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.

碱激发和复合激发下建筑垃圾砖粉活性研究

为提高建筑垃圾废砖再生利用率,采用砂浆力学测试手段研究了建筑垃圾砖粉活性和碱激发、复合激发对建筑垃圾砖粉活性的影响,并借助扫描电镜和热分析方法对建筑垃圾砖粉、建筑垃圾复合粉体材料的颗粒形貌、水化产物组成等进行了研究。结果表明:建筑垃圾砖粉活性较小,当掺量大于20%时,砂浆强度随其掺量的增加直线下降;不同碱激发剂对建筑垃圾砖粉有不同的激发效果,Ca(OH)2激发效果最好,NaOH次之,Na2SiO3·9H2O激发效果最差;复合形成的建筑垃圾复合粉体材料具有较好的活性,当其掺量不超过40%时,砂浆28d抗压强度高达50 MPa。微观分析结果表明:建筑垃圾复合粉体材料比砖粉具有更好的颗粒级配,在其水化过程中降低了稳定性较差的Ca(OH)2含量,提高了水泥石密实度,是一种经济、环保的新材料。

建筑垃圾复合粉体材料对混凝土抗冻性能的影响

借助DSC-TG、扫描电镜和压汞实验,并结合混凝土宏观性能实验,研究了建筑垃圾复合粉体材料对C30混凝土力学强度及抗冻性能的影响机理。结果表明:建筑垃圾复合粉体材料掺量为30%时,C30混凝土强度及抗冻性能最优;中低盐溶液浓度时,试件更容易发生盐冻腐蚀破坏。建筑垃圾复合粉体材料由于其填充效应及火山灰效应减少了取向性较强的Ca(OH)_2含量,生成性能较优、微观结构较为致密的低碱度水化硅酸钙凝胶,使得混凝土内部较为致密,孔结构和孔级配趋向合理,宏观上表现为混凝土强度及抗冻性能的提高。

层间接触状态对桥面铺装结构力学响应的影响

为解决混凝土桥桥面铺装结构设计时对调平层与沥青铺装层层间真实接触状态考虑不足的问题,采用理论推导和室内试验相结合的方法,应用层间接触系数来评价不同层间处治措施下的层间接触状态,同时采用ANSYS软件对不同接触条件下的力学响应进行分析.结果表明,植石措施下的层间接触系数值最大,为0.607,这与其表面构造深度大有关;部分连续层间接触状态下沥青铺装结构的受力状态明显较完全连续接触条件恶化,以拉毛措施下的沥青铺装层剪应力为例,XY向、YZ向剪应力最大值分别为0.412 MPa和0.421 MPa,较完全连续条件下的0.195 MPa和0.222 MPa分别增加了111%和91%,说明以完全连续层间接触条件进行铺装结构设计是不合理的;四种混凝土表面处治措施下,各铺装层所受最大应力变化不大,但与完全连续状态相比,沥青铺装层的受力状况明显恶化,说明在铺筑实体工程时要尽可能增强调平层与沥青铺装层的层间接触状态.

基于正交试验的掺CWCPM的小型混凝土配合比优化设计

为提高建筑垃圾废砖再生利用率,将废旧粘土砖磨细成粉,并与其他工业废渣复合形成建筑垃圾复合粉体材料（Construction waste composite powder materials,以下简称CWCPM）。采用正交试验设计方法对掺CWCPM的C20~C30小型混凝土预制构件配合比进行试验研究,探讨水灰比、CWCPM掺量和砂率对混凝土工作性和力学性能的影响,并推荐了混凝土较优配合比。同时,借助XRD微观测试手段研究CWCPM对混凝土微观性能的影响。结果表明,水灰比仍是影响混凝土工作性与抗压强度的主要因素,其次为CWCPM掺量,砂率对混凝土各项性能的影响最小,CWCPM掺量对混凝土90d抗弯拉强度的影响最为显著。微观测试结果表明,CWCPM掺入后并未生成新的水化产物,但改变了水泥基材料的水化产物数量,进而影响混凝土的宏观性能。

