混凝土冻融作用下冻结应力演化规律及对抗冻性能的影响

为了探究严寒地区混凝土冻害机理及冻结应力对混凝土抗冻性的影响,基于大型极端气候模拟器模拟-40℃低温冻害的条件,采用研制的冻结应力测试装置对F300高抗冻等级混凝土在冻融单次降温阶段及降温-升温冻融循环两种模式下的冻结应力及抗冻性能进行研究,同时利用了环境扫描电子显微镜对冻融循环作用下的混凝土微观裂缝进行了测试研究。研究表明:-40℃单次降温过程中降温速率越快,冻结应力出现的时间越早、混凝土内部产生的冻结应力增幅也越大;冻融循环降温阶段产生的冻结应力会随降温-升温冻融作用的不断循环而累积增大,且冻结应力的发展存在转变拐点,在相同降温终了试件中心低温条件下,降温阶段的降温速率越大,冻结应力由增加转入减小的拐点出现越早;冻融过程中的冻结应力与混凝土质量损失、相对动弹性模量两个抗冻性常用评价指标有较好的对应关系;冻结应力逐步使水泥浆体产生损伤,表现为微观裂缝的生成与发展,损伤积聚产生冻害。

MMA强化再生粗骨料混凝土力学性能试验研究

目的为了提高再生粗骨料混凝土的性能,扩大再生粗骨料混凝土在工程中的使用范围。方法采用聚合物-甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体浸渍,然后聚合的方法对再生粗骨料进行了强化研究。对聚合温度、聚合时间、再生粗骨料含水率等因素对MMA强化再生粗骨料效果的影响及强化后的再生粗骨料对再生粗骨料混凝土力学性能的影响进行了分析。结果研究结果表明:MMA强化再生粗骨料时的最佳聚合温度为60℃,最佳聚合时间为24 h,MMA强化可以有效改善再生粗骨料的吸水率和压碎指标等物理性能,对再生粗骨料进行预干燥处理可以使再生粗骨料的吸水率和压碎指标等物理性能得到进一步提升;MMA强化处理后的再生粗骨料混凝土3d、7d、14d和28d立方体抗压强度分别比普通再生粗骨料混凝土提高了26.9%,20.3%,21.4%,23.9%,轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度和弹性模量等力学性能分别比普通再生粗骨料混凝土提高了20.9%、14.7%、12.2%和8.3%,同时再生粗骨料混凝土的延性也得到了显著改善。结论MMA单体浸渍,然后进行聚合的方法可以有效改善再生粗骨料性能,从而提高再生粗骨料混凝土的力学性能。

板厚对UHPC薄板抗弯性能的影响

薄壁薄板结构是超高性能混凝土(UHPC)一个重要应用,而厚度减小会影响到钢纤维的取向和分布,并直接影响力学性能,如抗弯性能等。对5~50 mm UHPC薄板的抗弯性能进行研究,并通过三维视频显微镜和图像法研究由厚度引起的纤维分布取向变化,发现板厚大于20 mm后所能承受的破坏荷载快速增加,但抗弯强度随板厚减小而增加,纤维取向性(沿长度方向)也逐渐增强,尤其是对厚度为5~10 mm的薄板。抗弯强度变化主要取决于钢纤维取向性和厚度因子,而后者对超薄板影响较大。

钢纤维混凝土细观建模方法及力学特性研究

钢纤维混凝土内部缺陷的萌生、扩展等变化过程,需从细观角度出发进行研究。为了建立更加接近实际的钢纤维混凝土细观随机分布模型,提出了一种高效可靠的钢纤维混凝土细观建模方法。采用Python语言对ABAQUS程序进行二次开发,避免了建模中不同软件之间信息传递过程繁琐的问题。提出了一种新的关于多边形骨料和钢纤维的干涉判断方法——点线法,推导了在任意椭圆形骨料边界上取点的方程,提高了骨料投放的高效性。基于上述方法,对钢纤维混凝土试件在单轴压缩下的破坏过程进行了模拟并与试验结果进行对比。结果表明:对于二维细观模型中的二级配多边形骨料投放比可以达到70%,椭圆形骨料投放比可以达到69%;消除了钢纤维在建模过程中相交的现象。数值模拟得到的破坏形态和应力-应变曲线与试验得到的吻合较好,进一步验证了提出的方法可行性。

