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編輯推薦

　　《快凝早強無機聚閤物混凝土研究及應用》對相關領域研究人員、從事設計和施工的工程技術人員，以及大專院校師生都具有重要的參考價值。

內容簡介

　　《快凝早強無機聚閤物混凝土研究及應用》主要介紹瞭無機聚閤物材料的國內外理論研究與應用現狀，涉及膠凝材料閤成機理，膠凝材料性能，滿足施工性、力學性能、耐久性能等指標的無機聚閤物混凝土配製方法。《快凝早強無機聚閤物混凝土研究及應用》還詳細介紹瞭無機聚閤物混凝土搶修、搶建工程的施工工藝與驗收標準，並附有典型工程實例。

目錄

目錄
前言
第1章 緒論 l
1.1無機聚閤物膠凝材料定義與特性 l
1.1.1無機聚閤物膠凝材料定義 l
1.1.2無機聚閤物膠凝材料特性 1
1.2國外研究與應用現狀 2
1.3國內研究與應用現狀 5
1.4發展趨勢 7
第2章無機聚閤物膠凝材料閤成機理 8
2.1組成及原材料 8
2.1.1礦粉的基本性能 8
2.1.2粉煤灰性能分析 12
2.2無機聚閤物閤成機理研究 14
2.2.1無機聚閤物鋁矽溶解縮聚理論 14
2.2.2其他閤成機理 25
2.3微觀結構 27
第3章無機聚閤物膠凝材料性能 35
3.1流動性 35
3.1.1膠凝組分對流動性能的影響 35
3.1.2減水劑對膠凝材料流動性的影響 35
3.2凝結特性 36
3.2.1無機聚閤物快凝特性 36
3.2.2無機聚閤物緩凝物質的選擇 37
3.2.3影響凝結時間的因素 38
3.3強度 42
3.3.1強度發展趨勢 42
3.3.2影響強度的因素 43
3.4耐久性能 46
3.4.1耐氣候性能 46
3.4.2耐酸腐蝕性能 48
3.4.3高溫穩定性 51
3.4.4抗硫酸鹽侵蝕 53
3.5體積穩定性 54
第4章快凝早強無機聚閤物混凝土性能 56
4.1混凝土配製 56
4.1.1混凝土定義 56
4.1.2設計指標 56
4.1.3原材料 57
4.1.4設計方法 57
4.2混凝土工作性 58
4.2.1礦粉用量對混凝土工作性的影響 59
4.2.2溶膠比對混凝土工作性的影響 59
4.2.3水膠比、膠凝材料用量和砂率對混凝土工作性的影響及其交互作用 60
4.2.4其他因素對工作性的影響 61
4.3混凝土力學性能 62
4.3.1混凝土配閤比 62
4.3.2彎拉強度 64
4.3.3立方體抗壓強度 65
4.3.4彈性模量 67
4.3.5單軸抗壓應力-應變關係 67
4.3.6彎拉疲勞性能 69
4.3.7室外道麵闆長期強度試驗 74
4.4耐久性能 77
4.4.1抗凍性能 77
4.4.2抗水滲透性能 79
4.4.3抗氯離子滲透性能 79
4.4.4抗硫酸鹽侵蝕性能 80
4.4.5抗碳化性能 82
4.4.6耐磨性能 82
4.4.7飫期變形性能 83
4.5開裂敏感性.85
4.6混凝土微觀分析 86
第5章無機聚閤物混凝土施工與驗收 89
5.1概述 89
5.2施工工藝 89
5.3搶修混凝土施工 90
5.3.1施工準備 90
5.3.2修補前的現場處理 92
5.3.3體化設備拌和、攤鋪 93
5.3.4混閤料振搗、抹麵、錶麵抗滑 93
5.3.5養護 93
5.4搶建混凝土施工 93
5.4.1施工準備 93
5.4.2模闆製作、支設與拆除 95
5.4.3混閤料的配製和運輸 95
5.4.4混閤料攤鋪 96
5.4.5振搗和整平 96
5.4.6抹麵和錶麵抗滑施工 96
5.4.7切縫 97
5.4.8養護 97
5.4.9嵌縫 97
5.5高溫、低溫、負溫施工 97
5.5.1高溫施工 97
5.5.2低溫、負溫施工 98
5.6風天、雨期施工 99
5.7質量控製和驗收標準 99
5.7.1質量控製 99
5.7.2驗收標準 101
第6章典型工程實例 103
6.1西藏邦達機場 103
6.1.1工程概況及特點 103
6.1.2應用情況 103
6.1.3應用評價 104
6.2西藏日喀則機場 105
6.2.1工程概況及特點 105
6.2.2度用情況 105
6.2.3應用評價 105
6.3新疆某直升機機場 106
6.3.1工程概況及特點 106
6.3.2應用情況 106
6.3.3應用評價 107
6.4烏魯木齊地窩堡國際機場 107
6.4.1工程概況及特點 107
6.4.2應用情況 108
6.4.3應用評價 108
6.5新疆武警直升機機場 108
6.5.1工程概況及特點 108
6.5.2應用情況 109
6.5.3應用評價 111
6.6重慶大足某機場 111
6.6.1工程概況及特點 111
6.6.2應用情況 111
6.6.3應用評價 112
6.7邛峽機場工程 112
6.7.1工程概況及特點 112
6.7.2應用情況 113
6.7.3應用評價 113
6.8其他類型工程 114
6.8.1橋梁工程 114
6.8.2雅安蘆山縣抗震救災工程 116
6.8.3雅安蘆山縣道路震後重建 117
第7章無機聚閤物擴大應用試驗 118
7.1鋼筋無機聚閤物混凝土梁 118
7.1.1鋼筋無機聚閤物混凝土梁的試驗配置 118
7.1.2試驗結果及討論 120
7.1.3極限承載力與變形分析方法探討 122
7.2鋼筋無機聚閤物混凝土預應力梁 123
7.2.1預應力無機聚閤物混凝土梁試驗配萱 124
7.2.2試驗結果及討論 125
7.2.3梁的理論分析方法 126
7.3無機聚閤物混凝土橋颱 127
7.3.1橋颱布置 128
7.3.2橋颱溫度測量斷麵布置 129

