分析了湖南区域三个混凝土预拌厂废水的理化性质,采用该废水制备了C20～C60混凝土来研究废水对混凝土工作性能、力学性能和关键耐久性能的影响,并在相关指标满足工程应用的要求后,将其应用于工程中。研究表明,三个预拌厂产生的废水及其沉淀废渣各项理化性质相似,成分接近,主要以SiO_2、Al_2O_3和CaO为主。沉淀废渣粒径较小可以改善混凝土体系的颗粒级配;各强度等级的混凝土在废水的最优掺量上存在差异,C30混凝土废水掺量在50%表现出较为优异的工作性,且废水对于中高强度等级混凝土的抗压强度未发现不利的影响;废水可降低混凝土的电通量和提高抗碳化性能,C60废水混凝土6 h总电通量为300 C左右,碳化深度随着废水掺入量的增加而减少。

对硅铬渣作为细骨料全部或部分取代天然河砂制备的混凝土性能进行了研究,包括混凝土的力学性能、耐久性能,并通过扫描电子显微镜(SEM)和显微硬度测试技术初步探讨了硅铬渣对混凝土界面过渡区的影响。试验结果表明,硅铬渣具有一定火山灰活性,作为混凝土细骨料能提高混凝土强度,改善混凝土过渡区结构,使混凝土耐久性能得到显著提高,其中掺80%硅铬渣作为细骨料制备的混凝土效果更好。

利用珊瑚砂取代天然河砂进行混凝土的配合比设计,系统研究了珊瑚砂混凝土的抗折强度、抗压强度、劈裂抗拉强度、干燥收缩以及早期抗开裂性能,同时用相同配合比参数的河砂混凝土进行对比。此外,还对珊瑚砂混凝土的抗氯离子渗透性、抗碳化性等耐久性以及水化产物的微观结构进行了分析。试验结果表明,珊瑚砂混凝土的抗压强度要低于河砂混凝土,而抗折强度、劈裂抗拉强度则相差不大;珊瑚砂混凝土的干燥收缩性能、早期抗开裂性能、抗氯离子渗透性以及抗碳化性均要好于河砂混凝土。珊瑚砂混凝土和河砂混凝土的28d水化产物基本相同,都含有Ca(OH)_2,钙矾石AFt,CaCO_3和C-S-H凝胶。珊瑚砂由于其凸凹多孔,使得其界面过渡区的黏结力要大于河砂混凝土,这极大改善了其界面的结构性能。

形状记忆合金(SMA)驱动下热熔胶水泥基材料具有优良的自修复能力。本文对聚酰胺热熔胶水泥砂浆(PA砂浆)的工作性能、力学性能和耐久性能以及处于多次热循环条件下PA砂浆的力学性能及耐久性能进行了研究。结果表明,体积掺量1%、3%和5%热熔胶的掺入没有降低砂浆的工作性能,反而有略微的提升;随聚酰胺(PA)掺量的增加,砂浆的抗压强度和抗渗性能略有下降,而抗折强度随掺量的增加先增后减;热循环环境中PA水泥砂浆的力学性能与耐久性能都得到了很大的提升,说明PA水泥砂浆在常温马氏体状态、具有预应变的SMA的驱动下具备反复修复水泥基裂缝的潜力。

为了利用聚甲醛(POM)纤维的性能优势,并促进其在纤维混凝土领域的推广与应用,研究了POM纤维和PP纤维对混凝土新拌性能、塑性抗开裂性能、力学性能、体积稳定性和耐久性能的影响规律。结果表明,掺入POM纤维虽降低了混凝土的新拌性能、抗压强度和干燥收缩变形,但却有效提高了砂浆的塑性抗开裂能力、混凝土的劈裂抗拉强度和耐久性能。与PP纤维相比,当POM纤维和PP纤维的掺量相同时,掺加POM纤维的混凝土具有更为优异的新拌性能、塑性抗开裂能力、抗压强度、劈裂抗拉强度、抗氯离子渗透性能、抗碳化能力和抗冻性能。

针对贵州地区公路工程桥梁用高性能混凝土机制砂石粉含量高、粉煤灰质量差等问题,对不同石粉含量、不同矿物掺合料的机制砂混凝土性能进行了试验研究。研究结果表明,石粉虽作为惰性材料,但在一定掺量范围内,对混凝土性能具有一定程度的改善。在实际工程中,建议石粉含量控制在10%左右;Ⅱ级粉煤灰因其烧失量大、活性小对混凝土性能有着不利的影响;磨细复合掺合料可显著提升机制砂混凝土工作性能、力学性能以及耐久性能。因此,针对贵州地区优质粉煤灰匮乏的现状,建议将低等级粉煤灰与磨细矿渣进行二次加工磨细后再掺入混凝土使用。此外,根据研究成果在工程中的应用情况,提出了贵州地区桥梁用机制砂混凝土原材料的选型标准。

在纤维总体积掺率不超过1%的情况下,采用钢纤维、塑钢纤维及聚丙烯纤维单掺、双掺和三掺配制得到高流动度纤维增强混凝土。通过稠度试验、基本力学性能试验以及耐久性试验,对比分析了纤维混杂方式和纤维混掺比例对基体混凝土工作性能、基本力学性能以及耐久性的影响。结果表明,钢纤维/塑钢纤维/聚丙烯三元混杂可有效改善基体混凝土的抗压强度和劈裂强度,最大分别提高了25%和32.61%;大流动度混杂纤维增强混凝土的抗渗等级可满足P8要求,具有良好的抗渗性能,最大渗水高度仅为29mm;大流动度混杂纤维增强混凝土的抗冻等级可满足F250要求,且前175次冻融循环质量损失率维持在1%~2%;基于工作性能、基本力学性能以及耐久性最优的混掺比例为0.4%SF、0.4%HF、0.11%PPF。

将粒度区间为45~80μm的较粗钢渣应用于各强度等级商品混凝土中,通过优化混凝土材料体系的颗粒级配来提升混凝土的各项性能。实验结果表明:45~80μm钢渣在商品混凝土中以较低掺量取代水泥和粉煤灰后,混凝土的工作性能、力学性能及耐久性能都有一定幅度的提升。强度等级对颗粒级配优化提升商品混凝土的性能有一定的影响,在高强度等级混凝土中,较低的水胶比和胶砂比使得颗粒级配优化作用得到更为充分的体现。

研究了利用建筑垃圾再生微粉作矿物掺合料所配制的混凝土的各项性能。研究结果表明,建筑垃圾再生砂粉有一定的活性,其各项性能指标满足Ⅱ级粉煤灰要求,可作为混凝土矿物掺合料使用。利用建筑垃圾再生微粉配制的C30、C50混凝土,掺量在20%以下时,对混凝土各项性能影响不大,配制出的再生混凝土工作性能和耐久性能与基准混凝土相当。

采用微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)修补液、环氧胶液和聚合物水泥三种不同修补材料对带裂缝(宽度为0.1mm、0.2mm)混凝土进行修补,测试修补后混凝土的力学性能和耐久性能,对比分析了不同材料的修补效果。结果表明,MICP修补液修补后可达到基准混凝土力学性能的70%,其修补效果比环氧胶液、聚合物水泥材料略差;耐久性方面MICP修补液与环氧胶液、聚合物水泥效果相当;同时综合环保性和经济性可知,MICP技术在实体桥梁混凝土裂缝修补中具有可行性。