安徽省典型超低能耗居住建筑外墙材料全生命周期碳排放测算

通过调研安徽省的超低能耗居住建筑,总结出常用的保温形式和保温材料,结合实际项目,得出7种典型外墙构造。从全生命周期角度,对这7种外墙构造在建材生产阶段、建材运输阶段、外墙施工阶段、外墙维护阶段、外墙拆除阶段的碳排放量进行测算。结果表明:建材生产阶段的碳排放量占比最大,达到总碳排放量的70%以上;装配式比非装配式的总碳排放量降低6%左右;内外复合保温外墙的总碳排放量最大,比“夹心保温+外保温外墙”的碳排放量高18%以上,比外保温外墙的碳排放量高11%以上;不同的保温材料和墙体材料对外墙的总碳排放量影响较小。通过分析比较,得出碳排放最优的外墙构造,从建材角度为降碳提供依据和方法。

橡胶粗细集料含量对FRP约束橡胶混凝土应力-应变关系的影响

为研究橡胶粗细集料体积分数对纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer, FRP)约束橡胶混凝土应力-应变关系的影响,提出了橡胶粗细集料体积替换率的概念,并通过收集已发表文献的110组应力-应变关系试验曲线,分析了橡胶粗细集料体积替换率对FRP约束不同截面橡胶混凝土柱应力-应变关系关键参数的影响,基于分析结果建立了FRP约束橡胶混凝土的应力-应变关系模型和抗压强度模型,两个模型中均考虑了橡胶粗细集料体积替换率和橡胶混凝土截面形状的影响.模型评估结果表明:随着橡胶粗细集料体积替换率、FRP约束应力比和截面倒角半径比的增加,FRP约束橡胶混凝土的抗压强度均呈增大的趋势;建立的抗压强度模型可准确预测橡胶颗粒取代部分细集料或粗细集料的FRP约束橡胶混凝土抗压强度,平均误差仅为1.03;建立的应力-应变关系模型能够较好预测FRP约束橡胶混凝土的应力-应变关系曲线变化.

硼砂-硅酸钠碱激发矿渣砂浆干缩和微观特性试验研究

碱激发材料(AAMs)具有高强、低碳等优点,但是其相较于水泥基材料较大的干燥收缩率限制了其应用和推广。该文设计了一种复合激发剂,开展了硼砂-硅酸钠碱激发矿渣(AAS)砂浆的干缩和微观特性试验研究。采用压汞法(MIP)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对样品进行测试和表征,分析了复合激发剂减缩机理。试验结果表明,硼砂-硅酸钠复合激发剂有效降低了AAS砂浆的干缩;XRD结果显示AAS砂浆中存在钠硼解石相(NaCaB_(5)O_(6)(OH)_(6)(H_(2)O)_(5));FTIR分析表明,最优硼砂比例下(20%),AAS砂浆的Si—O—T(T代表Si、Al或B)谱带明显增强,通过MIP分析得到AAS砂浆的中孔(<50nm)数量减少,这有助于缓解收缩应力,降低砂浆的干缩率。该研究结果可以为AAMs的减缩和应用提供参考依据,激发学生在建筑领域的碳减排思维,提升解决关键问题的能力。

建筑装饰用PTFE改性超疏水PDMS涂层性能分析

选择碳钢作为测试基材,利用一种简单、无氟、低成本工艺制得超疏水性聚二甲基硅氧烷PDMS涂层。对PDMS涂层进行聚四氟乙烯PTFE改性处理形成超疏水表面,并通过实验测试的手段对其进行微观组织和自清洁分析。研究结果表明:PDMS涂层经PTFE改性处理后的表面变得更加粗糙,许多微米级颗粒在表面形成了均匀覆盖状态。超疏水涂层形成了PTFE烷基的衍射峰,生成了聚四氟乙烯盐。碳钢超疏水表面具备高效自清洁能力,其分层结构能够保留空气,隔绝了污染物接触,抑制水滴在表面发生扩散。

