基于响应面法的机制砂路面混凝土配合比优化及其性能研究

为实现多目标性能机制砂混凝土配合比设计,本文采用Box-Behnken响应面法进行试验设计,探究了石粉掺量、浆体体积分数及水胶比对机制砂路面混凝土性能(坍落度、28 d抗压强度和磨损量)的影响,并结合SEM和XRD对硬化浆体的微观结构进行了分析。结果表明,通过响应面法建立的回归模型能够精确预测各因素与性能之间的关系,精度达95%以上。在各因素中,水胶比对坍落度和抗压强度的影响最显著,而对磨损量的影响较小。经优化,得到最佳的机制砂路面混凝土配合比:水胶比0.36,浆体体积分数25%,石粉掺量10%(质量分数)。此外,掺量不超过10%的石粉改善了界面过渡区,有助于提升混凝土的力学性能。

生物炭混凝土生命周期CO_(2)排放评价

为评价生物炭混凝土的CO_(2)排放量,采用生命周期评价技术构建了生物质热解生产生物炭过程的碳排放计算模型、生物炭混凝土从原材料生产到混凝土拆除废弃阶段CO_(2)排放量化模型和生物炭混凝土服役期碳化-吸收模型,同时研究了生物炭按质量比例取代水泥对混凝土力学性能的影响。在此基础上,计算了1 m^(3)C30生物炭混凝土的CO_(2)排放量,并与普通C30混凝土CO_(2)排放量进行对比。结果表明:生物炭作为一种碳负性材料,其碳元素含量越高,CO_(2)减排效果越好;当生物炭取代率小于5.0%时,研磨后的超细炭颗粒可以充分发挥填充和内固化效应,有效地提高混凝土的力学性能;生物炭混凝土生命周期CO_(2)排放量随生物炭取代率的提高而降低,5%取代率的1 m^(3)木屑生物炭混凝土相比普通C30混凝土,可减排CO_(2)66.5 kg,减排率为20.7%;生物炭混凝土在服役期内因碳化吸收CO_(2)占总碳排放量的1.8%~2.5%,而拆除废弃阶段由于混凝土的比表面积呈指数增长,碳化吸收量需要进一步研究。

能源桩传热特性与热-力响应研究综述

能源桩将地源热泵系统与传统桩基结合,具有换热效率高、占用空间少和成本低等优点。梳理近年来关于能源桩的传热和承载性能两个方面的研究进展,分析能源桩传热性能的影响因素及机理、热—力耦合状态下的结构响应及传热、结构响应的数值模型。在此基础上,提出能源桩下一步的研究建议与展望。分析指出:螺旋形管体的换热面积最大,换热效率最佳;在循环剪切作用下,能源桩的桩—土界面侧摩阻力衰减,使桩基承载力不断弱化;此外,一个周期中的制冷/制热需求不均可能引起地表温度失衡,从而影响换热效率。能源桩的优化设计及长期服役的可靠性将是未来研究的重点。

湿热地区生物炭透水混凝土的热湿性能

透水混凝土因丰富的孔隙结构而具有良好的渗透和调湿性能,不仅能渗透降雨以减少地表径流,还能在内部截留一定的水分并通过水分蒸发降低表面温度。为提高透水混凝土的保水性以延长其降温效果,利用农业废弃物制成生物炭作为保水填料,并按照一定质量比取代水泥,制备出生物炭透水混凝土,分析生物炭对透水混凝土力学性能的影响,进而在最佳取代率下探讨生物炭对透水混凝土的热物参数和吸水蒸发降温性能的影响。结果表明:当生物炭取代率小于5.0%时,研磨后的超细炭颗粒可以充分发挥填充和内固化效应,有效提高透水混凝土的力学性能;生物炭的掺入对其发射率影响并不显著,但降低了反射率和导热系数;生物炭具有较高的比表面积和丰富的孔隙,添加到透水混凝土后能显著提高其毛细吸水能力和保水能力,而额外吸收的水分能有效降低其表面温度3~6℃,维持14~18 h的蒸发冷却效果。

