高温下玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的动态压缩力学行为

为研究高温下玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(BFRGC)的动态压缩力学行为,本文制备了纤维体积掺量为0%、0.1%、0.2%、0.3%的BFRGC试件,并对其进行了不同温度(20、200、400、600、800℃)下的动态冲击试验。结果表明:BFRGC试件静态抗压强度、动态抗压强度和比能量吸收具有明显的温度强化效应和高温损伤效应,峰值应变表现出显著的温度塑化效应。BFRGC试件的静态抗压强度、动态抗压强度的温度阀值为400℃。随着温度的升高,BFRGC试件的静态抗压强度、动态抗压强度和比能量吸收均先增大后减小,峰值应变不断增大。掺加适量的玄武岩纤维可以提高常温及高温下地质聚合物混凝土的静态抗压强度和动态力学性能,且其最佳掺量为0.1%。

玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的动态力学性能

对玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(basalt fiber reinforced geopolymer concrete,BFRGC)进行了动态压缩试验,研究了玄武岩纤维掺量(0.1%、0.2%、0.3%)和龄期(3 d、7 d、28 d)对地质聚合物混凝土动态力学性能的影响,分析了玄武岩纤维对地质聚合物混凝土的强韧化效应。此外,对比分析了玄武岩纤维对地质聚合物混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土的增强增韧效果。结果表明:BFRGC的动态抗压强度(f_(cd))和比能量吸收(U)随应变率近似线性增加。随着龄期的增大,BFRGC的f_(cd)和U不断增大,且f_(cd)和U的应变率敏感性不断增强。随着玄武岩纤维掺量的增大,BFRGC的f_(cd)和U先增大后减小,且f_(cd)和U的应变率敏感性也先增强后减弱。玄武岩纤维的最佳掺量为0.2%。玄武岩纤维对地质聚合物混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土均具有增强增韧作用。玄武岩纤维对地质聚合物混凝土的强韧化效果优于普通硅酸盐水泥混凝土。

地质聚合物混凝土抗氯离子渗透性能研究进展

地质聚合物混凝土是一种新型绿色建筑材料,氯离子传输是影响其服役寿命的关键因素。本文在介绍地质聚合物混凝土氯离子传输机理的基础上,归纳总结了地质聚合物混凝土抗氯离子渗透性能试验方法的特点和局限性,介绍了地质聚合物混凝土抗氯离子渗透性能的影响因素,并对比了其与普通混凝土氯离子传输机理的区别。文章最后指出高温、冻融等单一因素影响下的地质聚合物混凝土氯离子传输模型、碱掺量和水玻璃模数对地质聚合物混凝土抗氯离子渗透性能的影响,以及氯离子的显色边界浓度的准确性等还有待进一步深入研究。

矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土的基本性能研究

地质聚合物混凝土是一种新型混凝土类材料。为了研究地质聚合物混凝土的基本性能,以矿渣、粉煤灰为原料,以硅酸钠和氢氧化钠为激发剂,制备了矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土,测试了不同配合比下矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土的坍落度以及7、14 d和28 d的抗压强度,分析了水胶比对和易性与抗压强度的影响,探讨了抗压强度的增长规律。结果表明:制备的矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土具有较高的抗压强度和良好的和易性,凝结硬化快,强度特性稳定;当水胶比为0.26,砂率为0.40,氢氧化钠和硅酸钠的质量比为0.29,碱溶液的浓度为56%时,矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土的坍落度为110 mm,标准养护条件下7、14 d和28 d龄期的抗压强度分别达到40.4、50.3 MPa和60.20 MPa;随着水胶比的增大,和易性不断增强,抗压强度先增加,后减小;随着养护龄期的延长,抗压强度不断增长,但增速降低。

纤维增强地质聚合物混凝土的动态力学性能

采用Φ100mm分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置,研究玄武岩纤维与碳纤维增强地质聚合物混凝土(geopolymeric concrete,GC)在10～102s-1范围内的动态力学性能,并作比较分析。结果表明,纤维增强地质聚合物混凝土属于应变率敏感材料,其动态抗压强度与能量吸收特性均表现出显著的应变率相关性;作为GC的增强材料,玄武岩纤维与碳纤维各有优势,但就改善GC的强度与能量吸收特性的效果而言,碳纤维总体上优于玄武岩纤维,尤其当碳纤维体积率为0.2%时,改善效果最佳。