建筑垃圾复合粉体材料对混凝土强度及抗渗性能的影响

为开辟建筑垃圾废砖块再生利用新途径,将建筑垃圾废砖块磨细并与其他工业废渣、激发剂复合形成建筑垃圾复合粉体材料。文章通过正交试验对掺建筑垃圾复合粉体材料的C30混凝土坍落度及力学性能进行研究,分析建筑垃圾复合粉体材料掺量对混凝土抗渗性能的影响;借助热重-差示扫描量热法(TG-DSC)、扫描电子显微镜(SEM)和压汞试验,对掺建筑垃圾复合粉体材料C30混凝土微观结构进行分析,研究该粉体材料对混凝土强度及抗渗性能改善的微观机理。结果表明:建筑垃圾复合粉体材料掺量和水灰比对混凝土坍落度及力学性能影响较大,合适掺量的该粉体材料可提高混凝土的强度和抗渗性能,最佳掺量为30%;建筑垃圾复合粉体材料改善了混凝土水化产物组成和内部孔结构,从而提高了混凝土强度及抗渗性能。

建筑垃圾复合粉体材料对水稳碎石基层力学与收缩性能的影响

为缓解半刚性基层开裂病害,对掺建筑垃圾复合粉体材料(CWCPM)的水稳碎石基层的强度和收缩性能进行了研究,并借助DSC-TG同步热分析手段,分析了CWCPM对水泥基材料微观机理的改善作用.结果表明:CWCPM提高了试件28 d无侧限抗压强度和90 d抗弯拉强度;除个别方案外,CWCPM的掺入提高了水稳碎石基层的收缩性能.CWCPM对水泥基材料微观机理的改善作用表现如下:CWCPM良好的填充效应提高了水泥基材料的密实度;各粉体材料间的叠加效应和火山灰效应改善了水泥基材料的水化产物组成,降低了稳定性较差的Ca(OH)2含量.

基于孔结构参数的掺CWCPM混凝土抗压强度预测模型的建立

为提高废旧粘土砖活性,将废砖破碎、粉磨后进行活性激发,制得建筑垃圾复合粉体材料(Construction waste composite powder materials,CWCPM)。为进一步研究CWCPM作为混凝土掺合料的可行性,首先研究不同因素对掺CWCPM混凝土抗压强度及孔结构参数的影响规律。然后,分析孔隙参数、孔径分布参数与抗压强度之间的关系。最后,基于多元回归理论,建立同时考虑孔隙参数与孔径分布参数的掺CWCPM的混凝土的抗压强度-孔结构关系模型。结果表明,CWCPM的掺入降低了混凝土7 d抗压强度。当CWCPM掺量不高于30%时,试件28 d强度高于基准试件,CWCPM可作为混凝土掺合料进行再生利用。总孔隙面积越大,总孔隙量、平均孔径和孔隙率越小,混凝土抗压强度越高。抗压强度与毛细孔及大孔数量均为负相关关系,而与凝胶孔及过渡孔含量之间未表现出显著的定量关系。考虑孔隙参数与孔径分布的抗压强度-孔结构模型可准确地预测掺CWCPM的混凝土的抗压强度。

建筑垃圾复合粉体材料对小型混凝土构件收缩性能和微观结构的影响

针对我国建筑垃圾堆积如山,再生利用率较低的现状,将建筑垃圾磨细砖粉与矿粉、粉煤灰和激发剂复合形成建筑垃圾复合粉体材料(以下简称CWCPM),从宏观和微观两方面研究了CWCPM对小型混凝土强度和收缩性能的影响。结果表明:掺CWCPM的混凝土具有较好的强度效应和收缩性能;当替代量小于30%时,混凝土早期强度有小幅度降低,而后期强度高于基准试样;60 d龄期时,CWCPM的掺入提高了混凝土的收缩性能,随其掺量的增加收缩系数先减小后增大。DSC-TG、压汞试验结果表明:孔隙率并不是影响混凝土性能的决定性因素,混凝土各项性能与其内部孔径分布有密不可分的关系;CWCPM良好的填充效应和火山灰效应改善了水泥水化产物组成和内部孔结构,提高了混凝土密实度。

相变材料在道路工程中的研究现状综述

相变材料是一种优良的潜热储能材料,其在航天、建筑和节能等领域应用广泛。然而,相变材料在道路工程中的应用尚处于初级阶段。对常用相变材料和复合相变材料合成方法、对相变材料的技术要求以及相变材料在沥青混合料和水泥混凝土中的研究现状进行了阐述,并提出了相变材料在道路工程中的发展方向。

工程教育认证背景下土木工程材料实验课程教学方法探索与改革

实验教学是工程教育认证重点关注的方向之一,土木工程材料实验课程是土木工程专业的一门核心课程。文章在分析土木工程材料实验课程教学现状及存在问题的基础上,基于工程教育认证理念,结合互联网+技术,从教学大纲、教学内容、教学方法与教学考核评价体系四方面提出土木工程材料实验课程教学方法的改革与创新方向,即基于工程认证理念完善教学大纲;考虑课程特点,优化实验项目,丰富实验内容;结合互联网+技术,对教学内容及方法进行改革创新;建立以学生为主体的过程考核评价体系。