定向送风对隔离病房开门时段空气泄漏的抑制效果研究

患有高传染性疾病的患者一般被安置在医院的负压隔离病房中来限制这些疾病在医院内部的传播。然而隔离病人员进出时房门开启可能会导致大量携带有病菌的空气通过房门传递到隔离病房外部走廊,从而引起走廊中的人员被感染。为了减少和预防门开启带来的室内空气泄露问题,有必要使得门开启时室内外交换的气流最小化。为了解决这个问题,我们在隔离病房门口安装有定向气流送风口,通过将定向气流引向隔离病房门口,以减少由门的开启过程,人员移动通过过程和室内外温差引起的室内外空气气流交换量。使用烟雾对流场可视化后发现在门开启或者关闭的过程中使用朝向隔离病房的定向气流能够明显减小室内外的空气交换量。示踪气体测试结果显示,定向气流90L/s时室内外等温条件下可将隔离病房内的空气泄漏量减少38%,而室内外温差3℃时,使用定向气流可减小泄漏量31%。若将定向气流风量调节到190L/s时,等温条件下可减小室内外60%的空气交换量。在室内外存在3℃的温差时,空气交换量可减少39%。尽管测试的定向气流并未能够完全防止空气泄漏,但是它们是可以有效的减少由门的开启,人员通过和室内外温差引起的室内外空气交换量。

橡胶混凝土掺杂玄武岩纤维的抗氯离子渗透性能研究

为研究掺杂玄武岩纤维的橡胶混凝土的抗氯离子渗透性能并得出最佳配合比,本文确定橡胶颗粒掺量、玄武岩纤维掺量和玄武岩纤维长度三个因素,进行6 h电通量试验,通过比较电通量的大小对9组混凝土试件的进行研究。实验结果表明:试件电通量随着橡胶颗粒掺量的增加表现出先减小后增大的趋势,且掺量从15%到20%时的增大幅度明显大于掺量从10%到15%时的减小幅度;随着玄武岩纤维掺量的增加,电通量亦先减小后增大,且变化幅度较为平均;随着玄武岩纤维长度的增加电通量持续减小且幅度由小变大。推荐配合比为:橡胶颗粒体积取代率15%、玄武岩纤维掺量0.10%、玄武岩纤维长度18mm。

通风隔热屋顶的设计策略研究

通风屋顶是一种构造简单、适用性广泛的建筑隔热构造。本文基于通风屋顶的隔热原理,分析面层架空和双层屋顶两种构建通风屋顶的基本策略和构造特征,讨论其在设计实践中的具体应用,进而以通风层的气流强化为目标,通过数值模拟解析利用热压强化的拔风构造设计和利用风压强化的风腔形态设计,为通风屋顶的性能化设计提供参考。

椰壳纤维加筋土遗址生态注浆材料的性能

为提升土遗址注浆料的力学性能,以椰壳纤维掺和糯米浆、烧料礓石以及黄土改性注浆料为研究对象,研究了椰壳纤维长度和掺量(质量分数)对土遗址注浆料流动性、收缩性、抗压强度和抗折强度的影响.结果表明:椰壳纤维的掺量和长度越大,浆体的流动性越低,而椰壳纤维的长度与浆体的收缩率无明显相关性;椰壳纤维良好的桥接能力可以有效提高浆体固化后的抗压强度、抗折强度和延性;椰壳纤维的长度和掺量均存在最优值,建议最优配比为纤维长度6 mm、掺量0.5%~0.6%,此时浆体固化后的抗压强度、抗折强度分别提升49.09%和32.08%;过多、过长的椰壳纤维易发生弯折、团聚,导致浆体的流动性和强度大幅降低.

工业与建筑固废高效利用混凝土及其工程结构防灾研究

我国工业固废与建筑拆除固废存量巨大,且固废产生量逐年增加,固废堆存造成的滑坡灾害、环境污染灾害和占用大范围场地给可持续发展带来了挑战。此外,历次大地震造成房屋倒塌也产生大量的建筑固废,如何将这些建筑固废在灾后重建中高效利用,引发国内外学者的广泛关注。目前利用这些固废制备混凝土是具有重要价值和前景的方案,采用工业固废、建筑固废、工业和建筑固废制备的混凝土被统称为固废混凝土,其中利用后两者制备的混凝土也被称为再生混凝土。固废高效利用混凝土有3层含义,即固废胶凝材料和固废骨料性能提升、高固废掺量混凝土、固废混凝土在工程结构中根据受力需求合理利用。综述了不同建筑固废和工业固废的物化特性,概述了不同固废材料对混凝土力学性能和耐久性能的影响,在归纳固废混凝土构件及结构抗震性能、抗火性能研究结果的基础上,对固废混凝土结构防灾技术研究的发展进行了展望。

