研究了不同种类、形态的秸秆和粉煤灰复掺对混凝土的工作性、力学性能和保温性能的影响。结果表明,秸秆会降低混凝土的坍落度、表观密度、强度和导热系数,而粉煤灰的掺入能够提高秸秆混凝土的坍落度,但降低其表观密度、强度和导热系数;掺秸秆粉混凝土的工作性、强度和保温性能优于掺秸秆条混凝土;三种秸秆中,掺油菜秸秆混凝土的工作性、强度和保温性能均优于小麦秸秆和玉米秸秆。

研究了两种类型的再生微粉(混凝土粉和砖粉)取代部分硅灰对超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)力学性能和微观结构的影响。结果表明:混凝土粉的掺入降低了UHPC的力学性能,而砖粉取代15%硅灰时,UHPC的28 d抗压强度和抗折强度分别达到了130 MPa和24 MPa,略高于基准组;相较于混凝土粉,在UHPC中掺入15%的砖粉能够优化混凝土的内部结构;砖粉良好的微集料填充作用和火山灰效应增强了界面过渡区的黏结性能和水化产物的纳观力学性能,从而改善UHPC的微观结构。

通过正交试验研究了纳米CaCO3掺量、水胶比、砂率和再生粗骨料掺量对再生混凝土抗压强度的影响。结果表明,影响再生混凝土7 d抗压强度的主要因素是水胶比,而影响再生混凝土14 d和28 d抗压强度的主要因素是再生粗骨料掺量。此外,适量纳米CaCO3能够改善再生混凝土的抗压强度,其对早期抗压强度的提高更加明显。

通过自制的试验装置测试混凝土和砂浆的内部相对湿度、水分质量损失和徐变,研究了掺加不同外加剂和矿物掺合料的水泥基材料中水迁移对徐变的影响。结果表明,不同减水剂和复合功能组分对混凝土内部相对湿度和徐变度有不同影响;不同细度石英砂粉对掺有硅灰的水泥基材料的内部相对湿度或水分质量损失以及徐变度有较大影响;加载状态并未引起水泥基材料内部相对湿度或水分质量损失的变化;水泥基材料内部相对湿度或水分质量损失结果与其徐变度之间没有对应关系。

针对混凝土桥梁工程的低徐变要求,开展了采用石灰石资源一条龙生产碎石、机制砂和石灰石粉配制的石灰石资源全利用混凝土的试验和应用研究。结果表明,该混凝土早期强度高于桥梁主梁常用的商品混凝土,但其发展速度较慢,后期强度反而略低于常用商品混凝土;采用复配减缩型高效减水剂有效解决了石灰石资源全利用混凝土徐变较大的技术难题,并在实际桥梁工程中得到了成功应用。

研究了矿物掺合料对混凝土抗杂散电流性能的影响。结果发现:粉煤灰和矿渣微粉均可以改善混凝土的抗杂散电流性能,并且随着掺量的增加,改善效果逐渐增强。粉煤灰和矿渣微粉复掺后,改善混凝土抗杂散电流的效果最为显著,尤其是复掺总量为20%时,混凝土杂散电流腐蚀开裂时间比基准混凝土延长了28.67%。通过对各配合比混凝土试样进行Sirion场发射扫描电镜实验观察混凝土表面形貌特征发现,粉煤灰与矿渣微粉的复掺使得胶凝材料水化完全,混凝土表面较为致密,大大提高了混凝土的抗杂散电流性能。

为降低石灰石资源全利用混凝土的开裂敏感性,采用自制的试验装置,研究了聚乙烯醇(PVA)纤维、减缩剂和膨胀剂对该混凝土干燥收缩的影响规律,以得到有效降低干燥收缩的技术措施,并结合内部相对湿度和孔隙率分析了相应的影响机理。结果表明,减缩剂和膨胀剂可以有效降低石灰石资源全利用混凝土的干燥收缩,其中以减缩剂降低效果更好,而PVA纤维反而增加了其干燥收缩;相比于基准混凝土相应砂浆的孔隙率,掺加减缩剂砂浆的不同孔径的孔隙率均最低,掺加膨胀剂砂浆的次之,而PVA纤维明显增加了对干燥收缩影响较大的小于100nm的孔隙率;同步测试得到的干燥收缩与内部相对湿度有较好的线性回归关系,通过测试内部相对湿度可以计算出同龄期的干燥收缩。

为了将实验室标准条件下测量的数据更好地用于实际桥梁建设和维护中,本文研究了环境相对湿度和试件尺寸对混凝土收缩的影响。研究结果表明,试件的尺寸不仅影响干燥收缩的进程,对干燥收缩终值也有很大的影响,尺寸越小,混凝土干燥收缩越大,混凝土的尺寸效应随着湿度降低而增加。结合CEB-FIP1978,根据试验结果修正了CEB-FIP1990收缩模式,修正后的模型计算结果与试验值的比较表明,按照本文的处理方法可以提高模型预测精度,为将实验室预测结果较好地推广到实际结构收缩的预测中提供了一种修正方法。

采用自制的试验装置,研究了混凝土组分对7d等强条件下混凝土收缩徐变的影响规律和机理,以配制和优化高铁混凝土。通过现场监测在建预应力混凝土桥梁的应变,并与JTG D62-2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》的计算值进行了比较。结果表明,双掺质量比2:1的粉煤灰和矿渣及掺用减缩剂(SRA)可以有效降低混凝土收缩徐变,其中以掺减缩剂效果最好;聚乙烯醇(PVA)纤维可以降低自收缩,但会增加干燥收缩和徐变,不宜用于配制高铁混凝土;排除弹性和温度应变的影响,现场监测的收缩和徐变应变在加载80d左右趋于稳定,保持在(165～200)×10-6之间,各跨中截面的下底板应变略高于上顶板值;计算值与监测值相差很大,计算值过于保守,不宜直接用于指导工程施工。

阐述了混凝土的碳化机理,对比分析了现有荷载和加速碳化耦合的试验装置和方法,综述了在不同状态应力作用下,混凝土内部因素以及外部环境因素对混凝土碳化性能的影响。