为改善环形UHPC制品离心成型质量问题,试验研究了水胶比、钢纤维掺量、减水剂、骨料掺量等因素对环形UHPC制品离心成型质量的影响。试验室研究结果表明:单掺细骨料UHPC制品随着水胶比的增大,其壁厚不均匀度也随之增大,制品离心成型难度也越大;双掺细骨料UHPC制品随着水胶比的增大,其壁厚不均匀度基本呈现先减小后增大的趋势;适宜双掺细骨料UHPC制品离心成型的水胶比范围比单掺细骨料UHPC制品的大;减水剂用量宜为1.2%~1.5%,当减水剂用量超过2.0%时,制品无法成型;含粗骨料UHPC制品的水胶比范围宜为0.16~0.17,钢纤维掺量与粗骨料体积含量呈反比关系,骨料的掺加能防止钢纤维“跑偏”,减少钢纤维集中分布在最外层现象的发生;采用离心成型工艺,单掺细骨料UHPC制品的混凝土坍落度宜控制在90~150 mm,双掺细骨料UHPC制品的混凝土坍落度宜控制在120~180 mm。

基于回弹率、强度和耐久性的要求,进行了胶凝材料用量、水胶比及砂率对喷射混凝土性能影响的试验研究。结果表明:水胶比影响着喷射混凝土的内聚力和黏附力,是影响回弹率的最主要因素;受工作性和施工工艺的影响,胶凝材料用量是影响喷射混凝土1 d和28 d抗压强度的主要因素;当胶凝材料用量为540 kg/m3、水胶比为0.38、砂率为50%、硅灰掺量为15%时,可制备出回弹率为8.2%,28 d抗压强度为71.2 MPa,电通量为133 C,抗冻等级大于F300,28 d碳化深度为2 mm的高性能喷射混凝土。

对陶粒、陶砂进行预湿处理,并将其用于配制高强硅酸盐陶粒混凝土,研究了水胶比、漂珠掺量、陶砂取代率对高强硅酸盐陶粒混凝土性能的影响。结果表明:预吸水陶粒、陶砂具备改善界面性能、内养护等多重作用,可有效提高轻骨料混凝土的强度;水胶比是决定轻骨料混凝土强度的关键因素,随着水胶比的降低,轻骨料混凝土的强度增长明显;减重材料如漂珠应谨慎使用,使用时应设置合理的应用区间,避免轻骨料混凝土中的水分含量出现较大波动。

以广东某隧道工程为例,研究了水胶比、矿物掺合料和砂率对混凝土早期抗压强度、抗渗性能、抗氯离子渗透性能和抗溶蚀性能的影响。结果表明:随着水胶比的减小,混凝土早期抗压强度、抗渗性能、抗氯离子渗透性能和抗溶蚀性能均提高;掺入适量的矿物掺合料降低了混凝土的早期抗压强度和抗渗性能,但提高了混凝土的抗氯离子渗透性能和抗溶蚀性能;随着砂率的增加,混凝土的早期抗压强度先降低后提高,抗渗性能、抗氯离子渗透性能、抗溶蚀性能提高,最佳砂率为45%;综合对比得到了各因素对混凝土抗溶蚀性能的提高效果为:水胶比>矿物掺合料>砂率。

基于搅拌站的实际生产原材料,通过水胶比、目标孔隙率和掺合料掺量进行了正交试验设计,分析了各因素对透水混凝土有效孔隙率、透水系数和抗压强度的影响。结果表明:各因素对透水混凝土性能的综合影响顺序为:目标孔隙率>水胶比>掺合料掺量,性能最优的组合为:水胶比0.25、目标孔隙率20%、掺合料(粉煤灰+矿粉)掺量12%+12%。可为搅拌站透水混凝土的生产研究提供参考。

研究了水胶比、胶砂比、矿物掺合料的类型及掺量对超高性能混凝土(UHPC)工作性和力学性能的影响。结果表明:适当增大水胶比和胶砂比、掺入适量矿物掺合料均对UHPC的工作性有积极影响;随着水胶比的增加,UHPC的抗压强度基本呈降低趋势;胶砂比对UHPC抗压强度的影响不明显;掺入适量矿物掺合料(硅灰+超细粉煤灰微珠)可显著提高UHPC的28 d抗压强度。综合考虑工作性和力学性能,UHPC的推荐配合比为:水胶比控制在0.16~0.18,胶砂比控制在1.00~1.15,矿物掺合料(硅灰+超细粉煤灰微珠)总掺量控制在25%~35%,超细粉煤灰微珠掺量控制在15%~25%。

通过聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)轴向拉伸试验,研究了水胶比、PVA纤维掺量、砂的种类和级配对PVA-ECC拉伸性能的影响,并利用扫描电镜(SEM)分析了砂种类和级配的影响机理。结果表明:当水胶比在0.28~0.34范围内时,PVA-ECC的极限拉应变随水胶比的增大而降低,当水胶比由0.28增至0.32时,PVA-ECC的极限拉应变仍大于3.0%,而当水胶比达到0.34时,PVA-ECC的极限拉应变小于3.0%;随着PVA纤维掺量的增加,PVA-ECC的极限抗拉强度增大,但极限拉应变呈先减小后增大的趋势;砂的种类和级配对PVA-ECC的拉伸性能有影响,选择粒径为0.075~0.150 mm的石英砂作为PVA-ECC的细骨料对PVA-ECC的拉伸性能最有利。

以Fick第二定律为基础,综合考虑时变、氯离子结合作用、环境温度、混凝土劣化、相对湿度对氯离子扩散系数的影响,结合初始边界条件,建立了一维、二维、三维修正的氯离子扩散理论模型。通过模拟氯离子在混凝土中的多维扩散,对比分析了不同服役年限、水胶比、掺合料掺量等对氯离子扩散的影响,并通过工程实例和试验论证了模型的准确性。

主要研究了水胶比、页岩陶粒密度等级、含水率三因素对页岩陶粒混凝土的抗压强度和导热系数的影响。结果表明:在一定范围内,水胶比与页岩陶粒混凝土的抗压强度、导热系数分别呈负相关和正相关;页岩陶粒的密度等级与抗压强度、导热系数分别呈正相关和负相关,含水率与抗压强度和导热系数均呈负相关。与普通C30混凝土相比,所制备的LC30页岩陶粒混凝土的干密度降低了25.5%,导热系数降低了50%。

基于正交试验研究了粗骨料占比、浆膜厚度、水胶比及硅灰替代率四种因素对透水混凝土抗压强度及透水系数的影响。结果表明:浆膜厚度对透水混凝土抗压强度及透水系数的影响最大;随着粗骨料占比的增加,透水混凝土的抗压强度降低,透水系数先增后减;随着浆膜厚度的增加,透水混凝土的抗压强度增加,透水系数降低;随着水胶比的增加,透水混凝土的抗压强度先增后减,透水系数波动变化;随着硅灰替代率的增加,透水混凝土的抗压强度总体呈增大趋势,透水系数降低;通过优选得到抗压强度最优组的透水混凝土抗压强度为35.1 MPa、透水系数为1.8 mm/s,可应用于轻型荷载道路;透水系数最优组的透水混凝土抗压强度为26.7 MPa、透水系数为3.6 mm/s,可应用于人行道、非机动车道等。