掺硫铝酸钙类膨胀剂白水泥净浆干燥收缩与水分损失关联

为精确解析干燥条件下掺硫铝酸钙类膨胀剂水泥基材料的收缩行为,深入揭示低相对湿度条件下硫铝酸钙类膨胀剂补偿收缩效果下降的机制,利用低场磁共振弛豫技术,结合X射线衍射、质量与长度测试,在不同相对湿度下对掺与不掺硫铝酸钙类膨胀剂白水泥净浆的干燥收缩历程进行10个月的长期监测,从含水量及水分状态角度,定量描述白水泥净浆干燥失水和收缩的演变规律,阐明硫铝酸钙类膨胀剂导致干燥收缩落差增大的作用机制。结果表明:在相对湿度为75%、43%、11%的环境中干燥,白水泥净浆失水量和干燥收缩均持续增大直至稳定,3类环境中各试件干燥收缩与相对失水量间的关系基本保持一致;随干燥时间延长,单位失水量导致的干燥收缩先降低后升高,干燥进程中净浆内部各级孔隙失水规律不同,且各湿度条件下的干燥收缩机制存在差异;掺入硫铝酸钙类膨胀剂后,C-S-H凝胶纳米孔结构会发生一定粗化,干燥时易损失更多可蒸发水,且膨胀剂水化生成的钙矾石还会损失2~5个结晶水,二者共同导致净浆水分损失与干燥收缩增大;在低湿度环境中应用硫铝酸钙类膨胀剂时,需注意这两个因素导致收缩落差增大的影响。

水泥和钢渣粉协同固化高含水率疏浚泥的力学性能研究

研究了钢渣粉的掺入方式(内掺、外掺)和掺量(0、5%、10%、15%)对水泥固化高含水率疏浚泥力学性能的影响。结果表明:当水泥掺量一定时,随着钢渣粉外掺量的增加,固化疏浚泥的3、7、14、28、90 d无侧限抗压强度均先增大后减小,14 d峰值应力和峰值应变也呈先增大后减小的趋势,钢渣粉的最佳外掺量为10%;对于纯水泥固化疏浚泥,其变形系数随着水泥掺量的增加而增大,抵抗变形的能力降低;外掺适量钢渣粉降低了固化疏浚泥的变形系数,提高了固化疏浚泥抵抗变形的能力;钢渣粉内掺取代部分水泥降低了固化疏浚泥的无侧限抗压强度,建议钢渣粉采用外掺方式。

“双碳”背景下豫东地区农村居住建筑节能分析

我国农村既有居住建筑存量大且能耗普遍较高,具有较大的节能潜力。根据调研情况选取豫东地区农村单层居住建筑功能性房间建立模型,使用Dest模拟软件对建筑节能改造前后的冷热负荷进行模拟计算,根据节能改造前后模型全年累计冷热负荷指标计算节能改造后节能率,考虑资金时间价值选用动态投资回收期作为节能改造项目经济效益评价指标,对节能改造方案的经济性进行分析比较。在此基础上,结合分析及模拟结果提出针对豫东农村地区建筑节能改造建议,为豫东地区农村住宅的规模化节能改造提供理论依据,助力“双碳”目标的实现。

再生粗骨料混凝土应力-应变关系

再生粗骨料混凝土应力-应变关系是实现其材料到结构力学分析的桥梁纽带,成为再生粗骨料混凝土结构基础理论的基石。介绍了作者团队多年来在再生粗骨料混凝土应力-应变关系方面取得的研究进展:采用模型化再生粗骨料方法,研究了复杂界面过渡区对再生粗骨料混凝土破坏行为的影响,揭示了再生粗骨料混凝土细观损伤本质与演化机理;从静力作用到动力作用,系统地开展了不同工况下再生粗骨料混凝土应力-应变行为试验研究,探明了载荷条件对再生粗骨料混凝土应力与变形的影响规律并建立了相适应的力学与数学模型;进一步考虑再生粗骨料性能时空变异性,发现了再生粗骨料混凝土力学响应的概率分布特征,提出了再生粗骨料混凝土随机损伤本构关系;基于获得的本构模型,完成了再生粗骨料混凝土构件时变可靠度分析和结构动力非线性分析,为再生粗骨料混凝土在实际工程中的安全应用提供了理论支撑;提炼了相关研究结论并对未来研究工作进行了展望。

城市轨道交通混凝土抗裂防渗技术研究与应用

抑制混凝土开裂渗漏是保障城市轨道交通地下结构建设质量的重点和难点。以城市轨道交通地下车站为例,分析了混凝土开裂的主要原因,介绍了施工期混凝土抗裂性评估与设计方法,提出了混凝土材料抗裂性能控制指标,以及保障指标实现的材料、施工控制措施,结合实际工程,介绍了成套技术应用效果,为类似工程抗裂防渗建设质量提升提供指导。

