浸水环境下改性氯氧镁砂浆黏结强度变化规律

为了研究经青稞秸秆灰(HBSA)改性的氯氧镁水泥砂浆(MOCM)作为西部盐湖地区普通混凝土的外防护层,抵御盐湖区卤水侵蚀从而延长混凝土服役寿命的可行性,开展了浸水环境下掺入HBSA的MOCM的黏结强度等试验研究.采用普通混凝土作为黏结基层,以混凝土基层涂刷界面剂、MOCM中掺入HBSA以及砂浆层厚度等影响因素为变量,通过黏结拉拔试验分析各因素对MOCM黏结强度的影响规律,确定最优的设计参数,通过多项式模拟以及MATLAB中网格化处理等数值模拟方法,建立氯氧镁水泥黏结强度时变模型,进一步分析了浸水环境下改性MOCM黏结强度的损伤退化规律.采用微观测试技术分析了MOCM的物相组成、官能团结构、微观形貌、元素映射等特征,揭示了HBSA对MOCM黏结性能的影响机理.结果表明,HBSA中有较多的活性SiO2,能够与MOCM中的水化产物发生二次水化反应,生成水化硅酸镁(M―S―H)凝胶,填充MOCM内部孔隙,增强密实性,提高黏结性能.厚度为18 mm、掺入HBSA,且涂刷界面剂的MOCM黏结强度最高,其在浸水环境下的黏结强度退化速率最慢,基于三次多项式的数值模型能较好地反映其黏结强度的退化规律,最优组YY-18的相关性系数R2达到0.98.

基于GM(1,1)模型室内加速试验下钢筋混凝土服役寿命预测

为研究西部盐渍土地区钢筋混凝土损伤劣化规律及服役寿命,设计了干湿循环、盐类侵蚀、紫外线辐射及太阳照射耦合因素下的室内加速试验,定期测试试件相对动弹性模量(RDEM)、相对质量评价参数(RQEP)和腐蚀电流密度(icorr)等宏观指标及扫描电镜(SEM)与X射线衍射(XRD)等微观指标来表征钢筋混凝土损伤劣化规律及腐蚀机理,同时利用GM(1,1)模型对钢筋混凝土服役寿命进行预测。研究结果表明:RDEM、RQEP及icorr均可在一定程度上表征混凝土损伤劣化过程,RDEM呈现出先增大后减小的趋势,RQEP表现为缓慢增长-平缓下降-加速下降三阶段变化特点,而icorr呈现缓慢增长-加速增长两阶段变化。利用GM(1,1)模型预测C35试件钢筋与混凝土失效时间分别为175 d和231 d,C40试件失效时间分别为273 d和497 d。

氯氧镁水泥混凝土中涂层钢筋的锈蚀劣化模型研究

为了推进钢筋氯氧镁水泥混凝土(magnesium oxychloride cement reinforced concrete,MOCRC)在西部地区的深度应用,设计模拟西部地区盐渍土环境、气候环境的室内加速破坏试验,研究涂层在多因素破坏试验环境下对钢筋的保护效果。利用电化学工作站测试试件的极化曲线和腐蚀电流密度,选用腐蚀电流密度作为Wiener随机退化过程的退化指标,建立随机退化过程的可靠度函数预测模型。结果表明:涂层在多因素试验环境下对钢筋的保护效果弱于纯浸泡试验环境下对钢筋的保护效果;通过可靠度函数寿命预测模型能够确定,MOCRC在不同浓度2%、4%、6%、8%氯化钠盐溶液室内多因素加速破坏试验环境下达到中等腐蚀破坏的时间分别为4000、3500、1400、400d。

