针对当前高层建筑物中普通混凝土自重大,而轻骨料混凝土强度较普通混凝土低的现状,以不同玄武岩纤维体积率(Vb)、聚丙烯纤维体积率(Vp)和陶粒代取代率(Rc)为影响因素,利用正交试验法设计了9组混杂纤维轻骨料混凝土(HF-LWC),进行了抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度试验,并基于试验结果建立了强度预测模型。结果表明:三种因素对抗折强度的提升幅度大于对抗压强度和劈裂抗拉强度的提升幅度,最大增幅为45.23%;随着Vb的增加,HF-LWC的强度逐渐增大,且Vb对HF-LWC强度的影响最显著;当Vb为0.2%、Vp为0.1%、Rc为10%时,HF-LWC强度最佳;拟合得出的HF-LWC抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度模型的精度较高。

对陶粒、陶砂进行预湿处理,并将其用于配制高强硅酸盐陶粒混凝土,研究了水胶比、漂珠掺量、陶砂取代率对高强硅酸盐陶粒混凝土性能的影响。结果表明:预吸水陶粒、陶砂具备改善界面性能、内养护等多重作用,可有效提高轻骨料混凝土的强度;水胶比是决定轻骨料混凝土强度的关键因素,随着水胶比的降低,轻骨料混凝土的强度增长明显;减重材料如漂珠应谨慎使用,使用时应设置合理的应用区间,避免轻骨料混凝土中的水分含量出现较大波动。

通过试验研究了陶粒、PP纤维、膨胀剂、胶凝材料用量以及环境条件对EPS轻混凝土干燥收缩性能的影响,探讨了不同密度等级EPS轻混凝土干燥收缩性能的变化规律。结果表明:EPS轻混凝土的收缩值在90 d内增长较快,180 d后收缩值增速减小;EPS轻混凝土的收缩值随着胶凝材料掺量的增加而增大;掺加膨胀剂、PP纤维以及采用覆膜养护能降低EPS轻混凝土的收缩值,掺入适量陶粒能有效降低EPS轻混凝土的收缩值;低温环境会使EPS轻混凝土的收缩值显著增大;EPS轻混凝土的干燥收缩性能与EPS轻混凝土的组分和各组分材料配比密切相关;采用对数型收缩值计算模型可对EPS轻混凝土的收缩值进行预测。

采用了体积掺量25%的泡沫与陶粒复合制备了不同密度等级(800、1000、1200、1400)的大流动性陶粒泡沫混凝土,研究了微硅粉掺量对其性能影响,测试了陶粒泡沫混凝土的流动性、不同龄期的抗压强度、劈裂抗拉强度、吸水率、导热系数等。结果表明:引入泡沫可使混凝土的坍落度大于240 mm,具有大流动性的同时有效解决了陶粒易上浮的问题;微硅粉的掺入提高了陶粒泡沫混凝土的力学性能,且密度等级越低,微硅粉的提高效果越明显;陶粒泡沫混凝土的孔隙率和吸水率随陶粒掺量的增加而增加,随微硅粉掺量的增加而降低;陶粒可以改善混凝土的保温性能,其导热系数随陶粒掺量的增加而降低。

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。

针对超高性能混凝土(UHPC)因胶凝材料用量大、水胶比小导致的体积稳定性问题,采用0、5%、10%、15%、20%陶粒等体积取代细骨料,制备了一种陶粒内养护UHPC,研究了陶粒取代率对UHPC工作性、力学性能、体积稳定性的影响,并运用压汞法、XPS、SEM微观测试方法分析了陶粒对UHPC微观结构的影响。结果表明:陶粒在胶凝材料水化过程中因内部相对湿度差释放水分,促进了水化反应,提高了水化产物的数量,增加了结构的致密性,改善了UHPC的力学性能、体积稳定性和孔结构;但当陶粒超过一定掺量时,也会带来不利影响。

研究了陶粒掺量对透水混凝土孔隙率、抗压强度、透水性能及抗冻性能的影响。结果表明,随着陶粒掺量的增加,透水混凝土的连续孔隙率、透水系数逐渐增大,抗压强度逐渐减小。当陶粒掺量为30%时,透水系数最大,达到了3.10 mm/s,此时抗压强度为11.7 MPa。经过25次冻融循环后,当陶粒掺量达25%以上时,透水混凝土发生冻融破坏。

针对普通混凝土内部孔隙过少以及p H值过高而不利于植物生长的问题,研究了植生型混凝土孔结构改造和内部碱环境调节的方法。研究结果表明,利用吸收肥料溶液的聚丙烯酸钠系超吸水树脂球作混凝土骨料,结合掺加多孔的陶粒,或采用选择合适粒径的单一级配石子替代常规的连续级配石子,可有效增加混凝土内部孔隙,有利于植物根系生长。采用低碱度硫铝酸盐水泥作为胶凝材料,或通过加入含活性Si O2较多的物质与水泥水化反应产生的Ca(OH)2发生化学反应,可有效降低混凝土内部p H值,有利植物生长。

采用陶粒-硅灰-矿粉复掺制备了轻质高强透水混凝土,并研究了增强剂、掺合料、陶粒替代率及养护制度对透水混凝土性能的影响。试验结果表明,影响混凝土的透水系数的主要因素是设计空隙率和成型时透水混凝土拌合的均匀性,通过掺入增强剂、矿物掺合料,采用合适的陶粒体积替代率及热水养护等方式可配制出抗压强度为34.5 MPa、透水系数为3.6 mm/s、干密度为1 802 kg/m^3的轻质高强高透水性混凝土。

当前矿井开采深度日益增加,高温热害问题日益严重,本文基于一般喷射混凝土的要求,通过材料正交试验,掺加陶粒、玻化微珠和粉煤灰,研制出一种新型混凝土隔热材料,分析了陶粒、玻化微珠和粉煤灰掺量对于材料导热系数和力学性能的影响,论证了新型隔热材料作为矿井喷射混凝土的适用性和可行性。