改性橡胶颗粒对超高性能混凝土耐久性及抗冲磨性能影响

橡胶颗粒加入到超高性能混凝土(UHPC)中,会使其强度显著下降。通过对橡胶颗粒进行表面改性,研究改性后的橡胶颗粒掺量对UHPC的基本力学性能、耐久性、抗冲磨性能以及抗冲击性能影响。研究结果表明:采用多巴胺盐酸盐溶液对橡胶颗粒进行改性,可以在橡胶颗粒表面引入亲水基-OH和-NH_(2),改善橡胶颗粒与水泥基体之间界面黏结性能,使UHPC的力学性能降低幅度减小,明显提高UHPC抗冲磨性能以及抗冲击性能;在改性橡胶颗粒掺量10%时,UHPC的抗冲磨性能和抗冲击性能分别提高了28.6%和65.2%;与掺未改性橡胶颗粒的UHPC相比,掺入改性橡胶颗粒的UHPC抗氯离子侵蚀能力得到加强。

桥梁动力效应对粗骨料UHPC的影响

为解决粗骨料超高性能混凝土(UHPC)在桥梁工程可能遭受的桥梁动力效应问题,通过小型振动台进行模拟桥梁振动,以振动幅度和频率为振动参数,研究了桥梁振动对粗骨料UHPC的力学性能、超声波波速及粗骨料沉降系数的影响规律.试验结果表明:1 mm的振动幅度可以有效改善孔结构,对粗骨料UHPC的力学性能和超声波波速具有促进作用;当振动幅度大于1 mm时振动会引入内部缺陷,并且粗骨料离析程度增大,刚性骨架被破坏,抗压强度、弹性模量和超声波波速降低;当振动频率增大时,能够有效改善钢纤维与基体的黏结性能,增强粗骨料UHPC的弯曲韧性;在实际粗骨料UHPC用于桥梁施工过程中应注意控制桥梁振动幅度,不应超过3 mm。

复掺碳酸钙晶须增强轻质ECC材料力学性能研究

工程水泥基复合材料(ECC)由于其拉伸应变硬化行为和紧密多裂缝的独特特性能够满足混凝土基础设施韧性和耐久性的严格要求。使用粉煤灰漂珠代替细石英砂作为轻质细集料,使用国内高强高模量PVA和PE纤维,并复掺碳酸钙晶须对ECC进行多尺度增强,对轻质ECC的强度、单轴拉伸性能、薄板四点弯曲性能和孔隙率等进行试验研究。结果表明:碳酸钙晶须掺量为体积的1%时最佳,PVA-ECC抗压强度为57 MPa,极限拉伸强度为4.31 MPa,拉伸应变为3.44%;而PE-ECC抗压强度为60.4 MPa,极限拉伸强度为4.77 MPa,拉伸应变为8.16%。适量的晶须掺入,能够优化孔隙结构,提升强度,晶须微观桥接作用可延缓了微观裂纹发展,同时晶须可以增加界面粗糙度,提高摩擦结合强度,从而提高ECC拉伸应变能力。

磷石膏基胶凝材料和骨料制备C40高性能混凝土研究

磷石膏基胶凝材料和骨料制备混凝土,可为高消纳磷石膏固废提供新思路;然而将磷石膏同时作胶凝材料和骨料制备混凝土的研究鲜有报道。为此研究了磷石膏基胶凝材料组成、骨料级配、砂率和水胶比对混凝土性能的影响规律,并通过XRD和SEM微观测试初探其机理。结果表明:采用5%的P·O 42.5级水泥、30%的磷石膏、65%矿粉制成的胶凝材料时,外掺0.5%NaOH+5%水玻璃和1%NaAlO_(2)复合激发剂,控制胶凝材料用量600 kg/m^(3),磷石膏破碎砂替代40%河砂,砂率41%,水胶比0.34,可制备出工作性能良好,初凝时间大于25 h,3 d、28 d及60 d抗压强度分别大于20.0 MPa、48.0 MPa和55.0 MPa,绝热温升低于35℃,60 d膨胀率大于180με的大掺量磷石膏基C40低温升微膨胀高性能混凝土。混凝土胶凝材料主要水化产物为AFt和C-S-H凝胶,胶凝浆体可穿透磷石膏骨料表面空隙,产生机械嵌锁作用使磷石膏骨料与胶凝浆基体结合更加紧密。