微波活化粉煤灰的微观结构及粉煤灰-水泥浆体的早期性能

微波辐照是激发粉煤灰活性的一种高效低碳的活化方式,高活性粉煤灰有利于早强混凝土的制备。本工作首先研究了微波辐照温度(600℃、700℃、800℃)对粉煤灰物理化学性能的影响,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对其物相组成和微观形貌进行表征,然后研究了活性粉煤灰-水泥浆体的早期性能。研究结果表明:微波辐照促使粉煤灰中的石英相和莫来石相向非晶相转化,极大地提高了粉煤灰的活性。当微波辐照温度为800℃时,与未活化粉煤灰相比,活性粉煤灰非晶相含量从49.13%增加到了58.71%,且28 d活性指数高达94.13%,提高了33.06%。与未活化粉煤灰-水泥浆体相比,800℃微波辐照的粉煤灰-水泥浆体的早期力学性能提升非常显著,其中1 d的抗压强度增加了41.36%。因此,微波辐照活化粉煤灰的合适温度为800℃。

冻融环境下再生混凝土毛细吸水特性研究

本文采用ASTM C1585-13水工混凝土毛细吸水标准试验方法,研究了冻融循环和再生混凝土粗骨料取代率(0%、20%、40%和60%)对再生混凝土(RAC)毛细吸水性能的影响,建立了冻融环境下RAC初期毛细吸水率的预测模型,并结合非饱和毛细理论,建立了RAC在不同冻融循环次数下相对含水量分布预测模型。结果表明:冻融环境相同时,RAC的累计吸水量和初期毛细吸水率随再生粗骨料取代率的增加而变大;再生粗骨料取代率相同时,RAC累计吸水量和初期毛细吸水率随冻融循环次数的增加而变大;从经济角度来看,40%掺量的RAC抗冻性能较优。经验证,通过回归分析建立的冻融损伤下RAC初期毛细吸水率预测模型,计算精度较高,可用于预测RAC的毛细吸水性能,为RAC的抗冻耐久性评价提供理论依据。

大体积混凝土板微振动控制能力的测试与分析

精密大科学设施具有十分严格的微振动控制要求。为研究某大型精密设施内大体积混凝土底板对微振动的控制效果并为类似项目建设提供参考,在该设施建设现场进行了冲击激励、跑车激励和环境激励下的测试。通过对实测速度时程数据的处理,得出测点1~100 Hz内1 s的位移有效值。分析结果表明,在环境激励下,该设施中试验大厅底板表面的微振动水平能够达到控制要求;在冲击激励下,试验大厅底板表面微振动信号主要分布在5~30 Hz的频带内;场地内的车辆开动会对场地的微振动水平产生明显的影响;环境激励下,整个建设场地的微振动水平基本一致。研究结果对该精密大科学装置及类似工程的防微振设计具有重要的理论及参考价值。

再生混凝土单轴压缩破坏过程细观离散元研究

老砂浆的存在是再生混凝土与普通混凝土的本质区别,也是影响再生混凝土力学性能的主要因素。基于离散元软件,建立了再生混凝土单轴压缩模型,模拟了再生混凝土单轴压缩下的力学响应与裂纹延伸机制,通过与现有的试验数据对比,验证了数值模型的可靠性。研究表明:当老砂浆强度低时,随着厚度的增加,单轴抗压强度、弹模降低,峰值应变增加;当老砂浆强度较高时,老砂浆厚度对再生混凝土抗压性能影响较小;从细观上看,单轴压缩荷载作用下裂纹首先在界面过渡区产生,逐渐向新老砂浆扩展,直至贯通破坏,其破坏主要由拉伸裂纹主导。

配合比参数对C30高性能混凝土抗碳化性能影响算法分析

基于配合比参数,对C30高性能混凝土抗碳化性能的影响进行了探讨,得出了随着矿粉用量的增加,21 d抗压强度随之提高;随着粉煤灰掺量的降低,21 d抗压强度随之提高;C30混凝土126 d的碳化深度明显小于21 d的碳化深度,C30各组试件的21 d的平均碳化深度为7.57 mm;126 d平均碳化深度为6.51 mm。随着矿物粉用量的增大,粉煤灰用量的减小,混凝土的抗碳化能力增强。以C30-07矿粉与水泥混合料的比例为38%时,C30水泥混合料的最佳混合比例为C30-07矿粉与水泥混合料的最佳混合比例。在龄期从21 d提高到126 d时,随粉煤灰掺量比例的下降,C30混凝土试件碳化深度下降值随之减小,从1.31 mm降低为0.91 mm。利用试验数据,对混凝土的碳化过程进行了预测,结果发现,影响粉煤灰混凝土的碳化的因素比较复杂,将各模型使用应和工程相结合,对混凝土的碳化深度更好预测。利用Matlab对水泥砂浆的碳化厚度进行了线性回归分析,得到了水泥砂浆21 d后碳化厚度的计算方法。