掺CWCPM混凝土的冻融损伤机理及演化模型

建筑垃圾的大量堆积和冻融破坏作用导致的混凝土耐久性衰减是目前土木建筑工程领域面临的两大严峻挑战。为提高建筑垃圾再生利用率,并从本质上揭示掺建筑垃圾(废砖粉)复合粉体材料(CWCPM)混凝土的冻融损伤演化机理,采用室内加速试验和理论分析相结合的研究方法,分析不同因素对混凝土宏观抗冻性能劣化规律的影响,并采用多因素分析方法建立掺CWCPM混凝土的冻融损伤演化模型。借助微细观测试手段,分析冻融过程中掺CWCPM混凝土微观形貌及孔结构的损伤演化规律,揭示混凝土冻融损伤演化机理。结果表明:随水灰比、冻融循环次数的增加和盐溶液的加入,混凝土冻融损伤破坏程度增加;CWCPM的掺入提高了混凝土的抗冻性能,与基准试件相比,50次冻融循环后,掺30%CWCPM混凝土的单位面积剥蚀量降低27.1%,抗压强度提高6.2%;基于宏观试验结果建立的冻融损伤演化模型可较好地预测混凝土抗冻性能。由混凝土微细观试验结果可知,掺CWCPM混凝土的冻融损伤的实质是其内部微观结构逐渐松散、孔结构逐渐劣化的物理变化过程,是试件内部裂纹、孔隙等缺陷产生、扩展直至破坏的损伤积累过程。

掺CWCPM的砂浆强度灰色关联分析及预测模型的建立

为提高建筑垃圾砖粉活性,将其与粉煤灰、矿粉、激发剂复合形成建筑垃圾复合粉体材料(Construction waste composite powder materials,以下简称CWCPM)。从宏观和微观两方面研究了CWCPM对砂浆力学性能的影响,并采用灰色关联分析及多元回归分析理论,研究了水灰比、CWCPM掺量与砂浆强度的关联性,建立了砂浆抗压强度与水灰比、CWCPM掺量、龄期之间的定量关系模型。结果表明,CWCPM降低了砂浆早期强度,而其合理的颗粒级配及二次水化反应提高了砂浆后期强度;其中CWCPM掺量为抗压强度的准优因素,抗折强度受水灰比的影响较大;多元回归模型对砂浆抗压强度的预测精度较高,为CWCPM的有效利用提供了理论依据。

CWBP与CWCPM对水泥基材料微观结构与性能的影响

为开辟建筑垃圾废砖再生利用新途径,将建筑垃圾废砖磨细成粉,即建筑垃圾砖粉(CWBP),与其他工业废渣复合形成建筑垃圾复合粉体材料(CWCPM).借助XRD,DSC-TG,SEM及MIP微观测试手段,研究了CWBP与CWCPM对水泥基材料水化产物数量、微观形貌及其孔结构的影响.研究结果表明:CWBP颗粒级配及形貌较差,活性较低;CWCPM可充分发挥各组成材料间的叠加效应,粒径较小的颗粒可填充于水泥颗粒间,有利于胶凝体系形成紧密堆积结构;CWCPM的二次水化反应降低了取向性较强、稳定性较差的Ca(OH)2含量,改善了水泥基材料内部微观形貌,细化了混凝土孔结构,可有效改善混凝土孔径分布.

基于综合性能的桥面铺装防水黏结层灰靶决策

针对混凝土桥桥面铺装防水黏结层材料的合理选择问题,采用能表征其真实工作状态的路用性能测试方法,对4种常用的防水黏结层材料进行了路用性能测试,并结合经济指标,利用混合型多指标灰靶决策模型对桥面铺装防水黏结层材料进行了优选.结果表明:温度和水是影响防水黏结层材料黏结强度的重要因素,二者耦合作用时,影响更为显著;防水黏结层材料的设置可以显著提高铺装结构的疲劳寿命,使用SBS改性沥青的组合结构抗疲劳性能最优;SBS改性沥青同步碎石防水黏结层材料的灰靶决策综合效用最优,推荐其作为混凝土桥桥面铺装防水黏结层材料.