高强预填集料混凝土灌浆料制备与灌注效果评价

预填集料混凝土是在模板内预铺粗集料,然后注入灌浆料填充集料间隙而形成的一种新型混凝土。作为预填集料混凝土的重要组成部分,灌浆料的性能与灌注质量直接影响预填集料混凝土的整体性能,但现有灌浆料因流动度或强度不足,难以满足高强预填集料混凝土的灌注要求。设计正交试验,探究了水胶比、胶砂比和胶凝材料体系对灌浆料工作性能与力学性能的影响规律,提出高强大流态灌浆料的制备方法,并采用重力灌注和泵送灌注进行了预填集料混凝土模拟灌注试验,从试件外观质量、灌注密实度和抗压强度等方面验证了灌浆料的灌注效果。结果表明:水胶比是影响灌浆料综合性能的主要因素,胶砂比主要影响灌浆料的流动性,双掺粉煤灰和硅灰可以协同提升灌浆料的工作性能与力学性能。高强预填集料混凝土采用泵送灌注效果优于重力灌注,相同条件下泵送灌注可达到更高密实度,但利用净浆或流动度较高的砂浆作为灌浆料时,重力灌注法也能达到较好密实灌注效果。采用0.3水胶比、双掺15%的粉煤灰和4%的硅灰,制备出流动度值为35 s的净浆,其28 d抗压强度为70.9 MPa,密实灌注的预填集料混凝土28 d抗压强度可达96.8 MPa。

富油型高黏高弹桥面铺装过渡层材料服役性能研究

针对混凝土桥面板铺装工程对铺装层材料的性能需求,提出富油型高黏高弹桥面铺装过渡层材料,开发出60℃黏度>70万Pa·s的过渡层材料专用高黏高弹改性沥青,研究了不同油石比、不同级配、不同厚度的过渡层材料与组合结构的服役性能规律.结果表明:富油型高黏高弹过渡层材料具备优异的高温、低温,以及水稳定性能,在组合结构的形式中与混凝土桥面板的25℃的剪切强度、拉拔强度分别达到0.98、0.71 MPa.动态荷载下,随着油石比与厚度的提高,组合结构试件的初始裂纹出现、裂缝扩展速度降低,起到阻止裂缝传递与反射的作用,在0.2应力水平下铺装层组合结构疲劳寿命可达到10万次.超薄组合铺装结构服役性能优异,可有效防止铺装层出现推移、拥包、开裂等桥面病害.

热缩型纤维调控大体积混凝土抗裂性能研究

研究了高模量热缩型纤维与具有高微细连通孔的内养护集料协同作用对大体积混凝土力学性能、抗裂性能、收缩性能的影响,并进行了微观机理分析。结果表明:复掺热缩型纤维和内养护集料对大体积混凝土力学性能影响较小,但能明显提高大体积混凝土的抗裂性能并降低收缩变形,最大裂缝宽度和单位面积的总开裂面积较基准组分别降低了85.7%、94.9%,干燥收缩值降低了47.6%。SEM分析表明,热缩型纤维及内养护集料与胶凝浆体紧密结合、界面致密,从而提高了大体积混凝土的抗裂性能。

碳酸化钢渣磷石膏复合胶凝材料及其力学性能研究

为了提高磷石膏胶凝材料的力学性能,采用钢渣的碳酸化活性固化磷石膏制备了复合胶凝材料。研究了钢渣的碳酸化活性与钢渣与磷石膏相对比例对复合胶凝材料力学性能的影响,探讨了碳酸化钢渣和磷石膏之间的相互作用机制。研究表明:钢渣具有极高的碳酸化活性,随着钢渣掺量的增加,复合胶凝材料力学性能显著提高;当钢渣掺量大于40%时,复合胶凝材料抗压强度大于70 MPa,软化系数大于0.87。机理分析表明:磷石膏粉隔离了钢渣粉,提高了钢渣粉颗粒间距,使单颗粒钢渣粉的碳酸化反应更为充分。同时钢渣碱性物质与磷石膏酸性物质中和会降低体系碱度,钢渣浸出的钙离子可结合磷石膏中氟离子和磷酸根离子,对有害离子起到化学固化作用。

