为了制备性能良好的3D打印胶凝材料,用碱激发剂对粉煤灰/矿渣胶凝材料进行激发得到了满足可打印性和力学性能的基础材料,并分析了影响胶凝材料性能的最主要因素,基于微观试验结果分析了粉煤灰和碱激发剂对胶凝材料性能的影响机理。结果表明:基础材料的合适掺量和组成为:粉煤灰30%、碱胶比0.56%、碱含量5%、激发剂模数1.0;宜选用CaO含量适中的矿渣,激发剂静置时间应为48 h;影响胶凝材料流动性和力学性能的最主要因素为碱含量;相比于纯矿渣胶凝材料,粉煤灰的掺入使材料表面出现微裂缝,使其强度降低,而碱激发剂的掺入,增强了胶凝材料的密实性,提高了强度。

研究了镍铁渣粉掺量对镍铁渣粉-水泥复合胶凝材料标准稠度用水量、凝结时间的影响,分析了镍铁渣粉-水泥胶砂试件的抗压强度、抗折强度,探讨了镍铁渣粉-硅灰-水泥胶砂试件的力学性能。结果表明:镍铁渣粉-水泥复合胶凝材料的标准稠度用水量、凝结时间均与镍铁渣粉掺量呈正相关,而镍铁渣粉-水泥胶砂试件的抗压强度、抗折强度均与镍铁渣粉掺量呈负相关,且镍铁渣粉的掺量不宜大于30%;硅灰能有效改善镍铁渣粉-硅灰-水泥胶砂试件的内部结构,提高其强度,且镍铁渣粉与硅灰的总掺量不宜大于30%,镍铁渣粉和硅灰的质量比不宜小于1。

在相关研究的基础上归纳总结了建筑3D打印胶凝材料的工程性能,包括可打印性、力学性能等,其中,可打印性包括流动性、可挤出性、可建造性、凝结时间、一次打印长度、挤出形态质量等;力学性能包括抗折强度与抗压强度。此外,选取可打印性与力学性能所包含的指标作为影响因子,利用层次分析法确定了因子权重,提出了因子赋值标准及评价结果分级标准,建立了建筑3D打印胶凝材料的工程性能评价体系,并设计正交试验计算性能指标值,对材料的工程性能进行了评价,可为3D打印胶凝材料工程性能相关研究提供参考。

选取水玻璃、丁苯胶乳和乳化沥青三种辅助胶凝材料,分别等质量替代橡胶混凝土中5%、10%、15%和20%的水泥,测定各组试件的表观密度、抗压强度、冲击强度和拌合物坍落度。结果表明:丁苯胶乳或乳化沥青掺量为5%时,橡胶混凝土的综合性能最优,坍落度和抗压强度均得到改善;丁苯胶乳提高橡胶混凝土坍落度的效果较好,乳化沥青提高抗压强度的效果较好;水玻璃则不宜作为辅助胶凝材料掺入橡胶混凝土中。

选取水淬高炉矿渣为主要原料,石灰加脱硫石膏为复合激发剂,添加少量氯化钙制成全尾砂新型胶凝材料,以其完全取代矿山胶结充填中使用的胶结剂水泥。采用设计4因素3水平的正交试验,考察了石灰、脱硫石膏及氯化钙添加量对全尾砂新型胶凝材料充填体强度的影响,获得了制备全尾砂新型胶凝材料充填体28d强度的最佳配合比。结果表明,全尾砂新型胶凝材料充填体在最佳配合比条件下28d的单轴抗压强度为2.944MPa,是相同条件(浓度、胶砂比、龄期)下42.5R水泥胶凝材料充填体强度的7.5倍,可以取代水泥作为全尾砂胶结剂。

利用工业副产品石膏与煤矸石复合制备石膏基绿色胶凝材料,检测了复合胶凝材料的物理力学性能,并借助XRD、SEM等测试手段分析了试件微观性能。结果表明,煤矸石的掺加对复合胶凝材料具有重要影响,综合考虑各项因素,认为掺加10%煤矸石粉能够制备出性能优良的复合胶凝材料。

介绍了港珠澳大桥澳门口岸管理区大型多层停车库薄壁清水混凝土配制技术。通过建立新拌混凝土性能量化参数,试验验证了胶凝材料用量、水胶比、矿粉、外加剂等对清水混凝土性能的影响。根据确定的性能量化参数及试验方法进行了薄壁结构清水混凝土性能配合比设计。验证结果表明,所配置的清水混凝土均符合项目中对薄壁清水混凝土性能的要求。

研究了实验室破碎废弃混凝土过程中产生的再生微粉的性能,并将再生微粉以不同比例掺入水泥净浆、砂浆及混凝土中,研究其影响规律。结果表明,再生微粉具有潜在活性,可以替代水泥胶凝材料;随着再生微粉取代率的增加,水泥净浆标准稠度用水量增加、凝结时间延迟,水泥胶砂流动度减小;当再生微粉取代率大于20%时,砂浆强度降低明显;当再生微粉取代率为20%时,混凝土各龄期强度均为最高,其28 d抗压强度达到48.16 MPa;随着水化龄期的增加,各取代率下的强度比差异越来越小,再生微粉混凝土后期强度增长较快。

研究了钼尾矿的粉磨特性。利用钼尾矿替代水泥制备胶凝材料,研究了尾矿掺量、尾矿粒度、水胶比对发泡水泥力学性能和干密度的影响。试验结果表明,钼尾矿的易磨性远优于矿渣;掺尾矿发泡水泥的适宜配合比为:水泥掺量90%,尾矿掺量10%,粉磨时间80min,水胶比0.52。此条件下制备的保温材料28d龄期时,抗压强度和干密度分别为0.47MPa和242kg/m3。

研究了不同来源重金属元素在混凝土中的浸出性,从胶凝材料、骨料和外加重金属元素三方面阐述重金属元素的浸出性。结果表明,纯水泥、水泥与粉煤灰质量比为7∶3、水泥与矿粉量比为7∶3三种胶凝体系中的重金属浸出率低,其中,纯水泥浆体中检测不到重金属离子的浸出;所选四个地区的天然粗骨料和六个地区的天然细骨料中的重金属含量和重金属浸出性各有差异,其中Pb和Zn相对含量及浸出率较高;而骨料中重金属的浸出率极低,Zn的相对浸出率较高;水泥净浆中外掺六种可溶性重金属盐或重金属氧化物表现出不同的重金属浸出性,外掺重金属氧化物,净浆的重金属浸出率较低,而外掺可溶性重金属盐,水泥净浆的重金属浸出率相对较高。