通过膨胀率、杨氏模量等宏观性能测试,结合XRD、SEM等微观分析方法,研究了干湿交变条件下内掺和外涂有机硅类材料对水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性能的影响。结果表明:内掺和外涂有机硅类材料均能提高水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀性能。内掺有机硅类材料会降低试件的初始杨氏模量,并且在侵蚀后期生成少量的钙矾石腐蚀产物。在本文采用的试验条件下,有机硅类材料的使用方式对其提高水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀性能的作用效果有较大影响,采用外涂的方式其防护效果优于内掺法。

研究了早期受冻环境下复合抗冻剂、受冻时间以及矿物掺合料对水泥基材料的力学性能、水化进程、水化产物以及孔结构分布的影响。结果表明,早期受冻时间越长,对早期强度发展的影响越大,强度越低,微观结构越不利于性能的发展;复合抗冻剂对水泥水化进程、孔结构分布有很大的改善作用,水化硅酸钙凝胶增多,Ca(OH)_2的量减少,孔隙率和最可几孔径降低,多害孔减少,无害孔增多;矿物掺合料在有激发剂存在时可对水化进程和孔结构分布进行改善,减少具有局部脆弱缺陷结构的Ca(OH)_2出现,促进团聚状凝胶的形成,并细化孔径,减少多害孔,提高早期抗冻性。

水饱和水泥基材料冻结时孔隙内产生压力,导致孔壁开裂,是水泥基材料冻融循环劣化的原因之一。根据弹塑性力学和能量守恒原理,定量分析了冻结条件下水饱和水泥基材料内部裂缝的形成及发展,揭示了水泥基材料冻结损伤机理。

采用球磨法将石墨烯纳米片分散在水泥基体中,研究了石墨烯纳米片掺量对水泥基材料抗折强度和抗压强度的影响。实验结果表明,适量的石墨烯纳米片可均匀分散在水泥基体中,通过桥联效应和拔出效应对水泥基材料起增强增韧作用,当石墨烯纳米片掺量为0.04%时,石墨烯纳米片与水泥基体界面结合良好,没有明显过渡层,试件3d抗折强度和抗压强度分别提高了22.84%和23.61%。

镜面水泥基材料服役期间的水化和表面物质迁移可能会对其光泽度产生影响。针对这一问题,试验设计了不同条件下的湿热处理制度进行模拟。结果表明,湿热环境会导致镜面板光泽度值大幅度下降。而干热处理、贴膜、涂刷有机硅防水剂等方式也并不能有效阻碍该类下降。但将干热处理与涂刷硅油工艺复合后,镜面板经水热处理后的光泽度值可以达到60以上。经过多次干热、水热循环试验验证,该复合工艺具有良好的长期光泽度保持作用。

为了研究内掺硅树脂乳液在水泥基材料中的防水效果及其抗氯离子侵蚀性能,设计了五种不同硅树脂乳液掺量(0、1%、2%、3%、4%)的试验对照组,并对其进行了接触角试验、毛细吸盐试验以及氯离子侵蚀试验,对比分析出此类防水剂功效。结果表明:1%的硅树脂乳液便可以使接触角大于90°,即掺加硅树脂乳液使得水泥基材料具有了憎水性;并且随着掺量的增加,水泥基材料的憎水性愈强,且抗氯离子侵蚀性能也显著增加。

通过表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮和超声作用,将工业级碳纳米管分散在水溶液中,制备了碳纳米管水泥净浆和碳纳米管水泥砂浆,标准养护28 d后测试其力学性能。试验结果显示,工业级碳纳米管在掺量为水泥质量分数的0.05%、0.1%、0.5%时,水泥净浆抗折强度分别提高:2.503%、-21.808%、-12.302%;抗压强度分别提高:11.966%、13.039%、10.866%。同样掺量的碳纳米管,水泥砂浆的抗折强度提高幅值分别为:17.16%、7.07%、3.72%;水泥砂浆的抗压强度提高幅值为:8.07%、2.61%、-5.24%。SEM结果表明,适量分散良好的工业级碳纳米管在水泥基体内呈桥接状分布,随着掺量的增加,团聚作用明显,碳纳米管呈现出簇拥现象。压汞试验结果显示,在水泥基材料内适量添加工业级碳纳米管,水泥基材料的孔隙率降低,有害孔的数量减小,水泥基材料内部孔隙结构得到改善。

水泥基材料加水搅拌后,随着水化反应的进行,其状态从可塑性流体逐渐转变为具有一定强度的硬化固体,此过程可采用超声波透射法进行连续、无损监测。通过分析获得的超声波信号如波速、振幅等,可解读出反映水泥基材料的水化进程信息。本文从试验装置、测试原理、主要影响因素及凝结时间判断方法等四个方面介绍了超声波透射法在测定水泥基材料凝结时间上的研究进展,讨论了浆体含气量对超声波波速的影响,并分析了现有凝结时间判断方法的优缺点。

为研究PVA纤维增强水泥基复合材料尺寸效应及相关力学性能,试验设计了27组不同配合比,测定了不同尺寸、不同纤维含量试件的28d抗压、轴压和抗折强度。结果表明,立方体抗压试件之间存在尺寸效应,且尺寸越小越明显。试件抗折强度随着PVA纤维掺量的增加而增大,但增大趋势逐渐减缓。试验建立了不同纤维掺量下,轴心抗压与立方体抗压强度之间的数值模型。

试验研究了不同模板下水泥基材料表面光泽度的变化情况,确定了硬质PVC板是制备水泥基镜面材料的重要条件,同时研究了胶砂比、水胶比、水泥品种、扩展度等因素对水泥基镜面材料表面光泽度的影响。试验结果表明,采用高胶砂比、低水胶比、普通硅酸盐水泥及高扩展度时可制备光泽度值较高的水泥基镜面材料。