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。

对韶钢转炉钢渣进行在线高温重构制备重构钢渣掺合料,研究了重构钢渣微粉单掺或与矿渣粉、粉煤灰复掺对混凝土力学性能、抗渗和抗氯离子渗透性能的影响。结果表明,在混凝土中单独掺入30%工业重构钢渣微粉可制备出C30和C50强度等级的混凝土;利用工业重构钢渣复合掺合料替代30%以上硅酸盐水泥时,可以稳定制备出抗渗性、抗氯离子渗透性能良好的C60强度等级混凝土。

通过试验研究发现,玄武岩纤维材料具有良好的耐酸碱性能,掺入玄武岩纤维可使水工高性能混凝土的抗渗性能、抗氯离子渗透性能和抗冻性能均得到明显改善。

研究了纤维素在不同养护湿度、不同养护方法及不同龄期下对砂浆抗折强度和抗渗性的影响,探讨了纤维素砂浆复合材料的微观模型。结果表明,掺加纤维素的砂浆后期抗折强度随龄期的增长而增大;养护湿度增大,纤维素砂浆的抗折强度降低;纤维素砂浆应采取湿-干养护方式,纤维素能与水泥水化产物相互融合,促进其强度提高;掺加纤维素的混凝土后期抗渗性能有明显提高。

采用硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥以及两种水泥混合后配制人工鱼礁混凝土,研究水泥类型对人工鱼礁混凝土的耐久性的影响。试验中,采用氯离子渗透性和吸水率试验研究水泥类型对人工鱼礁混凝土渗透性的影响,结合孔结构和XRD等试验方法对混凝土微观结构进行测试和分析,研究不同水泥对混凝土性能的影响。研究结果表明:在标准养护下,采用硫铝酸盐水泥时海水海砂混凝土的骨料与水泥石界面得到明显改善,裂缝减少,孔结构优化;与普通混凝土相比,其抗压强度和劈拉强度分别增加了15.0%和11.9%,抗渗性也得到提高;而采用混合水泥会导致海水海砂混凝土内部的裂缝明显增多,骨料与水泥石界面变差,孔结构明显劣化,导致抗压强度、劈拉强度和抗渗性降低。

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。

为研究渗透结晶材料对喷射混凝土性能的影响,采用抗渗和抗冻试验方法,结合扫描电子显微(SEM)和压汞法(MIP)对混凝土的微观结构进行分析和表征。结果表明,渗透结晶材料可提高喷射混凝土的抗渗和抗冻性能,通过改善混凝土界面过渡区和水泥石的微观结构,改善混凝土的孔径分布,使少害孔含量增多,多害孔含量减少,最可几孔径减小,混凝土贯通能力减弱,抗渗和抗冻性能提高。

为了将工业副产品锂渣应用到混凝土中,试验分析了锂渣的物相成分和化学组成,先将锂渣单掺取代水泥,再将锂渣分别与矿渣、粉煤灰双掺到混凝土中,研究锂渣对混凝土工作性能、力学性能、耐久性的影响。结果表明,锂渣取代10%~20%的水泥后,混凝土和易性良好,但锂渣掺量大于20%时,随着锂渣掺量的增大混凝土黏稠度增大。粉煤灰与锂渣双掺时,混凝土的工作性好于锂渣与矿粉双掺;锂渣掺量在10%~40%时,符合混凝土早期凝结时间要求;混凝土吸水率随着锂渣掺量的增大先增大后减小,并随着养护龄期的增加而降低;采用锂渣与矿粉、粉煤灰双掺技术,有助于提高混凝土的长期抗氯离子渗透性能。

将30%质量的城市固体废物焚烧(MSWI)底灰掺入混凝土中替代水泥,通过对底灰混凝土的收缩率,抗碳化性、抗渗性、抗冻性等进行试验,并与普通混凝土进行对比,研究了底灰作为水泥替代物的可行性。研究结果表明,测试的垃圾焚烧底灰具有一定的火山灰活性,一定范围内掺加底灰的混凝土具有较小的收缩率,抗碳化性、抗渗性、抗冻性能优异,底灰的引入可以改善混凝土的耐久性。

通过对不同灰砂比、不同组分配合比的水泥砂浆分别进行ASTM C1202电通量法与气体渗透试验,探讨两种方法在应用中的选择取舍问题。结果表明,水泥砂浆的抗渗性能与水胶比和掺合料种类联系密切。对于水胶比大的水泥砂浆,两种试验方法下结果具有良好的相关性;而对于水胶比较小的水泥砂浆,可选用气体渗透法。未掺加掺合料的砂浆可采用电通量法测定氯离子渗透性来评价,而掺加掺合料的砂浆宜选用气体渗透法来检测其抗渗性,应用中需综合分析选用。