预应力钢筒超高性能混凝土管套箍混凝土短柱的抗压性能研究

跨海大桥面临着严峻的耐久性问题,尤其是混凝土桥墩。提出以围套的形式保护海洋工程桥墩混凝土柱防止海水侵蚀,在钢管外壁设置剪力钉,然后浇筑超高性能混凝土(UHPC),并缠绕预应力钢丝,最后浇筑UHPC,形成预应力钢筒超高性能混凝土管(PUCCP)。制备了PUCCP套箍混凝土柱,并对其进行了抗压试验,并与素混凝土柱和UHPC套箍混凝土柱进行对比。此外,分析了PUCCP中预应力大小对PUCCP套箍混凝土柱抗压性能的影响。试验结果表明:相比素混凝土柱和UHPC套箍混凝土柱,PUCCP套箍可显著提高混凝土柱的抗压强度,且随着预应力的增加,混凝土柱的抗压强度相应增加;PUCCP套箍能对混凝土柱提供比UHPC套箍更充分的侧向约束,以实现应变硬化行为,从而显著提高混凝土柱的初始刚度和延性。

绿色建造下预拌混凝土原材料市场发展趋势

面对泵送混凝土的传统原材料资源枯竭、生产过程能耗大、碳排放高、污染严重等情况以及中国土木工程行业实施绿色建造的大趋势,各种新的原材料逐渐被开发和推广,其质量、产量、社会认可度逐渐提高。优质天然河砂和卵石在原产地供不应求,而老旧淤塞河道中尚可开采;使用大粒径天然卵石、石灰石、建筑垃圾等为原料生产的碎石和机制砂将成为新的替代品。水泥、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉等原材料在生产企业进行转型升级并倾向于在交通便利地区集中建厂的过程中,导致平原、丘陵、山地等区域间供应不均衡的问题,因此,需根据施工所在地的供料情况,采取就地取材的策略。聚羧酸型缓凝高效减水剂以其高效、经济、相容性高、施工方便等优点已普及市场,还需进一步提升与机制砂等材料的适应性;而钙系和镁系膨胀剂对混凝土的补偿收缩需确保与混凝土收缩同步以控制收缩裂缝并避免结构胀裂。配制泵送混凝土需站在建筑全寿命周期的高度考察和改进各种原材料的性能并充分发挥原材料之间的组合效应。

二阶热固性环氧沥青桥面铺装黏层黏结性能试验研究

该文以宜昌伍家岗长江大桥为工程依托,针对铺装结构中RA沥青混凝土与高黏高弹SMA沥青混凝土层间的二阶热固性环氧沥青材料的不同洒布量、不同第一阶段固化时间、不同养护时间、不同服役温度下的界面抗剪与拉拔强度以及洒布量对耐剪切疲劳性能的影响开展研究。研究结果表明:随着二阶热固性环氧沥青洒布量的增加,黏结与抗剪强度提高,结构耐剪切疲劳性能增强,施工环境温度为25~35℃时,二阶热固性环氧沥青黏结层与高黏高弹SMA的施工间隔建议44~52 h,施工完成后封闭养护时间应大于7 d,二阶热固性环氧沥青黏层可实现组合铺装结构的25℃抗剪强度≥3.8 MPa,拉拔强度≥1.7 MPa,60℃抗剪强度≥1.7 MPa,拉拔强度≥0.9 MPa,研究结果对二阶热固性环氧沥青材料在桥面铺装工程中的应用具有指导意义。

养护制度对轻集料超高性能混凝土力学性能的影响

研究了标准养护、蒸汽养护、干热养护、蒸压养护等4种养护制度的升温速率、恒温时间、恒温温度等养护参数对轻集料超高性能混凝土(LUHPC)强度的影响,确定了最佳养护制度,并研究了养护制度对LUHPC弯曲韧性的影响。结果表明:高温养护能加快LUHPC的水化速率,提高早期强度,然而过高的养护温度会导致LUHPC力学性能下降;蒸汽养护与标准养护下LUHPC的力学性能无明显差异;蒸压养护与干热养护能够明显提高LUHPC的峰值挠度与峰值荷载,干热养护下LUHPC的残余韧性最高。