精彩書摘

第1章緒論
1.1無機聚閤物膠凝材料定義與特性
1.1.1無機聚閤物膠凝材料定義
以高爐礦粉、粉煤灰或煆燒黏土等為基礎材料，通過堿性激發劑的作用而閤成的無機膠凝材料稱為堿激發膠凝材料，亦稱為無機聚閤物膠凝材料。根據原材料中鈣含量的不同，無機聚閤物膠凝材料微觀結構可分為兩大類:當原料中不含鈣，或含鈣量較少時，稱為地質聚閤物(geopolymer)膠凝材料，其微觀結構以三維網狀的類沸石結構為主；而當原料中含鈣量較高時，稱為地質水泥(geoce-ment)膠凝材料，其微觀結構以低鈣的C-S-H微縴維結構為主。快凝早強無機聚閤物膠凝材料為類沸石結構。
1.1.2無機聚閤物膠凝材料特性
無機聚閤物膠凝材料固化反應與矽酸鹽水泥的水化反應不同，其微觀結構也有一定的差異。無機聚閤物膠凝材料體係具有一係列獨特的性能。近年的研究結果錶明，無機聚閤物膠凝材料具有固化速率快、早期強度高、耐腐蝕、耐高溫等特性，如圖1.1所示。更引人關注的是該材料體係還具有閤成能耗低的特性，符閤國傢發展節能減排技術、倡導使用綠色建築材料的要求。
1.2國外研究與應用現狀
無機聚閤物膠凝材料的閤成與製備起源於蘇聯科學傢Glukhovskv[4]20世紀50年代的開創性研究，20世紀七八十年代，法國科學傢Davidovits對這類材料的結構、製備工藝和材料性能(如力學性能、熱性能、抗化學腐蝕性能等)進行瞭係統研究，對這類材料的推廣做齣瞭重要貢獻。隨著無機聚閤物膠凝材料性能及用途逐漸被人們所瞭解，這類材料的研究受到越來越多研究者的重視，以此為專題國際會議已經舉行瞭多屆。其中澳大利亞墨爾本大學Deventer研究組對無機聚閤物膠凝材料的閤成機理及作為有害元素固化處理進行瞭深入研究；西班牙的Palomo研究組對以粉煤灰為主要原料閤成的無機聚閤物膠凝材料進行瞭係統研究，錶明以粉煤灰為主要原料閤成的無機聚閤物膠凝材料成本與水泥相當，而性能在很多方麵優於水泥。
目前，用於快速修建道路的材料以水泥混凝土為主。由於道路的快速修復和建設在經濟發展中的作用越來越重要，美國聯邦高速公路管理局特彆提齣瞭“早通行”(earlyopeningtotraffic，EOT)混凝土的概念，要求EOT混凝土在搶修後6~24h可以開放通行。典型的開放標準足抗摺強度達到2.IMPa，抗壓強度為13.8MPa，但美國各州標準並不相同。在日本也有類似的搶修要求和指標。然而，近年來快速修復用水泥混凝土的耐久性問題受到瞭美國聯邦高速公路管理局的高度重視並進行瞭全麵評估。因為所用水泥混凝土耐久性差必將導緻在短期內需再次封閉道路進行修復，造成經濟和通行時間上的嚴重浪費。根據美國聯邦高速公路管理局的試驗研究報告，6~8h開放和20~24h開放的兩類EOT混凝土的耐久性有明顯區彆。在錶麵開裂和堿集料反應方麵，6~8h開放EOT混凝土明顯比20~24h開放EOT混凝土嚴重；在抗凍融方麵，由於EOT混凝土引氣不足，會導緻抗凍融性存在問題。評估專傢在報告中指齣，由於6~8h開放的EOT混凝土存在耐久性隱患，並且造價很高，因而建議僅在非常需要時纔可使用。
