水泥基材料用原位增韧材料研究现状

原位增韧材料可以从微纳观层次改善水泥水化产物的特性以及水泥基材料的微观结构,从而提升水泥基材料的韧性。通过整理国内外学者关于原位增韧材料增强水泥基材料宏观性能的研究,比较了纳米材料、聚合物材料和功能性微晶这三类增韧材料对水泥基材料力学性能的影响,包括抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度以及韧性。此外,分别从水化产物特性、水化产物微结构以及界面过渡区这三个方面出发,对原位增韧材料增强水泥基材料韧性的机理进行了系统地阐述。为后续水泥基材料用原位增韧材料的研发和混凝土韧性提升提供参考。

活性粉末混凝土抗拉性能研究

通过不同钢纤维含量活性粉末混凝土的拉伸性能试验,测定活性粉末混凝土的劈裂抗拉强度、轴心抗拉强度及轴心受拉应力-应变全曲线。研究钢纤维体积率对活性粉末混凝土劈裂抗拉强度、轴心抗拉强度的影响规律。研究表明,随着钢纤维掺量的增加,活性粉末混凝土的劈裂抗拉强度、轴心抗拉强度呈线性增大规律;给出活性粉末混凝土轴心抗拉强度和劈裂抗拉强度的关系;提出活性粉末混凝土轴心受拉应力-应变全曲线的数学模型,并根据试验结果确定模型参数。研究成果可为活性粉末混凝土在结构中的应用提供依据。

不同钢纤维含量RPC材料受压力学性能研究

通过单轴受压强度试验和变形特性试验,研究不同钢纤维体积含量活性粉末混凝土的基本力学性能与本构关系。研究结果表明：纤维体积含量在1.50%-1.75%之间变化时,活性粉末混凝土的轴心抗压强度和峰值应变无明显变化,当纤维体积含量超过1.75%后,轴心抗压强度和峰值应变明显提高;活性粉末混凝土的受压破坏过程包括裂缝稳定扩展、裂缝失稳扩展、多条裂缝贯通和纤维粘脱4个阶段。结合试验曲线,推导出不同钢纤维体积含量活性粉末混凝土统一的单轴受压本构方程。

粉煤灰对高性能混凝土早期收缩的抑制及其机理研究

自收缩是引起低水胶比高性能混凝土早期开裂的主要原因。通过不同掺量粉煤灰混凝土自收缩的测定，研究粉煤灰对高性能混凝土自收缩的抑制作用。通过水化结合水和内部孔含量的测定以及微观结构形貌分析，研究粉煤灰抑制自收缩的作用机理。研究表明：粉煤灰通过改变胶凝材料体系水化速度、徐变系数、弹性模量，可以有效抑制早期混凝土的自收缩。粉煤灰掺量在0～20％范围内，混凝土自收缩随着粉煤灰掺量的增加而减少，但粉煤灰惨量超过20％后自收缩减少的幅度变小。粉煤灰抑制自收缩的作用在初凝至1d龄期内非常突出。

活性粉末混凝土在海水冻融作用下的耐久性

通过海水冻融循环试验,对不同配合比的活性粉末混凝土进行抗压强度和氯离子渗透性变化规律研究,并在此基础上建立基于冻融破坏和氯离子侵蚀为控制因素的使用寿命预测模型。结果表明:粉煤灰和矿粉替代部分硅粉降低了活性粉末混凝土的28d抗压强度,但提高了抗海水冻融能力;冻融破坏为混凝土材料寿命的控制因素时,在海水冻融循环作用下,掺入粉煤灰或矿粉的活性粉末混凝土的使用寿命均大于单掺硅粉的活性粉末混凝土,且活性粉末混凝土的使用寿命均超过90a,而C50高性能混凝土使用寿命仅为24.4a。基于Monte Carlo随机模拟和Weibull分布理论,建立以氯离子侵蚀破坏为控制因素的混凝土结构使用寿命预测模型,对不同配合比活性粉末混凝土使用寿命的分析表明,保护层厚度的增加能显著提高活性粉末混凝土的使用寿命,粉煤灰和矿粉替代硅粉也可提高使用寿命,粉煤灰存在最佳替代率,而矿粉替代率越高寿命越长。

