硫酸盐对混凝土侵蚀过程的细观数值分析

硫酸盐侵蚀作为混凝土耐久性损伤的一个重要方面,日益受到人们的普遍关注。根据Fick第二定律和化学反应动力方程,建立了细观层面硫酸盐对混凝土侵蚀过程的数值分析方法。以混凝土随机凸多边形骨料模型为基础,利用Matlab程序对有限元软件进行二次开发,建立了基于扩散-化学反应的硫酸盐对混凝土侵蚀过程的细观数值分析方法,并与试验结果进行了对比。结果表明:硫酸盐侵蚀过程细观数值方法得到的模拟结果与试验结果吻合较好,可以有效模拟硫酸盐对混凝土的侵蚀过程;距混凝土表面一定深度范围内,SO_(4)^(2-)浓度随表面SO_(4)^(2-)浓度的提高而增加;砂浆中SO_(4)^(2-)扩散系数是影响混凝土内SO_(4)^(2-)最大侵蚀深度的主要因素;界面过渡区厚度对硫酸盐环境中混凝土损伤的影响较小。

上下双层浅圆仓中心卸料的动态效应分析

上下双层浅圆仓作为一种新型粮食储藏结构,既可以保证储粮品质,又具有节约用地、节能减碳、机械化程度高等优势。采用离散元与有限元结合的方法,构建了上下双层浅圆仓中心卸料过程粮食颗粒与仓壁之间动态响应的数值分析模型,利用实验与缩尺模型相结合的方法验证了缩尺方法的有效性;分别将缩尺模型数值分析与理论计算结果进行对比,验证了数值方法的可行性;进而对上下双层浅圆仓中心卸料过程粮食-仓体的相互作用进行了分析。结果表明:中心卸料过程中上下层均出现了侧压力突增和震荡的现象,且在越接近每层仓壁中间位置处,超压系数越大;粮食-仓体共同作用后上下层仓壁的应力均在距离仓壁底部1/4处达到最大。本文可为上下双层浅圆仓的结构设计提供技术支持,有利于其推广应用,具有重要的工程应用价值。

双层浅圆仓不同入风温度的粮堆温度场分析

建立半地下双层浅圆仓的数值模型,并对机械通风不同入风温度的粮堆温度场进行数值分析,研究在机械通风过程中半地下双层浅圆仓粮堆温度场的变化规律。结果表明:当吨粮通风量为8 m^(3)/h时,平均降温速度随入风温度降低而加快,整体粮堆的平均温度从初始30℃下降至20℃。当入风温度分别为17、15、13、11℃时,地上层通风时间分别需173、148、121、111 h,地下层通风时间分别需237、196、168、142 h。当通风稳定后,地上层粮堆平均温度分别为17.02、15.01、13.14、11.14℃,地下层粮堆平均温度分别为17.51、15.83、14.04、11.25℃,均趋近于入风温度,表明机械通风可有效降低粮堆温度,保证粮食安全。

半地下双层浅圆仓静态储粮温度场的数值分析

粮食温度是影响储粮安全的最重要因素之一,为揭示半地下双层浅圆仓的储粮温度场分布规律,本文建立了地上浅圆仓和地下仓的粮堆数学分析模型,并通过现场实验结果验证了模型的有效性。以此为基础建立了半地下双层浅圆仓数值模型,分析低温入粮后静态储藏1年期间的粮堆温度场变化规律。结果表明:半地下双层浅圆仓地上层靠近仓壁2 m内的粮温受外界气温影响变化明显,温度范围在10.62~27.37℃,地下层粮温常年处在准低温状态,平均温度不超过地下恒温区温度17℃;入冬时地上层粮堆在距仓壁1~3 m之间会短期形成一个热量聚集区,导致近仓壁处粮堆温差较大,随后外围区温度缓慢降低,形成“热心冷皮”;仓壁的保温隔热措施可有效减小气温对粮温的影响,地上层夏季最高粮温较未做保温的地上浅圆仓低3.86℃左右。研究结果可为半地下双层浅圆仓的推广应用提供技术支持。