氯氧镁水泥涂层钢筋混凝土长期耐久性及退化规律分析

针对氯氧镁涂层钢筋混凝土(coated reinforced magnesium oxychloride cement concrete,CRMOCC)长期耐久性尚无研究的问题,结合西部盐湖、盐渍土环境,对CRMOCC进行溶液浸泡试验研究其长期耐久性退化规律。采用电化学试验、超声波试验、质量检测试验和微观试验对不同浸泡的试件进行耐久性研究;以相对锈蚀评价参数(ω1)、相对动弹性模量评价参数(ω2)和相对质量评价参数(ω3)评价CRMOCC长期耐久性。结果表明:经过2160 d的溶液浸泡试验后,以ω1为耐久性评价指标,裸钢已达到锈蚀状态,涂层钢筋仍处于未锈蚀状态,以ω2、ω3为耐久性评价指标,涂层钢筋和裸钢试件均处于出现损伤未达破坏状态,涂层钢筋试件耐久性退化低于裸钢试件,表明涂层对钢筋具有良好的保护效果;以ω1、ω2、ω3作为退化参数,CRMOCC可靠度曲线分别在25000、20000和15650 d时为零。

基于科学知识图谱的劈裂注浆研究热点与发展态势分析

针对传统建筑科学分析方法对工程领域研究存在的局限性,引入科学知识图谱及大数据计量等人工智能方法,借助可视化软件Citespace,检索Web of Science(WOS)核心合集数据库,得到2007~2022年主题为劈裂注浆的文献709篇,对发文总量、学科归属、期刊分布、核心作者、区域合作、关键词和被引文献等方面做科学知识图谱分析。通过区域合作关系图谱的寻径,理清现阶段国际合作的格局,指出中国未来国际合作的主要任务。依据成果数量和突现时间,评析贡献较大的代表性作者。提取318个研究关键词,以发文频次和中心性为导向,筛选精炼了现阶段研究热点。从10个聚类的特性分组出发,展示了理论研究、应用实践和数值模拟的发展脉络,明确了研究的前沿方向。排列10条聚类发展时间线,精炼了注浆效率和封堵效率两条热门主线,同时提示了较难取得研究成果的线路。通过聚焦关键词的时区分布态势,总结热点演进的两个规律,并预测今后两年新热点与2017年研究成果之间的潜在关联。根据文献共被引关系发生的时间,对比4组年度切片的变化,评价了学科知识基础的发展脉络和未来走向。结果表明:科学知识图谱作为人工智能分析方法,能总结分析劈裂注浆近年来的研究热点,并可以预测劈裂注浆在未来阶段的学术研究发展态势。

石粉替代率对聚合物机制砂粘结砂浆性能及微细观结构的影响

为研究凝灰岩石粉在聚合物粘结砂浆中应用的可行性,分析了石粉部分替代水泥对聚合物粘结砂浆工作性能及力学性能的影响规律,并采用压汞法(MIP)、扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)试验研究砂浆内部孔结构及水化产物微观形貌的变化规律。结果表明:凝灰岩石粉在聚合物粘结砂浆中具有较好的适用性;砂浆强度随石粉替代率的增加呈先增大后减小的趋势,在替代率为15%(质量分数,下同)时,砂浆7 d、28 d抗折强度、抗压强度和粘结强度达到最大值,此时工作性能也较优。当石粉替代率不大于15%时,其对粘结砂浆微细观结构的影响以填充效应和晶核效应为主,可有效改善砂浆内部密实度,且有利于内部孔结构向少害孔和无害孔发展;当石粉替代率为15%时,H_(2)O、OH^(-)、CO_(3)^(2-)等特征振动峰强度最高,即此时内部水化最为充分;当石粉替代率超过15%时,石粉对粘结砂浆工作性能、力学性能和微细观结构均产生不利的影响。

考虑水化度影响的大体积混凝土温度场分析

为了研究大体积混凝土在水化度影响下的水化热过程,通过试验的方式浇筑了1 m×1 m×1 m的模型,并通过埋设传感器的方式得到了大体积混凝土试块各测点24 d的实测温度。同时利用ABAQUS软件模拟考虑水化度影响与未考虑水化度影响的两种热学模型,并将实测值与模拟值进行对比分析。结果表明,考虑水化度情况下得到的模拟值与实际情况更为接近,而常规方法得到的计算值与实际温度值最大差值为7.1℃,并且到达最高点的时间与实际相比最长延迟0.8 d。在水化度作用影响混凝土水化热模型的基础上,以竖向中心测点为研究对象提出了竖向温差预测方法。并利用响应面法得到了竖向温差与入模温度、环境温度及保温层厚度的关系。结果表明,保温层厚度10 mm、入模温度10℃时的竖向温差最大值要比保温层厚度2 mm、入模温度30℃时降低8.04℃。