高性能混凝土的自收缩问题

介绍了低水胶比与高矿物掺合料的高性能混凝土存在的主要问题之一———自收缩 ,并指出了自收缩是引起低水胶比混凝土早期开裂的主要原因 .在总结国内外低水胶比水泥净浆与混凝土自收缩研究现状的基础上 。

粗骨料石粉含量对C50高性能混凝土性能的影响研究

运用室内试验方法,研究玄武岩、石灰岩碎石和碎卵石粗骨料中石粉含量对C50高性能混凝土工作性、力学性能和耐久性的影响。结果表明:新拌混凝土的扩展度随石粉含量的增加而减小,其黏聚性和保水性得到改善,而其流动性在石粉含量为2%时达到最大,之后随石粉含量的增加而减小;3种粗骨料的C50混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度均随石粉含量的增加呈先增大后减小的规律,抗压强度在石粉含量为2%时达到最大,劈裂抗拉强度在石粉含量为4%时达到最大;粗骨料品种对C50混凝土受压弹性模量的影响较大,4%石粉含量C50混凝土受压弹性模量玄武岩混凝土>石灰岩混凝土>碎卵石混凝土;石粉含量在0～6%范围内,3种粗骨料的C50混凝土的电通量均在1 000C以下,混凝土的密实性较好;石粉含量为4%时,玄武岩混凝土的抗冻性最好,碎卵石混凝土的抗冻性最差。

活性粉末混凝土受弯构件中钢筋粘结性能

为了研究活性粉末混凝土构件中钢筋的粘结特性,采用梁式试验方法分析了各因素对粘结性能的影响,建立了粘结应力-滑移本构模型,并与普通C40混凝土进行对比.研究表明:活性粉末混凝土试件与C40混凝土试件的粘结应力-滑移曲线整体规律相同,活性粉末混凝土的抗压强度及粘结强度都远大于普通混凝土,其中极限粘结强度τu约为C40混凝土的3倍,其对应的滑移值su约为C40混凝土的2倍,相对粘结强度τu/(f_(cu))^(1/2)约为C40混凝土的1.6倍;根据试验曲线及试件破坏过程对活性粉末混凝土与钢筋之间的粘结机理进行分析,并根据试验数据统计回归出多因素影响下锚固特征值的经验公式,建立了四折线的粘结应力-滑移本构模型.

RPC材料的耐久性研究

RPC材料（Reactive Powder Concrete，简称RPC）是集DSP材料和纤维增强材料研究思路相结合的高技术混凝土材料，具有超高强度、高韧性、高耐久性和高密实性。该材料的原材料组成（水泥、硅粉、级配石英砂、短细钢纤维）、配合比（水固比小、胶凝材料用量大、微硅粉掺量多）及制备工艺（高温养护）等与高性能混凝土（简称HPC）有很大差异，因此其内部结构的密实性与耐久性得到显著改善。文献[1]和[2]认为低水胶比、高微硅粉掺量与高温养护等条件对水化产物的组成与结构有影响。通过对氯离子渗透试验、抗冻融试验及抗碳化试验，比较分析了RPC材料与HPC的耐久性，并结合微观试验分析其耐久性机理如下。

变形钢筋与活性粉末混凝土的粘结性能试验研究

通过不同直径和不同埋长的普通热轧变形钢筋活性粉末混凝土的钢筋拔出试验,研究变形钢筋与活性粉末混凝土的粘结性能及粘结—滑移的本构关系。研究表明:活性粉末混凝土与钢筋的极限粘结应力随着钢筋直径的增加而下降,钢筋直径相同时随着锚固长度的增加而降低。提出普通热轧变形钢筋与活性粉末混凝土的极限粘结强度与锚固长度的计算公式。运用该计算公式得出,直径为14和16 mm钢筋的锚固长度适宜取3倍钢筋直径,直径为18 mm钢筋的锚固长度适宜取4倍钢筋直径。根据试验数据回归出基于相对保护层厚度和相对有效粘结长度的极限粘结应力计算公式和粘结应力与滑移的本构关系式。

