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。

全沙漠砂混凝土的动弹性模量研究

为了考察细骨料为沙漠砂的全沙漠砂混凝土(Full Desert Sand Concrete,FDSC)的抗变形能力,本文研究了不同水胶比下FDSC的动弹性模量,运用回归分析建立了FDSC动弹性模量与水胶比的相关性模型。结果表明:采用合理的配合比可以制备和易性良好的FDSC;FDSC与普通混凝土具有相近的动弹性模量,细骨料粒度变细以及颗粒增多,并没有降低FDSC的动弹性模量;沙漠砂具有数量更多的小中心质效应,分散和均匀了混凝土中胶凝材料浆体,使水化产物分布更加均匀,骨料界面过渡区连结更加牢固,混凝土基体结构更加致密,故FDSC的抗变形能力与普通混凝土相近;FDSC的动弹性模量(y)与水胶比(x)符合y=-32.695x+58.128函数关系的模型,且在显著性水平α=0.01下相关性显著,据此可以估算FDSC的动弹性模量。

含界面过渡区随机分布多边形骨料沙漠砂混凝土高温后抗压强度研究

为研究试件尺寸、界面过渡区(ITZ)厚度及强度、沙漠砂替代率(DSRR)对沙漠砂混凝土(DSC)经历高温后抗压强度的影响,将DSC看作三相复合材料,建立含ITZ随机分布多边形骨料有限元模型,利用ANSYS对高温后DSC单轴受压破坏过程进行数值模拟。结果表明:模拟结果与试验结果误差在-2.59%~3.13%,吻合良好。高温后DSC抗压强度随试件尺寸增大而减小,强度下降范围为1.44%~4.13%;抗压强度随ITZ厚度增加呈逐渐减小趋势;随着ITZ强度增加,抗压强度基本呈线性增大趋势;抗压强度在DSRR为40%时最优,研究结果可为DSC工程应用提供理论依据。

玄武岩纤维沙漠砂混凝土本构关系及损伤特性研究

为了有效提高沙漠砂资源化利用,研究了玄武岩纤维掺量(0、0.3%、0.4%、0.5%)对沙漠砂混凝土本构关系和损伤特性的影响。结合本构模型拟合了玄武岩纤维沙漠砂混凝土的应力-应变曲线,利用声发射事件数分析了玄武岩纤维沙漠砂混凝土损伤破坏过程,并借助速率过程理论对玄武岩纤维沙漠砂混凝土的损伤程度进行了评估。研究表明:掺入适量的玄武岩纤维(0.4%)可以减小沙漠砂混凝土构件的损坏;Carrerira J模型与试验数据具有较高的吻合度;同时还发现构件在到达峰值应力附近时,声发射事件数会急剧增加;基于速率过程理论以损伤变量D与相对荷载V之间的关系建立的损伤演化曲线,可用来评估玄武岩纤维沙漠砂混凝土的损伤破坏程度。

玄武岩纤维沙漠砂钢筋混凝土梁受弯性能试验研究

通过试验对沙漠砂部分代替普通砂的可行性进行探讨,研究沙漠砂和玄武岩纤维的掺入对混凝土试块和钢筋混凝土梁性能的影响。对普通砂混凝土梁、沙漠砂混凝土梁、玄武岩纤维普通砂混凝土梁、玄武岩纤维沙漠砂混凝土梁进行了受弯性能试验,得出了试验梁的荷载-挠度曲线、裂缝分布和破坏模式。之后,利用现有理论公式,计算混凝土试块的劈裂抗拉强度、轴心抗压强度、弹性模量和试验梁的屈服弯矩、极限弯矩。结果表明:天然沙漠砂部分代替普通砂是可行的;沙漠砂和玄武岩纤维的掺入没有使混凝土试块和钢筋混凝土梁的性能发生本质性改变;沙漠砂和玄武岩纤维掺入后,混凝土试块和钢筋混凝土梁的计算准则仍旧适用。

不同地域沙漠砂贫混凝土的抗压性能及单轴压缩本构模型

选取毛乌素沙漠砂、三沙源沙漠砂和宁夏沙湖附近沙漠砂,分别配制了三种不同配合比的沙漠砂贫混凝土,并对其抗压性能进行了研究,结果表明,随着水泥含量的提高,沙漠砂贫混凝土的强度和刚度随之提高,峰值应变也逐渐增大;在相同配合比下,宁夏沙湖沙漠砂贫混凝的强度和刚度相对较大,三沙源沙漠砂贫混凝土的峰值应变和耗能系数相对较大,毛乌素沙漠砂贫混凝土峰后曲线较为平缓,说明其在破坏后仍具有一定的延性特征。通过与三种普通混凝土本构模型的对比,并利用Origin对实验数据进行拟合,提出了适用于沙漠砂贫混凝土的本构模型。

