PE纤维与细橡胶颗粒对泡沫混凝土弯曲韧性的影响

研究了聚乙烯(PE)纤维及其与细橡胶颗粒复掺对泡沫混凝土弯曲破坏模式、峰值强度、能量吸收特性和弯曲韧性的影响,并结合孔结构分析和微观形貌观察探究了其作用机理.结果表明:PE纤维使泡沫混凝土出现多缝开裂模式,显著提升了其峰值强度、能量吸收能力和弯曲韧性;复掺细橡胶颗粒可以进一步提升泡沫混凝土试件的比能量吸收和弯曲韧性;掺入PE纤维可以降低泡沫混凝土的平均孔径;复掺细橡胶颗粒导致泡沫混凝土试件的平均孔径增大,联通孔增多,对其峰值强度有不利影响;PE纤维及细橡胶颗粒提升泡沫混凝土弯曲韧性的主要原因在于其削弱了裂纹尖端的应力集中,同时增强了能量耗散作用.

再生微粉性能激活研究及应用进展

再生微粉是以混凝土、砖瓦等为主要成分的建筑垃圾制备再生骨料过程中产生的粒径小于75μm的颗粒,其主要化学组成与粉煤灰类似,具有一定的潜在活性。将再生微粉作为掺合料使用,可减少对原材料的需求,减轻对环境的污染,实现资源的循环利用。再生微粉具有组成复杂、需水量大、活性指数低等特点,直接作为掺合料使用不利于砂浆或混凝土的性能,但再生微粉中SiO_(2)、CaO和Al_(2)O_(3)含量均较高,具有较好的活性潜质,经过适当的技术处理后可以有效激发其活性,提高利用效率。目前再生微粉主要激活方式有物理激活、化学激活和热激活。热激活可以燃尽再生微粉中的有机物杂质,改变部分物质组成,从而激发其活性;物理激活通过机械力增大了再生微粉的比表面积,从而提高了再生微粉活性;化学激活主要通过加入碱性激发剂等提供碱性环境或提供可参与反应的离子,从而促进水化程度提高再生微粉活性。相关学者对再生微粉的活性激发方法及其在砂浆和混凝土中的应用进行了深入研究,这对再生微粉的应用具有积极作用。本文基于已有文献资料,对再生微粉的物理性能、化学组成、激活方式、激活机理及应用现状进行了综合评述,分析了目前再生微粉研究存在的问题并展望了其应用前景,以期为再生微粉的高品质利用提供研究基础。

自密实混凝土性能劣化对CRTS Ⅲ型板式轨道荷载效应的影响

充填层是CRTS Ⅲ型板式轨道的核心部件,由于板式轨道是典型的“三明治”结构,充填层易受环境的影响而出现性能劣化,从而对轨道结构不利。为探究充填层自密实混凝土性能劣化对板式轨道荷载效应的影响,采用ABAQUS软件并结合已有的充填层混凝土损伤研究结果,建立充填层整体损伤工况和更接近实际使用情况的充填层梯度损伤工况的轨道结构有限元模型,计算轨道结构在不同工况的列车荷载和温度荷载下,轨道板、充填层和底座板的应力与位移变化情况,分析充填层疲劳损伤对轨道结构整体性能的影响。结果表明,充填层混凝土的整体损伤将导致充填层刚度显著下降,在列车和温度荷载下,轨道板和充填层组成的复合板易出现各方向的位移,使轨道结构出现局部磨耗增加和轨道不平顺等现象;充填层受荷时各向应力均大幅减小,轨道板的总体应力上升且易出现应力集中,底座板应力相较于其上部结构受充填层性能变化的影响较小。充填层出现四周梯度损伤时,不同荷载作用下,从损伤区至未损伤区应力和位移表现为连续变化,未出现明显的应力集中和应力突变;不同荷载作用下,轨道结构出现损伤的区域应力明显下降,但未发生损伤的板中部区域应力上升,加速了板中部区域的动载疲劳效应,间接增加了轨道结构的疲劳损伤。

粗骨料形态特征表征参数及其与混凝土性能关系的研究进展

粗骨料在混凝土中起骨架作用,是制备混凝土的重要原材料。粗骨料的形态特征直接影响混凝土中骨料间的堆积状态、排列方式、接触形式以及粗骨料与水泥砂浆的粘结性能,从而对混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能造成显著影响。近年来,随着天然砂石资源逐渐稀缺,再生粗骨料和珊瑚粗骨料等绿色环保骨料逐渐用于混凝土中,但不同种类粗骨料之间的形态特征往往差异较大。因此建立粗骨料的形态特征表征体系以及明确其与混凝土性能之间的关系,有助于实现粗骨料的高品质利用以及混凝土配合比的优化及性能提升。本文基于粗骨料的形状、棱角和表面质地等形态特征,系统总结了粗骨料形态特征的表征参数及参数测量方法,对目前所采用的粗骨料形态特征的数值分析、重构方法及其适用范围进行了分析,最后讨论了粗骨料形态特征参数与混凝土性能之间的定量关系,并基于以上分析,提出了需要进一步研究的内容。