基于PSO‑BPNN模型的氯氧镁水泥混凝土耐水性预测

为快速准确地获得具有优异耐水性氯氧镁水泥混凝土(MOCC)的配合比,设计了拓扑结构为4‑10‑2的粒子群优化(PSO)算法-反向传播(BP)神经网络(PSO‑BPNN)模型.该模型的输入层参数为n(MgO)/n(MgCl_(2))、粉煤灰掺量、磷酸掺量和磷肥掺量,输出层参数为MOCC的抗压强度和软化系数;模型数据集为144组,其中训练集数据为100组,验证集数据为22组,测试集数据为22组.结果表明:PSO‑BPNN模型在MOCC抗压强度预测中的评价参数——决定系数R^(2)=0.99、平均绝对误差S_(MAE)=0.52、平均绝对误差百分比S_(MAPE)=1.11、均方根误差S_(RMSE)=0.73;其在软化系数预测中的评价参数——R^(2)=0.99、S_(MAE)=0.44、S_(MAPE)=1.29、S_(RMSE)=0.62;与BP神经网络(BPNN)模型相比,PSO‑BPNN模型具有更强的双参数预测能力,可用于MOCC配合比的正向设计和反向指导.

青稞秸秆灰改性氯氧镁水泥砂浆防护钢筋混凝土的损伤特性

为了探究青稞秸秆灰改性氯氧镁水泥砂浆防护混凝土的耐久性损伤特性及劣化规律,制备了不同防护层厚度的钢筋混凝土试件,通过在盐卤侵蚀环境下恒电流通电加速锈蚀试验对钢筋的锈蚀劣化进行了测试分析。采用混凝土裂缝缺陷探测仪对混凝土侵蚀过程中的裂缝开展情况进行监测,基于交流阻抗分析与极化曲线拟合所得电化学参数,用以表征混凝土内部钢筋的锈蚀劣化情况。采用Weibull分布函数建立了氯氧镁水泥砂浆防护混凝土的耐久性损伤劣化数值模型。结果表明,在盐卤侵蚀环境下掺入青稞秸秆灰的氯氧镁水泥砂浆防护钢筋混凝土在通电648 h后,钢筋的腐蚀电流密度仍小于0.2μA·cm^(-2),处于低锈蚀状态,锈蚀发展较为缓慢;Weibull分布函数可以有效地用于青稞秸秆灰改性的氯氧镁水泥砂浆防护混凝土中钢筋锈蚀劣化的损伤程度预测。

CTF增效剂提升混凝土抗冻性能研究

本工作以3%质量浓度的NaCl溶液为介质,进行混凝土抗冻性试验,通过超声波波速损失率(C_(n))、质量剥蚀量(M_(B))和溶液吸入率(W_(S))三种指标研究了CTF(Coal tar fuel)增效剂对混凝土抗冻性能的影响。同时,深入剖析了CTF增效剂对混凝土内部气孔结构的影响,并基于气孔分形模型,建立了分形维数(D)与超声波波速损失率(C_(n))的关系。结果表明:CTF增效剂能有效提升混凝土的抗冻性能,且当掺量为0.7%时提升效果最为显著。与普通混凝土相比,降低10%的水泥用量并掺加0.7%的CTF增效剂时,冻融循环100次后,混凝土超声波波速损失率(C_(n))较小,且质量剥蚀量(M_(B))降低了12.51%。此外,NaCl溶液吸入率(W_(S))降低了0.83%,内部直径规格小于100μm的气孔个数增加了180%,大于100μm的气孔个数减少了18.18%。

