成果名称: 基于膜厚度理论的自密实混凝土流变性能关键影响因素研究
完成单位: 广东工业大学
主要人员: 李古,关国雄,谢燕,邓辉,黄兆辉,陈志鹏,郑俊颖,卓红霞
介绍:

    ①.课题来源与背景: 在国家自然科学基金-青年基金的资助下,历时三年,研究执行情况良好,推进高效,提前完成。 流变性能是混凝土的重要性能之一。虽然国内外对其已有一定研究,但对其关键影响因素的研究进展仍较慢。膜厚度理论认为,水膜厚度、净浆膜厚度和砂浆膜厚度对水泥基材料流变性能有重要影响。但受传统堆积密实度测定方法的制约,该理论一直无重大突破。近年来,在申请人团队所提堆积密实度湿测法的帮助下,基于膜厚度理论的水泥基材料流变性能研究得以推进并取得阶段性成果。但是,针对自密实混凝土的膜厚度理论研究仍缺乏,亟需开展相关研究。

     ②.研究目的与意义: 在水泥基材料流变学研究方面:提出并验证了“悬液膜厚度”理论模型,给予了膜厚度理论重要补充;用实验证明了膜厚度是海水净浆新拌性能的关键影响因素,为膜厚度理论延拓至海水水泥基材料奠定了坚实基础;将膜厚度理论与纤维因素理论有机结合,提出了“膜厚度与纤维因子理论”,推动了纤维增强水泥基材料流变学的新发展。 - 在水泥基材料颗粒学研究方面:成功验证了“堆积密实度湿测法”在纤维增强水泥基材料堆积密度测定方面的可行性,拓展了该方法的应用领域;用实验充分证明了堆积密实度与混凝土强度的相关性,为高强、高性能混凝土的生产提供了的依据与参考。 - 在纳米改性水泥基材料研究方面:发现了传统辅助胶凝材料与纳米二氧化硅复掺对砂浆/混凝土强度和耐久性提高的协同效应,为纳米改性水泥基材料的研发与应用提供指导。 - 在固废资源化利用研究方面:提出了“浆体替代法”,在实现固废粉体大量循环再用和水泥用量大幅降低的同时,显著提升了砂浆/混凝土的强度、耐久性、体积稳定性,真正实现了再生水泥基材料的绿色环保高性能。 - 在纤维增强混凝土方面:发现了膨胀剂与钢纤维复掺对混凝土韧性和钢筋-混凝土粘结性能的提升具有明显的协同效应,为纤维增强混凝土和装配式结构的发展提供有益参考。

    ③.主要论点与论据 :项目围绕自密实混凝土,从净浆、砂浆、混凝土三个层面进行了研究。在净浆层面:针对掺沸石粉净浆,开展了新拌性能关键影响因素研究;针对含超细颗粒净浆,开展了“悬液膜厚度”试验与理论研究;针对海水净浆,开展了膜厚度理论的拓展性研究。在砂浆层面:针对聚丙烯纤维砂浆,开展了新拌性能关键影响因素研究;针对玄武岩纤维砂浆,开展了新拌性能关键影响因素研究。在混凝土层面:针对掺大理石粉混凝土,开展了强度与耐久性关键影响因素研究;针对钢纤维混凝土,开展了和易性和强度关键影响因素研究。 此外,项目还开展了柔性纤维砂浆堆积密实度湿测法研究,纳米二氧化硅改性砂浆/混凝土的性能研究,掺废石粉/废砖粉/废陶瓷粉砂浆的性能研究,复掺膨胀剂钢纤维混凝土性能研究等。

     ④.创见与创新 :首次提出了“悬液膜厚度理论”和“膜厚度与纤维因子理论”,并将膜厚度理论延拓至海水海砂水泥基材料,有力推动了水泥基材料流变学研究新发展。 - 首次将“堆积密实度湿测法”应用于纤维增强水泥基材料的堆积密度测定,用实验充分证明了堆积密实度与混凝土强度的相关性,为高强、高性能混凝土的研发提供了重要依据与参考。 - 创新性提出了“浆体替代法”,在实现固废高效利用和水泥大幅降低的同时,显著提升了砂浆/混凝土的各项性能,为真正实现再生混凝土的绿色环保高性能化提高了重要方法。 - 发现了纳米材料与辅助胶凝材料复掺对水泥基材料性能提高的协同效应,为纳米改性水泥基材料的研发与应用提供有益指导。

    ⑤.社会经济效益,存在的问题 :社会经济效益:建立的以膜厚度理论为指导混凝土配合比设计新方法,为高性能混凝土的生产与应用提供了重要指导,具有很好的工程应用价值;提出的“浆体替代法”,实现了再生水泥基材料的绿色环保高性能,具有很好的经济与环保综合效益;发现的纳米材料与辅助胶凝材料的协同效应,为海洋工程耐久性混凝土研发提供有益启发,对推动海洋经济发展与海洋国防建设有重要意义。 存在问题:虽然在膜厚度理论研究方面取得一定成果,但针对纤维增强混凝土和海水海砂混凝土的相关研究还处在起步阶段,仍有很多工作有待推进;“浆体替代法”虽然被证明有很好的经济与环保综合效益,但成果转化与工程应用仍较滞后,需要在今后进一步推广;虽然发现了纳米材料与辅助胶凝材料的协同效应,但其影响机理与内在机制探究仍不够深入,需要加大研究力度。

    ⑥.历年获奖情况:项目取得较为丰富的成果,分为几个方面: 1)论文情况:共发表期刊论文34篇(SCI论文28篇,EI论文1篇,中文核心论文2篇,其他论文3篇),发表会议论文30篇。 2)专利情况:专利成果12项(10项授权,2项进入实审)。

批准登记号:
登记日期: 2020-09-25
研究起止时间: 2017-01-01至2019-12-31
所属行业: 建筑业
所属高新技术类别:
评价单位名称: 国家自然科学基金委员会
评价日期: 2020-04-24