高速铁路路基复合注浆材料试验研究

高速铁路路基受施工质量、气候环境、列车荷载等因素影响,易出现冻胀、不均匀沉降等病害。铁路路基病害常采用注浆技术进行处理。为增强铁路路基注浆修复材料的工作性能,通过室内试验对复合注浆材料的力学及耐久性能进行研究,得出性能最佳的复合注浆材料种类及含量。结果表明:含量10%的粉砂使粉煤灰-水泥基注浆材料的28 d抗压强度、抗折强度达到最优值36.6 MPa、14.4 MPa,冻融前后的抗压强度差值最小;含量6%的硅灰使粉煤灰-水泥基注浆材料的28 d抗压强度、抗折强度达到最大值43.6 MPa、17.8 MPa,冻融前后的抗压强度差值最小;含量4.5%的膨胀剂使粉煤灰-水泥基注浆材料的28 d抗压强度、抗折强度达到最大值41.2 MPa、17.6 MPa,冻融前后的抗压强度差值最小。硅灰对复合注浆材料的增强效果最佳,膨胀剂次之,粉砂最差。     

粉煤灰和硅灰对高强度纤维水泥基材料力学性能影响研究

基于纤维水泥基复合材料的发展和工程应用实际,探讨不同粉煤灰和硅灰掺量对高强度纤维水泥基材料抗压强度、抗折强度以及韧性的影响。研究结果表明:粉煤灰和硅灰的掺加会显著影响高强度纤维水泥基材料的力学性能,具体优化掺量为50%的粉煤灰和15%的硅灰可以使高强度纤维水泥基材料抗折强度增强到19.5 MPa,抗压强度提高至75.2 MPa,折压比达到0.26左右,比普通纤维混凝土在抗折和抗压强度上分别提高了35%和40%,折压比也提高了6%左右,说明该优化配合比能明显增强高强度纤维水泥基材料的抗压强度、抗折强度和韧性,可为该材料的工程应用提供参考。     

低水胶比条件下含硅灰或/和粉煤灰的胶凝材料的水化放热特性

采用差分水化量热仪研究了恒温((25±0.3)℃)低水胶比(W/B=0.30)条件下,纯水泥、水泥-硅灰、水泥-粉煤灰二元胶凝材料体系和水泥-硅灰-粉煤灰三元胶凝材料体系的水化放热特性。试验结果表明:相对于纯水泥,水泥-硅灰二元体系的水化诱导期延长,第二水化放热峰放热速率增加,水化减速期的总放热量减小;水泥-粉煤灰二元体系的水化诱导期显著延长,水化减速期后期的放热速率增大,整个水化历程的总放热量减小;水泥-硅灰-粉煤灰三元体系的水化诱导期显著延长,整个水化历程的水化放热速率降低,总放热量减小。     

水泥-粉煤灰复合胶凝材料水化特性研究

研究了水泥-粉煤灰复合胶凝材料在等水胶比条件下的化学结合水、水化产物与硬化浆体显微结构,探讨了矿物外加剂C和激发剂D的掺入对水泥-粉煤灰复合胶凝材料体系的影响规律。研宄结果表明：矿物外加剂C、激发剂D的加入促进掺粉煤灰的水泥浆体早期的水化速度,改善了水泥石的孔结构,增大了水泥石的密实度,提高了硬化水泥石的早期抗折强度和抗压强度。     

无机胶凝抗渗剂对水泥性能的影响研究

利用水泥净浆、XRD、SEM研究了制备的无机胶凝抗渗剂(ICPA)对水泥凝结时间、抗压强度、水化过程、水化产物和微观结构的影响。当ICPA掺量为水泥质量的0.8%时,3、7 d的抗压强度相较于不掺入ICPA的水泥净浆分别提高了9.6%和19.8%,ICPA水泥净浆第二次水化时发生了络合-沉淀反应,在裂纹中产生了大量细丝状、细针棒状水化产物,几乎将裂纹填实,提高了水泥基材料自愈合能力。当ICPA掺量小于水泥质量的1.2%时,对水泥的早期水化影响不明显,增加了钙矾石(AFt或AFm)的生成量,提高了水泥早期(3 d)的抗压强度。结果表明,无机胶凝抗渗剂对水泥凝结时间影响较小,可增加水泥早期水化产物,提高水泥石早期抗压强度及自愈合能力。     