多重谐振水泥基声子晶体带隙特性研究

为了拓宽混凝土超材料弹性波衰减带的范围,本工作基于局域共振理论提出了一种多重谐振水泥基声子晶体。利用有限元方法,计算了多重谐振水泥基声子晶体的能带结构、本征模态和衰减特性,研究了带隙产生机理和影响因素,根据质量-弹簧系统推导了带隙估计式,分析了混凝土超材料充填层结构的减振性能。结果表明:多重谐振水泥基声子晶体在1~400 Hz频段内具有两个带隙,其中带隙的起始和截止频率由散射体Ⅰ、散射体Ⅱ和水泥砂浆基体的振动模式决定;包裹层的弹性模量、泊松比以及厚度是影响带隙的主要因素;由多重谐振水泥基声子晶体组成的混凝土超材料充填层结构在1~400 Hz频段内的加速度级均小于普通自密实混凝土充填层结构,特别是在带隙频段范围内振动降低了6~9 dB。

蒸养条件下机制砂混凝土的力学性能及干缩性能

为推动机制砂在预制混凝土构件中的应用,实现机制砂在建筑行业的更广阔应用,进而有效减缓天然砂资源短缺的问题,通过混凝土抗压强度、动弹性模量和干燥收缩试验等宏观性能测试和扫描电镜测试、压汞测试及显微硬度测试等微观测试方法,探讨养护条件和砂型对混凝土力学性能及干缩性能的影响规律及相应机理。试验结果表明:无论采用河砂还是机制砂,蒸养混凝土相较标养混凝土具有更高的早期力学性能和更低的干燥收缩,但高温导致水化产物分布不均,阻碍了后续的水化反应,使其后期力学性能出现不同程度的劣化。结合微观测试结果可知,孔径粗化、界面过渡区间隙增大和水化产物结构疏松是造成蒸养混凝土后期性能劣化的主要原因,但采用机制砂替代河砂能有效减弱蒸养热伤损效应产生的劣化影响。此外,蒸养机制砂混凝土相较蒸养河砂混凝土具有更高的力学性能和更优的微观结构,具体表现为:蒸养机制砂混凝土孔结构更加细化,界面过渡区间隙更小,同时基体显微硬度均值更高,整体密实度更高。但小于50 nm毛细孔增加将导致蒸养机制砂混凝土干缩变形增大。基于GL 2000收缩模型,通过引入考虑机制砂的影响因子,建立了蒸养机制砂混凝土干燥收缩预测模型,可较准确且有效地进行蒸养机制砂混凝土的干燥收缩预测。

陶粒对SC-SCC黏结界面劈裂破坏特性的影响

基于劈裂试验,研究了陶粒对蒸养混凝土(SC)-自密实混凝土(SCC)黏结界面力学特性的影响.结果表明:陶粒能提高SC-SCC黏结界面的劈裂抗拉强度,增加黏结界面的张开位移值,提升黏结界面的延性;黏结界面应力-应变曲线可分为线性发展阶段、塑性发展阶段和失效破坏阶段;双参数Weibull分布模型可较好地模拟黏结界面应力-应变曲线的上升段,当黏结界面的陶粒引入量低于4 kg/m2时,黏结界面损伤变量的演化进程被有效减缓.

基于能量转化原理的地铁板式轨道自密实混凝土本构行为

为了掌握地铁板式轨道充填层自密实混凝土(self-compacting concrete,SCC)在车辆荷载作用下的本构行为,通过对SCC进行单轴抗压试验,研究了不同应变率、橡胶掺量和尺寸对力学性能和能量演化规律的影响,建立了SCC的本构模型。结果表明:峰值应力的应变率敏感系数绝对值最大,弹性模量次之,峰值应变最小;橡胶延缓了能量的早期增长,而在峰值应力之后,橡胶则阻碍了弹性应变能的耗散,延长了总应变能和耗散能的快速增长;应变率越大,总应变能和耗散能增长越快,弹性应变能在峰值应力前的积累速率越快,峰值应力后的释放速率越快;建立的本构模型可以用于描述SCC在不同应变率条件下的应力-应变关系。