龄期相关的混凝土尺寸效应断裂模型

该文提出了一种龄期相关的混凝土尺寸效应断裂模型。基于现有模型建立可用于确定试件尺寸和缝高比变化时混凝土断裂破坏的尺寸效应模型演化形式;结合模型参数的时变规律,提出一种考虑龄期影响的尺寸效应断裂模型;采用文献中试件龄期、尺寸和缝高比变化的混凝土断裂试验结果验证模型的适用性。研究发现:为保证模型对于特定龄期混凝土断裂破坏预测的精度,建议模型所用材料常数至少由3组且最大与最小等效裂缝长度之比不小于4的混凝土试件断裂试验结果确定。指数函数形式可较好地描述混凝土材料常数的时变特性。龄期相关的尺寸效应模型可准确预测试件龄期、尺寸和缝高比变化时混凝土构件的断裂破坏。

高海拔地区低温成型磷酸镁水泥砂浆力学与抗冻性能

磷酸镁水泥(MPC)砂浆因其低温下卓越的强度发展潜力和免于蓄热保湿养护的特性,特别适用于高寒地区破损混凝土结构的修补工作。研究采用现场试验的办法,以成型温度、镁磷质量比、养护制度为变量,跟踪不同龄期下不同条件的磷酸镁水泥砂浆的抗折与抗压强度,厘清了高海拔地区低温成型磷酸镁水泥砂浆力学性能的发展规律。研究又以成型海拔、成型温度、镁磷质量比为变量,以气泡结构和水饱和度为中间指标,以单面盐冻中质量剥蚀和快速冻融循环中相对质量及相对动弹性模量的变化为直接指标,剖析了高海拔地区低温成型磷酸镁水泥砂浆抗冻性能的影响因素。研究结果表明,自然养护相较恒定低温养护对早期强度发展有利,但对后期强度发展有不良影响。低温环境下成型有利于自然养护的磷酸镁水泥砂浆的后期强度。成型海拔、成型温度和镁磷质量比与砂浆的含气量呈负相关,与砂浆的气泡间距系数和水饱和度呈正相关。试验条件下,这三个变量的值越小,砂浆的抗冻性越好。-10℃成型,镁磷质量比为4对砂浆强度最有利;而-10℃成型,镁磷质量比为3对砂浆抗冻性最有利。这些研究成果为高寒地区磷酸镁水泥砂浆的工程应用提供了技术建议与理论支持。

粉煤灰改性固体废弃物胶固粉的制备及性能研究

以电石渣和粉煤灰这两类固体废弃物为主要原料,制备了不同粉煤灰掺量的固体废弃物胶固粉。研究了粉煤灰掺杂比例对胶固粉水化进程、微观形貌、破坏形态和力学性能等方面的影响。结果表明,掺入适量粉煤灰后加速消耗了水泥熟料,提高了胶固粉的水化反应速率,在28 d龄期下,当粉煤灰的掺量为30%(质量分数)时,胶固粉中孔隙数量最少,结构密实度最高。胶固粉在受力过程中破坏形态相似,裂纹自上而下均为条形裂纹,且上部出现了坍塌现象。随着粉煤灰掺量的增大,胶固粉的凝结时间逐渐增大,流动度和化学结合水量持续降低,抗压强度和最大应力先增大后降低变化。在28 d龄期下,当粉煤灰的掺量为30%(质量分数)时,胶固粉的抗压强度最大为14.85 MPa,在相同应变下的应力最高为15.70 MPa。分析可知,粉煤灰的最佳掺量为30%(质量分数)。