几种外加剂组分对硫铝酸盐水泥性能的影响

通过往硫铝酸盐水泥中掺加外加剂的办法,来寻求一种战时1 h抢修机场跑道的材料。通过分别研究碳酸锂、亚硝酸钙、聚羧酸高效减水剂、纳米碳酸钙、硅灰等单一组分的不同掺量对硫铝酸盐水泥不同性能的影响得出单一组分的最佳掺量范围。采用正交试验方法探讨在标准养护条件下不同掺量的复合组分对硫铝酸盐水泥胶砂强度的影响,分析得出超早强外加剂的最佳配比:碳酸锂、硅灰、聚羧酸高效减水剂、亚硝酸钙、纳米钙掺量分别为0.1%,4%,1.0%,0.5%和0.5%。掺入最佳配比的外加剂,材料1 h胶砂抗折/抗压强度达到6.2/37.1 MPa,3 d胶砂抗折/抗压强度达到10.8/62.3 MPa,符合战时机场跑道抢修等工程的要求。     

蒸汽养护对高速铁路轨道板混凝土渗透性的影响

为探明蒸汽养护对采用水泥-矿渣粉复合胶凝材料的轨道板混凝土渗透性的影响规律,研究了不同养护条件下(蒸汽养护和标准养护)轨道板混凝土表面吸水率和抗氯离子渗透性能(6 h电通量和氯离子扩散系数),并分析了不同蒸汽养护最高恒温温度对复合胶凝材料水化程度的影响。试验结果表明:蒸汽养护能有效提高轨道板混凝土材料早期(28 d)和后期(56 d)抗水渗透能力,而对其抗氯离子渗透能力的改善作用则主要表现在早期,对混凝土后期抗氯离子渗透能力影响不明显;在对复合胶凝材料水化程度的影响方面,蒸汽养护会显著加快水泥-矿渣粉复合胶凝材料体系的水化进程,有利于提高水化产物密实度,蒸汽养护最高恒温不超过60℃对提高水泥基胶凝材料抗渗性更加有利。     

用硅灰配制高抗折混凝土的研究

研究目的:提高铁路桥梁的跨度和耐久性是高性能混凝土研究的主要方向,硅灰和超细矿渣粉是配制大跨度预应力铁路桥梁最好的活性火山灰质材料.本试验研究的目的是通过在混凝土配料中加入等量硅灰代替矿渣水泥来提高混凝土的抗折强度和耐久性.研究结论:试验结果表明,掺加8%的等量硅灰代替矿渣水泥配制的高抗折混凝土的抗折强度3 d达到了8.8 MPa,提高了44.3%,28 d达到了11.4 MPa,提高了50.0%;掺硅灰的混凝土试样ZR-2的耐卤盐溶液侵蚀性能、抗碳化性能、抗冻融性能和抗渗性能也明显优于混凝土对比样ZR-1.根据试验研究结果可知,掺加8%的等量硅灰代替矿渣水泥可以配制耐久性良好的高抗折混凝土.     

纳米C-S-H晶种与掺和料及早强剂复配对混凝土强度的影响

为了提高混凝土早期强度,根据不同混凝土配方的组成差异,将纳米C-S-H晶种与掺和料以及早强剂复配,成型不同龄期的混凝土试件,分析复配后混凝土初终凝时间、抗压强度和抗折强度受到的影响。结果表明：粉煤灰和硅灰会降低混凝土的早期抗压和抗折强度,纳米C-S-H晶种与粉煤灰、硅灰复配后可减弱粉煤灰、硅灰对强度下降的影响;纳米C-S-H晶种可缓解石膏的缓凝作用,并且可以与石膏、硫酸钠、硫铝酸盐水泥发挥协同作用,进一步提高混凝土的早期强度。     

磷酸镁水泥-硫铝酸盐水泥复合胶凝材料的抗冻性

为改善快硬磷酸镁水泥的抗冻性，分别掺入26%、30%、34%、38%、42%硫铝酸盐水泥替代过烧氧化镁，制得磷酸镁水泥-硫铝酸盐水泥复合胶凝材料砂浆试样。对冻融循环前后砂浆试样进行了质量损失率测试、抗压强度试验、抗折强度试验、孔隙率测试、扫描电子显微镜观察与能谱分析。结果表明：硫铝酸盐水泥掺量38%、冻融循环100次的砂浆试样质量损失率最小，密实度最大，孔隙率最小；硫铝酸盐水泥掺量34%、冻融循环100次的砂浆试样抗压强度和抗折强度均高于其他试样；掺入硫铝酸盐水泥后水化产物呈颗粒状，试样结构更致密，抗冻性能显著提升。     

用硅灰配制高抗折混凝土的研究

研究目的：提高铁路桥梁的跨度和耐久性是高性能混凝土研究的主要方向，硅灰和超细矿渣粉是配制大跨度预应力铁路桥梁最好的活性火山灰质材料。本试验研究的目的是通过在混凝土配料中加入等量硅灰代替矿渣水泥来提高混凝土的抗折强度和耐久性。研究结论：试验结果表明，掺加8％的等量硅灰代替矿渣水泥配制的高抗折混凝土的抗折强度3d达到了8．8MPa，提高了44．3％，28d达到了11．4MPa，提高了50．0％；掺硅灰的混凝土试样ZR-2的耐卤盐溶液侵蚀性能、抗碳化性能、抗冻融性能和抗渗性能也明显优于混凝土对比样ZR-1。根据试验研究结果可知，掺加8％的等量硅灰代替矿渣水泥可以配制耐久性良好的高抗折混凝土。     