强紫外线辐射环境对水泥石干缩变形的影响及其机理

为了掌握强紫外线辐射环境下水泥基材料体积稳定性的演变规律,确保服役于强辐射地区的水泥基材料性能的稳定性,通过硬化水泥浆体干燥收缩试验,研究标准干燥环境和强紫外线辐射环境下硬化水泥浆体的干缩变形和质量损失的演化规律。结合热重分析(TG)和汞孔隙率(MIP)测试方法,探讨强紫外线辐射环境对硬化水泥浆体的干燥收缩的影响机理。同时,基于减缩剂的减缩机理,探讨其在强紫外线辐射环境下的作用效果。研究结果表明:相较于标准干燥环境,强紫外线辐射环境显著增加水泥石的干燥收缩和质量损失,降低水泥水化程度,从而使水泥石的孔隙结构粗化。掺入减缩剂可以降低水泥石的介孔率(<50 nm),有效降低强紫外线辐射环境下水泥石的干燥收缩。此外,在强紫外线辐射环境下,减缩剂的掺入会进一步降低孔隙溶液的表面张力,增强减缩剂的减缩效果。值得注意的是,当减缩剂掺量为1%时,强紫外线辐射对减缩剂效果的增强作用最为显著。当掺量进一步增加时,这种增强作用将受到限制。研究结果厘清了强紫外线辐射环境下的水泥基材料变形规律,为服役于类似环境的水泥基材料体积稳定调控提供技术依据。

沸石粉水泥砂浆早期力学性能改善及机理研究

为了降低大掺量沸石粉对早期强度的削弱作用,进一步提高沸石粉在水泥基材料中作用效率,促进其在水泥基材料中的应用,通过设计系列试验,探究交流电场直接养护(electric curing,EC)、无机系早强剂(硫酸钠、硅酸钠)及二者共同作用下沸石粉掺量对砂浆强度的影响规律,并通过水化放热和孔结构测试分析,探讨其相应机理。通过测试28 d水泥砂浆抗压强度评估直接电养护、早强剂及2种方法耦合对后期强度的影响。研究结果表明:砂浆强度随沸石粉掺量呈现出先增加而后降低的规律,掺10%沸石粉砂浆的1 d、28 d抗压强度相较于基准砂浆分别约提高了19%、8%。直接电养护和早强剂硫酸钠均能显著提高掺沸石粉水泥砂浆的早期强度,直接电养护的改善效果略低于硫酸钠;在电养护与硫酸钠共同作用下,能进一步提升较高沸石粉掺量砂浆的强度,沸石粉掺量30%时,试件1 d抗压强度最高可提高达25%。水化热结果显示,随着沸石粉掺量的增加,浆体72 h累计水化放热出现不同程度的降低,沸石粉可在一定程度上促进水化,沸石粉与硫酸钠共同作用可明显提高体系水化放热速率和放热量。掺入沸石粉对体系孔隙有一定细化作用,直接电养护的试件28 d龄期累计孔隙含量稍高于标准养护。本研究可为改善大掺量沸石粉水泥砂浆早期力学性能提供思路,对促进沸石粉在水泥混凝土中的应用具有重要意义。

交流电场养护对水泥浆体性能的影响

交流电场养护是一种绿色、可智能调控水泥基材料温度的快速养护方式。为研究交流电场对水泥浆体性能的影响,测试了水泥净浆试件在养护电压、试件长度、截面面积和水灰比4个影响因素作用下的温度变化,并测试了不同峰值温度条件下试件的力学性能。通过MIP测试的试件微观孔隙结构分析了峰值温度对孔隙结构的影响,讨论了交流电场能耗和电功率对峰值温度的影响。结果表明:交流电场的施加提高了水泥浆体的峰值温度和升温速率。各因素对试件峰值温度的影响由大到小依次是电压、试件长度、试件截面面积、试件水灰比。试件的抗压强度随着峰值温度的增加先上升后下降。这可能是由于试件峰值温度的提升会加速水泥的水化和产物的形成,密实了样品的孔结构,进而提升试件早期力学性能。但过高的温度也会导致试件产生热伤损,不利于微结构与性能的发展。此外,发现单位体积能耗和电功率与试件峰值温度成线性关系。

活性粉末混凝土的性能与微细观结构

研究了活性粉末混凝土(reactive powder concrete,RPC)的强度、动弹模量、气体渗透性、碳化以及长期热处理条件下的膨胀性等宏观性能.用压汞测孔仪、扫描电镜等现代微观手段分别研究了RPC的孔结构及微观形貌.分析了RPC的性能与微细观结构之间的相互关系,提出了相应的细观结构模型.结果表明:RPC具有非常低的孔隙率,其气体渗透系数比传统混凝土的低1～2个数量级.经过21 d热处理后,其试样长度基本不产生膨胀.RPC优异的宏观性能得益于其致密、均匀的内部微观结构.

集料对活性粉末混凝土力学性能的影响

分析了水泥基材料中集料相与基体相性能匹配性对其力学性能的影响规律,探讨了集料相与基体相之间的协同作用;试验研究了集料最大粒径、集料含量对抗压强度达200MPa的活性粉末混凝土强度、动弹模量等力学性能的影响;分析了活性粉末混凝土集料相与基体相的相互作用.

