总结了粉煤灰、偏高岭土、矿渣、硅灰等矿物掺合料改性磷酸镁水泥(MPC)的力学性能及耐久性能研究进展,基于现阶段研究中存在的问题,结合实际工程需求,对矿物掺合料改性MPC的研究及发展方向进行了展望。

研究了单掺粉煤灰和复掺粉煤灰与硅灰代替部分水泥对PVA-ECC试件力学性能、裂缝宽度及抗渗性能的影响。结果表明,单掺粉煤灰会导致PVA-ECC试件强度下降,但可显著增加其韧性。复掺粉煤灰与硅灰时,PVA-ECC试件表现出优异的应变硬化特性以及多缝开裂现象,力学性能得到提升,基体均匀性增加,抗渗性能得到改善,最大提升了约33%。试验得到了具有良好性能的粉煤灰-硅灰-水泥三元体系PVA-ECC试件,其极限拉伸应变达到2.07%,抗压强度达到42.6 MPa,裂缝宽度较小且分布均匀,渗透系数仅为2.136×10^-11 m/s,抗渗性能较优。

试验研究了粉煤灰、矿渣粉复合掺合料对LC30页岩陶粒轻骨料混凝土坍落度、抗压强度、抗冻融性能、抗碳化性能和自由收缩性能的影响规律。结果表明:总掺量不变时随着粉煤灰相对掺量的增加,坍落度逐渐增加;矿物掺合料提高了混凝土后期抗压强度,总掺量为30%、粉煤灰矿渣粉掺入比例2∶3时28 d抗压强度高于基准试验组14.3%;总掺量一定时掺入比例为2∶3的试验组,混凝土抗冻性能、抗碳化性能和抗自由收缩性能最佳;掺入比例一定时,掺量为30%的试验组的力学性能和耐久性能更优。

为了提高钢渣的资源化利用率,利用钢渣制备了矿物掺合料,测试了钢渣粉自身的性能指标,并用钢渣粉取代矿粉配制了C30混凝土,研究了钢渣粉对混凝土力学性能、体积稳定性和耐久性能的影响。结果表明,钢渣粉的掺入可降低胶凝材料体系的总水化热,但对外加剂饱和掺量点和经时损失率影响较大。利用钢渣粉取代矿粉对混凝土的出机工作性影响不大;随着钢渣粉掺量的增多,混凝土的早期强度低,后期强度增进量较大;掺钢渣粉混凝土的收缩率、氯离子渗透系数及碳化深度均高于基准组;将钢渣粉作为矿物掺合料配制混凝土时需控制其掺量。

为了探究低温下矿物掺合料的水化活性,通过净浆抗压强度试验和XRD测试,对比研究了偏高岭土、粉煤灰和矿渣分别在常温[(20±2)℃]和低温(5℃)环境下的水化活性。结果表明:与常温情况相比,低温下,掺矿物掺合料试件中的Ca(OH)2衍射峰增强,Ca(OH)2主峰面积增大,说明低温在一定程度上抑制了胶凝体系的水化程度;低温对粉煤灰的早期水化活性降低最明显,其次是偏高岭土,对矿渣的早期水化活性影响相对较小;低温对偏高岭土的后期水化活性降低最明显,其次是粉煤灰,对矿渣的后期水化活性影响相对较小。

火山灰质材料是水泥与混凝土的重要组分材料,混凝土的高性能化是通过加入火山灰质材料来实现的。受环境影响,不同地区天然火山灰质的性能存在较大差异,导致其应用过程中经常遇到一些问题。基于上述问题,安爱军、周永祥编著的《天然火山灰质材料与火山灰高性能混凝土》一书以新建蒙内铁路和内马铁路为背景,针对东非地区缺乏粉煤灰、矿渣粉、硅灰等传统矿物掺合料的现状,以当地储量丰富的天然火山灰质材料为研究对象,研究了天然火山灰质材料配制铁路工程高性能混凝土成套技术。笔者基于对本书的学习,觉得本书聚焦点明确,研究略深入,方向明确,特别是以下几个方面问题的研究更值得读者关注。

采用CABR-NES非接触式收缩变形测定仪及平板刀口约束收缩法,研究了粉煤灰、矿渣粉掺量对混凝土早期收缩与开裂性能的影响。结果表明,在相同水胶比下,采用等量的粉煤灰或矿渣粉取代水泥对混凝土的早期收缩及开裂性能均有一定的改善作用,粉煤灰对混凝土开裂的抑制效果优于矿渣粉。当粉煤灰和矿渣粉掺量分别为30%和10%时,混凝土具有最小的收缩率、开裂面积及较小的最大裂缝宽度。混凝土的收缩与开裂存在较好的相关性,混凝土的早期开裂主要与其早期收缩有关,当掺入粉煤灰或矿渣粉的混凝土收缩量较小时,混凝土单位面积上的总开裂面积则相对较小。

负温套筒灌浆料可以满足冬季预制构件灌浆连接的施工要求,矿物掺合料对负温套筒灌浆料性能具有积极影响。为了改善负温套筒灌浆料的性能,在常温套筒灌浆料研究的基础上,确定了负温套筒灌浆料的基本配比,并研究了矿粉、粉煤灰、硅灰等矿物掺合料对负温套筒灌浆料初始流动度、30min流动度和1d、3d、28d抗压与抗折强度的影响。结果表明,三种矿物掺合料对负温套筒灌浆料性能的影响程度为硅灰>矿粉>粉煤灰。

采用物理发泡工艺制备了孔隙率大于90%的超轻泡沫混凝土,结合Image-pro plus、热分析及扫描电镜等手段对硬化超轻泡沫混凝土气孔结构及微观结构进行了表征,同时研究并对比了粉煤灰与矿粉对泡沫混凝土硬化性能的影响。研究表明:粉煤灰与矿粉取代水泥增大了试样气孔孔径,但对导热系数影响不明显;矿粉可改善试样抗压强度,当矿粉取代20%的水泥时,试样干密度为165.2 kg/m^3,孔隙率为93.0%,56 d抗压强度可提升至0.47 MPa。

从骨料、矿物掺合料、纤维等组成材料以及制备方式等对活性粉末混凝土(RPC)性能的影响进行了分析研究。针对RPC目前存在的主要问题,提出了制备性价比优良的RPC原材料选择方面的建议和今后的主要研究及应用方向;研究认为,合理选择价格低廉的原材料甚至固体废弃物、简化制备方式可以制备出性能优良的RPC,提高RPC的性价比有利于促进其推广应用。