为探究HCSA膨胀剂掺量对水泥砂浆的影响,试验设计制作了6种HCSA膨胀剂掺量的水泥砂浆试块。对水泥砂浆的工作性、力学性能和收缩性能进行了测试,并通过扫描电子显微镜(SEM)观察其微观结构。研究结果表明:掺入膨胀剂能够减少水泥砂浆的初凝时间和流动度;掺入8%~10%的膨胀剂可以有效补偿水泥砂浆的自收缩;随膨胀剂掺量的增加,其抗压强度和抗折强度均呈先增加后减小的趋势;SEM结果表明,掺量4%的HCSA膨胀剂可以使水泥砂浆的微观结构得到优化。

研究了不同掺量锂渣的水泥浆体强度、自收缩和干燥收缩,并采用压汞法和扫描电镜分析了水泥浆体的微观结构。结果表明锂渣的掺入明显降低了水泥浆体的早期抗压强度、自收缩和干燥收缩,但后期抗压强度下降幅度降低,当锂渣掺量不超过15%时,锂渣可以提高水泥浆体的后期抗压强度。掺15%锂渣的水泥浆体120 d的孔隙率小于纯水泥浆体,且锂渣颗粒表面有大量水化产物生成。同时,锂渣的掺入明显降低水泥浆体10～50 nm的孔隙率,从而降低了水泥浆体的自收缩和干燥收缩。

以自制的内埋式应变传感器作为早龄期混凝土体积变化的测量器件,在低温变温制度下测定高性能混凝土的热膨胀系数并把握其时变规律。利用等效龄期原理计算不同温度条件下不同龄期的热膨胀系数,进而对密封状态下高性能混凝土的早龄期体积变化成分加以分离,并初步考察自收缩的温度依存性。结果表明,内埋式应变传感器具有较高的应变测量精度和跟踪效果;低温变温制度下测定热膨胀系数的方法能有效控制自收缩的影响;考虑热膨胀系数的时变性情况下对体积变化应变成分分离的准确性更高;养护温度越高,自收缩发展越快且其量值越大。

对不同类型陶粒在陶粒混凝土中的吸水返水过程、水泥石孔径分布、陶粒混凝土的内部湿度与自收缩进行了测试。研究结果表明:陶粒经过预湿处理后,吸水率大的陶粒在陶粒混凝土中的返水能力比吸水率小的陶粒强;普通混凝土的有效水灰比和内部相对湿度最小,吸水率小的陶粒轻骨料混凝土居中,吸水率大的陶粒轻骨料混凝土最大;对于经过24h预湿处理的粗骨料,在水泥石中孔径小于50nm的累计孔径方面,吸水率大的陶粒轻骨料混凝土最小,吸水率小的陶粒轻骨料混凝土居中,普通混凝土最大;混凝土自收缩是有效水灰比和粗骨料约束程度共同作用的结果,吸水率大的陶粒轻骨料混凝土自收缩最小,普通混凝土的居中,吸水率小的陶粒轻骨料混凝土自收缩最大。

研究了石灰石粉对水泥基材料自收缩性能和自干燥效应的影响,探讨了硬化浆体自干燥效应与自收缩的关系。研究发现:硬化浆体的自收缩随石灰石粉掺量的增加呈现先增加后降低的趋势,石灰石粉掺量为10%时达到最大值。同时发现,当石灰石粉掺量超过15%时,硬化浆体的自收缩开始低于基准组,随着掺量增加,自收缩进一步降低。石灰石粉对硬化浆体自干燥效应的影响规律与石灰石粉对硬化浆体自收缩的影响规律一致。硬化浆体的自干燥体积与自收缩变形具有良好的正相关性,硬化浆体的自干燥效应能够在一定程度上体现硬化浆体的自收缩变形。

研究了复合水泥粉体压实体空隙率的变化规律,优化了混凝土胶材组分,并研究了胶料总量、水胶比对超高强混凝土工作性能和抗压强度的影响。在以上研究基础上,开展了沸石粉配制超高强高性能混凝土的试验研究。结果表明,微珠掺22%,硅灰掺8%,复合粉体空隙率最低,堆积密度最大;胶凝材料总量700kg/m3,水胶比0.16时,混凝土抗压强度最高,60d和90d抗压强度分别达146.5MPa和159.7MPa;掺4%沸石粉配制的超高强混凝土60d和90d抗压强度分别为136.7MPa和148.1MPa,比不掺沸石粉的混凝土抗压强度分别降低约4.7%和6.0%,降幅较小;混凝土3d和7d自收缩值分别为万分之0.91和万分之1.82,比不掺沸石粉的混凝土分别降低约21.6%和11.7%,降低混凝土的自收缩作用明显。

在生石灰激发下,采用水热-煅烧处理对粉煤灰进行表面改性,利用X射线衍射、扫描电镜和能谱分析等测试方法对表面改性粉煤灰的物相结构和化学组成进行了表征,并采用背散射扫描电镜和压汞仪研究了掺表面改性粉煤灰水泥浆体的微观结构。试验测定了掺表面改性粉煤灰的硅酸盐水泥浆体的抗压强度、自收缩和孔隙率。结果表明,表面改性粉煤灰颗粒表面生成了具有水化活性的β-C2S,其水化产生凝胶,明显改善了复合水泥浆体中粉煤灰颗粒与水泥基体的界面,降低了复合水泥浆体的孔隙率和自收缩,提高了掺表面改性粉煤灰复合水泥浆体的早期强度。