疏水性侵蚀抑制剂对水泥水化影响及作用机理分析

疏水性侵蚀抑制剂使混凝土具有优异疏水效果,抑制了侵蚀性环境中介质传输,然而其作用机制尚未明确。本文对水泥浆体在不同疏水性侵蚀抑制剂(CAHA)掺量下的水化行为进行了研究,探究了其对水泥水化放热、水化物相、表面接触角、抗压强度等性能的影响。研究结果表明,CAHA降低了水泥浆体第一水化放热峰并延缓水泥水化,在水化前期抑制了钙矾石和氢氧化钙的生成,这种抑制作用在高掺量下更为显著。CAHA一定程度上降低了砂浆早期抗压强度,对28 d抗压强度影响并不明显。CAHA显著降低砂浆吸水率并使其具有疏水性。通过比对,推荐CAHA最佳掺量为胶凝材料质量的6%,此时水泥砂浆抗压强度损失较小且抗侵蚀性能明显提升。

亚热带海洋全浸泡环境下钢筋混凝土劣化规律研究

针对亚热带海洋环境混凝土中钢筋锈蚀问题,通过模拟亚热带海洋环境,对不同强度等级和阻锈剂掺量的钢筋混凝土试件进行全浸泡侵蚀试验,利用电化学无损检测、氯离子含量测试,结合微观检测分析了钢筋混凝土的腐蚀劣化规律。研究结果表明:混凝土强度等级的提高和阻锈剂掺量的增加均能明显提升钢筋混凝土的耐腐蚀性能。其中,C30混凝土抗锈蚀性能最差,120 d时,腐蚀电流密度为0.118μA/cm^(2),极化电阻为220 kΩ·cm^(2),混凝土电阻为87.3 kΩ·cm^(2),钢筋-混凝土界面区转移电阻为77.3 kΩ·cm^(2),达到脱钝状态;混凝土强度等级提高至C50时,腐蚀电流密度减小了58.47%,极化电阻增加了3.82倍,混凝土电阻增加了44.56%;阻锈剂掺量为6 kg/m3时,腐蚀电流密度减小了47.45%,极化电阻增加了2.81倍,钢筋-混凝土界面区转移电阻增加了72.43%。

凝灰岩石粉在玻化微珠保温砂浆中的适用性研究

为明确凝灰岩石粉在玻化微珠保温砂浆中的适用性,选凝灰岩石粉作为掺料。通过用凝灰岩石粉代替部分水泥来制备保温砂浆,研究了骨胶比、石粉掺量对保温砂浆力学性能及微观形貌的影响规律。结果表明:由于骨胶比的增大,保温砂浆的稠度、干密度、抗压强度、导热系数和软化系数都出现了下降态势,保温效果增强;凝灰岩石粉掺量达到20%时,其保温砂浆的导热系数、干密度和压剪黏结强度值达到最低,仍满足GB/T 20473—2021《建筑保温砂浆》中规定值。因此推断,利用石粉替代部分水泥配制保温砂浆具有较高的可行性。

基于Weibull分布的不同冻融介质下再生骨料透水混凝土耐久性能研究

为探究不同环境下再生骨料透水混凝土(RPC)耐久性变化规律,以3种再生骨料替代率(0、30%、50%)和4种冻融介质(H 2O、3.5%NaCl、5%Na_(2)SO_(4)、3.5%NaCl+5%Na_(2)SO_(4))为变量进行冻融试验。定期测定RPC质量损失率和相对抗压强度损失率,对RPC取样并进行扫描电镜(SEM)分析,以冻融试验下RPC相对抗压强度损失率为依据,利用Weibull函数对RPC进行寿命预测。结果表明,同一环境下,RPC质量损失率和相对抗压强度损失率随着再生骨料替代率的增加而增加;同一再生骨料替代率下,3.5%NaCl、5%Na_(2)SO_(4)、3.5%NaCl+5%Na_(2)SO_(4)均加速RPC冻融破坏,3.5%NaCl+5%Na_(2)SO_(4)对RPC质量损失率和相对抗压强度损失率影响最严重。由SEM分析可知RPC内部孔隙和侵蚀产物数量均因循环次数和冻融介质的变化呈现明显的差异性,NaCl和Na_(2)SO_(4)对RPC侵蚀破坏起着相互促进的作用。由寿命预测结果可知,H 2O中RPC-0可靠度退化持续时间最长,即预测寿命最长,为4675 h左右,3.5%NaCl+5%Na_(2)SO_(4)溶液中RPC-50可靠度退化持续啥时间最短,为2200 h左右,表明NaCl和Na_(2)SO_(4)对RPC侵蚀作用较为严重。