盐冻耦合作用对掺CWCPM混凝土性能的影响及其机理分析

为研究建筑垃圾复合粉体材料(CWCPM)掺量、水灰比对小型混凝土预制构件抗冻性能的影响以及小型混凝土预制构件在不同盐溶液质量分数下的冻融损伤规律,借助XRD和压汞试验,对CWCPM改善混凝土抗冻性能的微观机理进行分析.分析结果表明:CWCPM提高了混凝土的抗冻性能,且存在最佳掺量30%;盐冻耦合作用加剧了混凝土的冻融破坏,存在最不利盐溶液质量分数3.5%;CWCPM的掺入降低了混凝土内部Ca(OH)2的含量,改善了混凝土水化产物组成细化了混凝土内部孔结构,降低了孔隙水的渗透和结冰速率,减小了孔隙内部静水压力和渗透压,宏观上表现为抗冻性能得到提高.

建筑垃圾砖粉颗粒特征与砂浆强度灰熵分析

建筑垃圾的高效、高值再生利用是目前工程上面临的严峻挑战。为进一步提高建筑垃圾红砖高值、高效再生利用率,在分析建筑垃圾红砖粉(以下简称砖粉)掺量、细度与砖粉-硅灰复掺对砂浆强度影响规律的基础上,基于灰熵分析方法评价砖粉颗粒分布特征对砂浆强度影响的显著性。结果表明,砖粉替代部分水泥后降低了砂浆早期强度,当替代量≤10%时,早期强度降低幅度不大,28 d强度有所提升;砖粉的颗粒参数及分布对砂浆强度有一定的影响,其中比表面积与<10μm粉体颗粒含量是影响砂浆强度的显著因素。为了进一步提高砖粉活性,进而提高其高值利用率,应尽量增加<40μm尤其是<10μm的颗粒含量,减少>60μm的颗粒含量。

建筑垃圾砖粉颗粒特征对胶凝材料体系密实填充效应的影响

利用Andreasen模型,研究了砖粉、硅灰对胶凝材料体系密实填充效应的影响,并基于微观结构,进一步分析了砖粉、硅灰对水泥基材料内部结构密实度的影响规律。研究表明,硅灰与较细砖粉的颗粒细度均小于水泥,主要表现为<20μm颗粒含量的增多及>40μm颗粒含量的降低。硅灰、较细砖粉可在一定程度上改善胶凝材料体系的密实填充性能,进而提高水泥基材料的宏观及微观性能。但是由于砖粉、硅灰颗粒级配不合理,导致水泥-砖粉、水泥-硅灰-砖粉颗粒在整个颗粒粒径范围内无法形成最紧密堆积。因此,在生产砖粉等建筑垃圾再生微粉时,应对砖粉等再生微粉的颗粒群分布进行控制,使胶凝材料体系形成最紧密堆积;较细砖粉及硅灰主要通过改善砂浆内部结构密实度、水化产物种类、数量以及界面过渡区结构进而改善性能。

盐渍土环境中钢筋混凝土基于Wiener随机过程寿命预测

针对西部盐渍土地区混凝土结构耐久性寿命较短的突出问题,将钢筋混凝土试件置于格尔木盐渍土地区进行现场埋置,每隔150 d定期搜集试件超声声速、质量及钢筋电阻等无损退化指标,通过动弹性模量评价参数ξa、质量评价参数ξb、钢筋未锈蚀评价参数ξc及SEM图像从宏观、微观两方面进行耐久性损伤劣化评价分析,选择Wiener随机过程建模并进行寿命预测,研究结果表明:在腐蚀离子及气候的综合作用下混凝土ξa及ξb值呈波动式变化,初期略有上升,中后期加速下降,ξa值对混凝土性能变化更敏感,钢筋ξc值基本呈直线下降。盐渍土中Cl^-、SO4^2-、CO3^2-等阴离子通过扩散、毛细吸附作用进入混凝土内部,与混凝土水化产物生成Friedel’s盐、硅灰石膏、钙矾石、石膏、碳酸钙等腐蚀膨胀晶体,从微观角度观察到混凝土中腐蚀产物呈棒状、杆状、纤维状、针状分布,钢筋锈蚀产物则呈颗粒状、团簇状堆积,且钢筋表面有蚀坑形成。Wiener随机过程模型可以很好地预测盐渍土环境中钢筋混凝土寿命,且混凝土和钢筋的寿命曲线均呈3阶段变化,其中,由质量和动弹性模量退化指标得到的混凝土寿命值高于由电阻退化指标得到的钢筋寿命,同时通过混凝土相对动弹性模量得到的寿命值低于相对质量退化指标得到的寿命值,以钢筋退化指标得到C35、C40、C45钢筋混凝土在格尔木盐渍土环境中的服役寿命分别约为4500 d、5000 d及5800 d。