地质聚合物混凝土的冲击力学性能研究

以矿渣与粉煤灰为原材料,制备地质聚合物混凝土(geopolymeric concrete,GC)。采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置研究了不同强度等级的GC的冲击力学性能,包括抗压强度、变形及能量吸收特性的应变率效应问题。结果表明:GC的冲击力学性能呈现出显著的应变率相关性,强度的应变率敏感值为42.7 s—1;随着强度等级的提高,GC的变形能力反而降低。GC属于准脆性材料,相对于单一的强度或变形特性,GC的能量吸收特性更值得关注。

温度、应变率对地质聚合物混凝土抗压强度的影响

采用自主研制的高温SHPB试验系统，对高温条件下地质聚合物混凝土的动态抗压强度进行了试验研究。结果表明：200℃时地质聚合物混凝土的动态抗压强度较常温时有所增长，800℃时强度则急剧下降；应变率随弹速近似线性增长；同一弹速水平下，200～600℃时的应变率与常温接近，800℃时较常温提高明显；高温条件下，由侧向约束引起的附加应力可以忽略不计，试验所测得的动态强度增长因子（DIF）的应变率增强效应反应了材料的本质属性；在30～30s^-1范围内，高温下地质聚合物混凝土的DIF与应变率的对数呈线性关系，且温度越高，应变率效应越明显。

冲击荷载下高流态地质聚合物混凝土的强度特性

以矿渣、粉煤灰为原材料,NaOH,Na_2CO_3为碱激发剂,制备了强度等级为C30的高流态地质聚合物混凝土(highly fluidized geopolymer concrete,HFGC),并采用经波形整形技术改进后的φ100分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置测试了HFGC在冲击荷载下的强度特性,包括动态劈裂拉伸强度和动态压缩强度.结果表明:HFGC的动态强度特性表现出了明显的应变率相关性,其增强因子可用平均应变率的对数线性表示;动态劈裂拉伸状态下的应变率敏感阀值为5.027 s^(-1),动态压缩状态下的应变率敏感阀值为28.89 s^(-1),动态劈裂拉伸强度的应变率敏感性要比动态压缩强度强;HFGC的动态强度特性的定性趋势与普通混凝土一致,但与普通混凝土相比,HFGC的应变率敏感性因其具备特有的无机缩聚三维氧化物网络结构而更为明显,可以更有效地发挥其在冲击荷载作用下的整体强度特性.由此可见,HFGC是应变率敏感材料.

高流态地质聚合物混凝土的高应变率动态压缩变形特性

以矿渣、粉煤灰为原材料，以NaOH、Na2CO3为碱激发剂，制备了强度等级为C30的高流态地质聚合物混凝土（highly-fluidized geopolymer concrete，HFGC），运用波形整形技术改进了Ф100mm SHPB实验装置，通过参数控制保证应力均匀和恒应变率加载，对HFGC开展了动态压缩实验，分析了HFGC在冲击压缩荷载下的变形特性。HFGC属于应变率敏感材料和脆性材料，高应变率作用下，HFGC的典型应力应变曲线包括压实挤密阶段、弹性阶段和软化、屈服阶段。在10～100s^-1的应变率范围内，HFGC的峰值应变εc随应变率的变化表现出明显的冲击韧化效应，εc随应变率的升高先增大后减小，满足二次函数关系εc=-1．2×10^-6ε^2·-＋1．6×10^-4ε^·-＋0．0017，变形特性变化的临界应变率为66．7s^-1。HFGC的动态弹性模量均低于其在准静态下的弹性模量。

纤维增强地质聚合物混凝土早期冲击力学性能的对比研究

为对比研究玄武岩纤维和碳纤维对地质聚合物混凝土(geopolymeric concrete,GC)早期冲击力学性能的改善效果,首先以矿渣与粉煤灰作为原材料,并采用液体硅酸钠与NaOH作为碱激发剂,配制了纤维体积掺量分别为0、0.1%、0.2%、0.3%的玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(basalt fiber reinforced geopolymeric concrete,BFRGC)和碳纤维增强地质聚合物混凝土(carbon fiber reinforced geopolymeric concrete,CFRGC),再采用Φ100 mm霍普金森压杆(split Hopkin-son pressure bar,SHPB)试验装置测试了两种材料3d、7d的冲击力学性能,并对试验进行对比分析。结果表明:纤维增强地质聚合物混凝土(fiber reinforced geopolymeric concretes,FRGCs)早期冲击力学性能具有显著的应变率相关性;BFRGC的早期动态强度特性优于CFRGC;BFRGC在10—102s-1范围内的能量吸收能力与CFRGC的相当,但BFRGC相对于CFRGC在吸收冲击能上的优势,将会随着应变率的增加而越发明显。对比可知:BFRGC较CFRGC而言,具有更加优越的早期冲击力学性能,主要体现在动态强度和能量吸收能力上。

玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土在机场道面快速修补中的应用研究

作为一种新型混凝土材料——地质聚合物混凝土(geopolymeric concrete,GC),凭借其优异的力学性能与耐久性,被应用于机场道面的快速修补。为研究玄武岩纤维对GC性能的改善能力,首先以矿渣与粉煤灰为原材料,并采用液体硅酸钠与NaOH作为碱激发剂,配制了纤维体积掺量分别为0、0.1%、0.2%、0.3%的玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(basalt fiber reinforced geopolymeric concrete,BFRGC),测试了标准养护3、7、28d的BFRGC的准静态力学性能,包括:抗压、抗折强度,并分析了玄武岩纤维对GC的增强机理。结果表明:玄武岩纤维能够有效地提高GC的抗压、抗折强度;当玄武岩纤维体积掺量为0.3%时,玄武岩纤维对GC抗压强度的改善效果达到最佳,尤其是早期抗压强度,标准养护3、7、28d时的强度增长因子(Strength Increase Factor,SIF)分别为37.76%、34.82%、31.52%;当玄武岩纤维体积掺量为0.1%时,对GC抗折强度的改善效果达到最佳,标准养护3、7、28d时的SIF分别为16.67%、16.22%、22.22%。由此可见,玄武岩纤维的掺入,使得GC的性能有了显著的改善。因此,BFRGC在机场道面快速修补中将会有更加广阔的应用前景。

钢纤维地质聚合物混凝土冲击力学性能研究

通过控制粉煤灰、矿渣用量制备基准强度分别为C50、C60和C70的普通地质聚合物混凝土试件,再掺入不同体积量(0.3%, 0.6%, 0.9%和1.2%)的钢纤维制备出钢纤维地质聚合物混凝土试件。采用霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)对试件在不同冲击气压(对应不同应变率)下的抗冲击性能进行研究,探讨钢纤维掺量、应变率及混凝土基准强度对试件动态抗压强度和韧性指数的影响;采用ABAQUS软件进行数值模拟,对模拟与试验结果加以分析和验证;建立钢纤维地质聚合物混凝土动态应力-应变本构模型。结果表明:各组试件的动态抗压强度随着应变率、混凝土基准强度地提高逐渐增大,而钢纤维掺量仅对强度较低地质聚合物混凝土产生较大影响;应变率的提高使试件完整性逐渐变差,而随着钢纤维掺量与混凝土基准强度的提高,试件完整性逐渐变好,冲击耗能与韧性逐渐增加;数值分析与试验结果吻合较好,验证了结果的可靠性;钢纤维地质聚合物混凝土动态应力-应变本构模型计算结果与试验结果整体吻合较好,可用于预测冲击荷载下钢纤维地质聚合物混凝土的力学性能。

高温后地质聚合物混凝土声谱特性的小波包分析

制备了矿渣粉煤灰基地质聚合物混凝土(SFGC),通过抗压强度试验及超声波检测,研究了不同温度、不同冷却方式下SFGC强度及波速的变化规律,并运用小波包变换方法对所得声波测试信号进行分析.结果表明:利用小波包分析技术可以准确、清晰地反映出不同工况下SFGC声谱特征的变化规律;随着温度的升高以及试件损伤的演化发展,其强度、波速不断减小,各子频带内的功率谱及能量显著改变,频谱及能量谱中心向低频端移动;喷水冷却后SFGC的力学、声学特性较自然冷却情况变化更为明显;基于小波包变换的声谱特征参数对高温损伤的敏感性较好,可用以判别SFGC的工况类型及损伤程度.

