超高性能混凝土劈拉损伤破坏的声光联合表征

为研究超高性能混凝土(UHPC)的劈拉破坏特征,采用3种不同的加载速率(0.1、0.01、0.001 mm/s)进行劈拉加载,在加载过程中采用数字图像相关(DIC)方法非接触观测裂缝演化,同时结合声发射(AE)技术对UHPC的破坏全过程进行动态监测,并基于DIC应变云图、AE参量分析试件的破坏特征。结果表明,钢纤维的掺入改善了混凝土的脆性,UHPC峰后荷载-位移曲线下降更平缓,没有出现急剧下降的情况;加载速率越高,UHPC测出劈拉强度越高,符合混凝土速率效应规律,加载速率由0.001 mm/s提升到0.01 mm/s和由0.01 mm/s提升到0.1 mm/s,劈拉峰值荷载分别提高了27.9%和28.5%。采用DIC法进行UHPC劈拉试验的变形测量可获得连续的变形数据,能完整地捕捉裂缝的开展过程,证明DIC能很好地反映试件表面裂缝开展演化过程。基于RA-AF值分析可以快捷、有效地判断混凝土中裂缝的开展类型。根据分析结果,UHPC劈拉试验的裂缝类型绝大多数为拉伸裂缝,且随着加载速率的提高,拉伸裂缝占总裂缝的比例提高。

掺硫铝酸钙类膨胀剂白水泥净浆干燥收缩与水分损失关联

为精确解析干燥条件下掺硫铝酸钙类膨胀剂水泥基材料的收缩行为,深入揭示低相对湿度条件下硫铝酸钙类膨胀剂补偿收缩效果下降的机制,利用低场磁共振弛豫技术,结合X射线衍射、质量与长度测试,在不同相对湿度下对掺与不掺硫铝酸钙类膨胀剂白水泥净浆的干燥收缩历程进行10个月的长期监测,从含水量及水分状态角度,定量描述白水泥净浆干燥失水和收缩的演变规律,阐明硫铝酸钙类膨胀剂导致干燥收缩落差增大的作用机制。结果表明:在相对湿度为75%、43%、11%的环境中干燥,白水泥净浆失水量和干燥收缩均持续增大直至稳定,3类环境中各试件干燥收缩与相对失水量间的关系基本保持一致;随干燥时间延长,单位失水量导致的干燥收缩先降低后升高,干燥进程中净浆内部各级孔隙失水规律不同,且各湿度条件下的干燥收缩机制存在差异;掺入硫铝酸钙类膨胀剂后,C-S-H凝胶纳米孔结构会发生一定粗化,干燥时易损失更多可蒸发水,且膨胀剂水化生成的钙矾石还会损失2~5个结晶水,二者共同导致净浆水分损失与干燥收缩增大;在低湿度环境中应用硫铝酸钙类膨胀剂时,需注意这两个因素导致收缩落差增大的影响。

低温下玄武岩纤维混凝土劈拉强度尺寸效应试验

为研究极端低温作用下结构尺寸和纤维体积分数对玄武岩纤维混凝土劈拉强度的定量影响规律和作用机制,设计了4种尺寸(边长分别为70、100、150和200 mm)、4种纤维体积分数(分数范围0%~0.5%)的玄武岩纤维混凝土立方体试块在常温和低温下(温度范围20~-90℃)进行了静态劈拉破坏试验。试验结果表明:不同类型混凝土的劈拉强度均随温度降低而线性增大(最大增幅接近130%),呈现出显著的低温增强效应;玄武岩纤维的掺入能略微强化混凝土劈拉强度的低温增强效应。不同纤维体积分数玄武岩纤维混凝土的劈拉强度均呈现出一定的纤维增强效应,并且随体积分数增加而增强;极端低温作用下玄武岩纤维的主导破坏模式由拔出破坏转变为拉断破坏,导致纤维增强效应随温度下降而变强。劈拉强度的尺寸效应随温度下降而更明显,但玄武岩纤维的掺入能减弱尺寸效应(最大削弱程度达25.8%)。本文研究能为玄武岩纤维混凝土材料在极端低温环境下的大规模工程结构应用提供有效参考。

CFRP布增强仿木梁的受弯性能试验研究

为研究粘贴CFRP布增强仿木梁的受弯性能,对3根分别粘贴1、2和4层CFRP布的增强仿木梁及1根未增强原梁进行了四点弯曲试验,分析了CFRP布粘贴层数对仿木梁破坏形态、受弯承载力、变形及应变发展规律的影响。研究表明:粘贴CFRP布改变了仿木梁的破坏形式,未增强仿木梁和粘贴1层CFRP布的仿木梁发生了受弯破坏,而粘贴2和4层CFRP布的仿木梁发生了剪切破坏;粘贴CFRP布可有效提高仿木梁的受弯承载力和抵抗变形的能力,改善效果随CFRP布粘贴层数的增加而增大,但提升幅度逐渐减小;CFRP布使得仿木梁的抗压强度充分发挥,且仿木梁横截面应变符合平截面假定,此研究可为CFRP布增强仿木梁的理论推导提供试验依据。

