研究了不同养护方式(标准养护、80℃蒸汽养护)下,高钛矿渣砂和高钛矿渣粉分别全部取代河砂和粉煤灰对UHPC浆体工作性、力学性能、自收缩性能和抗冻性能的影响,并进行了微观分析。结果表明:与对照组UHPC浆体相比,高钛矿渣UHPC浆体的工作性、力学性能、自收缩性能和抗冻性能基本均有所提高;与标准养护相比,蒸汽养护可以有效促进胶凝材料水化,提升高钛矿渣UHPC浆体的力学性能;在高钛矿渣砂全部取代河砂的基础上,进一步用高钛矿渣粉全部取代粉煤灰后,UHPC浆体的各项性能总体上略有下降。

将废弃混凝土制成再生骨料(再生砂和再生石)和再生微粉,研究了再生骨料等体积取代0~100%的天然骨料和再生微粉等质量取代0~20%的水泥对混凝土性能的影响,并进行了微观分析。结果表明:再生骨料的掺入降低了混凝土的工作性,而再生微粉对混凝土工作性的影响不大;掺入适量再生骨料可在一定程度上提高混凝土的抗压强度;仅用再生石取代部分天然石时,再生石的最佳掺量为60%;仅用再生砂取代部分机制砂时,再生砂的最佳掺量为80%;随着再生微粉掺量的增加,试件的抗压强度先增大后减小,最佳掺量为5%。

以微纳米级水泥基多孔材料为载体,石蜡为相变材料,采用真空浸渍工艺,制备了相变骨料和相变骨料水泥砂浆,并研究了相变水泥砂浆的性能。研究结果表明:石蜡的最大负载率为65%;相变骨料泄漏率随真空度增加与浸渍时间延长而降低;随着相变骨料取代率的增加,砂浆的抗压强度降低,导热系数下降,且强化了延迟、降低温峰效应。

在泡沫混凝土孔结构实测参数的基础上,基于随机算法构建了泡沫混凝土代表性体积单元(RVE)模型,结合voxel网格技术,在周期性边界条件下模拟了泡沫混凝土的传热。结果表明:基于球体随机产生算法构建的RVE模型与泡沫混凝土的实测孔结构特征高度一致,孔径分布平均偏差最高为-2.0%,孔隙率平均偏差为-0.1%;基于voxel网格技术在周期性边界条件下求解出的泡沫混凝土导热系数模拟值与实测值的平均偏差仅为-3.1%,具有良好的可靠性。

将玻璃钢废料进行切割-粉碎-筛分处理,得到了玻璃钢再生纤维、再生粉末两种原料,并分别代替耐碱玻璃纤维和石英砂制备了活性粉末混凝土(RPC),研究了玻璃钢再生料对RPC力学性能的影响。结果表明,以玻璃钢再生纤维代替耐碱玻璃纤维制备RPC时,新拌RPC的流动性变化不大,力学性能略有降低。以玻璃钢再生粉末代替石英砂制备无纤维RPC时,新拌RPC的流动性随玻璃钢再生粉末掺量的增加而略有降低,但力学性能有明显提升。

选取国内特色膨润土矿物作为预拌砂浆保水增稠材料,研究了膨润土种类(钙基膨润土、钠基膨润土、锂基膨润土)及其掺量对预拌砂浆性能的影响。结果表明,不同类型的三种膨润土在预拌砂浆中均具有增稠保水功能;膨润土的掺入能够使预拌砂浆湿密度降低,但掺量过多将影响砂浆力学性能;相比于钙基和钠基膨润土,锂基膨润土在较低掺量下即具有较好的保水增稠效果;减水剂的掺入可在保证掺膨润土预拌砂浆稠度的前提下,有效降低用水量、提高力学性能;在优选配合比下,钙基、钠基膨润土与纤维素醚复掺在改善预拌砂浆保水率、28 d力学性能方面均优于单掺纤维素醚或膨润土。

采用体积取代法将气凝胶浆料引入水泥基体中,制备了气凝胶-水泥复合多孔材料(ACPC),结合压汞(MIP)、氮吸附(NAD)和扫描电子显微镜(SEM)对ACPC孔结构和微观形貌进行表征,研究了ACPC的孔结构和硬化性能。试验结果表明,当气凝胶浆料取代量由0增加到66%时,材料孔隙率从23.0%上升至78.1%,平均孔径从45.3 nm增加至198.3 nm。气凝胶的引入可以细化孔结构,材料介孔孔容由0.03 mL/g增加到0.20 mL/g,孔结构得到改善。在水泥浆体中引入气凝胶浆料,可以得到干密度为365~1262 kg/m^3、抗压强度为0.8~24.1 MPa、导热系数为0.066~0.364 W/(m·K)的ACPC。

为了明确水泥基渗透结晶型防水剂对水泥基材料自修复性能的影响,研究了防水剂掺量为0、1%、2%、3%时砂浆试块裂缝的自愈合过程,并利用XRD、SEM、FT-IR等手段分析了防水剂中的活性物质以及自修复产物的主要成分、晶相和微观形貌,提出了其对水泥基材料自修复作用机理,对其在工程中的应用以及国内自主研发该类产品具有一定的借鉴作用。

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。

通过研究高钛矿渣堆积空隙率、细钛矿渣用量对高钛矿渣空心砌块基体材料的抗压强度、干密度的影响,结合前期实验结果进行配合比的优化调整,在此基础上,进行了混凝土空心砌块的实际生产。结果表明,筛分后的高钛矿渣质量比为m(>1.16 mm):m(<1.16 mm)=6:4时,其空隙率最低为20.2%,此搭配下水泥用量最低,除去用水量,最佳水泥用量为18%左右,与前期实验结果一致;随细钛矿渣用量增加,基体材料抗压强度先增加后降低,干密度变化不大;在相同水泥用量的条件下,细钛矿渣的掺入量越多,其抗压强度越高;优化配比后水泥用量可降至10%,其配比为m(高钛矿渣):m(水泥):m(脱硫石膏):m(细钛矿渣)=75:10:5:10,可制备出抗压强度为5.7 MPa,干密度为1086 kg/m^3,MU5.0的低碳轻骨料空心砌块。