固废粗集料平均弹性模量与混凝土弹性模量的相关性

试验研究了12种不同固废粗集料压碎值试验中σ-ε曲线与配制混凝土的静态弹性模量之间关系,进行了压碎值试验固废粗集料变形的离散元数值模拟,分析了国内外主要标准中公式计算固废粗集料混凝土弹性模量误差偏大的原因。研究结果表明:基于中国、美国和欧洲标准的普通密度固废粗集料混凝土弹性模量计算值分别高出实测值45.5%、15.8%和52.5%;固废粗集料在压碎值试验σ-ε曲线的线性区间主要发生弹性变形;建立的固废粗集料σ-ε曲线指数模型拟合度高,R^(2)均大于0.99;通过在传统的压碎值试验中引入粗集料平均弹性模量、含水系数等参数,回归建立了固废粗集料混凝土弹性模量半经验公式,R^(2)为0.867。利用已有文献数据对半经验公式的普适性进行了检验,高判定系数(R^(2)=0.895)实测值与预测值的比较表明模型具有有效性,为快速、可靠预测固废粗集料混凝土弹性模量提供了依据。

基于贝叶斯统计推断的粗集料级配测试研究

拌合站现场粗集料来料的检测一般是通过筛网筛分的方式进行,检测效率低下。因此,引入一种基于贝叶斯统计推断的机器视觉检测方法,实现对集料的快速筛分。利用工业相机采集下落过程中的集料颗粒并进行图像预处理,选取每颗集料的图像序列中最大的Feret短径作为图像特征。此特征为集料颗粒的局部特征,无法代表颗粒的全局三维特征。因此引入贝叶斯统计推断的方法,首先利用贝叶斯公式计算出每颗集料在不同实际粒径区间的后验概率,然后通过概率累加获得被测集料在不同集料规格的可能颗粒数量。为推断每颗集料级配占比,利用贝叶斯推断的方法计算后验分布,从而估计集料颗粒的占比情况。实验结果表明,预测粒径与实际粒径的分布占比最大偏差为1.67%,符合现场快速检测要求。

基于3D激光扫描技术的粗集料三维形态特征分析

为了能够建立精确的沥青混合料细观力学模型、优化混合料性能,需要先构建具有真实形态学特征的集料模型并计算分析集料形态参数,利用3D激光扫描技术采集了辉绿岩、石灰岩、玄武岩与卵石4种集料共500颗样本的三维点云数据,通过球谐函数简化集料模型,建立了三维集料样本库。归纳总结了现有集料的形态指标,通过皮尔逊相关性分析,选取F_(I)、A_(I)定量表征粗集料三维形态特征,对不同种类以及粒径集料的F_(I)、A_(I)进行统计分析。研究结果显示:当球谐序列阶数为10,三角形映射网格数为643时,简化后集料模型基本形状、体积与表面积均与真实集料非常接近;集料的F_(I)、A_(I)服从正态分布与对数正态分布,且随集料类型和粒径的变化而变化。

集料几何学特性对PRMC抗压强度和损伤过程的影响

集料几何学特性是影响颗粒复合材料力学性能的重要因素,也是实现复合材料性能精确设计的理论基础。以颗粒增强树脂基复合材料(particle-reinforced resin matrix composite,PRMC)为研究对象,采用PFC和3D MAX联合创建了精细的数字集料,分析集料综合几何学特性对PRMC动态损伤特性的影响,进一步细化并分离出集料单一几何学特征,通过分级替换不同粒径的圆形集料研究集料单一几何学特性对PRMC力学特性的影响。研究结果表明:集料几何学特性影响原始微损伤的分布,引导裂纹的扩展并最终决定PRMC的压缩破坏模式,并且压缩破坏过程存在典型的随机损伤特性;集料的形状、棱角和纹理通过降低集料间的流动性提高PRMC的抗压强度,而集料骨架系统需要在分形维数、级配级数、最大粒径和最大最小粒径比之间寻求最佳参数组合来提高PRMC的抗压强度。

