以江苏宜兴产煤矸石为研究对象,对其基本物性进行分析可知,煤矸石的矿物组分以高岭石和石英为主。将煤矸石于不同煅烧温度和不同保温时间下进行活化,利用X射线衍射分析(XRD)和力学强度试验对其活化过程进行研究。结果显示,随着煅烧温度和保温时间的增加,高岭石的分解趋于完全,活化煤矸石水泥强度增加;但煅烧温度过高、保温时间过长,无定形矿物会向稳定状态转变,活性降低。煅烧温度为750℃、保温4h时煅烧煤矸石的活化性能较好。

以江阴某发电厂排放的烟气脱硫石膏为原料,再加工热处理后,研究热处理脱硫石膏水化体系的强度和凝结时间。结果显示,再加工处理温度达150℃时,相应水化体系的施工性能和力学强度较优。采用XRD、DTA/TG、FTIR法分析各再加工热处理石膏水化体系的水化过程发现,二水石膏为各体系中主要的水化产物,且随着石膏再加工温度的不同,各项微观性能测试特征也有所不同,其结果体现与宏观力学强度的变化规律一致。

以城市垃圾焚烧灰为主要研究对象,采用水、磷酸分别对其进行预处理,对预处理后的飞灰采用水泥进行固化,测定固化体系的凝结时间、净浆抗压强度、无侧限抗压强度等物理力学性能,并检测固化体系的重金属浸出毒性。试验结果表明,固化体系的凝结时间随着水泥掺量的增加而缩短,水泥掺量超过20%时,固化体系的终凝时间能控制在10h以内;体系的净浆抗压强度、无侧限抗压强度均随着水泥掺量的增加而增大,其中,各固化体系的无侧限抗压强度值均达到稳定土填埋强度值(1.5MPa),重金属浸出浓度满足国家毒性浓度危险标准值(5～100mg/L)。

采用70%人工砂与天然细砂混合改善砂级配,可替代天然中砂配制商品混凝土,所配制出的混凝土抗压强度高于天然中砂混凝土。正交试验法设计掺合料人工砂混凝土的配合比,试配结果表明,人工砂占混合砂70%,粉煤灰、矿粉掺量分别为20%、25%,砂率为45%时,在拌合料中加入YS-2B萘系减水剂1.7%,可解决人工砂混凝土需水量大的问题,新拌混凝土坍落度达到180mm的泵送要求;28d抗压强度为32.4MPa,满足C30混凝土的设计强度,60d抗压强度为37.0MPa,人工砂替代天然砂不影响混凝土后期的抗压强度。

借助Ca(OH)2剩余量和化学结合水量的测定方法,对热活化煤矸石复合水泥体系的水化反应程度进行了分析,并采用差热分析法(Differential Thermal Analysis,DTA)对体系水化过程的热特性进行了追踪研究。结果表明:热活化煤矸石水泥体系中,以煅烧温度为750℃、保温时间为4h的煤矸石-水泥体系的水化反应程度较高,Ca(OH)2剩余量较少,化学结合水量较多。

利用基于水玻璃形成的复合碱组分SN和少量硅酸盐水泥共同激发锰渣-矿渣体系,制备出碱激发胶凝材料,并对该胶凝材料的力学性能及水化过程进行了探讨。结果表明:水化3～7d内是该碱激发胶凝材料中锰渣与矿渣的适应性由劣向好转变的关键。水化初期(3d前),随着矿渣替代锰渣量增加,碱激发胶凝材料中生成水化产物的程度变慢,抗压强度降低;水化7d后,碱激发锰渣-矿渣胶凝材料中随着矿渣替代量的增加,石英(SiO2)被剥蚀解体量增多,体系的溶解-聚合程度逐渐提高,水化产物逐渐增多,化学结合水量逐渐增大,抗压强度逐渐提高。

将矿粉、粉煤灰、垃圾焚烧飞灰、垃圾焚烧底渣以单掺或1:1二元复掺替代部分水泥后,配制掺合料混凝土,测定其力学强度和拉压比,并利用平板法研究比较各掺合料混凝土的早期抗开裂性能。研究表明,粉煤灰具有适当降低混凝土的脆性和抑制早期开裂的性能,而矿粉的作用与其相反;飞灰对混凝土的早期开裂性能极为不利,在飞灰中复合部分粉煤灰或矿粉,可大大改善混凝土的早期抗裂性能;底渣混凝土因强度太低早期未出现明显的开裂,但在底渣中引入部分矿粉或粉煤灰后,混凝土的抗压强度能比单掺底渣混凝土明显提高,同时该底渣基复合掺合料混凝土的抗裂性能优异。

研究了机制砂对新拌混凝土坍落度、扩展度、含气量以及抗压强度的影响,并探讨了聚羧酸高效减水剂和萘系减水剂在机制砂混凝土中的适用性。结果表明,机制砂的掺入会对混凝土的和易性产生一定影响,新拌混凝土的流动性变差,最多下降了25%。机制砂能够显著改善低强度混凝土的抗压强度。对于机制砂混凝土,萘系减水剂具有更好的适用性,相同配比下能够获得更好的和易性以及更高的抗压强度。

对各种海砂混凝土体系下的钢筋成型钝化膜,再通电加速腐蚀对钢筋进行破钝,并综合电化学方法和钢筋失重率对比研究了各体系下的混凝土中钢筋锈蚀规律。结果表明,淡水拌合淡化海砂混凝土体系中的钢筋耐锈蚀能力较好;随着Cl^-浓度的提高,钢筋的腐蚀行为越严重,但是存在临界Cl^-浓度。经过淡化处理的海砂使其氯离子含量降低至一定值内,是可以代替河砂使用。若直接用海砂来配制混凝土,则需要使混凝土内部生成或者本身带有较强的碱性物质,进而才能抑制高氯离子含量的混凝土体系中钢筋的锈蚀行为。

内养护技术可以显著改善混凝土的性能。试验利用超吸水聚合物对混凝土进行内养护，研究了混凝土的抗冻性能。试验结果表明，不论是单掺超吸水聚合物还是超吸水聚合物与粉煤灰复掺，均可改善混凝土的抗冻性，250次冻融循环后混凝土抗压强度较空白混凝土少损失4％～8％。