混杂纤维对全沙漠砂混凝土基本力学性能的影响

为研究混杂纤维对全沙漠砂混凝土力学性能的影响,将聚乙烯醇纤维(PVA)、聚丙烯纤维(PP)以不同比例混合后掺入全沙漠砂混凝土中进行了抗压、抗折等试验,同时建立了材料单轴压缩应力-应变本构模型,并采用ABAQUS软件进行数值模拟验证。研究结果表明:在混杂纤维总体积掺量为1.5%的条件下,试件抗压强度无显著变化,随着PVA纤维比例提高,试件抗折强度、拉伸强度及拉伸峰值应变明显提高;较于普通全沙漠砂混凝土,混杂纤维全沙漠砂混凝土峰值应力与弹性模量略微降低,变形能力提升显著;PP纤维和PVA纤维掺量分别为0.5%、1.0%时具有最优的混杂效应,与普通全沙漠砂混凝土相比,抗折强度、单轴拉伸强度和延性分别提高了77%、55%、16%;基于过镇海模型提出的轴压应力-应变本构模型与试验实测曲线拟合程度较好,并与ABAQUS软件的数值模拟验证结果相似。

沙漠资源利用——沙漠砂混凝土研究

我国沙漠资源丰富,随着我国基础建设的不断发展,对于用砂需求量不断增加,而目前的砂大多采用的是河砂,这造成了河砂资源的短缺,为有效缓解建设用砂的供需矛盾,采用沙漠砂替换或部分替换河砂制备沙漠砂混凝土,既可满足绿色发展要求,又极大地缓解了砂的供需矛盾,因此,沙漠砂混凝土的力学性能成为研究的热点。回顾总结了沙漠砂混凝土的主要力学性能,并对目前提出的沙漠砂混凝土抗压本构模型进行了梳理,最后提出了沙漠砂混凝土的发展展望及有价值的研究方向。

沙漠砂的物理化学性质及其对混凝土强度的影响

为探究不同来源沙漠砂的性能差异及其对混凝土的影响,对典型沙漠地区沙漠砂的物理性质、颗粒级配特征、表观形貌、元素成分、矿物组成以及化学性质等进行了全面的测试,并分析研究了沙漠砂作为混凝土细骨料的应用关键技术。结果表明:沙漠砂颗粒细小、表面光滑、粒度分布范围较窄,细度模数大部分在0.5~1.0之间;沙漠砂的吸水率、含泥量和矿物组成等具有很强的地域性,但空隙率普遍较大,均超过了44%;沙漠砂的比表面积和颗粒粒径等因素会影响混凝土的强度形成过程;细颗粒多的沙漠砂中,硫化物和硫酸盐的存在会提高混凝土的强度;当混合砂细度模数相同时,沙漠砂的吸水率为混凝土强度的主要影响因素。

沙漠砂蒸压砖耐久性能的试验研究

利用沙漠砂研发的蒸压砖是一种新型建筑墙体材料,为研究这种墙体材料在新疆高烈度寒区的使用性能,依据《蒸压灰砂实心砖和实心砌块》标准对MU15的沙漠砂蒸压砖的软化系数、抗冻性能及碳化性能进行试验研究,并利用SEM及压汞技术对沙漠砂蒸压砖在各试验中强度变化的机理进行分析。结果表明:沙漠砂蒸压砖具有较好的抗冻性能和抗碳化的能力,冻融循环30次后的强度损失率仅为7.0%,完全碳化后的碳化系数为1.17,但软化系数一般,沙漠砂蒸压砖的软化系数仅为0.74;沙漠砂蒸压砖在冻融循环前期由于水化反应仍在进行,强度有所增加,随着冻融循环的不断增加,内部出现空洞,强度开始下降;沙漠砂蒸压砖碳化后的产物为颗粒状的CaCO3晶体,CaCO3晶体覆盖在砖体的表面,改善了孔径,提升了力学性能。

沙漠砂混凝土高温后强度预测及超声检测研究

为研究沙漠砂混凝土(DSC)高温后抗压性能,以替代率为0%、20%、40%、60%、80%和100%的沙漠砂等质量替代中砂配制DSC,通过试验研究受火温度和沙漠砂替代率(DSRR)对DSC回弹值、超声波速、抗压强度的影响;建立基于灰色系统理论的高温后DSC强度模型,给出DSC超声回弹综合法测强曲线和受火温度计算公式。结果表明,随着受火温度升高,DSC烧失率逐渐增加,表观颜色由深变浅,DSC抗压强度、回弹值、超声波速呈先增大后减小的趋势。随着DSRR增加,DSC回弹值及抗压强度呈先增大后减小的趋势,当DSRR为40%时,DSC抗压强度及回弹值达到最大。NSGM(1,3)模型预测性能优异,平均相对误差为8.6%,可应用于中长期DSC高温后抗压强度预测,给出的DSC超声回弹综合法测强曲线预测精度满足规范要求。