基于Weibull分布的煤矸石对混凝土断裂损伤特性的影响

为探索煤矸石质量取代率、粉煤灰质量取代率、水灰比对I型裂缝煤矸石混凝土荷载-裂缝张开位移、荷载-跨中挠度曲线、断裂韧性、断裂能的影响规律,对I型裂缝煤矸石混凝土进行三点弯曲试验,将所得结果结合损伤力学及Weibull分布函数建立煤矸石混凝土的断裂损伤本构模型。结果表明:煤矸石质量取代率对预制I型裂缝的煤矸石混凝土断裂性能影响最大,粉煤灰质量取代率对其断裂韧度影响较大,水灰比对其断裂能影响较大;提升煤矸石混凝土断裂时断裂韧度及断裂能的最佳组合的煤矸石质量取代率为25%、粉煤灰质量取代率为10%、水灰比为0.5;经对比可知,所得损伤本构模型对应的应力-应变曲线与试验曲线高度吻合。研究成果为煤矸石混凝土的制备及工程实际应用研究提供了参考。

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。

偏铝酸钠对单组分地聚水泥的性能调控及水化机理

地聚水泥是一种新型胶凝材料,与普通硅酸盐水泥相比,具有绿色环保、节能低碳、性能优异等诸多技术优势。目前,地聚水泥主要由原材料粉体与碱溶液双组分混合所得,导致腐蚀性和高粘度碱溶液运输条件苛刻,且现场施工不易控制,因而在土木工程中难以大规模应用。本工作以偏铝酸钠(NaAlO_(2))对单组分地聚水泥的性能调控及水化机理为研究目标。在地聚水泥中,将碱溶液改为固体碱激发剂,并引入原材料粉体质量2%的NaAlO_(2)改善其工作性能。研究表明,NaAlO_(2)水解速度快,可在反应初期产生富Al反应环境,并快速形成水化硅铝酸钙,使得单组分地聚水泥在强度不变的情况下,凝结时间得到延长,工作性能得到改善,且微观结构也趋于凝胶化、致密化。可见,少量NaAlO_(2)的引入有利于突破当前双组分地聚水泥的应用技术瓶颈,推动地聚水泥在工程中的大规模应用。

钢纤维增强碱矿渣再生骨料混凝土的力学性能

碱矿渣再生混凝土是以碱激发胶凝材料替代水泥、再生骨料取代天然石子制备而成的新型混凝土,能有效降低波特兰水泥用量,提高废弃混凝土利用率,但尚未见对其力学性能的相关研究。为研究碱矿渣再生混凝土的基本力学性能,以钢纤维取代率和再生骨料取代率为主要试验参数,进行抗压试验、劈裂抗拉试验和抗折试验。研究结果表明:随着再生粗骨料取代率的增加,碱矿渣再生混凝土的抗压强度f_(cu)、劈裂抗拉强度f_(t)和抗折强度f_(w)均降低,再生粗骨料取代率为100%时的降低幅度分别为30%、10%、15%;碱矿渣再生混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度随钢纤维体积取代率增加先提高后降低,钢纤维体积取代率为0.6%时,抗压强度和抗折强度达到最大值;碱矿渣再生混凝土抗折强度随钢纤维体积取代率增加而增加。

基于离散元法的水泥稳定碎石微裂细观机理研究

为探究水泥稳定碎石微裂细观演化机理,构建了细观非均质水泥稳定碎石数值模型,结合室内无侧限抗压强度试验和单轴压缩数值试验反演出模型细观参数,引入微裂隙网络研究不同裂隙参数对微裂程度的影响,分析不同裂隙数目下系统能量演化规律。结果表明:数值模拟与室内试验结果基本吻合,构建的水泥稳定碎石离散元模型可较为准确地表征材料细观破坏特征;微裂损伤是二次振动加载后裂隙宽度增大和裂隙数目增多共同作用的结果,裂隙密度对水泥稳定碎石微裂程度起决定性作用;裂隙密度增加,材料储存弹性应变能的能力减弱,峰值点水泥稳定碎石材料的输入总能量降低。验证了早期微裂对于降低收缩应力的积极作用,揭示了水泥稳定碎石材料微裂力学特征和细观机理。

