分析了湖南区域三个混凝土预拌厂废水的理化性质,采用该废水制备了C20～C60混凝土来研究废水对混凝土工作性能、力学性能和关键耐久性能的影响,并在相关指标满足工程应用的要求后,将其应用于工程中。研究表明,三个预拌厂产生的废水及其沉淀废渣各项理化性质相似,成分接近,主要以SiO_2、Al_2O_3和CaO为主。沉淀废渣粒径较小可以改善混凝土体系的颗粒级配;各强度等级的混凝土在废水的最优掺量上存在差异,C30混凝土废水掺量在50%表现出较为优异的工作性,且废水对于中高强度等级混凝土的抗压强度未发现不利的影响;废水可降低混凝土的电通量和提高抗碳化性能,C60废水混凝土6 h总电通量为300 C左右,碳化深度随着废水掺入量的增加而减少。

利用XRD、SEM、激光粒度分析和胶砂强度等测试手段分析了搅拌站废渣的物理化学性能指标,采用机械磨细、高温煅烧手段对废渣活性进行评价,并研究分析了普通等级混凝土、建筑砂浆及免烧砖掺废渣的可行性。结果表明,废渣因粒型不规则、组成成分复杂等因素影响,流动度比和活性较低;机械磨细和高温煅烧均可以提高废渣的活性,但提升幅度有限;用8%的废渣替代粉煤灰生产普通等级混凝土、12%~14%的废渣替代水泥和粉煤灰生产建筑砂浆、37.5%的废渣替代粉煤灰生产免烧砖在技术上是可行的,且具有良好的经济效益。

针对长沙地铁地下水充沛的特点,通过内掺水泥基渗透结晶型材料(简称CCCW)和硅灰,外涂CCCW和聚氨酯涂料的方法,制备地铁管片混凝土。对其抗水渗透性能、抗氯离子渗透性能及早期收缩性能进行分析,并结合预制生产工艺,得出地铁管片混凝土抗渗梯度设计及工程应用的技术措施。研究表明,CCCW对混凝土一次抗压强度和一次抗渗性能没有明显改善,对其二次抗压强度和二次抗渗性能则改善明显;混凝土掺入硅灰有利于提高其抗渗性能,使其电通量减小,内部孔径分布更合理;地铁管片混凝土初凝后150h收缩率小于0.00020,早期收缩小可降低开裂风险。涂层改善地铁管片混凝土抗渗性能较明显,可用于恶劣的渗水环境,满足抗渗梯度设计的需求。

混凝土作为用途最为广泛的建筑材料,其质量与建筑物结构安全关系重大,科学合理的测试方法是准确表征及评价硬化混凝土性能的基础,因此,国内外对硬化混凝土的性能测试均制定了相应的标准。本文从试件与试模、试件的制作和养护、抗压强度、试验机规范、抗折强度、劈裂抗拉强度、密度以及压力渗水深度等方面对比研究了欧洲与我国硬化混凝土性能测试方法标准之间的异同,可为我国标准的改进和修订提供借鉴。

针对南海区域高温高湿环境,采用大粒径粗骨料、小坍落度的配合比设计方法,预埋冷却水管及创新施工养护方式,制备方块大体积海工混凝土。对其收缩性能、热学性能、水化产物、抗裂性能等方面进行分析,并结合工程应用,得出方块大体积海工混凝土抗裂设计及施工的相关措施。研究表明,采用5~31.5mm(占比40%~50%)与31.5~63mm两种连续级配碎石拥有很好的紧密堆积效果,260h收缩率为4.03×10-4,低于5~31.5mm连续级配碎石的260h收缩率4.74×10-4;方块仿真模型和工程实体温度分析检测得出中心最高温度出现在浇筑后40h,接近70℃,中心温度和表层温度最大差值接近25℃;高温高湿环境下采用预埋冷却水管及养护剂+土工布+薄膜+土工布四层体系的养护方式对方块抗裂效果明显。

根据长沙国金中心混凝土400m以上超高层泵送冬季施工情况,通过改变胶凝材料组分及含量,设计九组不同的配合比制备高性能混凝土,分别对其工作性能、力学性能、水化产物等方面进行分析,并结合工程应用,得出混凝土冬季环境下工作性能、力学性能变化的相关规律。结果表明,硅灰在超高层泵送混凝土中掺量为3%~5%比较适宜,对混凝土工作性能指标改善明显,压力泌水率保持在20%以内,扩展度达到700mm以上无泌水现象;硅灰具备火山灰效应及填充作用,可提高混凝土的强度;采用热水生产法、罐车保温法、泵管保温法、配合比优化法等方法后,在5℃左右养护温度下,C50混凝土构件实体抗压强度在浇筑后36h达到25MPa,72h后达到38MPa,拥有较高的早期强度,满足冬季施工进度要求。

与普通房建材料相比,地下综合管廊混凝土不仅要求强度高,且对抗裂、工作性能等也有很高要求。本文研究了粗骨料类型、膨胀剂、混凝土内养护材料、砂率等因素对混凝土强度、抗裂、收缩、工作性的影响。结果表明,碎石混凝土强度高、能有效改善混凝土表面裂纹和收缩;膨胀剂和混凝土内养护材料可以避免混凝土表面生成裂纹,大大降低混凝土收缩率;45%砂率混凝土具有良好的黏聚性、流动性和保水性。

针对中南地区地下水对地铁混凝土耐久性的不利影响,从湖南地区常用水泥水化放热情况、养护制度及纳米SiO_2使用情况等方面出发,系统性地研究了关键因素对长沙地铁4、5号线C50P12管片混凝土耐久性能的影响。结果表明,该区域不同水泥水化热情况差异较大。随着水化热的增加,混凝土收缩、电通量、碳化深度随之增加,抗硫酸盐侵蚀性能降低;随着养护温度的升高,混凝土电通量、碳化深度也随之增加,抗硫酸盐侵蚀性能降低;增加静停时间和使用纳米SiO_2将有利于地铁管片混凝土后期强度和耐久性。

通过对不同生产工艺的水泥水化放热量进行试验,得到各水泥的水化放热曲线和拟合公式,可以用于预测不同时间段内水化放热量,并结合各工艺水泥的抗压强度对水泥进行了选择。对基准C60P10和C40P10进行优化,同时,通过四种配合比胶材的水化热量化试验,发现降低水泥用量,增加粉煤灰和矿粉用量可以有效降低混凝土水化热,其中,优化后C60P10的7d水化热降低10.4%,优化后C40P10的7d水化热降低25.4%。