掺C-S-H纳米晶核混凝土的早期强度与收缩性能

C-S-H纳米晶核可促进水泥水化,提升混凝土早期强度发展,有利于预应力混凝土结构提前进行预应力张拉。采用C-S-H纳米晶核早强剂制备早强低收缩混凝土,探究了C-S-H纳米晶核对混凝土早期强度、收缩变形性能及其发展规律的影响。结果表明:养护温度的提升有利于纳米晶核早强性能的发挥;混凝土早期强度随纳米晶核掺量增加呈先增加后稳定的趋势,当掺量为4%时混凝土的早强效果最佳,且不影响后期强度发展。纳米晶核的早强效果优于其他传统早强剂,传统早强剂6 h强度提升幅度为10%~20%,纳米晶核强度提升幅度可达105.2%,早强效果明显。同时,掺纳米晶核混凝土的体积变形与强度发展同步,主要集中在早期,前3 d收缩率占28 d龄期时收缩率的67%,且掺入纳米晶核试件的28 d收缩率为空白组的75%,体积稳定性好,可实现预应力提前张拉。

碳化硼对超高性能混凝土准静态力学性能的影响分析

碳化硼是一种高强集料,其掺量对超高性能混凝土(UHPC)的准静态力学性能有着很大影响。为了探究碳化硼掺量对UHPC准静态力学性能的影响规律。通过抗压强度、抗弯曲强度、弹性模量以及弯曲韧性等试验,以高钛重矿渣砂为基准砂,研究了不同碳化硼掺量UHPC的准静态力学性能。结果表明:碳化硼的加入有利于抗压强度和弹性模量的发展,但不利于弯曲韧性的发展,适量碳化硼和高钛重矿渣砂混掺可同时提升UHPC强度与韧性。

陶砂和钢纤维对轻质超高性能混凝土的影响

为利用陶砂与钢纤维做骨架制备出轻自重与超高强度协同设计的轻质超高性能混凝土(LUHPC),研究了不同掺量与粒径的陶砂、不同掺量与长度的钢纤维对LUHPC工作性能、力学性能和收缩性能的影响规律,并通过SEM对其微结构进行分析。试验结果表明,增加陶砂的掺量可以有效减少LUHPC的表观密度,但力学性能也会随之下降;钢纤维掺量的增加显著提高了LUHPC的力学性能,且抗折强度的提升效果最为明显,在体积掺量为2%的情况下,增加钢纤维长度会导致LUHPC的工作性能降低、抗折强度提升;采用粒径为0.075~4.75 mm连续级配的陶砂和长度为13 mm的钢纤维制备的LUHPC综合性能最佳。

在传承与创新中实现跨越式成长

2003年夏天,我通过公开竞聘,从一所乡镇中心小学走进江苏省盐城市第一小学(以下简称“一小”)。此后20年,一小从一所地区窗口学校发展成为覆盖主城区、拥有5个独立校区的集团化办学联合体。20年间,我有幸参与并见证了百年一小的跨越式发展,也见证了包括我本人在内的教师群体的发展。

沥青混合料界面区微米划痕试验与参数分析

用微米划痕试验联合扫描电镜技术,分析了室温下沥青混合料界面过渡区(ITZ)的特性,推定了ITZ区域空间几何范围,测试了其断裂韧度及摩擦系数,并采用三点弯曲试验及纳米压痕试验进行了对比验证.结果表明:沥青混合料ITZ区域特性明显,荷载为100 mN时更适用于微米划痕试验,此时ITZ区域在划痕作用下会出现较大破裂面,且其厚度在10~30μm波动,与纳米压痕试验结果相近;ITZ摩擦系数由集料至沥青胶浆呈线性增加,达到最大值后趋于稳定;微米划痕试验测得的断裂韧度值与三点弯曲试验结果相近,且断裂韧度曲线可以较好地识别集料、ITZ和沥青胶浆三相介质,微米划痕试验可以相对简便有效地实现沥青混合料ITZ初步分析.