光圆钢筋与活性粉末混凝土的粘结性能研究

为了研究光圆钢筋与活性粉末混凝土的粘结性能,本文改变钢筋直径与锚固长度测定了粘结应力和滑移量。通过理论分析与数据拟合,研究了粘结应力的影响因素、计算公式及粘结-滑移本构关系。结果表明:粘结应力受钢筋埋长、钢筋直径等因素的影响,随着埋长与钢筋直径的增大而减小。提出的以相对保护层厚度(c/d)和相对埋长(l/d)为主要参数的极限粘结应力计算公式,与试验结果吻合良好。分析给出不同直径光圆钢筋的锚固长度,并按GB 50010-2002的模式提出相应的锚固长度计算公式。本文提出的粘结-滑移本构方程与实测结果相关性好,可为活性粉末混凝土结构理论分析提供依据。

高性能混凝土自收缩的抑制措施

初步探讨了抑制高性能混凝土自收缩的措施 ,包括利用多孔骨料与多孔性矿物掺和料的自养护作用、粉煤灰的“能量滞后释放效应”、膨胀剂的补偿收缩作用 ,纤维的约束作用以及有机收缩低减剂的表面张力降低作用等。另外 。

钢纤维掺加方式对混凝土抗折强度影响研究

普通混凝土中掺加钢纤维能显著提高混凝土的力学性能,使钢纤维混凝土具有很大的延性、韧性,以及较高的抗折性能.通过试验与理论分析,研究了钢纤维掺加方式对纤维混凝土抗折强度的影响规律.研究表明:钢纤维混凝土抗折强度随着纤维掺量几乎成线性增长;随着基体混凝土强度等级提高,增长幅度逐渐变大;掺加螺纹型钢纤维对混凝土抗折强度的提高幅度要大于细切丝纤维,且单纯地掺加细切丝或者螺纹型钢纤维对抗压强度的提高幅度均高于任何一种混合掺加状态.

土木工程材料课程教学内容改革

土木工程材料课程要适应时代的发展,就需要对课程教学进行必要的改革。应根据土木工程专业所面向的具体行业特点,合理设置教学内容,并根据材料的发展,及时更新教学内容;紧紧围绕实际工程应用,突出材料基本性能与工程应用特性的教学,重点培养学生的工程概念与工程材料应用能力;加强材料耐久性的教学,注重培养学生“全寿命”工程设计概念与社会责任感;节约意识和环保意识的培养应从课堂教学开始。

活性粉末混凝土损伤后的抗氯离子渗透性能研究

通过对钢纤维体积含量为0、2%的两种活性粉末混凝土试件分别加载至其峰值荷载的0、60%、70%、80%的压力值来模拟不同程度的损伤,得到了试件在不同加载程度后加载度与基频振动频率之间的关系曲线,然后用快速氯离子迁移系数法测得了不同加载程度试件在受压损伤后的氯离子迁移系数,得到了试件的氯离子迁移系数与加载度的关系曲线,对得到的关系曲线分别进行了方程拟合,并对试验结果进行了分析和研究。

“烟塔合一”排烟冷却塔混凝土的耐久性研究

"烟塔合一"排烟冷却塔混凝土内壁上的冷凝溶液含有大量的SO_4^(2-),NO_3^-,H^+,会对混凝土产生侵蚀作用.采用室内试验,对比研究了实际运行温度下普通混凝土(NC30)、高性能混凝土(HPC30,HPC50)及超高性能混凝土(UHPC)在冷凝溶液浸泡作用下的耐久性.结果表明:在冷凝溶液中浸泡95d时,NC30的质量损失率最大达到7.6%,UHPC的质量损失率仅为1.3%,而HPC30,HPC50的质量损失率分别为4.4%,4.0%.经过冷凝溶液浸泡后,NC30,HPC30和HPC50的抗压强度随浸泡时间的增加呈现先增大后减小的趋势,浸泡95d时分别减小了40.3%,31.9%和19.8%,而UHPC经过冷凝溶液浸泡后的抗压强度呈持续下降趋势,但是其损失率仅为9.4%.