活性或惰性掺和料对复合胶凝材料水化性能的影响

采用等温量热法、X射线衍射(XRD)和化学结合水量测定等方法,研究了含有不同比例的粉煤灰或磨细石英粉的复合胶凝材料在不同养护温度条件下的水化过程,观察了水化产物量和水化程度随水化龄期变化情况。在掺量相同时,矿物掺和料的种类变化不会对复合胶凝材料的初期水化过程有明显影响,其反应过程仍由其中所含硅酸盐水泥控制。活性的粉煤灰可延迟复合胶凝材料的水化反应,而惰性的石英粉则不会。热激发作用可显著促进粉煤灰的火山灰反应,但对于硅酸盐水泥的长期水化反应有抑制作用。热养护能促使水化初期生成的高含水率的CSH向低含水率的CSH变化;粉煤灰的火山灰反应生成的也是含水率较低的CSH凝胶。     

掺复合功能掺合料快速修补混凝土的试验研究

以优质粉煤灰和硅灰复合粉体为基材外掺少量激发剂配制而成的复合功能掺合料(CUFG)是一种新型水泥混凝土路面快速修补材料。采用42.5级普通硅酸盐水泥,单方水泥用量315~360 kg/m3,掺入20%~30%复合功能掺合料,可配制出24 h抗压强度大于20 MPa,24 h抗折强度大于3.5 MPa;28 d抗压强度大于50 MPa;28 d抗折强度大于7.0 MPa的快硬高早强混凝土,满足24 h开放交通所需的最低强度指标要求,且后期强度也有较大的提高。CUFG的掺入提高了快速修补混凝土(RRC)早期和后期的折压比,降低了混凝土的干缩程度,有利于提高快速修补混凝土的抗裂性能。掺CUFG快速修补混凝土的抗氯离子渗透能力较强,同时具有优异的耐磨性能。     

硫酸盐全浸泡腐蚀下不同掺合料混凝土耐久性研究

为研究不同掺合料混凝土在全浸泡硫酸盐腐蚀环境下的耐久性规律,设置替代率为20%的粉煤灰和硅粉两种掺合料作为胶凝材料掺入混凝土中,开展5%、10%、20%浓度的硫酸钠溶液全浸泡条件下168 d腐蚀试验。通过受腐蚀混凝土的宏观质量变化和抗压强度变化规律表征混凝土的宏观耐久性能,并以SEM试验探究混凝土受腐蚀微观潜在机制。利用混凝土相对质量评价参数指标,建立Weibull概率分布模型预测混凝土剩余寿命以反映其耐久性。结果表明：质量变化率和抗压强度变化趋势均为先上升后下降,峰值出现在浸泡腐蚀的第84天,粉煤灰对降低混凝土质量变化率效果更好,硅粉对提高混凝土早期强度效果更好,而溶液浓度对各试验组影响较小;微观上导致受硫酸盐腐蚀混凝土劣化原因为二次水化后生成的钙矾石;粉煤灰和硅粉均对抵抗硫酸盐腐蚀有较好表现,而粉煤灰更优。     

碱激发粉煤灰水泥胶凝体系的水化机理分析

通过在粉煤灰掺量比例为50%的粉煤灰-水泥胶凝体系中加入Na_2SO_4和碱石灰复合激发进行粉煤灰火山灰活性激发试验,研究粉煤灰-水泥胶凝体系的早期强度,并采用衍射分析和扫描电镜分析硬化浆体的微观结构.研究结果表明:Na_2SO_4和碱石灰复掺具有明显的活性作用.水泥石早期强度显著提高;水泥石中形成了较多的CSH和AFt,未发现AFm生成,说明加入Na_2SO_4和碱石灰共同激发可有效破坏粉煤灰的玻璃微珠外壳及硅铝网络结构,可增强粉煤灰的潜在活性.     