混凝土内氯离子扩散影响因素的研究综述

随着建筑行业的迅速发展,钢筋混凝土结构得到了广泛应用。但钢筋混凝土结构长期处在氯盐环境中易发生钢筋腐蚀现象,从而降低结构的耐久性。因此,全面系统地认识混凝土内氯离子扩散的影响有助于解决结构氯盐侵蚀问题。氯离子在混凝土中的传输机制极其复杂,其中扩散是氯离子传输的主要机制。文章梳理了国内外近年来关于混凝土内氯离子扩散的研究进展,重点评述了混凝土内氯离子扩散的影响因素,笔者认为低水灰比、加入掺和料、适当增加保护层厚度、限制裂缝宽度等基本措施可以有效减缓钢筋腐蚀。若结构处于恶劣环境中,在采取基本措施的基础上,还需要进一步采取附加措施,主要包括添加缓蚀剂、进行表面涂层、电化学处理等。这些措施得到了一系列的理论及试验验证,为工程应用提供了可行性参考。

城市模型反射率测量方法与运用

介绍了一种测试城市模型反射率的试验方法。制作10个条形和十字形的城市模型进行测试,观测路面不同反射率对城市反射率的影响,并将实测模型反射率与ASTM E1918-06规范计算结果进行对比。研究发现：瞬时太阳辐射强度变化值在规范允许范围内,模型计算的反射率与ASTM E1918-06测量值的误差在0~0.1之间。当峡谷纵横比（建筑物高度与路面宽度之比）为1.0时,路面反射率从0.15提高到0.65,城市峡谷反射率增幅在0~0.30之间;提高路面反射率并不能有效提高城市峡谷反射率,尤其是纵横比较大的深峡谷。城市峡谷中的多重反射抑制城市反射率的提高。同时,反射路面将给行人增加额外的辐射通量,可能带来热不适感和眩光刺眼等问题。因此,应谨慎看待反射路面作为一个缓解城市热岛效应策略。

寒区路基遮阳的热流平衡模型及其应用

在路肩上铺设遮阳板是冷却多年冻土路基的一种重要工程措施,遮阳板上下表面及路肩的热流量控制其降温效果,但现有的研究大多分析实地遮阳板的降温效果以及遮阳板的设计参数。基于能量平衡原理,构建遮阳板与路肩的热流平衡理论模型并利用实测数据验证模型的准确性。经过对模型参数敏感性分析发现:减小遮阳板下表面热辐射系数可以有效地降低遮阳板到路肩表面的长波辐射量,从而降低路面温度。而增大遮阳板下表面的风速对减少路肩热吸收量的贡献很小。因此,减小板下表面的热辐射系数同时将遮阳板尽可能安设在接近路基表面的位置,此举既可以有效冷却路基又可以尽量避免遮阳板遭受风力破坏,有利于一步推广遮阳板的使用。

寒区路基反射率测量方法与实践

介绍一种测试寒区路基反射率的试验方法,测试路基模型的反射率,并将实测模型表面反射率与ASTME1918A规范计算结果进行对比。研究结果发现:ASTM-E1918A测试方法是该文中模型的一个特例。当太阳辐射瞬时强度值变化小于20 W/m^2时,模型计算的反射率与ASTM-E1918A测量值的偏差在0~0.2之间,因为ASTME1918A忽略云层变化引起的太阳辐射瞬时强度变化,因此ASTM-E1918A方法不适合在阴天多云条件下测量曲面的反射率,而该文的方法适用于任意气象条件下的路基表面反射率测量,既可满足实际测试和工程使用的要求,又可提高测量反射率精度。

