基于现有的透水混凝土模型,提出了透水混凝土骨料挂浆厚度试验和计算方法。同时研究了骨料粒径、水灰比、硅灰掺量和胶粉掺量对骨料表面挂浆厚度的影响。试验结果表明,骨料粒径对骨料挂浆厚度影响较小;随着水灰比的增大,掺入硅灰的净浆挂浆厚度明显减小,掺入胶粉的净浆挂浆厚度基本不变;随着硅灰掺量的增加,骨料挂浆厚度随之增大,但增长速率有所减小;随着胶粉掺量的增加,骨料挂浆厚度先增大后减小。

采用绝对体积法配制自密实轻骨料混凝土(SCLC),研究不同矿物掺合料对自密实轻骨料混凝土工作性能及力学性能的影响。通过10组配合比设计表明,在单掺情况下,粉煤灰能有效提高拌合物的流动性,但会降低SCLC的早期和后期抗压强度;硅灰能够明显提高SCLC的早期和后期抗压强度,但会降低拌合物的流动性。综合流动性和抗压强度的改善效果,复掺粉煤灰和硅灰对配制自密实轻骨料混凝土效果最佳。

采用硅灰和可再分散乳胶粉对透水混凝土进行改性,研究了两者对透水混凝土浆体扩展度、力学性能、透水性能和抗冻性能的影响。结果表明,硅灰会提高浆体的黏度、降低浆体的扩展度,提高透水混凝土的力学性能和抗冻性能,但会降低其透水性能,脆性增大,推荐硅灰掺量为2%～4%;可再分散乳胶粉会改变浆体黏度,调节透水混凝土浆体的工作状态,降低透水混凝土强度,改善透水混凝土的脆性,推荐可再分散乳胶粉的掺量为2%～4%,可以获得较好的综合性能。

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。

研究了海水环境下铝酸盐水泥与单掺硅灰、矿渣组成的复合水泥浆体的抗压强度和水化产物变化规律。结果表明,海水对铝酸盐水泥具有侵蚀作用;掺入矿物掺合料能够促进铝酸盐水泥的水化,改善水泥浆体孔隙结构,生成水化钙铝黄长石等水化产物,有利于浆体结构密实和强度发展,进而提高铝酸盐水泥强度及抗蚀性能,且随着矿物掺合料掺量的增多,抗蚀性能逐渐提升。与矿渣相比,硅灰对提高铝酸盐水泥抗蚀性能具有更好的效果,海水环境下掺入10%硅灰,28 d抗压强度最高,超过淡水环境下空白组。

在混掺玄武岩纤维与尼龙纤维增强水泥砂浆的基础上掺入硅灰,利用硅灰的火山灰效应和微集料填充效应改善纤维与砂浆的界面性能,充分发挥纤维对砂浆的增强作用。研究了硅灰掺量对纤维砂浆的工作性、抗折强度和剪切黏结强度的影响,并对硅灰在纤维砂浆中的作用机理进行了分析。结果表明,硅灰的掺入能有效改善纤维砂浆的抗折强度和剪切黏结强度,并且能显著提高纤维与砂浆界面的黏结强度,但砂浆的工作性随着硅灰掺量的增加而降低。本试验条件下,硅灰最适宜的掺量为8%。

为了研究磷酸钾镁水泥基材料(MKPC)抗氯离子的渗透性能,通过采用RCM法,以MKPC基材料浆体为基准,研究了单掺、双掺硅灰和石灰石粉等矿物掺合料对MKPC浆体抗氯离子渗透性能的影响以及不同养护龄期对其抗氯离子渗透的影响。结果表明:掺入矿物掺合料可改善MKPC浆体抗氯离子渗透性能,其中,以双掺矿物掺合料的MKPC基材料浆体抗氯离子的性能为最佳;MKPC基材料浆体养护龄期越短抗氯离子渗透性能越好。

为了研究矿物掺合料对超早强支座砂浆流动性能及力学性能的影响,在普通支座砂浆配比的基础上,通过掺加不同掺量的粉煤灰、矿渣、硅灰、微珠来分别探究对支座砂浆各项性能的影响,再对其进行交叉复掺研究复配试验。结果表明,超细矿粉与粉煤灰存在最佳的掺量区间,最佳掺量为3%~9%,四种矿物组分单掺对短期强度贡献分别为:硅灰>超细矿粉>粉煤灰>微珠;对长期强度贡献分别为:硅灰>粉煤灰>超细矿粉>微珠;对流动度损失敏感程度分别为:超细矿粉>粉煤灰>硅灰>微珠。

采用自行研制的波纹管测试系统,测试超低水胶比水泥净浆的早期自收缩;并通过测试毛细管负压和水化程度,对自收缩结果进行分析,定性阐述超低水胶比水泥净浆的自收缩机理及规律。结果表明,当水胶比低于0.18时,水泥净浆的自收缩随水胶比的减小而降低;反之则增加;当水胶比为0.18(临界水胶比)时,水泥净浆的自收缩最大。硅灰可以很好地抑制超低水胶比水泥净浆的自收缩,当水胶比为0.15,硅灰掺量为5%和10%时,水泥基材料48h的自收缩分别降低了25.8%和56.3%。

研究了高吸水树脂(SAP)和硅灰复掺对水泥浆体凝结时间、抗压强度、电阻率和温度等的影响。结果表明:SAP的掺入降低了试块的抗压强度,SAP掺量为0.4%时,随着硅灰掺量的增大,硬化水泥浆体的3 d抗压强度逐渐降低,但28 d抗压强度逐渐增大;SAP能延长水泥浆体的凝结时间,硅灰则缩短水泥浆体的凝结时间;不同掺量SAP和硅灰的水泥浆体电阻率变化曲线具有相同的变化趋势,SAP能明显降低水泥浆体12 h龄期后的电阻率,而硅灰能降低水泥浆体24 h龄期后的电阻率;随着SAP掺量的增加,水泥浆体内部温度峰值逐渐降低,而随着硅灰掺量的增加,水泥浆体内部温度峰值先增加后降低。