喷射沙漠砂混凝土工作和力学性能正交试验研究

为了制备喷射沙漠砂混凝土,采用正交试验研究水胶比、砂率、粉煤灰替换率、沙漠砂替换率及单位用水量对喷射沙漠砂混凝土工作性能和力学性能影响的规律,得出其最优配合比,并构建了强度预测模型。结果表明:影响工作性能显著性的因素顺序为水胶比>沙漠砂替换率>单位用水量>砂率>粉煤灰替换率,影响28 d抗压强度显著性的因素顺序为水胶比>沙漠砂替换率>粉煤灰替换率>单位用水量>砂率,影响28 d劈裂抗拉强度显著性的因素顺序为水胶比>粉煤灰替换率>沙漠砂替换率>单位用水量>砂率。喷射沙漠砂混凝土的最优配合比为水胶比为0.43、沙漠砂替换率为30%、粉煤灰替换率为20%、砂率为50%、减水剂用量为2%、单位体积用水量为180 kg·m^(-3)。提出的喷射沙漠砂混凝土立方体抗压强度和劈裂抗拉强度预测模型精度较高。本研究可为喷射沙漠砂混凝土的应用提供参考。

沙漠砂地聚物砂浆的制备及性能研究

以矿渣/粉煤灰为胶凝材料,普通砂和沙漠砂为细骨料,采用正交试验研究了粉煤灰取代率、碱当量、碱激发剂模数和沙漠砂取代率对碱激发矿渣砂浆性能的影响,并利用SEM和EDS进行微观结构分析。结果表明,碱激发砂浆的抗压强度随着粉煤灰取代率的增加而逐渐降低;沙漠砂取代率对砂浆流动度的影响最显著,沙漠砂对于砂浆早期力学性能有改善效果,但限制了其中后期强度的发展。当粉煤灰取代率、沙漠砂取代率、碱当量、碱激发剂模数分别为0、40%、8%和1.4时,砂浆抗压强度最高,达到了72.9MPa。SEM、EDS分析发现,矿渣在一定程度上可以促进粉煤灰的溶解,凝胶对沙漠砂表现出较强的包裹性。

沙漠砂砂浆氯离子渗透性能研究

为了考察和评估沙漠砂砂浆的渗透性能,建立基于水胶比的沙漠砂砂浆电通量模型,对沙漠砂砂浆氯离子的渗透性能进行试验研究。结果表明:水胶比是影响沙漠砂砂浆渗透性能的重要因素;同水胶比下,沙漠砂砂浆氯离子渗透性能低于普通砂浆;水胶比大小影响砂浆孔隙结构的形成;砂浆基体内部孔隙结构决定氯离子的渗透性。错综分布的内部结构会增强基体密实度,通过改善水泥基体内部孔隙结构和界面区域可以降低砂浆的氯离子渗透性能。

沙漠砂混凝土高温后性能劣化及微观结构分析

沙漠砂混凝土(DSC)的广泛应用能带来良好的经济效益和环境效益。为了研究高温后DSC性能劣化,对高温后试件进行超声检测、轴心抗压强度试验和SEM分析,研究沙漠砂替代率(DSRR)、温度和冷却方式对超声波速、轴心抗压强度和微观结构的影响。研究表明:DSRR为40%时DSC质量损失率最低,超声波速衰减最小,轴心抗压强度最大;超声波速、损伤度与温度之间满足指数函数关系;建立超声波速与轴心抗压强度损失率、损伤度之间拟合关系模型,研究结果可为DSC工程应用提供技术支撑。

基于村镇建筑的新型沙漠砂混凝土砌块墙体的抗震性能研究

利用沙漠砂研发的蒸压加气混凝土砌块是一种新型砌体材料。为了研究这种新型砌块在村镇建筑中的应用,考虑在不同竖向压应力和构造柱的约束作用下,对4片沙漠砂蒸压加气混凝土砌块墙体开展拟静力试验,通过对比分析4片墙体在低周反复荷载作用下的破坏特性、力-位移曲线、骨架曲线、刚度退化曲线及延性等性能指标。结果表明:1)墙体主要以剪切破坏为主,未设置构造柱墙体主裂缝沿约45°贯彻整个墙体,设置构造柱墙体主裂缝呈“倒八”字型,且当竖向压应力增大时,墙体的抗震承载力也随之增大,抗侧刚度有所提高,但延性随之减小;2)竖向压应力相同情况下,对比分析表明设置构造柱墙体的极限承载力约是素墙体的2.22倍,延性提高了约60%,且刚度也有所提升;3)基于主拉应力理论和库仑破坏理论分别建立了适用于该新型砌块墙体的抗震承载力计算公式,且库仑破坏理论建立的抗震承载力计算公式应用更合理;4)建立了恢复力模型骨架曲线,能够较好地反映沙漠砂蒸压加气混凝土砌块墙体的试验特点。