生物炭掺入对水泥固化重金属离子的效果研究

生物炭作为新型吸附剂在工业废水处理领域受到关注,该材料因良好的孔隙结构和广泛的原料来源,展现出较好吸附性能和潜在经济实用价值。文章为了探讨生物炭水泥基复合材料固化处理废水中重金属离子的可能性,选择4种常见的农业废弃生物质制备出的生物炭以不同掺量(1%、3%、5%、8%)替代水泥制备出水泥净浆试块,研究了不同水泥生物炭配比下所制得水泥净浆试块的力学性能和重金属浸出毒性,试验结果表明:掺入1%的生物炭能提高水泥的强度约10%,掺量超过5%将降低其力学性能。掺入4种不同材料生物炭之后,水泥基材料对重金属离子的固化效果均得到明显增强,pH值较高的玉米棒生物炭具有更好的增强效果,固化率可达99%以上。

反射路面对城市峡谷反射率的影响

太阳辐射在城市峡谷内形成多重反射,加剧城市热岛效应。峡谷太阳辐射吸收量与城市结构、墙体和路面反射率及时间显著相关。建立城市峡谷反射率数值模型,评估提高路面反射率能否有效提高城市峡谷反射率,并探讨反射路面对邻近建筑墙体的反射与散射辐射的影响。通过现场观测数据验证数值模型的可靠性。研究结果表明:建筑物高度与路面宽度之比(纵横比)是城市峡谷反射率最关键的影响因素,当峡谷纵横比<1.0时,路面反射作用较为明显;而且,相对于冬季,夏季时峡谷内反射路面能向邻近建筑物反射更多的额外散射辐射,而峡谷走向对额外散射辐射的影响较小。当峡谷纵横比<1.0时,建议采用反射路面缓解城市热岛。

碎石层反射率模型及其运用研究

阴阳坡效应对寒区道路工程建设质量和后期运营养护都有十分重要的影响,因此对边坡稳定技术的研究和创新成为当下的热点。在碎块石护坡表面喷涂浅色材料或高反射材料,将提高路基边坡的反辐射能力,从而可以大幅度减小地表接收的净辐射和增强块碎石层的冷却效果。通过建立碎石粗糙表面能量吸收模型,推导出碎石粗糙表面的宏观反射率R与微观反射率r之间的关系。借助于图像处理分析方法,准确分析碎石和孔洞区域的面积,据此估算碎石层的反射率,并利用实测数据验证模型的可靠性。对模型参数进行分析发现:降低块石表面粗糙度和近地面空隙度有利于提高整个碎石层的反射率;碎石表面的粗糙度抑制了宏观反射率R的提高;涂料的最佳选择要根据碎石层粗糙程度决定,建议选择涂料反射率在0.4～0.6为宜。

深色有机掺合料加快尾矿泥浆排水蒸发研究

针对高含水率尾矿泥浆对坝体产生危害以及污染环境等问题,通过添加深色有机物掺合料改变泥浆表面对太阳辐射量的吸收来提高尾矿泥浆蒸发速率,实现加快尾矿泥浆蒸发固结的目的。选取木炭屑、草木灰2种常见的深色有机物作为掺合料,通过理论分析和试验观测对比天然尾矿泥浆表面水分蒸发固结过程发现:木炭屑和草木灰均能提高尾矿泥浆蒸发速率,比不加掺合料的天然泥浆蒸发完成时间分别提前了32 h和24 h,同时减少了残余含水率18.8%和16.5%;木炭屑和草木灰在尾矿泥浆表面吸收更多的太阳辐射,其底部温度比天然泥浆样品高出8~12℃,从而促进泥浆的水分蒸发。深色有机掺合料能提高尾矿泥浆的固结程度,大大降低尾矿泥浆流动性,从而提高尾矿库的安全性能,是一种潜在的绿色环保尾矿泥浆排水方法。

