡尾矿水泥砂浆各性能均符合标准要求。所制备的水泥砂浆强度等级达到M7.5,可作为砌筑砂浆和抹面砂浆应用于各种建筑之中。

测试了多组配合比砂浆不同龄期的强度及孔隙结构,引入基于热力学关系的分形模型计算得到了砂浆的孔表面积分形维数。利用统计学方法,探讨了孔隙量参数和孔径分布参数与砂浆抗压强度的定量关系,建立了同时考虑孔隙量和孔径分布的强度预测模型,采用该模型对多组配合比混凝土的抗压强度进行预测。结果表明,预测强度接近室内试验实测强度。

利用X-射线荧光光谱仪、X-射线衍射仪以及强度法对自燃煤矸石的活性进行了研究,将自燃煤矸石部分替代水泥制备成水泥砂浆,研究自燃煤矸石活性、用量对水泥砂浆性能的影响。结果表明,煤矸石中在自燃过程中形成的活性物为α-石英、无定形SiO2、κ-Al2O3和无定形Al2O3。自燃煤矸石的疏松程度会影响其活性;晶相结晶度的高低决定自燃煤矸石活性的高低;自燃煤矸石活性越高,其水泥基复合材料体系强度越高。

测试了水泥基砂浆的抗氟离子渗透性能及钢筋砂浆电极的极化电位,研究了不同阻锈剂、矿物掺合料对砂浆抗氟盐锈蚀性能的影响规律。结果表明,1.5%乙醇胺与0.5%三乙醇胺复掺,砂浆中钢筋表现出优异的抗氯盐锈蚀性能;掺入20%矿渣粉及10%粉煤灰,砂浆抗氯离子渗透性能优于其它各组;乙醇胺、三乙醇胺作复合阻锈剂,同时复掺矿渣粉、粉煤灰掺合料,复合砂浆的抗氯盐锈蚀性能最佳,且对力学性能无明显影响,适用于锈蚀混凝土结构的修复。

硫酸盐溶液在混凝土中的传输速率是造成硫酸盐对混凝土侵蚀破坏的主要控制因素,硫酸盐溶液在混凝土中传输速率越大,单位时间内进入混凝土中的硫酸盐溶液越多,溶液中水分蒸发速率越快,则对混凝土造成的侵蚀就越显著。通过试验研究了毛细作用下硫酸盐溶液在水泥基材料中传输的影响因素。试验结果表明,低水灰比条件下水泥砂浆的硫酸盐溶液的传输能力显著降低;掺入适量的超细矿渣粉和粉煤灰可以改善水泥砂浆的抗渗性能;在相同浓度下,水泥基材料对硫酸钠的吸附能力最强,硫酸铵次之,硫酸镁最弱。

探讨了聚乙烯醇(PVA)及其掺量对水泥砂浆物理力学性能影响。结果表明,随着PVA掺量变化,水泥砂浆的抗压、抗折、轴压强度均呈现明显的低升高降变化规律。PVA掺量为0.6%时,砂浆具有最优的抗压、轴压强度,较之未掺PVA的空白砂浆提升了12.15%和23.19%。1.0%的PVA掺量对水泥砂浆抗折强度提升最为显著,提升幅度达到24.83%。此外,采用扫描电镜对不同PVA掺量的水泥砂浆微观结构观测表明,适量PVA的掺入,能与水化产物结合形成均匀分布的三维网膜结构,桥接水泥板块,阻止裂缝开展,提升砂浆的力学性能。而当PVA掺量过高时,将析出大量的片状聚合物薄膜包裹于水泥表面,抑制水化,并对砂浆宏观性能造成不利影响。

采用聚乙烯醇和碳纳米管作为复合改性剂增强水泥砂浆,测试了掺量对砂浆力学性能和压敏特性的影响,并结合扫描电镜微观分析方法探究了相互作用机理。结果表明,将聚乙烯醇和碳纳米管通过超声分散形成预聚液掺入水泥砂浆中,能随着水化进程的推演脱水析出形成均匀分布的三维网络结构,优化基体内部孔结构,并有效提升其宏观性能。聚乙烯醇掺量1.0%、碳纳米管掺量0.5%时,砂浆具有较好的力学性能,抗压、抗折强度较之空白砂浆分别提升53.48%和100.69%。此外,聚乙烯醇和碳纳米管的相互作用使得导电填料在水泥基体中的分散更为均匀,并有利于导电通路的形成,从而提高水泥砂浆的压敏性。

为了满足高性能、低成本的要求,试验采用质量较好的河砂作为细骨料,总共引入三种纤维,探讨了砂胶比对纤维水泥砂浆力学性能的影响及河砂与纤维混杂体系的适应性,最终确定了合适的砂胶比。试验结果表明,河砂可以使纤维混杂体系硬化物保持较高的强度,对于单掺钢纤维(SF)、钢纤维(SF)和聚乙烯醇(PVA)纤维混掺水泥砂浆,砂胶比为0.50时,硬化物的力学性能较好;三掺钢纤维、聚乙烯醇纤维、CaCO3晶须的水泥砂浆,砂胶比为0.55时能够保持较高的强度。即在引入微观纤维CaCO3后制备出的纤维增强水泥基材料(FRCC)呈现出了良好的适应性。

为了确定新拌砂浆的两个流变参数,研究设计了L型管来测量砂浆的流变性能,重新制定L型管尺寸与形状,为砂浆流变学研究提供一种新的试验仪器。研究中针对不同粉煤灰掺量的砂浆进行试验,确定新拌砂浆中浆体流动速度随粉煤灰掺量变化时的变化规律,结合混凝土流变学及数学方法分析得出砂浆流变参数τ0和η的计算方法,并计算出水泥砂浆的两个流变参数数值,通过对比分析得出粉煤灰掺量对砂浆流变参数的影响。结果表明,掺入适量粉煤灰可以明显改善砂浆流变性能,在试验条件一定时,水泥砂浆流变参数剪切应力τ0和黏度系数η随粉煤灰掺量的增加呈抛物线变化,粉煤灰掺量为30%时水泥砂浆的流变性能最佳。

以普通硅酸盐水泥砂浆作为研究对象,综合考虑了水泥细度、水灰比、外部荷载加压、预制裂缝龄期等因素,采用裂缝宽度恢复率和强度恢复率的表征方法,对砂浆试块裂缝自然自愈合性能进行了试验研究。试验结果表明:试块裂缝在加压条件下比自由条件下的自愈合能力明显更好,试块养护180 d后,前者裂缝宽度愈合率可达到90.8%,而后者只有55.4%;试块在养护14 d后预制裂缝比养护28 d后预制裂缝的自然自愈合效果更好;此外,随着水泥细度的增加以及水灰比的增大,试块裂缝的自愈合能力均逐渐降低。