温度对地质聚合物混凝土吸能特性的影响研究

采用自主研制的高温SHPB试验系统，对高温条件下地质聚合物混凝土的能量吸收特性进行了试验研究。采用厚度为1．0mm，直径为30、35、40、45、50mm的铝片作为波形整形器，保证了试验结果的有效性。结果表明：200、600℃时，地质聚合物混凝土的吸能特性较常温可分别提高30％和56％，而400、800℃时的吸能特性低于常温，800℃降低尤为明显。地质聚合物混凝土的比能量吸收随应变率与冲击压缩强度的增加而增加，且近似呈线性关系。高温下，在60-130s^-t的应变率范围内，地质聚合物混凝土的破坏形态均呈现留芯破坏一碎裂破坏一粉碎破坏的变化规律，且破坏程度弱于常温。

不同打印与加载方向下3D打印地质聚合物混凝土力学性能研究

【目的】探究3D打印矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土(以下简称为打印混凝土)力学性能随龄期的发展规律和其各向异性的特点。【方法】通过力学试验测试打印混凝土在不同养护龄期和沿x、y、z 3个不同加载方向的立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗折强度,并利用X-CT扫描仪测试、分析打印混凝土的微观结构,探讨打印地质聚合物混凝土力学性能的变化机理。【结果】打印混凝土3和7 d养护龄期的力学强度分别达28 d的30%和60%以上,打印混凝土具有早强特性,满足混凝土打印建造需求;养护28 d试件的立方体抗压强度、轴心抗压强度和抗折强度在各加载方向上的差异分别为3.20%~10.40%、1.53%~7.05%和5.10%~24.00%。【结论】打印混凝土强度具有一定的各向异性,其各向异性主要源于在层条堆积过程中打印混凝土内部产生的缺陷数量和缺陷的空间分布。

早强地质聚合物混凝土3h动力学性能

利用直径100mm的分离式霍普金森压杆试验系统,研究了养护龄期3h时地质聚合物混凝土(GC)的动态力学性能。结果表明:地聚物混凝土(GC)的动压强度、均值应变随应变率增大而增大,表现出明显的应变率效应;同时,试件峰值应变随应变率增大并无显著变化。由于养护龄期3h时GC试件内部水化反应不完全,薄弱环节较多,在承受较大冲击荷载时,导致GC试件应力应变曲线在峰值应力处出现一个持续的平台区域。

地质聚合物混凝土的高温损伤特性研究

制备了地质聚合物混凝土,对经高温处理后的地质聚合物混凝土开展了准静态力学试验和超声波检测试验,分析了不同温度、不同冷却方式下地质聚合物混凝土的损伤特性。结果表明:地质聚合物混凝土的抗压强度随温度的升高而不断下降,600℃是抗压强度随温度变化曲线的拐点;随着温度的升高,损伤因子不断增大,性能逐渐劣化;冷却方式对高温后地质聚合物混凝土的损伤特性具有较大影响,相比于自然冷却方式而言,浇水冷却后试件的抗压强度降低地更为明显,声学损伤劣化加剧。由此可见,地质聚合物混凝土的损伤随温度的升高而越加严重,而且,相比于自然冷却方式而言,浇水冷却后试件的损伤劣化加剧。

地质聚合物混凝土研究现状

地质聚合物混凝土是一种新型绿色建筑材料,以来源广泛的工业固体废弃物为原材料,能耗小、碳排放低、制备方便,并且抗压抗折强度、抗酸碱侵蚀性能、冻融性能、抗碳化性能优异,具有广阔的应用前景,是普通硅酸盐水泥基材料的最佳替代物之一。本文回顾了地质聚合物混凝土的国内外研究进展,综述了原材料组成、配合比设计、工作性、力学性能以及耐久性等几个方面的发展状况,评述了地质聚合物混凝土技术所面临的问题。

基于响应面方法的粉煤灰地质聚合物混凝土制备

针对粉煤灰的资源利用和环境保护问题,对粉煤灰地质聚合物混凝土（Fly ash Geopolymer Concrete,FGC）的制备进行了系统研究。为有效解决FGC制备参数的优化问题,在单因素分析的基础之上,采用Box-Behnken Design响应面方法设计并进行了系列研究试验,建立了基于响应面方法的FGC强度预测模型,并对其制备参数进行了优化。结果表明,当FGC水胶比为0.35、用碱量为7.9%、水玻璃模数为1.66时,其28 d抗压强度预测值得到最大值（44.6 MPa）,验证试验证明了响应面方法优化制备FGC的有效性。

玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的冲击压缩试验研究

采用100mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,研究了玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土在不同应变率下的冲击力学行为,并将其与基体地质聚合物混凝土进行对比分析。研究表明,混凝土是应变率敏感材料,其峰值应力和峰值应变表现出显著的应变率强化效应;玄武岩纤维对地质聚合物混凝土具有较好的增韧作用,韧性随纤维掺量的增加而提高,其中体积掺量为0.3%时最佳,但强度反而降低。