为研究矿物掺合料对泡沫混凝土力学性能、导热系数、抗冻性的影响,以粉煤灰掺量10%的泡沫混凝土为基准,通过分别单掺硅灰和矿粉及复掺硅灰、矿粉研究了矿物掺合料对泡沫混凝土性能的改善作用。结果表明:当分别单掺硅灰和矿粉时,泡沫混凝土的抗压强度、抗折强度及抗冻性均得到一定提升,导热系数随之增大;当复掺硅灰和矿粉,且复掺比例为2∶1时,泡沫混凝土的强度和抗冻性最佳,导热系数最大。

采用快冻法研究了海水冻融环境下PVA纤维和纳米SiO2对混凝土抗冻性能的影响。结果表明:每25次冻融循环结束后,不同类型混凝土的相对动弹性模量和抗压强度剩余比都有不同程度的下降;PVA纤维和纳米SiO2均能提升混凝土的抗冻性能;单掺PVA纤维或纳米SiO2试验组的抗冻性普遍低于PVA-纳米SiO2混掺试验组;混掺0.1%PVA纤维和1.0%纳米SiO2试验组的抗冻性最好。

针对现有方法评价超轻质混凝土的抗冻性存在烘干开裂、冻融失效过快等不足,提出了一种改进测试方法,即试件饱水后再沥水,以调节含水率,并采用气冻气融进行冻融循环试验。研究了沥水时间、融化温度和试件尺寸对超轻质混凝土强度损失率和质量损失率的影响。结果表明:控制沥水时间能有效调节试件的含水率;随着沥水时间的延长,试件的冻融质量损失率和强度损失率大体呈下降趋势;降低冻融循环试验时的融化温度能有效解决试件的开裂问题;尺寸较小试件对温度的敏感程度相对较大,尺寸较大的试件冻融破坏严重,不易搬运。并在此研究基础上,提出了适合超轻质混凝土抗冻性试验的改进方法,确定了适宜的沥水时间、融化温度和试件尺寸,分别为6 h、15℃和100 mm×100 mm×100 mm,可为超轻质混凝土的抗冻性测试提供参考。

设计了一种基于超高性能混凝土配合比的3D打印材料,研究了3D打印混凝土试件和浇筑试件的抗渗性能和抗冻性能。结果表明,用该配合比配制的3D打印混凝土试件和浇筑试件均具有良好的抗渗性能和抗冻性能,试件均能在1.4 MPa水压力下保持不渗水,300次冻融循环后保持较高的力学性能和相对动弹性模量,且3D打印试件测试结果更好。为增强结构密实度,混凝土原材料添加了钢纤维,通过CT扫描发现,3D打印试件结构更加紧密,内部缺陷较少,受到冻融破坏时能保持较完整的结构。

基于混凝土引气剂界面活性、起泡原理与稳泡原理出发,从分子结构与合成制备角度介绍了国内外经典的引气剂分子结构类型,阐述了最新国内外新分子结构引气剂及其合成制备方法,讨论并分析了最新国内外新分子结构引气剂在混凝土中所起的作用及其对混凝土工作性、抗冻性等耐久性性能改善与提高的具体影响,叙述和比较了国内外引气剂的优点与不足,提出了“理想”引气剂分子结构具备的要素和特征。有助于更好地从分子结构角度设计并研发出具有优异性能的新型结构引气剂,并解决低坍落度塑性混凝土和无坍落度干硬性混凝土难引气等问题,有利于更好解决混凝土工作性、抗冻性等耐久性问题。

主要探究了五种不同预处理方法对轻骨料混凝土物理力学性能和热工性能的影响,并应用SEM观察预处理后过渡区界面的微观结构,研究了产生性能差异的原因。结果表明:预处理方法不同会对陶粒混凝土造成两种不同的破坏形式;与未处理相比,经预湿处理24 h的陶粒配置的混凝土可以提高混凝土抗压强度,表观密度降低了6.3%,且导热系数相对最小;经预处理后的陶粒制备混凝土会增加混凝土强度和质量损失率,并降低混凝土抗冻性能;SEM结果表明,陶粒预湿24 h处理配制的陶粒混凝土,陶粒与水泥石界面区结构致密,黏结较好,能够有效提高混凝土强度。

研究了长度为6mm、9mm、12mm、15mm和18mm的聚甲醛(POM)纤维对砂浆试块扩展度、力学性能的影响,对比了聚甲醛(POM)纤维、聚乙烯醇(PVA)纤维、聚丙烯(PP)纤维对砂浆试块扩展度、力学性能、抗冻性等性能的影响。结果表明,POM纤维的加入能够有效降低砂浆的流动性,加入POM纤维的砂浆试块相对于加入其他纤维的砂浆试块具有更好的韧性和抗冻性。

为探寻聚丙烯腈纤维对不同强度等级混凝土耐久性的改善作用,试验对水胶比为0.30、0.35、0.40、0.45、0.50的聚丙烯腈纤维混凝土的抗渗性、抗冻性和抗硫酸盐干湿循环等耐久性能进行了研究。结果表明,掺入聚丙烯腈纤维,能够降低混凝土的渗水高度,抑制混凝土相对动弹性模量的降低,提高混凝土的抗压强度增长率和抗压强度耐蚀系数,从而改善混凝土的抗渗性、抗冻性以及抗硫酸盐干湿循环等耐久性能。

采用快速冻融循环的试验方法,研究了经过0 h、12 h、24 h、36 h、48 h、72 h、96 h等不同早期预养后,转入恒-20 ℃的负温条件下养护至7 d,再转标准条件下养护至56 d龄期的混凝土试件经历不同冻融循环次数后的相对动弹性模量损失,并以未受冻的正温混凝土标准养护28 d强度和抗冻性为基准,得出了基于抗冻性的负温混凝土受冻临界强度值及其预养时间值。结果表明,未掺加防冻剂C30、C40、C50和C60混凝土达到F300次冻融所需受冻临界强度分别为24.6 MPa、33.6 MPa、40.4 MPa和49.5 MPa,其预养大于等于96 h;掺加防冻剂C30、C40、C50和C60混凝土达到F300次冻融所需受冻临界强度分别为19.6 MPa、27.5 MPa、31.7 MPa和40.5 MPa,其预养时间大于等于48 h。

采用粉煤灰、硅灰及钢纤维、聚丙烯纤维配制机制砂机场道面混凝土,通过单掺及复掺的方式,研究了不同掺量、不同配合比对机场道面混凝土力学性能、耐磨性能、抗冲击性能、抗冻性能的影响。结果表明,采用硅灰、粉煤灰与钢纤维、聚丙烯纤维复合的方式,在钢纤维、聚丙烯掺量分别为7.9kg/m^3和1.5kg/m^3的情况下,可配制出超高力学性能及优异耐久性能的道面混凝土。