矿物掺合料对水泥胶砂抗硫酸盐侵蚀性能的影响

为获得在云南保瑞(保山—瑞丽)铁路硫酸盐侵蚀环境下,当地火山灰、粉煤灰、硅灰对普通硅酸盐水泥胶砂试件的抗硫酸盐侵蚀能力的影响规律及快速评价方法,进行了浸泡抗蚀性能试验和差热分析(Differential Thermal Analysis,DTA)。结果表明:以当地火山灰替代30%的水泥并外掺3%硅灰的试件具有优异的抗硫酸盐侵蚀性能;DTA方法可作为分析火山灰质矿物掺合料火山灰效应的有效手段;加入单一矿物掺合料时,硫酸钠溶液浸泡试件的Ca(OH)_2吸热峰面积与抗蚀系数呈线性关系,利用该关系,可辅助快速评定工程结构中水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀性能。     

保水剂对墩身混凝土性能影响研究

墩身混凝土施工、养护过程中时常出现“砂线”问题,文章提出调整胶凝体系的同时掺加保水剂,通过对比改性后混凝土的泌水率、坍落度、含气量、抗压强度、电通量值以及抗氯离子扩散系数得出如下结论：①粉煤灰-矿粉-水泥胶凝体系保水剂掺量 0.05% (B10)泌水率最低,相当于水泥胶凝体系(B0)的29.88%,当保水剂掺量大于 0.05% 时,坍落度值、含气量已不满足于墩身混凝土设计要求;②强度最优配比为 B10,其 56天强度可到达 59.4 MPa,相当于 B0 的 123.24%;③对比保水剂掺量 0.05% 时,水泥胶凝体系(B3)、粉煤灰-水泥胶凝体系(B6)、矿粉-水泥胶凝体系(B8)、粉煤灰-矿粉-水泥胶凝体系(B10)在 56天标准养护条件下电通量、抗氯离子扩散系数发展规律,得出不同胶凝体系发展趋势为 B3>B6>B8>B10。     

高强型CA砂浆力学性能影响因素及力学机理研究

为了解高强型CA砂浆主要组成材料对力学性能影响,研究乳化沥青与水泥质量比、砂灰比对CA砂浆强度和弹性模量的影响;并采用扫描电镜观察CA砂浆水泥沥青微观胶凝结构和CA胶浆与砂界面情况,分析CA砂浆力学性能微观机理。结果表明:随乳化沥青与水泥质量比增加,CA砂浆28d轴心抗压强度和弹性模量显著下降;随砂灰比增加,CA砂浆弹性模量无明显变化,28d轴心抗压强度开始无明显变化,之后大幅度下降;水泥沥青微观胶凝结构特征和CA胶凝材料与砂的界面黏结决定CA砂浆力学特点。因此,合适的乳化沥青与水泥比和良好流动性能是CA砂浆良好力学性能的保证。     

高温干燥下速凝剂对水泥净浆性能的影响

为掌握高地热环境条件下隧道初期支护水泥基材料的水分蒸发及其性能随时间的变化规律,通过室内模拟试验,探讨高温(60℃)与速凝剂共同作用对水泥浆体的水分损失、力学强度及化学结合水含量的影响。结果表明,60℃干燥条件显著加速了水泥浆体水分蒸发而增大质量损失率,速凝剂掺入并不能有效降低试件早期水分蒸发引起的质量损失,高吸水性树脂会显著增大基准水泥及掺粉煤灰试件的质量损失;硅灰和速凝剂双掺可较好地减少试件在60℃干燥条件下的质量损失。同标准养护条件相比,60℃干燥条件下各试件抗压强度随龄期增长按1 d抗压强度增大、7 d和28 d抗压强度下降的规律变化;速凝剂和高温干燥条件共同作用下水泥净浆强度增速缓慢;速凝剂有利于增强掺粉煤灰试件28 d龄期的抗压强度,但不利于掺硅灰试件28 d龄期抗压强度的发展。硅灰与速凝剂双掺会降低水泥净浆的毛细吸水系数,速凝剂单掺和速凝剂与高吸水树脂双掺对掺有粉煤灰试件毛细系数影响不大。与标准养护条件相比,60℃干燥条件下纯水泥基准组试样所含化学结合水和Ca(OH)2含量明显降低;速凝剂可略微提高水泥基准试样化学结合水和Ca(OH)2含量,但不利于60℃干燥条件下的水泥...     

活性粉末复合胶凝体系的水化特性及微观结构

通过水化放热分析、差热分析、SEM以及BEI(Backscattering Electron Image)等手段对比研究了不同水胶比下活性粉末复合胶凝材料体系的水化放热特点、结合水含量以及水化产物特征;分析了胶凝体系水化硬化后的微观结构及其对宏观性能的影响规律,提出了相应的微观结构模型。结果表明:超低水胶比下活性粉末复合胶凝体系的水化放热速率非常低,约为同组成的普通胶凝体系的50%;体系的水化主要集中在早期;水化硬化后的体系主要包含CSH凝胶、未水化完全的水泥熟料颗粒和活性粉末,这些未水化完全的颗粒内核被致密的水化产物层包裹,从而大大提高了活性粉末复合胶凝体系硬化后的性能。