混凝土矿物掺合料的强度效应研究

矿物掺合料对混凝土具有重要的强度效应 .本文认为掺有矿物掺合料的混凝土复合材料的强度由水泥混凝土基体 (水泥浆体和砂石集料 )产生的强度和矿物掺合料的物理和化学两方面效应对强度的贡献两部分构成 ,据此提出了全面估算混凝土矿物掺合料强度效应的新方法 ;并从理论和试验两方面分析了水胶比。

矿物掺合料对新拌水泥浆体密实性能的影响

采用浆体相对密实度 (d/d0 )指标 ,定量分析了超细磨粉煤灰、磨细矿渣及硅粉这三种矿物掺合料对新拌水泥浆体密实性能影响的规律 ,研究了掺矿物掺合料的水泥浆体流动性与相对密实度的关系以及新拌水泥浆体相对密实度对水泥胶砂抗压强度的影响 ,并进一步阐明了矿物掺合料对水泥浆体的物理填充作用 .

考虑冻融作用的混凝土单轴压缩损伤本构模型

为研究冻融循环作用后混凝土的应力-应变行为及其在冻融作用后的持荷性能,对比研究同为C40强度等级的普通混凝土(NC)与自密实混凝土(SCC)经受冻融作用后的单轴压缩应力-应变关系,并进一步基于应变等价性假说和统计损伤理论建立冻融循环作用后混凝土单轴压缩损伤本构模型,探讨相应损伤变量随冻融循环作用次数和单轴压缩应变发展的演变特性。研究结果表明:所建立的损伤本构模型可较好地描述冻融循环作用后NC和SCC在单轴压缩荷载下的应力-应变关系;在单轴压缩过程中,冻融循环产生的微裂纹闭合导致损伤变量增长速率下降;NC与SCC的冻融损伤变量随冻融次数变化的规律均可用指数函数进行预测;掺入膨胀剂和黏度改性材料可以有效降低SCC的冻融损伤速率。

自密实混凝土工作性测试方法(英文)

为了推动自密实混凝土的工程应用,发展自密实混凝土工作性的标准化测试方法非常必要。开发了一种自密实混凝土工作性的测试仪,并由此发展了相应的测试方法,该测试方法通过测试混凝土的流出时间、动态扩展度以及动态离析率3个参数来反映自密实混凝土的工作性。试验结果验证了这种新的方法能够有效地评价和反映自密实混凝土的工作性。与已有的方法相比,该新方法具有简单易操作的特点,而且能够反映混凝土拌合物动态情况下的工作性。

橡胶集料对混凝土抗压强度的降低效应

研究了振捣密实混凝土和自密实混凝土抗压强度随(废旧轮胎)橡胶集料体积分数的变化规律,分析了橡胶集料对混凝土抗压强度的降低效应,建立了混凝土抗压强度降低率与橡胶集料体积分数之间的经验关系式.结果表明:橡胶集料的掺加导致了混凝土抗压强度降低,橡胶集料体积分数越大,混凝土抗压强度降低越多;橡胶集料体积分数相同时,振捣密实混凝土抗压强度降低率比自密实混凝土抗压强度降低率稍大;一定体积分数橡胶集料对混凝土抗压强度的降低效应与相同体积分数气孔的降低效应相当;建议混凝土中每增加1%体积分数的橡胶集料,混凝土抗压强度降低率按4.5%计算.

氯离子在混凝土中的沉积特性研究

基于典型服役环境条件,采用干湿循环和浸泡试验方法,通过测试不同条件下混凝土内部不同位置氯离子含量,研究外部氯离子在混凝土中的沉积特性.试验结果表明:混凝土内部不同位置处水溶性氯离子的沉积量与离表面的距离之间存在自然对数的衰减关系,且混凝土的水胶比和矿渣等因素对其衰减速率存在较大的影响.氯离子在混凝土中的沉积规律受外部环境条件的影响较为显著.喷淋干湿循环处理条件下,氯离子大量沉积于混凝土表层10mm以内的区域,随距混凝土表面距离的增加,离子沉积量迅速下降.

粉煤灰强度效应的研究

采用强度效应指数和增强因子,研究了粉煤灰在砂浆和混凝土中的强度效应,分析了粉煤灰掺量和水胶比等因素对其强度效应的影响。研究结果表明:粉煤灰在砂浆体系和混凝土中表现出不同的强度效应;粉煤灰的强度效应随其掺量及体系水胶比的变化而变化;最佳的粉煤灰掺量及体系水胶比使粉煤灰在混凝土中获得最大的单位强度效应指数;而粉煤灰强度效应及其增强因子获得最大值时又分别对应于不同的水胶比。