在胶凝材料总量、水胶比以及复合矿物掺合料总量不变的前提下,通过调整矿物掺合料(粉煤灰、矿粉)掺配比例,研究了温度匹配养护下大体积混凝土的抗压强度和耐久性能,并与标准养护下的性能测试结果进行了对比分析。结果表明:温度匹配养护显著加速了混凝土的水化进程,使粉煤灰、矿粉的化学活性较早地发挥出来,混凝土内部结构变得更为致密,在一定程度上改善了混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能和抗氯离子渗透性能。

以磷石膏粉、矿粉、粉煤灰和水泥为主要胶凝材料,水玻璃为激发剂,制备了磷石膏复合胶凝材料,研究了水泥掺量(0、5%、10%、15%)和碱当量(0、2%、4%)对磷石膏复合胶凝材料力学性能的影响,并对适用于磷石膏复合胶凝材料的外加剂种类和掺量进行了分析。结果表明:单掺水泥时,随着水泥掺量的增加,磷石膏复合胶凝材料的抗压强度逐渐增大,且当水泥掺量为15%时,28 d抗压强度最大,为22.9 MPa;单掺水玻璃时,随着碱当量增加,磷石膏复合胶凝材料的抗压强度总体呈逐渐增大趋势,且当碱当量为4%时,28 d抗压强度最大;水泥和水玻璃复合使用时的最佳组合为10%水泥+4%碱当量;与聚羧酸减水剂相比,掺萘系减水剂磷石膏复合胶凝材料的28 d抗压强度最高可达39.4 MPa。

研究了水胶比和矿物掺合料掺量对超高性能混凝土(UHPC)工作性的影响,分析了砂种类对UHPC力学性能的影响。结果表明:增大水胶比、矿渣粉掺量、粉煤灰掺量均可改善UHPC的工作性,而增大硅灰掺量会降低UHPC的工作性;掺入1%的钢纤维可显著提高UHPC的力学性能;海砂、江砂取代石英砂会使UHPC的抗压强度和抗折强度均有不同程度的降低,机制砂取代石英砂会使UHPC的抗压强度增加、抗折强度降低。

通过正交试验研究了粉煤灰、硅灰和玄武岩纤维对混凝土力学性能的影响,结合SPSS软件对试验数据进行了统计分析,运用极差分析方法得到了各因素对混凝土力学性能影响的主次顺序。结果表明:随着粉煤灰掺量的增加,混凝土各龄期的力学性能呈下降趋势;随着硅灰掺量的增加,混凝土各龄期的力学性能呈上升趋势;随着玄武岩纤维掺量的增加,混凝土的抗压强度基本不变,劈裂抗拉强度得到一定提升;当粉煤灰掺量为10%、硅灰掺量为6%、玄武岩纤维掺量为0.45%时,混凝土各龄期的抗压强度和劈裂抗拉强度均最高。

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。

基于正交试验研究了微珠、硅灰、矿粉对超高强灌浆料流动度及抗压强度的影响,并通过极差分析得到了较优配合比。结果表明:微珠能有效改善灌浆料的流动度,且掺入适量微珠能提高灌浆料的后期抗压强度;硅灰掺入会增大灌浆料的需水量,使其流动度降低,但掺入适量硅灰能提高灌浆料的1 d抗压强度;矿粉对灌浆料的流动度及抗压强度的提高均有利;当微珠、硅灰、矿粉的掺量分别为胶凝材料总质量的7%、4%、7%时,制备的灌浆料各项性能满足GB/T 50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》中Ⅲ类灌浆料的要求。

在矿物掺合料总掺量35%~60%和水胶比0.42~0.29的情况下,采用粉煤灰、矿粉复掺,设计了系列大掺量矿物掺合料高性能混凝土(HPC)配合比,试验研究了矿物掺合料掺量、水胶比对HPC坍落度、抗压强度、抗碳化性能、抗氯离子渗透性能、早期收缩性能的影响。结果表明:矿物掺合料可显著改善HPC的性能,且随着水胶比的降低,矿物掺合料对HPC性能的改善效果更显著;所制备的大掺量矿物掺合料HPC具有良好的技术可行性,满足相关核电工程设计要求。

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%。

基于掺矿粉、粉煤灰的复合胶凝材料体系,研究了自制激发剂SHSA对掺合料-高贝利特硫铝酸盐水泥砂浆的工作性、力学性能的影响,并通过微观测试分析了激发剂的作用机理。结果表明:掺加SHSA后,试件的流动度降低,凝结时间缩短;当掺合料掺量相同时,随着SHSA掺量的增加,掺加矿粉试件的28 d抗压强度提高,掺加粉煤灰试件的28 d抗压强度先增加后降低;随着SHSA掺量的增加,C-S-H凝胶数量增加,钙矾石排列更加紧密,浆体密实度增加,未水化的粉煤灰颗粒出现溶解现象,SHSA激发了掺合料的活性。

分析了矿渣、钢渣、建筑垃圾和循环灰的活性,研究了活化剂的类型(M型、N型、P型、Q型)和掺量对掺矿物合料胶砂性能的影响,通过SEM和XRD分析了活化剂的作用机理。结果表明:4种矿物掺合料中,矿渣的活性指数最大,而循环灰的活性指数最小;不同类型的活化剂均能有效提高掺复合矿物掺合料胶砂的强度,其中,P型活化剂的提高效果最好,其适宜掺量为2.5%;活化剂的掺入促进了AFt和C-S-H凝胶的生成,从而提升了强度。