相比較而言，使用無機聚閤物膠凝材料作為快速修復材料具有顯著優勢。無機聚閤物膠凝材料放熱小，耐久性和抗凍融性好，抗腐蝕性能優異。在常溫條件下，無機聚閤物膠凝材料的固化速率遠高於普通水泥(圖1.2)；提高固化溫度後，無機聚閤物膠凝材料在1~2h抗壓強度達到30~50MPa(圖1.3)。
無機聚閤物膠凝材料已用子美國洛杉磯機場和法國一些機場道麵的修補，結果證明，th後人可以在上麵行走，2h後汽車可以行駛，6h後飛機可以起降，如圖1.4所示。在1991年的海灣戰爭中，美國正是使用這種材料在沙特快速修建瞭軍用機場。美國軍方的報告稱，無機聚閤物膠凝材料是迄今為止發現的最好的快凝材料。同時，早強無機聚閤物膠凝材料具有優異的耐久性，美軍采用這種材料建設的機場跑道，20年後仍能正常起降B52重型轟炸機。
國外研究與應用實例錶明。9]，無機聚閤物混凝土作為一種高強和耐久性建築材料，完全滿足建設長壽命基礎設施的需要。蘇聯於1984年進行瞭數韆米無機聚閤物混凝土重載路的鋪設。在使用15年後，科學傢對道路狀況進行瞭調研，結果顯示，雖然蘇聯地處寒冷地區，但道麵無可觀察到的開裂和凍融損壞，鋼筋無銹蝕或其他缺陷，而混凝土抗壓強度已隨時間增加至86MPa。對於無機聚閤物混凝土和普通水泥混凝土建設道路的耐久性能對比，蘇聯研究人員進行瞭為期15年的研究。結果錶明，相比矽酸鹽水泥混凝土，無機聚閤物混凝土顯示齣優異的耐久性，圖1.5為無機聚閤物和矽酸鹽水泥建造的路麵比較效果(1984年建於蘇聯Ternonol市).
圖1.5無機聚閤物和矽酸鹽水泥建造的路麵比較
無機聚閤物具有優異的抗滲性，因為與普通矽酸鹽水泥相比，無機聚閤物膠凝材料的最終結構更加均勻和緻密(圖1.6)。特彆是無機聚閤物膠凝材料的緻密度和抗滲性隨著使用時間延長而成倍增加(圖1.7)，這是普通水泥混凝土所無法比擬的。
由於無機聚閤物膠凝材料含水少，緻密度高，蘇聯建於1966年的地下水管道和建於1962~1964年的水渠，至今性能優良，仍在使用。
然而，以往國外對於無機聚閤物膠凝材料的閤成機理研究多集中在試驗方麵，對試驗結果的討論偏重於運用熟知的化學原理進行定性的解釋，缺乏精確而豐富的化學內涵與化學洞見；對於無機聚閤物膠凝材料的快凝早強機理也缺乏係統研究和理論解釋。另外，在搶修搶建無機聚閤物混凝土的應用方麵，除Pyra-ment復閤水泥外，目前未見其他類似産品的成規模的工程應用。美國肯塔基州大學和弗吉尼亞州交通局對Pvrament復閤水泥的工程應用情況進行瞭驗證試驗。結果錶明，在環境溫度為25℃時，4h抗壓強度為22MPa，27h抗壓強度為36MPa。由於過快凝結，錶麵凹凸不平，質量不高，並觀察到幾處較大開裂和較多錶麵微裂紋，隨著時間的延長，半年後觀察裂紋明顯擴展；同時在環境溫度較低時，Pvrament復閤水泥的早期強度發展明顯變慢。Pvrament復閤水泥中含有65%的Portland水泥，顯然不利於長期儲存。弗吉尼亞州交通局的驗證試驗報告中也提齣大量的Portland水泥存在，有友生堿集料反應的風險。因此，對於快凝早強無機聚閤物膠凝材料及混凝土無論在科學試驗上還是在應用層麵上均需進一步研究與改進。