聚乙烯醇纤维沙漠砂混凝土配合比试验研究

为充分发挥沙漠砂的颗粒填充优势和改善沙漠砂混凝土力学性能,本文基于Dinger-Funk紧密堆积理论开展了聚乙烯醇纤维沙漠砂混凝土配合比设计方法的试验研究。首先,应用Dinger-Funk紧密堆积理论得到优化砂率为42%,优化沙漠砂质量替代率为10%、20%和30%,混凝土骨料颗粒级配得到改善,混合细集料的细度模数从3.27分别降到2.92、2.81和2.71,有效孔隙率从2.50%分别降到1.65%、1.45%和1.51%;其次,采用正交试验方法,研究了水胶比、沙漠砂质量替代率、聚乙烯醇纤维体积掺量对混凝土和易性、抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度的影响规律。结果表明,随沙漠砂质量替代率和纤维掺量的增加,混凝土拌合物和易性先提高后降低,抗压、劈裂抗拉和抗折强度均表现为先增大后减小的趋势。综合考虑和易性和力学性能试验结果,确定C30聚乙烯醇纤维沙漠砂混凝土最优配合比为水胶比0.45,沙漠砂质量替代率20%,聚乙烯醇纤维体积掺量0.10%。

沙漠砂PE纤维ECC的拉伸性能与本构模型研究

采用中国新疆本地原材料沙漠砂替代部分天然砂,以聚乙烯(Polyethylene,PE)纤维掺量及水胶比为变量,进行超高韧性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composite,ECC)的单轴拉伸试验,分析不同材料组分对沙漠砂聚乙烯纤维超高韧性水泥基复合材料试件单轴拉伸性能的影响规律.通过对其单轴拉伸应力-应变关系的分析,考虑纤维掺量、水胶比参数变化,采用最小二乘法对其本构进行回归分析,在试件的强化阶段使用非线性曲线表示,建立沙漠砂聚乙烯纤维超高韧性水泥基复合材料的拉伸本构模型.结果表明:所建拉伸本构模型可以较好地预测PE-ECC的拉伸应力-应变关系,与试验结果吻合较好.

掺合料对沙漠砂水泥基材料性能影响的试验研究

文章基于新疆地区充足的天然沙漠砂资源和煤基固废资源,研制一种新型沙漠砂水泥基材料,以粉煤灰、脱硫石膏、石灰、硅粉为四因素,每个因素取三个水平,以材料抗折强度、抗压强度、表观密度、抗折软化系数、抗压软化系数作为主要指标进行正交试验。研究结果表明:脱硫石膏对材料力学性能的影响最显著、粉煤灰的影响最不显著;硅粉对材料耐水性能的影响最显著;在满足表观密度≤19.0kN/m^(3)的前提下,确定了材料的最优配合比。

矿用纤维增强沙漠砂混凝土拉伸力学性能试验研究

混凝土作为现代锚网喷联合支护的重要组成部分,在控制地下矿山巷道围岩变形方面发挥着重要作用。针对传统矿用混凝土成本较高且在拉伸应力作用下容易出现开裂的实际问题,开发了一种使用沙漠砂作为细骨料,聚乙烯醇(PVA)纤维作为增强材料的新型矿用纤维增强沙漠砂混凝土。为验证该新型支护材料的力学性能,选取沙漠砂粒径、水胶比、纤维长度和纤维掺量作为变量,共制备尺寸为330 mm×60 mm×13 mm的狗骨试件36个,探讨其对混凝土弹性模量、抗拉强度、极限拉应变等性能的影响。研究结果表明,用沙漠砂替换普通河砂,材料的弹性模量和极限拉应变均呈现出增大的趋势,分别达到3.70 MPa和4.01%,新疆沙漠砂的优良性质得到充分发挥,为巷道支护等工程提供了更经济有效的选择。掺入国产PVA纤维能够有效增强沙漠砂混凝土的抗拉强度和变形能力。与河砂相比,沙漠砂粒径较小且表面光滑,使其在基体中分布较为均匀,能够提高混凝土抵抗裂缝能力,并且沙漠砂与PVA纤维之间的协同作用也更为有效,纤维能够更好地滑移,并抵抗裂纹的发展。沙漠砂属于中细砂,能够较好地与其他原材料发生作用。本文考虑到西部矿区沙漠砂资源丰富,研究开发的矿用纤维增强沙漠砂混凝土在西部沙漠矿区巷道支护领域具有一定的应用前景。