受压混凝土中硫酸根离子的扩散与损伤机理分析

针对沿海、盐渍土环境下荷载和硫酸盐侵蚀的耦合作用对混凝土结构耐久性造成的损伤,提出了一种受压混凝土中硫酸根离子扩散的数值模型。首先,基于Fick第二定律,考虑应力和混凝土孔隙率之间的关系建立了荷载作用下混凝土内硫酸根离子的理论扩散模型;其次,通过自编程序构建包含水泥砂浆、界面过渡区和天然骨料的混凝土三相随机凸多边形骨料模型,从而实现了受压混凝土中硫酸根离子扩散的细观模拟;最后,通过与受压混凝土在硫酸盐溶液中全浸泡的实验结果对比分析,验证了理论模型和细观模型的有效性。进而对不同水灰比的受压混凝土试件在不同浓度硫酸盐溶液中的离子扩散与损伤过程进行了数值分析,分析结果表明:随着压应力水平的提高,同深度处硫酸根离子浓度逐渐减小;与压应力相比,侵蚀溶液浓度和水灰比对硫酸根离子扩散的影响更加明显;水灰比对压应力抑制离子扩散程度的影响要大于侵蚀溶液浓度;适当减小水灰比更有利于受压状态下的混凝土抵抗硫酸盐侵蚀。

强电场作用下早龄期混凝土的氯离子迁移特征

电化学除氯技术能有效降低混凝土结构中的有害氯离子,降低混凝土结构失效风险。采用强电场方式对混凝土结构进行电化学除氯,并在不同的早龄期时间介入40、80、120 min的强电场作用,测试了内部氯离子含量变化和分布特征,并对通电后养护28 d试件进行回弹强度试验。研究结果表明:早龄期介入强电场作用能显著提高除氯效率,达到相同除氯效果时的作业时间约为传统电化学方法的1/300;氯离子分布特征表明,自由氯离子分布较传统电化学参数作用时更均匀,结合氯离子仍然存在保护层中间堆积现象;强电场作用后进行标准养护,回弹测试结果表明,强电场对混凝土的保护层宏观强度无明显影响。

基于细观层次的再生混凝土抗压强度数值分析

针对再生混凝土细观结构组成复杂、具有高度的非均匀性的特性,利用Monte-Carlo原理建立了包含新、旧砂浆,新、旧界面过渡区及天然骨料等五相随机凸多边形骨料模型,结合混凝土塑性损伤模型进行单轴压缩模拟。在验证了所建模型合理性的基础上,研究了再生混凝土单轴受压的破坏机理,分析了再生混凝土的破坏与应力分布的关系,并调整相关参数,讨论了新、旧界面过渡区和新、旧砂浆性能对再生混凝土抗压强度的影响。结果表明:大粒径骨料及其形状对再生混凝土的破坏起关键作用;拉应力与切应力集中是其破坏的主要原因;细观上累积损伤形成了再生混凝土的宏观破坏;分析得到提升RAC抗压强度的优先级依次为新砂浆、旧砂浆、新界面过渡区、旧界面过渡区。

基于电吸附技术的海砂淡化效果试验研究

海砂淡化是有效利用海砂资源的关键,电吸附技术可以有效的吸附溶液中的氯离子。提出了基于电吸附技术的海砂淡化方法,可实现氯离子在阳极表面富集从而实现溶液的淡化。试验分别选取了碳纤维布、泡沫铝和泡沫镍作为电极材料,分析了不同电极材料下电吸附技术的除氯效果。结果表明:利用电吸附技术淡化海砂5次之后,3种电极材料均能使海砂中的氯离子含量降低至标准规范以下;联合泡沫铝和碳纤维布的除氯效果最佳,单独使用泡沫镍作为电极材料时除氯效果优于单独使用碳纤维布电极材料;电吸附法淡化海砂比水洗法淡化海砂,能节约用水65%以上。