Mechanical Behavior Based on Aggregates Microstructure of Ultra-high Performance Concrete

We developed ultra-high performance concrete(UHPC)incorporating mullite sand and brown corundum sand(BCS),and the quartz sand UHPC was utilized to prepare for comparison.The properties of compressive strength,elastic modulus,ultrasonic pulse velocity,flexural strength,and toughness were investigated.Scanning electron microscopy and nanoindentation were also conducted to reveal the underlying mechanisms affecting macroscopic performance.Due to the superior interface bonding properties between mullite sand and matrix,the compressive strength and flexural toughness of UHPC have been significantly improved.Mullite sand and BCS aggregates have higher stiffness than quartz sand,contributing to the excellent elastic modulus exhibited by UHPC.The stiffness and volume of aggregates have a more significant impact on the elastic modulus of UHPC than interface performance,and the latter contributes more to the strength of UHPC.This study will provide a reference for developing UHPC with superior elastic modulus for structural engineering.

高强自密实微膨胀钢管混凝土制备及工程应用

根据简阳沱江特大桥结构特点与主管、缀板管内混凝土灌注工艺及其性能要求,提出了高强自密实微膨胀钢管混凝土配合比设计技术路线。采用商混站原材料,系统研究了胶凝用量、水灰比、砂率、粗骨料级配、膨胀剂掺量等各因素对高强自密实微膨胀钢管混凝土力学性能、工作性能及体积稳定性的影响规律,成功制备出既可泵送又能人工灌注的大流态、补偿收缩和高保坍C50高强自密实微膨胀钢管混凝土。研究结果表明:适宜的胶材体系与水胶比能提升混凝土强度;合理砂率与粗细骨料级配组成可以有效降低混凝土的孔隙率,改善混凝土性能;膨胀剂掺量和砂率都会影响混凝土体积稳定性,微膨胀混凝土宏观体积先膨胀后收缩,最后可稳定于微膨胀状态。采用胶凝材料用量551 kg/m^(3)、0.31水胶比、合理砂率(43%)和粗细骨料级配(组成比例8∶2),试验成功制备出U型箱高度355 mm、V型漏斗时间23 s,3 h坍落/扩展度损失<50 mm,28 d抗压强度为105.1 MPa,28 d膨胀率稳定于112×10-6的高强自密实微膨胀钢管混凝土。研究成果应用于四川简阳沱江特大桥钢管混凝土主拱肋主管与缀板管内混凝土灌注施工,密实度高,工程效果良好。

低收缩LUHPC钢桥面铺装组合基本性能试验研究

为降低大跨度钢桥面铺装荷载,减少水泥基铺装材料的收缩,制备了多组低收缩轻质超高性能混凝土(LUHPC),测试其基本力学性能,在满足力学要求和扩展度的前提下,确定了较低密度的基准配合比。面向实际设计需求,分析了配筋和覆膜养护工艺对LUHPC收缩特性的影响,通过试验与理论分析讨论了LUHPC钢桥面铺装组合的抗推移能力。结果表明:通过材料配合比调整,LUHPC的密度可以控制在2100 kg/m^(3)以下,28 d抗压强度大于110 MPa,抗折强度在14 MPa以上,扩展度不低于450 mm,满足设计要求;相对于空白对照组的LUHPC试件,覆膜组和配筋组试件的收缩应变明显降低,最高降幅达到40.7%,且收缩应变随着配筋率的增大而减小,其中轻集料的“释水”作用、覆膜“保水”作用以及膨胀剂的加入共同作用,可以显著降低LUHPC的收缩量,使LUHPC的150 d收缩应变控制在150με以下,满足设计要求;推出试验得到的剪力连接件破坏模式为焊缝剪断,其抗剪承载能力实测值为70.83 kN,大于根据各国规范得到的计算值,满足设计要求;LUHPC组合结构推出试验得到了连接件的荷载-滑移曲线,根据试验数据对荷载-滑移曲线进行拟合分析得到了抗剪刚度。研究结果可为LUHPC类组合钢桥面铺装的设计与应用提供参考。