碳化环境下多元胶凝体系钢筋混凝土电化学特性

为研究不同矿物掺合料钢筋混凝土碳化后的电化学特性,利用电化学工作站定期进行无损检测,通过极化曲线、交流阻抗图谱等电化学参数对碳化循环过程中钢筋混凝土微结构的变化进行分析.采用Kramers-Kronig转换对交流阻抗数据进行验证,选用合适的等效电路进行电化学参数拟合,并采用卡方检验验证参数拟合的吻合度.研究结果表明:等效电路R(QR)(QR)可以有效地对碳化环境下钢筋混凝土的电化学阻抗谱进行拟合,等效电路拟合卡方值建议不大于10-4数量级.碳化腐蚀环境下,随着碳化周期的增加,混凝土的电阻值呈现波动增加的趋势,钢筋电阻呈现波动减小趋势;极化曲线随着碳化周期的增加整体向腐蚀电流密度增大和负电位方向移动,在49 d时钢筋锈蚀程度从大到小依次为双掺体系、单掺体系、基准体系、三掺体系,且单掺和双掺体系混凝土接近中等腐蚀状态,基准和三掺体系混凝土还处于低等腐蚀状态.不同凝胶体系下,单掺和双掺体系钢筋混凝土对碳化腐蚀环境更加敏感,三掺体系则具有最佳的抗碳化性能.

生物质硅改性氯氧镁水泥的力学性能与孔隙特征

一定条件下煅烧及研磨处理制备的青稞秸秆灰(HBSA),是一种生物质硅源活性掺合料,对氯氧镁水泥(MOC)的力学性能会产生影响。为了研究HBSA掺入MOC中对其力学性能的影响规律,将不同HBSA掺量的MOC砂浆试件分别在干燥及饱水状态下进行抗折、抗压强度试验,采用强度损失率和软化系数来表征MOC在饱水状态下的力学性能损伤程度,并通过低场核磁共振技术和气体吸附法对MOC砂浆试样的孔隙结构进行测试与表征。研究结果表明,掺入5%HBSA的MOC在干燥及饱水状态下的抗折、抗压强度最大,掺入10%HBSA的MOC在饱水状态下的强度损失率最低、软化系数最高。当HBSA掺量为10%时,MOC的孔隙结构中有害孔和多害孔的比例显著减少、最可几孔径减小,优化了MOC的孔隙结构,增强了饱水状态下的力学性能。

新型生物质硅掺合料的活性及影响因素研究

为了解决废弃农作物青稞秸秆的资源处置问题,将废弃青稞秸秆在室外自然焚烧后再经过煅烧及研磨处理,从而制备成新型生物质硅掺合料。通过正交试验设计对青稞秸秆灰(HBSA)的制备条件及设计参数进行初步分析与二次验证;采用响应面优化分析方法建立响应面预测模型,对HBSA的制备条件进一步优化分析,从而验证正交试验结果的合理性;基于灰熵关联分析,确定了HBSA的活性影响因素的主次关系;采用多种微观测试技术对最优条件下制备的HBSA的微观结构进行测试分析,进而揭示HBSA能够作为活性掺合料的原因。结果表明,当二次煅烧温度为600℃、煅烧时间为2 h、研磨时间为2 h时,HBSA的活性最高,相对活性指数高达1.06。响应面优化方法能够有效用于HBSA的活性制备参数设计,响应面预测模型具有较高的预测精度,较好地验证了正交试验结果的准确性。煅烧温度的灰熵关联度最大,应作为HBSA制备过程中的首要控制因素。HBSA具有较细的粒度、较大的比表面积和较高的活性SiO_(2)含量,有效促进了HBSA的活性效应。

