研究了建筑垃圾(微粉、再生砂)和钢渣(粉、砂)单、双组分固废对建筑3D打印材料可打印性和力学性能的影响,并优选出了最佳配合比。结果表明:采用单组分固废较难实现固废的大掺量(>50%)利用;与同条件下的单组分固废相比,双组分固废基建筑3D打印材料的可打印性得到一定改善,其中,当m钢渣砂∶m再生砂=1∶1、m钢渣粉∶m微粉=7∶3时,JS4组打印材料的可打印性和可建造性总体上显著优于其他组;与浇筑试件相比,打印试件Y、Z方向的抗折强度相差较小,但X、Y、Z方向的抗压强度明显较低。

研究了相同和易性和强度等级条件下,天然砂混凝土和机制砂混凝土配合比的差异。结果表明:在坍落度40~200 mm、强度等级C20~C45范围内时,通过同时提高2%~4%的砂率和0.037~0.082的浆骨比,可以使机制砂混凝土具有与天然砂混凝土相同的和易性;当水灰比相同时,砂率和浆骨比的调整并不影响机制砂混凝土的28 d抗压强度,水灰比定则对机制砂混凝土仍然适用;当坍落度相同时,随着强度等级的提高,机制砂混凝土较天然砂混凝土的浆骨比增量增加;在低坍落度(40 mm)条件下,对于不同强度等级的混凝土,掺加减水剂均可减少机制砂对混凝土砂率和浆骨比的影响。

采用拟水平法研究了脱硫灰掺量、粗骨料掺量和水胶比对脱硫灰混凝土抗压强度的影响。结果表明:水胶比对试件抗压强度的影响最显著,脱硫灰掺量次之,粗骨料掺量影响最小;随着水胶比的增加,试件的抗压强度下降;粗骨料掺量为0的试件抗压强度较粗骨料掺量为64%的试件低;随着脱硫灰掺量的增加,试件的抗压强度先增大后减小。脱硫灰混凝土的最佳配合比为:水胶比0.34、脱硫灰掺量20%、粗骨料掺量64%。

为了探究主要原材料对适用于预应力预制道面板的活性粉末混凝土(RPC)强度的影响,针对适用于预应力预制道面板的RPC配合比,以水胶比、钢纤维掺量、减水剂掺量为变量,在标准养护和70℃水中养护的条件下,制作了不同配合比RPC试件,进行了抗压强度和抗折强度试验研究。研究结果表明:在一定范围内,RPC试件的强度随着水胶比的增大而降低,随着钢纤维掺量的增加而提高,当减水剂掺量为1.7%~1.9%时存在最大值;综合考虑和易性和强度的要求,建议预应力预制道面板用RPC的最佳配合比为水胶比0.19、钢纤维掺量6%、减水剂掺量1.8%。

为促进废弃混凝土建筑垃圾资源化利用,选择Ⅱ类再生骨料,分别以20%、30%和40%比例取代粗骨料,通过系统的配合比设计,确定了再生骨料掺量和生产用配合比,并结合实际工程,通过原材料质量和生产工艺控制,成功应用于装配式住宅用混凝土构件的生产。

采用振动搅拌技术,选取碳纤维为导电相制备用于杆塔基础接地的导电混凝土,并对碳纤维导电混凝土的振动搅拌工艺参数、配合比和接地性能进行了试验研究。结果表明:采用振动搅拌技术制备碳纤维导电混凝土的最优工艺参数组合为:干拌时间10 s、湿拌时间70 s、加碳纤维搅拌时间60 s;最优配合比为:碳纤维掺量0.3%、水灰比0.46、单位用水量200 kg、砂率36%;此工艺参数和配合比下,导电混凝土的28 d抗压强度为46.3 MPa,抗折强度为5.7 MPa,28 d电阻率为2.09Ω·m,导电性能优良,满足输电线路杆塔基础接地的性能要求。

基于最大湿堆积密度理论优化设计超高性能混凝土(UHPC)。首先,设计了25组试验工况,分别计算出每组工况变量与最大湿堆积密度的关系,建立了最大湿堆积密度预测模型。然后,用石英粉部分替代水泥,研究了不同替代率对UHPC流动性、力学性能的影响。结果表明:预测模型与试验结果具有较好的吻合性;UHPC的流动度随着石英粉掺量的增加而增加,且当石英粉掺量为20%时,UHPC的抗压强度和抗折强度最大。此外,生态评价表明,使用石英粉部分替代水泥生产UHPC,可显著降低对环境的影响。

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。

研究了水泥用量、水胶比、砂率对超硫酸盐水泥混凝土力学性能和抗碳化性能的影响,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)测试方法对比分析了超硫酸盐水泥混凝土与矿渣水泥混凝土的微观形貌和水化产物的差异。结果表明:当水泥用量为8%时,超硫酸盐水泥混凝土的力学性能较佳,但抗碳化性能较差;当水胶比为0.35时,超硫酸盐水泥混凝土的性能最佳;当砂率为40%时,超硫酸盐水泥混凝土的性能最佳;超硫酸盐水泥的主要水化产物是AFt和C-S-H凝胶,缺少硅酸盐水泥中常见的Ca(OH)2;相较于矿渣水泥混凝土,超硫酸盐水泥混凝土的微观结构致密性较差。

通过正交试验研究了水胶比、超细粉煤灰掺量和硅灰掺量对新拌UHPC净浆的工作性与流变性的影响,选取流动度、黏度系数和水膜层厚度为工作性与流变性的衡量指标,利用综合平衡法获得了最优配合比。试验结果表明:水胶比、超细粉煤灰掺量和硅灰掺量的提高都会造成UHPC净浆的流动度和颗粒表面水膜层厚度增大,黏度系数减小;超细粉煤灰掺量是净浆工作性和流变性的主要影响因素,水胶比次之,硅灰掺量的影响最小;UHPC最优配合比:水胶比为0.2,超细粉煤灰掺量为40%,硅灰掺量为8%;以该配合比的成型的UHPC 28 d抗压强度为128.8 MPa,抗拉强度为20.3 MPa,同时满足工作性和力学性能要求,且经济合理。