研究了不同活性MgO含量(60.4%、46.7%、45.9%)对改性硫氧镁水泥强度的影响规律,并结合XRD、SEM等方法分析了其影响机理。结果表明:改性硫氧镁水泥试件的抗压强度均随n(MgO)∶n(MgSO4)的增大而增大;用活性含量为45.9%的MgO制备的水泥试件各龄期抗压强度均高于活性含量为46.7%和60.4%的MgO;改性硫氧镁水泥样品的主要成分为MgO、Mg(OH)2和5Mg(OH)2·MgSO4·7H2O相(5·1·7相),随着养护时间的延长,5·1·7相的衍射峰增强;样品内生成大量针棒状晶体,存在较多空隙。

以建筑垃圾为主要原材料制备了建筑垃圾再生砖,研究了CO2矿化养护时间(2、6、12、24 h)和CO2浓度(20%、30%、50%)对建筑垃圾再生砖抗压强度和固碳率的影响。结果表明:随着CO2矿化养护时间的增加,试件的抗压强度和固碳率增大;随着CO2浓度的增加,试件的抗压强度在CO2矿化养护6 h内呈增大趋势,在CO2矿化养护12 h后呈先增大后减小的趋势;试件的固碳率随着CO2浓度的增加而增大;综合考虑成本、抗压强度和固碳率,推荐CO2矿化养护时间为12 h,CO2浓度为20%。

采用压汞法测试了不同初始加压时间水泥砂浆的孔结构参数,并计算孔分形维数,研究了初始加压时间与抗压强度、孔结构、孔分形维数之间的关系。结果表明:初始加压时间对砂浆孔隙率和抗压强度的影响显著,加压时间过早或过晚均不利于砂浆抗压强度的发展,初始加压时间宜为养护2.5 h左右;压力成型下砂浆的孔结构具有明显的分形特征,孔分形维数范围为3.0~3.2,孔分形维数与孔隙率存在良好的相关性,能够在一定程度上反映水泥基材料宏观性能的优劣。

研究了石灰石粉的掺量(0、12%、18%、24%、28%、32%)对混凝土工作性、力学性能和抗碳化性能的影响。结果表明:石灰石粉的掺入对混凝土的7 d抗压强度不利,但复掺适量粉煤灰和石灰石粉可提高混凝土的14 d、28 d和130 d抗压强度;混凝土的碳化深度随着碳化时间的增加而增大,复掺适量的粉煤灰和石灰石粉,同时适当延长养护龄期,可保证混凝土的抗碳化性能基本不变,甚至提高,建议石灰石粉的掺量不超过18%。

基于新建郑州至济南铁路郑州至濮阳段工程中的濮阳特大桥预应力混凝土连续梁桥用高性能混凝土的要求,配制了5种矿物掺合料混凝土,研究了单掺和复掺粉煤灰与矿粉对混凝土抗压强度、弹性模量、线膨胀系数和收缩率的影响,得出了最佳配合比,并建立了反映施工荷载的预应力混凝土连续梁桥有限元模型。结果表明:复掺15%粉煤灰与15%矿粉的混凝土各项性能相对最好;模拟预测和实际监测的竖向累计位移变化趋势大致相同,说明建立的有限元模型的精度较高,可为预应力混凝土连续梁桥的施工技术控制提供参考。

以石墨和碳纤维为导电相材料,研究了石墨掺量(2%、4%)和养护方式(标准养护、直接电养护)对混凝土抗压强度和微观结构的影响,分析了直接电养护时间与试件内部温度和电阻率之间的关系。结果表明:掺入适量导电相材料可以改善混凝土的力学性能,提高混凝土的导电性能;直接电养护可以提高混凝土的内部温度,促进水化反应进程,提高混凝土的抗压强度,且对早期抗压强度的提高效果更大;随着直接电养护时间的增加,混凝土的电阻率不断增大,导电性能降低;直接电养护可以有效减小混凝土中凝胶孔的孔径,改善混凝土的孔结构。

为提高钢纤维无筋盾构混凝土管片的力学性能,研究了钢纤维掺量(30 kg/m3、40 kg/m3、50 kg/m3)和长径比(0.8、0.7、0.6)对管片混凝土抗压强度、抗弯强度的影响。结果表明:在本文研究掺量范围内,管片混凝土抗压强度、抗弯强度均随钢纤维掺量的增加而提高;无筋盾构管片用C50混凝土的钢纤维推荐掺量为30~40 kg/m3,推荐长径比为0.8。

将蔗糖和柠檬酸按质量比1∶5配制成复合缓凝剂,通过L9(34)正交试验,研究了水胶比(0.30、033、0.36)、砂率(31%、35%、39%)、粉煤灰掺量(10%、20%、30%)、复合缓凝剂掺量(0.15%、0.20%、0.25%)对混凝土坍落度、终凝时间及抗压强度的影响。结果表明:随着水胶比的增大,混凝土的坍落度先增大后减小,终凝时间延长,抗压强度降低;砂率对混凝土坍落度和终凝时间的影响较小,但对混凝土抗压强度的影响较大;粉煤灰掺量对混凝土坍落度、终凝时间和抗压强度的影响均较小;随着复合缓凝剂掺量的增加,混凝土的坍落度增大,终凝时间延长,抗压强度变化较小;实际应用时,可根据工程要求选择合适的水胶比、砂率、粉煤灰掺量和复合缓凝剂掺量。

测试了不同质量比的石墨烯-羧基化碳纳米管(G-CNT)水泥基复合材料在25、200、400、600℃下的质量损失、抗压强度和抗折强度。结果表明:400℃以内,添加G-CNT复合材料后水泥基复合材料的残余力学性能显著提高,对质量损失的影响较小,水泥基复合材料的耐高温性能提高;400℃时,掺入0.10%CNT和0.05%G的水泥基复合材料的抗压强度仅下降了21.43%;400~600℃时,结合XRD和SEM结果可知,水泥基复合材料的微观结构严重破坏,力学性能显著下降;G5C10组为最佳配比,25~400℃时,在最佳配比下,G、CNT复掺后可以延缓或抑制因为高温爆裂引起的微孔隙和裂缝的扩散,形成致密化结构,进而提高水泥基复合材料的耐高温性能。

将适量花岗岩锯泥分别与机制砂或河砂复配制成了混合砂,并等质量替代100%细骨料,研究了标准养护条件下花岗岩锯泥等质量替代100%粉煤灰对C30、C40混凝土工作性和力学性能的影响,对比分析了常压蒸汽养护和压蒸养护条件下,花岗岩锯泥等质量替代100%石英粉对C80管桩混凝土力学性能的影响,并进行了微观分析。结果表明:在标准养护条件下,花岗岩锯泥对C30、C40混凝土的坍落度和抗压强度影响较小;在常压蒸汽养护条件下,掺入花岗岩锯泥后,C80管桩混凝土的抗压强度变化不大,花岗岩锯泥呈惰性,主要起填充作用;与常压蒸汽养护条件相比,压蒸养护条件下C80管桩混凝土的抗压强度大幅提高,石英粉和花岗岩锯泥具有填充效应和一定的活性效应,其中的SiO2会与钙质材料发生水热合成反应,生成C-S-H(B)型水化硅酸钙和托贝莫来石。