盐雾干湿循环作用下基于Wiener过程的钢筋混凝土劣化行为研究

针对西部盐渍土地区钢筋混凝土结构病害严重问题,通过盐雾与烘干相结合的方法模拟该地区大气环境,对钢筋混凝土进行室内加速腐蚀劣化试验。设置未掺矿物掺合料(P组)、单掺30%粉煤灰(PF组)、单掺30%矿粉(PS组)及15%粉煤灰与15%矿粉复掺(PFS组)4个配合比,采用混凝土相对动弹性模量(Er)和钢筋腐蚀电流密度(icorr)作为性能劣化指标,分别表征钢筋混凝土保护层及内部钢筋在盐雾干湿循环环境下的劣化规律及矿物掺合料掺量、种类对其劣化行为的影响作用。基于钢筋混凝土性能劣化规律研究结果,结合Wiener随机过程对其性能劣化全过程进行描述,并进行可靠性分析。研究结果表明:在盐雾干湿循环作用下,钢筋混凝土内部钢筋及外部混凝土保护层的耐腐蚀性呈现出先强化后劣化的变化趋势,活性矿物掺合料的掺入可以有效抑制其腐蚀劣化速度,其大小关系为:PS>PFS>PF>P;icorr增量与Er增量随时间的变化规律均服从正态分布,即Wiener随机过程可有效描述盐雾干湿循环作用下钢筋混凝土性能劣化全过程;P组可靠度在200 d左右接近于0,而PS组可靠度在400 d左右接近于0,与试验测试结果相吻合。研究结果可为西部盐渍土地区钢筋混凝土结构耐久性设计及低碳长效运维提供理论支撑。

盐渍土环境下钢筋混凝土腐蚀劣化行为及竞争失效分析

针对西部盐渍土地区钢筋混凝土结构病害严重问题,本工作以格尔木重盐渍土地区土样作为电解质代替传统盐溶液模拟盐渍土地区实际腐蚀环境,进行通电加速腐蚀试验;通过电化学参数、损伤度、质量损失率及腐蚀开裂形貌观测,评价盐渍土环境钢筋混凝土的腐蚀劣化行为;选取钢筋混凝土性能劣化有效评价指标,基于Weibull分布参数估计建立钢筋混凝土在盐渍土环境下的劣化模型,进行竞争失效分析。结果表明:随着通电时间的延长,钢筋混凝土内部钢筋腐蚀倾向逐渐增大,从钝化状态转变为腐蚀活化状态,并逐渐达到高等腐蚀速率状态;腐蚀电流密度和混凝土损伤度可作为钢筋混凝土性能劣化的有效评价指标,且其随时间的变化规律均符合Weibull分布函数;在盐渍土环境,钢筋腐蚀破坏为钢筋混凝土结构前期劣化的主导因素,而混凝土损伤则为钢筋混凝土后期劣化的主导因素。

复掺青稞秸秆灰-矿粉混凝土的性能与影响机理研究

为了探究青稞秸秆灰(HBSA)和矿粉(SP)复掺对普通C40混凝土性能的影响,首先,对不同HBSA和SP掺量的混凝土进行物理和力学性能试验,确定HBSA和SP的最佳掺量。其次,采用低场核磁共振技术(NMR)和气体吸附技术对混凝土的孔隙结构进行分析。最后,采用微观测试技术对混凝土的水化产物及微观结构进行表征,进而揭示HBSA和SP对混凝土性能产生影响的作用机理。研究结果表明:HBSA和SP的掺入可以有效改善混凝土的物理和力学性能。复掺10%(质量分数,下同)的HBSA和20%的SP的混凝土表观干密度最大,吸水率和开口孔隙率最小,抗压强度和劈裂抗拉强度最大,混凝土的物理力学性能最优。建议将HBSA和SP的复掺量控制在30%左右,且不宜超过40%。复掺10%HBSA和20%SP的混凝土有害孔、多害孔的孔隙率减小了0.47%,无害孔、少害孔的孔隙率增加了0.27%,总的孔隙率减小了0.2%;微小孔隙数量增加,最可几孔径减小,孔隙结构得到优化。复掺10%HBSA和20%SP的混凝土水化产物中钙矾石(AFt)和氢氧化钙的质量更小,水化硅酸钙(C-S-H)和水化硅铝酸钙(C-A-S-H)质量更大,有效填充了混凝土中的较大孔隙,增强了混凝土结构的密实性,抑制了AFt的生长,提高了混凝土的力学性能。复掺HBSA和SP时,混凝土的开口孔隙率和吸水率比单掺最优HBSA掺量时的更小,劈裂抗拉强度更大。