粗集料对超高强混凝土徐变的影响

徐变是混凝土固有的时变特性,对混凝土结构和构件的受力及长期服役性能有着重大影响。以粗集料为切入点,研究粗集料的掺量、粗集料最大粒径以及粗集料与基体性质协调性等因素对超高强混凝土的力学性能和徐变性能的影响。结果表明:掺粗集料的超高强混凝土徐变明显小于不掺粗集料的混凝土,掺粗集料可有效降低超高强混凝土的徐变,但减小粗集料的最大粒径对徐变无明显抑制效果。此外,超高强混凝土并非强度越高徐变越小,其徐变的大小主要受超高强混凝土强度与弹性模量的协同发展程度的影响。通过修正FIB MC2010模型,建立了适用于超高强混凝土的徐变预测模型。

戈壁集料混凝土物理性能及抗压强度研究

为资源化利用西北地区工程建设开挖的弃方材料——戈壁集料,基于西北某机场扩建工程的戈壁集料,首先对戈壁集料基本物理性能及矿物成分进行分析,随后以水灰比、戈壁砂率、戈壁细集料种类及水泥浆量为变化参数,先后对戈壁集料混凝土的工作性能、破坏形态以及抗压强度进行研究。试验结果表明:戈壁集料含泥量高,其黏土矿物含量约20%且以吸水能力强的蒙皂石和伊利石为主;随水灰比减小,戈壁粗集料混凝土的坍落度减少,而抗压强度近似线性增大,与普通混凝土规律一致;同配合比下,全戈壁集料混凝土抗压强度高于戈壁粗集料混凝土,但前者的拌合物表现更黏稠;筛除粒径小于0.15 mm的戈壁细集料虽可小幅提高全戈壁集料混凝土的坍落度,但对抗压强度不利;随砂率增加,戈壁集料混凝土的坍落度增大,其抗压强度先增后减。最后,通过回归分析为戈壁集料混凝土配合比提供参考。

钢渣与橡胶混合细集料混凝土力学性能与本构关系研究

文中采用橡胶颗粒替换部分钢渣细集料,分别制备出了橡胶含量为0%、10%、20%、30%、40%的钢渣与橡胶混合细集料混凝土.对钢渣与橡胶混合细集料混凝土的标准立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂强度、抗折强度、弹性模量和本构关系等力学指标进行系统的分析与试验研究.结果表明:当橡胶掺量从0%~40%增大时,钢渣与橡胶混合细集料混凝土的抗压强度、抗折强度、弹性模量等均呈现下降的趋势.提出了钢渣与橡胶混合细集料混凝土的本构关系模型,理论值与试验值吻合较好,可应用于钢渣与橡胶混合细集料混凝土结构的受力分析.

基于颗粒破碎特性的盐岩集料基层级配组成设计研究

为实现内陆干盐湖区盐岩集料基层级配组成的科学设计,以罗布泊盐岩为研究对象,分析了不同粒径及含卤水率条件下单粒组盐岩集料颗粒破碎演化特征,构建了复杂粒组下盐岩集料级配转移模型,提出了盐岩集料基层级配组成设计方法,验证了盐岩集料基层级配组成设计方法的合理性,并对比了不同级配组成及失水率下盐岩集料的工程性质。结果表明:击实作用下各粒组盐岩集料均发生颗粒破碎,随着击实能量增加,盐岩集料级配趋于稳定,卤水的赋存会降低单粒组盐岩颗粒破碎率。Weibull分布可有效表征盐岩集料破碎颗粒级配分布特征。推荐的盐岩集料基层级配组成设计方法可有效推演盐岩集料基层的级配演化特征并实现考虑卤水影响的级配修正。盐岩集料颗粒间卤水盐分结晶有利于盐岩集料基层强度形成,失水率为75%的盐岩集料无侧限抗压强度可达到4.1 MPa,盐岩集料可用于干盐湖区公路基层填筑工程。