聚乙烯醇对泡沫混凝土性能及孔结构的影响

以聚乙烯醇和普通硅酸盐水泥为主要原料,制备泡沫混凝土。研究了聚乙烯醇对泡沫混凝土力学性能、吸水率、干密度和孔结构的影响。结果表明,掺入适量聚乙烯醇可显著减小气孔的尺寸,优化孔径分布;掺入适量聚乙烯醇可以提高泡沫混凝土的抗压和抗折强度;聚乙烯醇可以降低泡沫混凝土的吸水率,并在一定程度上减小了泡沫混凝土的干密度。

沙漠砂混凝土力学性能试验研究

研究了不同沙漠砂单掺、沙漠砂-矿渣粉复掺以及沙漠砂-矿渣粉-钢纤维三掺量对沙漠砂混凝土(Desert Sand Concrete, DSC)抗压强度、劈裂抗拉强度的影响,结果表明,随着沙漠砂掺量的增加,混凝土的抗压强度先增加后减小,当掺量为20%时达到最佳状态;矿渣粉掺量20%时显著提高了混凝土的强度;钢纤维掺量在0.8%时对抗压强度和劈裂抗拉强度的提升效果最为显著。沙漠砂、矿渣粉钢纤维的加入能够改善混凝土的孔隙结构,钢纤维的桥接作用有效阻止裂缝扩展,对增强材料韧性最为显著。

建筑工程混凝土裂缝分析与纤维混凝土应用评述

建筑工程的快速发展导致混凝土的抗裂控制成为复杂而持久的挑战。利用不同纤维的优势属性补偿素混凝土的性能缺陷,提高混凝土的抗裂性能,是目前一种经济有效的手段。文章首先对建筑工程混凝土裂缝的类型及成因进行了深入分析,在此基础上详细阐述了不同纤维增强混凝土的特点,对其增强效果进行了对比分析,最后给出了纤维混凝土的发展建议,希望能为纤维增强混凝土的发展与应用提供借鉴。

新型单向拉伸土工格栅在边坡加固中的性能初步研究

单向拉伸高密度聚乙烯(HDPE)土工格栅是一种具有高断裂强度和低蠕变率的拉伸格栅筋条,最大幅宽4m,最大抗拉强度可达260kN/m。本文以一典型加筋边坡工程为例,将其与常规土工格栅进行加固计算对比。通过结果分析:新型土工格栅抗拉强度和屈服强度比常规土工格栅提高约63%;在相同土工格栅布置的情况下,可有效提高边坡整体稳定系数约18%;在相同的边坡加固效果下,采用新型土工格栅可显著节省筋材用量约36%;在相同的边坡稳定状态下,采用新型土工格栅可显著增加边坡填筑高度约67%。因此,该新型土工格栅在边坡加固中具有显著的优势和广阔的应用前景。

钢渣基CO_(2)矿化板材的制备与性能研究

采用铺浆注模、压制脱水成型、CO_(2)养护等工艺措施制备钢渣板材,考察了原材料掺量、脱水压力、养护方式等对钢渣板材力学性能的影响。试验结果表明:水胶比0.35抗折强度最高;随着水泥、熟石灰以及木质纤维掺量的增加,板材的抗折强度均提高;随脱水压力的增加,板材的抗折强度先提高后降低;养护时间延长,板材的抗折强度提高;耐碱玻璃纤维长度减小,板材的抗折强度提高,耐碱玻璃纤维掺量为1.5%时,板材抗折强度最高。

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.

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。

城市轨道交通混凝土抗裂防渗技术研究与应用

抑制混凝土开裂渗漏是保障城市轨道交通地下结构建设质量的重点和难点。以城市轨道交通地下车站为例,分析了混凝土开裂的主要原因,介绍了施工期混凝土抗裂性评估与设计方法,提出了混凝土材料抗裂性能控制指标,以及保障指标实现的材料、施工控制措施,结合实际工程,介绍了成套技术应用效果,为类似工程抗裂防渗建设质量提升提供指导。

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。

PE纤维与细橡胶颗粒对泡沫混凝土弯曲韧性的影响

研究了聚乙烯(PE)纤维及其与细橡胶颗粒复掺对泡沫混凝土弯曲破坏模式、峰值强度、能量吸收特性和弯曲韧性的影响,并结合孔结构分析和微观形貌观察探究了其作用机理.结果表明:PE纤维使泡沫混凝土出现多缝开裂模式,显著提升了其峰值强度、能量吸收能力和弯曲韧性;复掺细橡胶颗粒可以进一步提升泡沫混凝土试件的比能量吸收和弯曲韧性;掺入PE纤维可以降低泡沫混凝土的平均孔径;复掺细橡胶颗粒导致泡沫混凝土试件的平均孔径增大,联通孔增多,对其峰值强度有不利影响;PE纤维及细橡胶颗粒提升泡沫混凝土弯曲韧性的主要原因在于其削弱了裂纹尖端的应力集中,同时增强了能量耗散作用.

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)。