陶粒混凝土力学性能试验及数值模拟研究

陶粒混凝土具有轻质高强、保温隔热性能好和抗震性能优异等特点被作为功能性材料应用于非承重结构中。通过试配得到陶粒混凝土的基础配合比,在此基础上进行力学性能试验,研究陶砂取代率、粉煤灰掺量以及聚丙烯纤维体积掺量对陶粒混凝土配合比设计的影响。结果表明:陶砂取代率为50%,粉煤灰掺量为20%时,陶粒混凝土的力学性能更优异,更轻质高强;掺入适量的聚丙烯纤维可以改善陶粒混凝土的脆性特征。建立二维细观模型来对陶粒混凝土抗压强度、弹性模量、受压应力-应变全曲线进行数值模拟,并与试验结果进行对比分析,建立的二维细观模型较为可靠,可用来预测陶粒混凝土的基本力学性能。

基于响应面回归模型的纤维混凝土力学性能分析

为研究玄武岩纤维和纤维素纤维掺量对混杂纤维轻骨料高强混凝土抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度的影响,构建响应面回归模型,对比分析其力学试验实测值和预测值,并结合渴求函数获得混凝土优化配合比.结果表明:此回归模型有效且可信度高,可用于分析试验结果;两种纤维交互作用、水灰比与纤维素纤维交互作用对抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度影响显著;模型预测最优水灰比为0.30,纤维素纤维掺量为0.90 kg/m3,玄武岩纤维掺量为4.00 kg/m3,强度预测值与试验值间相对误差绝对值均小于5%,该回归模型可为混杂纤维轻骨料高强混凝土的配合比多目标优化提供参考.

附加用水量对再生砂混凝土工作性和力学性能的影响

再生砂掺量和附加用水量对新拌和硬化再生砂混凝土的性能有重要影响。本工作制备了再生砂掺量(γRFA)为30%、50%、70%、100%(质量分数,下同),附加用水量补偿系数(kwa)为0.6、0.75、0.9、1.0的16组再生砂混凝土,测试了这些再生砂混凝土的工作性(坍落度、扩展度与扩展时间)与力学性能(抗压、劈拉强度与弹性模量),分析了kwa和γRFA对再生砂混凝土性能的影响规律,获得了kwa的合理取值范围。结果表明,随着kwa的降低,再生砂混凝土的工作性下降,力学性能增大;γRFA对混凝土力学性能的影响与附加用水量有关,在中低附加用水量(kwa=0.6、0.75)条件下,随着γRFA的增加,再生砂混凝土的部分力学性能指标增大且其值高于天然砂混凝土,而在高附加用水量(kwa=0.9、1.0)下,再生砂混凝土的力学性能随着γRFA的增加呈线性降低。γRFA低于50%对再生砂混凝土力学性能的影响较小,kwa值在0.75~0.9范围变化对再生砂混凝土工作性能与力学性能的影响均相对较小。

SFCC现场导热系数与温度场实测及预测方法研究

为确定钢纤维页岩陶粒混凝土(SFCC)现场实际的导热系数,与桥面板施工同步制作了不同钢纤维体积分数的SFCC试件,采用热板法进行测定,校核并扩展了导热系数预测公式,并且对高温沥青摊铺时SFCC桥面板的温度场进行了实测和数值模拟.结果表明:环境湿度为67%时,SFCC的实测导热系数为0.915~1.409 W/(m·K),增加钢纤维体积分数可提高SFCC导热系数;考虑湿度和钢纤维影响后的扩展Maxwell公式预测值与实测值吻合良好;高温沥青摊铺时桥面板SFCC混凝土内的温度梯度可达20.5℃,超过规范日温差,采用数值模拟可有效计算桥面板温度场.

工业CT对混凝土中混杂钢渣颗粒的鉴别应用

采用工业CT对混凝土中的钢渣颗粒和普通石子进行三维扫描,获得两者在形貌上的差异.将钢渣颗粒按体积分数3%、6%和9%掺入混凝土中,并使用工业CT扫描获得不同掺量钢渣颗粒混凝土试样的形貌学特征.基于图像相似法得到钢渣颗粒的灰度范围,并采用该灰度范围对图像进行二值化处理,计算钢渣颗粒的掺量.结果表明:钢渣颗粒掺量的计算结果与实际掺入的钢渣颗粒体积分数较为接近,误差范围小于±10%,具有较高精度.结合实际工程案例,采用工业CT和X射线荧光光谱分析仪(XRF)等测试手段,对钢渣颗粒引发的混凝土外观质量事故成因进行科学分析.