钢管预置集料混凝土中长柱受压性能试验

为了探究钢管预置集料混凝土中长柱受压性能,首先,考虑混凝土类型、混凝土强度、径厚比、长径比和偏心率等参数影响,设计了11根钢管预置集料混凝土中长柱和3根普通钢管混凝土中长柱;其次,通过轴压和偏压试验,并结合有限元分析法,研究了试件破坏形态、承载力、变形特征等变化规律;最后,基于极限平衡理论,提出了适用于钢管预置集料混凝土中长柱轴压与偏压承载力计算公式。研究结果表明:钢管预置集料混凝土中长柱破坏形态与普通钢管混凝土中长柱的破坏形态相似,均为弯曲失稳破坏;钢管预置集料混凝土中长柱承载能力与普通钢管混凝土中长柱承载能力相当,但钢管预置集料混凝土试件轴向刚度是普通钢管混凝土试件轴向刚度的1.2倍左右,表现出良好的抗变形能力;钢管预置集料混凝土中长柱径厚比由39.75降低至19.88,承载能力提高33.8%;长径比由6增大至15时,承载能力降低20.5%;偏心率由0.25增大至1.0时,承载力降低49.5%;钢管预置集料混凝土中长柱稳定系数受混凝土强度和径厚比影响较小,但随着长径比和偏心率增大而近乎呈线性降低趋势。本文提出的承载力计算公式可为钢管预置集料混凝土中长柱设计提供参考。

基于球谐函数的三维集料简化与重构方法

建立高效的三维集料重构方法是开展沥青混合料虚拟实验的必要前提。利用3D激光扫描仪采集500颗集料的点云数据,经正二十面体剖分简化后通过球谐函数表征其三维形态。分析集料的体积、表面积、形状指数FI、棱角性指数AI随点云数量与球谐阶数的变化规律,确定点云的简化标准。计算简化集料10阶球谐系数,得到121个球谐系数的累积分布曲线,根据分布特性采用Monte Carlo方法随机生成1 400组球谐系数,实现集料的几何重构,对比真实集料与虚拟集料AI、FI的分布特性,验证重构方法的有效性。结果表明:可采用642个数据点与10阶球谐函数实现集料的有效简化;虚拟集料的FIv、AIv分布范围均可包含真实集料的参数值。研究成果可以为沥青混合料的细观模型构建提供基础。

粗集料形态特征及含量对沥青混合料压密行为的影响

为探究粗集料形态特征及颗粒含量对沥青混合料压密行为的影响规律,利用智能颗粒对车辙试验进行测试,获取颗粒力学和运动响应数据,通过三维激光扫描设备及图像处理技术构建了不同形态特征的粗集料轮廓,利用离散元方法建立沥青混合料的车辙数字试件。对数字试件开展虚拟车辙试验,借助智能颗粒测试结果对模型预测精度进行校验,利用高精度模型研究粗集料形状及含量对混合料压密行为的影响规律,以数字试件内部应力与颗粒位移来评价混合料的抗变形性能,以单一集料平均接触点数量与力链大小为量化指标进行骨架接触特性分析。结果表明:智能颗粒测试结果能够有效验证预测模型的精度,加速度幅值实测与预测最大差异为0.0215 g;在车辙虚拟试验中,由立方体状集料成型的试件,其内部应力高于含其他形状集料的混合料,且具有较小的迁移自由度,在集料含量为40%时颗粒竖向及水平位移仅为3.65 mm、1.89 mm;集料含量会影响沥青混合料压密行为,沥青混合料抗车辙变形性能及骨架接触特性随立方体状集料含量的增加而提高,而当针状、片状或针片状集料颗粒含量大于20%时,性能出现明显衰变。

橡胶粗细集料含量对FRP约束橡胶混凝土应力-应变关系的影响

为研究橡胶粗细集料体积分数对纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer, FRP)约束橡胶混凝土应力-应变关系的影响,提出了橡胶粗细集料体积替换率的概念,并通过收集已发表文献的110组应力-应变关系试验曲线,分析了橡胶粗细集料体积替换率对FRP约束不同截面橡胶混凝土柱应力-应变关系关键参数的影响,基于分析结果建立了FRP约束橡胶混凝土的应力-应变关系模型和抗压强度模型,两个模型中均考虑了橡胶粗细集料体积替换率和橡胶混凝土截面形状的影响.模型评估结果表明:随着橡胶粗细集料体积替换率、FRP约束应力比和截面倒角半径比的增加,FRP约束橡胶混凝土的抗压强度均呈增大的趋势;建立的抗压强度模型可准确预测橡胶颗粒取代部分细集料或粗细集料的FRP约束橡胶混凝土抗压强度,平均误差仅为1.03;建立的应力-应变关系模型能够较好预测FRP约束橡胶混凝土的应力-应变关系曲线变化.