基于PSO-SVR模型预测粮食孔隙率

利用自制粮食孔隙率测定仪,采用直接测量法对不同受压状态下的粮食单元体孔隙率进行测量,得到不同粮种、不同含水率和不同压力下的粮食单元体孔隙率。通过粒子群算法(PSO)优化支持向量回归(SVR),建立基于PSO-SVR粮食单元体孔隙率的预测模型,并与随机森林(RF)模型、SVR模型对比分析其性能。结果表明:PSO-SVR模型的各项性能指标均优于RF模型和SVR模型。PSO-SVR模型测试样本的均方误差(MSE)为0.0660、决定系数(R^(2))为0.9340、平均绝对误差(MAE)为0.2000,相较其他2种模型,该模型的预测结果误差小,具有较高的预测精度,可以有效预测粮食在不同压力下的孔隙率。

再生混凝土的配合比设计研究综述

混凝土是基础设施建设中使用最广泛的材料,从废弃混凝土中回收再生骨料制作混凝土,可以减少自然资源的消耗以及处理废弃混凝土带来的环境污染问题。本文阐述了再生混凝土配合比传统与人工智能设计方法的研究现状,对研究中使用的具有代表性的方法进行了整理归纳;针对两种方法的特点以及存在的问题进行总结,提出人工智能设计方法具有广阔的发展潜力与研究前景;同时,对基于人工智能的再生混凝土配合比设计方法进行了展望,可为进一步完善和发展再生混凝土配合比设计方法提供参考。

多重环境时间相似理论及其应用

为了有效地评估混凝土结构的耐久性,通过引入与研究对象具有相似环境条件且具有一定服役年限的第三方参照物,以经典的相似理论为基础,提出多重环境时间相似理论.该理论分析了混凝土结构在室内加速试验环境与现场自然环境条件下性能退化的时间相似关系,为利用室内试验结果对现场结构进行耐久性寿命预测和评估奠定了理论基础.多重环境时间相似理论不仅适用于混凝土结构耐久性评估,而且可以用于输电线路覆冰后的安全性、结构在地震作用下的动力响应、卫星在发射阶段的动力特性分析等.以沿海混凝土结构耐久性寿命预测为例介绍了多重环境时间相似理论的具体应用.

基于GA-BP神经网络的高性能混凝土抗压强度预测

抗压强度是衡量高性能混凝土(HPC)性能的关键指标。为精准预测其抗压强度,将BP神经网络与遗传算法(GA)相结合,利用181组数据对模型进行训练,并通过灰色关联分析(GRA)进行敏感性评估,构建了一种新型的GA-BP-GRA模型。研究表明:神经网络可以快速准确地预测HPC的抗压强度;与单一的神经网络模型相比,经过重组优化的新模型在预测抗压强度时具有更高的精准度,且预测结果的离散度更小;GRA能够有效分析HPC主要组成成分的敏感性。提出的GA-BP-GRA模型可以快速且精准地预测混凝土的抗压强度,从而节省试验时间、降低设计成本。

沿海混凝土结构耐久性现场试验方法的优选

为了有效地进行沿海混凝土结构的耐久性检测与评估,通过分析和对比目前国内外混凝土结构常见的耐久性检测方法,结合沿海混凝土结构的特点,提出了一种对沿海混凝土结构进行检测与评估的实用方法.该方法通过人工环境室内加速与现场取样检测、现场暴露试验等,建立人工气候环境与自然环境条件下混凝土结构性能劣化的相似关系,从而通过短期实验实现对新建或待建结构的耐久性评估与寿命预测.为今后对混凝土结构耐久性进行有效的评估提出了一种新的思路.并以一实际工程的耐久性试验方案为例,分析了该方法的具体实施过程.

沿海混凝土结构的现场暴露试验站设计

介绍沿海混凝土结构现场暴露试验站的选址原则和设计方法,并依此详细介绍某沿海现场暴露试验站的设计。现场暴露试验站选址原则的确立,为暴露试验站的设计提供了理论依据。

混凝土中氯离子渗透的试验与细观数值分析

采用试验研究与数值模拟相结合的方法,从细观角度研究了粗骨料含量、界面区和孔隙率等对混凝土中氯离子渗透性能的影响。通过氯离子扩散系数快速测定RCM试验和压汞试验,分析了不同粗骨料含量、水胶比、孔隙率与氯离子扩散系数的关系;通过编写程序建立混凝土细观随机骨料模型,进而对氯离子的扩散性能进行数值模拟,分析了粗骨料含量和界面区等细观参数对氯离子渗透扩散的影响。结果表明:数值模拟与试验结果吻合性较好,验证了细观数值模型的有效性;氯离子扩散系数随粗骨料含量的增加而降低;混凝土孔隙率随水胶比的增加而增大,进而增加混凝土的渗透性;混凝土的渗透性能随着界面区厚度和界面区扩散系数的增加而增大。