再生粗骨料混凝土应力-应变关系

再生粗骨料混凝土应力-应变关系是实现其材料到结构力学分析的桥梁纽带,成为再生粗骨料混凝土结构基础理论的基石。介绍了作者团队多年来在再生粗骨料混凝土应力-应变关系方面取得的研究进展:采用模型化再生粗骨料方法,研究了复杂界面过渡区对再生粗骨料混凝土破坏行为的影响,揭示了再生粗骨料混凝土细观损伤本质与演化机理;从静力作用到动力作用,系统地开展了不同工况下再生粗骨料混凝土应力-应变行为试验研究,探明了载荷条件对再生粗骨料混凝土应力与变形的影响规律并建立了相适应的力学与数学模型;进一步考虑再生粗骨料性能时空变异性,发现了再生粗骨料混凝土力学响应的概率分布特征,提出了再生粗骨料混凝土随机损伤本构关系;基于获得的本构模型,完成了再生粗骨料混凝土构件时变可靠度分析和结构动力非线性分析,为再生粗骨料混凝土在实际工程中的安全应用提供了理论支撑;提炼了相关研究结论并对未来研究工作进行了展望。

活性改性剂合成及其对环氧胶黏剂力学与界面粘接性能的影响

综合考虑环氧胶黏剂的施工性能、力学性能及与砂浆界面的粘接性能,利用三羟甲基丙烷三缩水甘油醚(TMPGE)与1,4-丁二醇(BDO),通过控制反应物物质的量比以及反应时间制备了四种低环氧值兼具高羟基含量的预聚体(PPM)。通过1H-NMR、盐酸-丙酮法及凝胶渗透色谱(GPC)对PPM进行了表征。进一步研究了PPM对改性环氧胶黏剂工作性能、固化力学性能、与水泥砂浆粘接强度以及表面性质的影响。结果显示:延长反应时间以及增加BDO用量使PPM的数均分子量更大、环氧值更低。四种PPM改性后,胶黏剂的放热峰值温度降低,可操作时间延长。同时,PPM使环氧固化物的延性显著增加。四种PPM改性后使环氧与水的接触角降低,固化物表面的极性组分升高。XPS分析表明,PPM使环氧固化物的羟基含量显著提高。最后,PPM使胶黏剂对湿砂浆基体的粘接强度提高了一倍以上。

盐冻耦合作用下水工混凝土耐久性及寿命预测

为研究西北地区冻融盐侵环境下水工混凝土的耐久性,制备了不同粉煤灰掺量的混凝土试件,以不同浓度的硫酸钠溶液作为介质开展了冻融循环试验,阐明了不同循环次数下试件的外观、质量、抗压强度和动弹模量的变化规律,基于XGBoost模型建立了混凝土寿命预测模型并对其进行了评价和验证。研究结果表明,随着冻融循环次数增加,混凝土质量、抗压强度和动弹模量逐渐减小;冻融循环次数和硫酸钠溶液浓度是影响混凝土寿命的关键因素,8%硫酸钠溶液破坏度最高,此溶液浓度下冻融150次后混凝土质损率达4.55%;粉煤灰的掺入量对混凝土耐久性有一定影响;最优粉煤灰掺量为10%,此掺量下冻融150次后混凝土质损率为3.99%;XGBoost模型在混凝土寿命预测方面具有较高的精确性和可靠性。本研究可为混凝土结构的耐久性设计和寿命预测提供参考。

细聚丙烯纤维混凝土介观离散力学模型及其Ⅰ型断裂强度负效应机理

细聚丙烯(PP,直径小于100μm)纤维混凝土Ⅰ型断裂强度随纤维含量增加呈现先增后减的变化规律,其机理尚不明晰。而且由于纤维数量过多,现有数值方法无法精细刻画细纤维混凝土力学行为。对此通过考虑细PP纤维亲水性提升基体局部水灰比的强度正效应和纤维桥接力强度贡献低于砂浆的强度负效应,并引入纤维直径等效系数(rf),实现介观尺度细聚丙烯纤维混凝土(PFRC)力学行为模拟。研究表明:纤维直径等效系数(rf)建议小于10;当纤维微量添加时,细PP纤维提升基体局部水灰比,使基体强度上升,此时正效应高于负效应;随着纤维含量增加,由于纤维桥接力贡献无法补偿相应面积基体强度,负效应持续增长,PFRC宏观Ⅰ型断裂强度下降。