充分利用隧道窑热量同步焙烧煤矸石轻集料技术研究

主要介绍了充分利用隧道窑热量同步焙烧煤矸石轻集料技术及节能焙烧设备的研究情况,依据以内螺旋筒为特征结构的节能焙烧工作原理,研究、设计、试制了实验炉模拟设备,并以辽源市煤矸石为原料进行了相关焙烧试验,验证了其所形成的煤矸石轻集料焙烧新工艺。模拟实验表明,利用隧道窑热量(余热)同步焙烧煤矸石轻集料技术具有可行性。

水泥稳定建筑固废再生集料抗冻性能研究

为给不同粒径再生集料的精细化利用提供参考,该文研究了再生集料粒径、掺量对水泥稳定再生集料混合料抗冻性能的影响。对不同粒径再生集料的基本性能指标进行测试,并通过击实试验确定最佳含水率和最大干密度,以4%的水泥掺量制备试件,通过测试混合料经冻融循环后的无侧限抗压强度损失来评价混合料的抗冻性能。试验结果表明:随着再生集料粒径和掺量增大,混合料的最佳含水率增大,最大干密度减小;掺加4.75~9.5 mm再生集料时,经过5次冻融循环,混合料冻融循环后强度随着掺量增加先升高后降低,经过10次冻融循环,混合料冻融循环后强度随着掺量增加逐渐降低;掺加9.5~19 mm与19~26.5 mm的再生集料时,随着再生集料掺量、粒径以及冻融循环次数的增加,混合料的冻融循环后强度逐渐降低。再生集料水泥稳定混合料抗冻性能变化规律随再生集料掺量、粒径的变化而各有不同,综合来看,随着再生集料掺量、粒径以及冻融循环次数的增加,其混合料抗冻性能变差。

再生集料在道路基层材料中的试验研究与应用

利用公路路面铣刨出的废旧水稳再生集料替代天然集料制备再生水稳基层材料,并开展工程示范应用。结果表明:对于来自同一路段的废旧水稳再生集料,其烘干或不烘干处理对再生水稳混合料的最佳含水率影响较小,最佳含水率一般比再生级配集料吸水率高约4%~5%;对于不同路段的废旧水稳再生集料,其压碎值越高,再生水稳的无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度、抗压回弹模量越低;综合考虑再生水稳的性能,选择来自路段1的再生细集料与路段3的再生粗集料按比例混合制备再生水稳用于工程实践,再生水稳具有较好的力学性能与路用性能,满足工程设计要求,应用效果良好。

粉煤灰-矿渣基免烧人造轻集料的制备及性能研究

为减轻对自然资源的开采,合理有效地利用粉煤灰(FA),本工作以FA和磨细粒化高炉矿渣(GGBFS)为原料制备了碱激发免烧人造轻集料(CAALA),研究了原材料配合比对CAALA的造粒效率、物理性能以及抗冻融性能的影响,并分析了CAALA的碱溶出。结果表明,FA掺量对CAALA的性能具有显著影响,当FA掺量增加,水化产物中C-A-S-H凝胶量减少,CAALA中有害孔(>200 nm)的占比增加;结合造粒效率与筒压强度,FA与GGBFS最佳质量比为1∶1,此时CAALA的造粒效率为92.01%、堆积密度为1072 kg/m^(3)、1 h吸水率为10.8%,筒压强度为14.65 MPa,24 h溶出液的pH为11.87,经过15次冻融循环后的质量损失率为3.34%,可供C30等级以下的非结构混凝土使用。