RPC材料的抗折强度尺寸效应研究

为了研究活性粉末混凝土材料(RPC)的抗折强度尺寸效应,采用3种试块测量RPC材料抗折强度。通过统计分析、数据拟合,并应用Bazant断裂力学尺寸效应理论分析RPC材料尺寸效应现象。结果表明:RPC材料试块的尺寸越小,其抗折强度越大,具有明显的尺寸效应现象;基于Bazant能量释放的尺寸效应和无切口情况下的尺寸效应分别在一定的尺寸范围内与试验结果吻合良好,但是不适用于全尺寸范围;本文提出的修正公式在全尺寸范围内都能较好反映RPC抗折强度.

速凝剂主要组成对水泥水化影响机理研究

研究目的:速凝剂是喷射混凝土施工中重要的材料,偏铝酸钠(NA)和硫酸铝(AS)作为有碱和无碱速凝剂的主要组分,对喷射混凝土性能影响显著。为系统研究速凝剂主要组成对水泥水化影响机理,本文通过凝结时间、等温量热仪、XRD-Rietveld全谱拟合及扫描电子显微镜研究偏铝酸钠(NA)和硫酸铝(AS)对水泥水化历程、特征水化产物及水泥石微结构的影响。研究结论:(1)NA和AS提高了水泥早期水化放热速率及放热量,大幅度加速了水泥的凝结;(2)掺入NA和AS显著加速了C3A的水化速率并分别生成以六角板状AFm及棱柱状AFt为主的特征水化产物;(3)NA和AS加速了C3S早期水化,但是早期特征水化产物AFm和AFt抑制了C3S后期进一步水化,使得1 d和3 d后C3S水化速率相对于空白组明显放缓;(4)掺入NA和AS明显提高了水泥早期水化速率,但降低了后期水化速率,使得C-S-H凝胶生长不充分,EDS显示养护28 d后水泥石中C-S-H凝胶Ca/Si均高于空白组,这是由于掺入NA和AS早期生成的致密水化产物层包裹了水泥矿物,从而延缓了后期水化进程;(5)本研究成果可为喷射混凝土早期水化特征及强度发展规律研究提供理论依据。

硫酸盐环境对活性粉末混凝土抗拉强度的影响

通过硫酸盐冻融-干湿循环耦合作用试验,研究Na_2SO_4溶液浓度对预加载活性粉末混凝土劈裂抗拉强度的影响规律,并结合SEM、XRD微观分析方法研究其破坏机理。结果表明:0%、5%、10%浓度Na_2SO_4浓度溶液冻融-干湿循环耦合作用下,劈裂抗拉强度的变化经历初期劣化、强化和后期劣化共三个阶段。Na_2SO_4溶液浓度对劈裂抗拉强度的影响较大,其中,5%浓度的影响最大,其次为10%浓度,最后为0%浓度。冻融循环、干湿循环过程中的温度交变作用是初期劈裂抗拉强度下降的主要原因;侵蚀过程中产生的Na_2SO_4晶体和石膏晶体对裂缝和孔隙起到填充作用,未水化水泥和硅灰二次水化产生的修复作用,共同作用使得劈裂抗拉强度经历了强化段;后期劣化阶段结晶更好的石膏晶体与钙矾石晶体等侵蚀性产物的有害膨胀应力与Na_2SO_4结晶应力共同作用造成基体损伤。5%浓度Na_2SO_4溶液耦合循环6次后,活性粉末混凝土、C60高性能混凝土的劈裂抗拉强度损失率分别为6.09%、48.89%,活性粉末混凝土在耦合作用下的耐久性远优于C60高性能混凝土。

土木工程材料教学中学生实践能力的培养

土木工程材料是土木工程专业的一门重要专业基础课。通过该课程教学,不仅要让学生掌握材料的基本知识,还需要培养其实践能力和创新能力。通过嵌入实践内容的课堂教学、基础性实验及研究性创新型实验相结合的教学模式,帮助学生的思维方式由被动接受向主动探索的转型,实现知识、能力、素质有机统一的目标。