改性磷石膏作水泥缓凝剂的研究

为将磷石膏应用于水泥缓凝剂,采用水洗等方式对磷石膏进行预处理。确定水洗磷石膏的最优用水量和水洗时间。对比研究天然石膏、原状磷石膏和改性磷石膏对硅酸盐水泥凝结时间和强度的影响。通过水化热、XRD和SEM分析改性磷石膏对硅酸盐水泥水化特性的影响机理。结果表明,磷石膏在液固比为4和水洗时间为25 min条件下水洗效果最佳;生石灰单掺以及生石灰和膨润土复掺对磷石膏中可溶性磷和可溶性氟表现出较好的固化效果;水洗改性后磷石膏可有效缩短水泥的凝结时间,提高早期强度,其中生石灰与膨润土按2∶1复掺水洗改性后磷石膏用于硅酸盐水泥,水泥初、终凝时间比使用原状磷石膏时缩短了50%和31%;改性磷石膏制备的水泥早期水化速率正常,水泥固结体结构致密,缺陷较少,早期强度高。

冻融与硫酸盐侵蚀共同作用对再生混凝土的复合损伤研究

对于不同取代率再生混凝土在冻融循环与硫酸盐侵蚀耦合作用下的损伤,采用快冻法,对再生粗骨料取代率为0、30%、50%和100%的再生混凝土进行试验。试验测试了混凝土的质量损失、相对动弹性模量、立方体抗压强度,并利用电子显微镜和X射线衍射等方法分析混凝土的微观结构及侵蚀产物。试验结果表明:再生粗骨料对混凝土耐久性影响巨大,随着取代率的提高,再生混凝土的性能随冻融循环次数的增加逐渐下降,硫酸盐在一定程度上减缓了混凝土的劣化,冻融循环是混凝土劣化的主要原因,并提出了盐胀与冻胀、静水压及化学腐蚀复合作用下的损伤机理。

沙漠砂混凝土与钢筋黏结性能试验研究

在我国西部沙漠砂资源丰富的背景下,探究沙漠砂对钢筋与混凝土黏结性能的影响,制作中心拉拔试验,通过对不同沙漠砂取代率和不同粉煤灰掺量下的钢筋与混凝土的黏结强度进行试验研究。根据黏结滑移曲线,分析沙漠砂取代率和粉煤灰掺量对钢筋和混凝土黏结强度、极限位移、破坏模式的影响。研究结果表明:直径16 mm钢筋混凝土试件在锚固长度较短导致脆性劈裂破坏的情况下,钢筋与混凝土的黏结强度随沙漠砂取代率的增加呈先上升后下降的趋势;粉煤灰掺量为20%时,对两者的黏结强度提升最大。

煤矸石机制砂C20混凝土力学性能研究

为探究煤矸石机制砂对低强度等级C20混凝土力学性能的影响,调控煤矸石机制砂掺量和水灰比浇筑混凝土试块,开展抗压和抗折强度试验。结果表明:相同水灰比下,随煤矸石机制砂掺量增加,混凝土的抗压强度先增强后降低;相同取代率下,混凝土的抗压和抗折强度随水灰比增大而降低。相较于煤矸石机制砂取代率,水灰比对混凝土抗折强度的影响更大。取代率不超过30%时,对混凝土的抗压和抗折强度均有利,水灰比为0.55、取代率为25%时,混凝土抗压和抗折强度提高最多。

火山渣粒径和DPS掺量对轻骨料混凝土性能的影响

以火山渣作为粗骨料制备了轻骨料混凝土,研究了火山渣粒径(4.75~9.50、4.75~19.00、4.75~26.00 mm)对轻骨料混凝土坍落度、吸水率和抗压强度的影响,优选出了最佳火山渣粒径。在此基础上,研究了渗透结晶型无机防水剂(DPS)的掺量(0、0.6%、0.8%、1.0%)对轻骨料混凝土性能的影响,并分析了其作用机理。结果表明:随着火山渣粒径的增大,轻骨料混凝土的坍落度降低,吸水率增大,抗压强度先增大后减小,最佳火山渣粒径为4.75~19.00 mm;随着DPS掺量的增加,轻骨料混凝土的坍落度和吸水率降低,抗压强度增大;掺入适量DPS可以有效提高混凝土基体的密实度,从而改善混凝土的性能。