锂渣物化特性及其碱激发制备人造集料实验

这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。伴随着我国锂矿冶炼规模增长,锂渣产量逐年增加,其资源化利用的必要性日趋凸显。为探明锂渣的物化性能及其作为胶凝材料制备人造集料的潜力,首先通过实验表征了宜春市锂云母锂渣和澳大利亚锂辉石锂渣的组成和性能,并分析其对碱激发性能的影响。其次,以氢氧化钠为碱激发剂,采用圆盘冷造粒法制备了两种锂渣人造集料,并测试了其抗压强度。最后,通过玻璃电极法、电感耦合等离子体质谱法、离子色谱法和分光光度法等实验论证了人造集料的环境风险。结果表明:锂云母锂渣的物化性质较锂辉石锂渣更适合用于碱激发制备人造集料,所制得的人造集料强度更高,液体浸出物也不具有环境危害性。

基于MCMC算法的粗集料粒径分布推断研究

运用机器视觉对振动盘掉落的粗集料进行数据采集,得到了动态集料的‘伪三维’图像。针对图像信息不能准确表达集料真实三维情况,引入贝叶斯统计推断的思想对集料进行粒径分布的推断,选取等效Feret短径作为图像特征,由于集料在大粒径情况下其Feret短径与实际粒径误差较大,故增加了等效椭圆短径作为第二特征。为获得准确的后验分布和高效的工程计算能力,采用了MCMC算法,解决了传统贝叶斯统计推断在高维计算不足的问题,从而得到了集料粒径分布的后验分布。实验结果表明:该方法的针对合格集料的粒径分布测量误差保持在±2.5%以内,不合格集料误差保持在±3.5%以内。

高强预填集料混凝土灌浆料制备与灌注效果评价

预填集料混凝土是在模板内预铺粗集料,然后注入灌浆料填充集料间隙而形成的一种新型混凝土。作为预填集料混凝土的重要组成部分,灌浆料的性能与灌注质量直接影响预填集料混凝土的整体性能,但现有灌浆料因流动度或强度不足,难以满足高强预填集料混凝土的灌注要求。设计正交试验,探究了水胶比、胶砂比和胶凝材料体系对灌浆料工作性能与力学性能的影响规律,提出高强大流态灌浆料的制备方法,并采用重力灌注和泵送灌注进行了预填集料混凝土模拟灌注试验,从试件外观质量、灌注密实度和抗压强度等方面验证了灌浆料的灌注效果。结果表明:水胶比是影响灌浆料综合性能的主要因素,胶砂比主要影响灌浆料的流动性,双掺粉煤灰和硅灰可以协同提升灌浆料的工作性能与力学性能。高强预填集料混凝土采用泵送灌注效果优于重力灌注,相同条件下泵送灌注可达到更高密实度,但利用净浆或流动度较高的砂浆作为灌浆料时,重力灌注法也能达到较好密实灌注效果。采用0.3水胶比、双掺15%的粉煤灰和4%的硅灰,制备出流动度值为35 s的净浆,其28 d抗压强度为70.9 MPa,密实灌注的预填集料混凝土28 d抗压强度可达96.8 MPa。

沥青混合料中集料迁移的表征方法与评价指标综述

集料作为沥青混合料的主要组成部分,通过表征其在混合料中的迁移特性来量化其形态特征和粒径对沥青混合料性能的影响,对研究混合料细观结构变化及预估路面变形类病害有重要意义。目前,表征不同形态特征和粒径集料迁移特性方法的系统性研究仍有待完善。为评述不同集料迁移特性的表征方法与评价指标,本文对表征集料形态特征及粒径分布的传统试验、图像、数值仿真方法进行总结;从数字图像处理、传感器、离散元方法等角度,对现有追踪不同集料迁移及分布特征的光学扫描设备、算法、传感器、软件种类及适用范围等进行对比;通过分析可量化集料迁移特性的空间位移、空间旋转角、欧拉角、加速度、位移增量等17种指标,对混合料中不同集料颗粒运动规律的评价方法进行研究。最后,基于现有表征和评价不同集料迁移特性方法和指标的不足,对未来研究沥青混合料细观结构的方法和评价指标进行展望。