半地下双层浅圆仓施工过程中力学性能的数值分析

作为一种新仓型,半地下双层浅圆仓具有节约用地、节约能源、机械化程度高的优势,并可保证储粮品质。论文采用实体单元建立数值模型,根据场地地质条件与实际状态设置边界条件,构建了半地下双层浅圆仓的数值分析方法;经与地下粮仓的足尺试验结果进行对比,验证了数值模拟方法的可行性。通过对半地下双层浅圆仓施工过程中回填前后的受力性能进行分析,研究表明:仓底在回填前距锥底2/3处径向、环向应力达到峰值;首层仓壁在回填后距锥底1/3处径向、环向应力达到峰值。该研究可为半地下双层浅圆仓工程设计与施工提供理论支持。

地下混凝土筒仓仓壁力学性能工程试验与数值分析

地下粮仓可充分利用地下空间,具有较好的防火、防毒、防爆等性能,并能利用浅层地能实现准低温储粮,具有节能、低损、保证粮食品质的优点,对保障粮食安全及可持续发展意义重大。采用工程足尺试验与数值分析相结合的研究方法,对大型地下混凝土筒仓竣工验收前仓壁的力学性能进行研究,通过对比试验结果与数值模拟结果,验证数值分析方法的合理性与有效性,进而对仓壁在最不利荷载工况下的力学性能进行数值分析。结果表明:地下混凝土筒仓仓壁内力的数值模拟结果与试验结果吻合较好;由于仓壁较厚且与仓底和仓顶间接触部位刚度较大,导致仓壁内外侧径向应力表现出相反的变化规律;仓壁径向应力在仓壁底部位置处最高,环向应力在距仓壁顶部约2/3位置处最高;在最不利荷载工况下,仓壁径向应力和环向应力随深度表现出与实际工况下相似的变化规律,且相同深度下应力较大。

碳钢在海水全浸区腐蚀的研究进展

介绍了碳钢在海水全浸区的腐蚀机理,重点阐述了碳钢在海水全浸区腐蚀的试验研究和数值分析的研究进展及其取得的成果,总结了碳钢在海水全浸区腐蚀的影响因素,最后指出了碳钢在海水全浸区腐蚀的研究方向。

基于遗传算法的地下钢筋混凝土筒仓仓壁的结构优化

地下粮仓是一种节能、节地、无污染的新型储仓结构。通过引入改进的自适应遗传算法,分析了该遗传算法的实现过程,并对地下钢筋混凝土圆形筒仓仓壁进行了结构优化。研究表明:该遗传算法的收敛速度快,优化结果可信。

再生混凝土抗氯离子渗透的五相细观数值模拟

考虑到再生混凝土微细观结构的非均质性,建立了包括新、旧界面过渡区,新砂浆、旧粘结砂浆和天然骨料的再生混凝土五相模型。基于Monte Carlo理论,借助MATLAB软件平台开发了更贴近实际的再生混凝土凸多边形粗骨料分析模型。模型计算结果与试验结果相近,证明五相凸骨料细观模型能较好地预测再生混凝土中氯离子的渗透行为,进而定量分析了再生骨料混凝土特性因子对氯离子渗透的影响。研究结果表明:当再生粗骨料体积分数由0增至50%时,氯离子扩散系数和扩散深度分别增加102.0%和23.9%;当界面过渡区厚度从25μm扩大至100μm时,氯离子扩散深度和扩散系数分别增加13%和37.0%;当再生粗骨料含量较大时,旧粘结砂浆的增加会显著降低再生混凝土抗氯离子渗透性能,旧砂浆粘结率从0.1增加到0.4,氯离子扩散系数增加18.2%;新、旧界面过渡区和旧粘结砂浆是影响再生混凝土抗氯离子渗透能力的根本原因。