有限区域内测量粗糙表面反射率的新方法

介绍一种简单的新方法以实现对野外有限区域内粗糙表面反射率的测算,新方法的测量主要步骤有:1)在目标表面正上方约50 cm处正反安装2个太阳辐射仪;2)通过遮光罩限制下表面辐射仪接收到仅来自目标表面的反射量,并相应地记录入射太阳辐射和反射辐射;3)在目标区域表面上覆盖一张具有非选择性光谱且已知反射率的参照板,并记录入射太阳辐射和反射辐射。理论分析发现该方法可消除仪器阴影和周围环境变量的影响。对比ASTME1918-06规范计算结果表明新方法可通过测量有限范围内目标区域,如1 m^2正方形或直径1m等各种均质粗糙表面反射率并估算整体的反射率,具有操作简单、可靠、实用的特点。

新型截水砖制备及其蒸发降温效果研究

本研究设计出一种新型的截水砖,它既能在满足透水砖的最小透水系数的前提下,又可以充分利用多孔材料内部截留更多的水分供热天蒸发。与普通透水砖相比,新型截水砖具有毛细吸水作用强,截水量大,降温效果优等优点,在市政道路的有广泛的应用前景。

角钢约束混凝土中长柱轴压力学性能试验及承载力计算

为了研究角钢约束混凝土中长柱在轴压荷载作用下的力学性能,以长细比、缀板间距、混凝土强度等级为变化参数,完成了8个试件的静力加载试验。通过试验观察了试件的破坏形态,获取了其极限承载力、刚度、位移延性和耗能系数等力学性能指标;分析了各变化参数对力学性能指标的影响,利用统一强度理论、极限理论和叠加理论对试件的承载力进行计算。研究结果表明:长细比越小越容易发生柱端破坏,长细比加大后易发生柱中破坏;减小缀板间距,试件的极限承载力和变形能力均得到提高。随着混凝土强度等级的提高,试件的极限承载能力和初始弹性刚度得以提高,但位移延性和耗能能力有所降低。采用统一强度理论的计算值略大于试验值,采用极限分析理论和叠加理论的计算值均小于试验值。

生物炭的理化特性及在建筑材料领域的研究进展

生物炭被认为是1种环保再生型的功能材料.因其独特的理化性质被广泛应用在建筑材料领域,其中包括替代水泥作掺合料、沥青改性剂、保水性介质、墙体功能材料和植被基质等方面应用.为促进对生物质废弃物的资源化利用,笔者归纳了近10 a来关于BC理化性质的相关文献,重点评述了BC在建筑材料领域的研究进展.结果表明:生物质原料各自独有的特性是造成BC理化性质差别的根本原因,生物炭制备工艺对生物炭特性具有显著性影响,这些性能差异进而又反过来影响水泥基复合材料和沥青等产品的各项综合性能.BC的各项理化性质并不是孤立存在的,笔者建议在今后的研究工作中应尽快完善生物质炭相关的标准和数据库,便于根据实际功能要求筛选出匹配的BC制品,同时注重加强BC在各类建筑材料中作用机理和长期耐久性等方面研究.

冻土路基块(碎)石层反射率测量及应用

通过测量平均粒径为1,2,3和5 cm的天然碎石层的反射率,以揭示影响碎石层反射率的主控因子。为了提高碎石层的反射率,将不同粒径骨料均匀涂上高反射率材料,并将实测碎石层表面的反射率与采用ASTM E1918A规范计算结果进行对比。研究发现:ASTM E1918A规范计算值是文中模型的一个特例。当太阳辐射瞬时强度值变化小于20 W/m2,模型计算的反射率与ASTM E1918A计算值的偏差在0.00~0.03。由于碎石层表面粗糙度,其反射率总比新鲜碎石平面的反射率低0.10~0.25,且随着骨料粒径的增大,天然碎石层的反射率逐渐降低。因为从表面散射反射的光子重新回到表面的概率增大,加剧了碎石孔隙间的多重反射,从而降低了反射率。经喷涂高反射率材料后,可将碎石层反射率从0.262提高至0.433,提高幅度在0.10~0.20。提高碎块路基的反射率可以有效地降低路基边坡温度,有利于保护冻土路基的稳定性。