1.3國內研究與應用現狀
我國的楊南如蒲心誠等較早開展瞭無機聚閤物膠凝材料及混凝土研究。近年來，南京工業大學、東南大學、重慶大學、北京科技大學、中國礦業大學、清華大學、武漢理工大學等單位先後開展瞭相關材料性能和技術的研究，蘇州混凝土水泥製品研究院等單位在應用技術方麵進行瞭嘗試。其中重慶大學研究團隊在該領域的研究時間較長，較為係統，成果匯集在蒲心誠等的專著《堿礦渣水泥與混凝土》中。綜觀國內研究，目前仍以配方探索、性能檢測和定性的結果解釋為主，缺乏深入的理論研究和實際應用成果，與國際先進水平有較大的差距。
針對國內研究的不足，中國航空港第九工程總隊進行瞭大量的無機聚閤物混凝土工程應用研究，深圳航天科技創新研究院對無機聚閤物閤成化學、快凝早強機理及膠凝材料設計進行瞭深入研究，空軍工程大學對無機聚閤物混凝土配閤比及性能進行瞭係統研究。通過三方閤作，取得瞭一係列重大突破，獲得瞭豐碩的研究成果，具體體現在以下幾個方麵:
(1)在理論研究與閤成機理方麵。從原子、離子團、超離子團和三維網狀結構多尺度、多層次的對無機聚閤物材料溶齣、水解、縮聚和固化等過程進行瞭全麵分析和計算，首次完整地闡明瞭無機聚閤物閤成化學的核心內涵。揭示瞭氫氧化鋁、一氧基氫氧化矽和二氧基氫氧化矽三種離子團是有效水解反廑的主要産物，鋁矽組元、矽矽組元之間的反應為主要的有效縮聚反應；首次確立瞭鋁組元是影響無機聚閤物膠凝體係快凝早強的關鍵因素；形成瞭以控製原料溶齣條件、調整鋁矽物質的量比、優化納介觀結構為特徵的材料設計方法，為快凝早強無機聚閤物材料研製奠定瞭理論基礎。
(2)在膠凝材料設計與製備方麵。通過膠凝材料基材特性分析，配方優化設計，建立瞭快凝早強無機聚閤物膠凝材料的基材特徵指標體係，發明瞭堿性激活組分、含矽強化組分、納米緻密組分、結晶抗收縮組分復閤配製的係列激發劑，成功研製瞭快凝早強係列膠凝材料，建立瞭快硬無機聚閤物膠凝材料標準，建成瞭年産50萬t無機聚閤物膠凝材料生産綫。
(3)在混凝土性能設計和研製方麵。通過無機聚閤物混凝土配閤比試驗和微觀結構分析，發現瞭其界麵過渡區、膠凝産物密實的結構特徵，揭示瞭形成無機聚閤物混凝土高強度、高耐久性的結構機理；掌握瞭膠凝材料用量、水膠比、砂率和溫度對無機聚閤物混凝土性能的影響規律，提齣瞭無機聚閤物混凝土低溫早強、高溫緩凝、乾燥防裂等技術手段，解決瞭乾燥低溫條件下混凝土錶麵乾縮裂縫的問題；建立瞭快凝早強無機聚閤物混凝土設計方法，配製齣性能優異的無機聚閤物混凝土。
(4)茌機場道麵搶修搶建混凝土施工技術方麵。係統研究瞭無機聚閤物混凝土施工工藝和質量評價體係，研編瞭軍用機場無機聚閤物混凝土道麵搶修搶建施工及驗收國傢軍用標準，優化瞭機場道麵搶建施工裝備，研製瞭配料、拌和、運輸、澆築一體化搶修施工裝備，實現瞭軍用機場戰時大麵積搶修搶建。

前言/序言

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