基于科学知识图谱的劈裂注浆研究热点与发展态势分析

针对传统建筑科学分析方法对工程领域研究存在的局限性,引入科学知识图谱及大数据计量等人工智能方法,借助可视化软件Citespace,检索Web of Science(WOS)核心合集数据库,得到2007~2022年主题为劈裂注浆的文献709篇,对发文总量、学科归属、期刊分布、核心作者、区域合作、关键词和被引文献等方面做科学知识图谱分析。通过区域合作关系图谱的寻径,理清现阶段国际合作的格局,指出中国未来国际合作的主要任务。依据成果数量和突现时间,评析贡献较大的代表性作者。提取318个研究关键词,以发文频次和中心性为导向,筛选精炼了现阶段研究热点。从10个聚类的特性分组出发,展示了理论研究、应用实践和数值模拟的发展脉络,明确了研究的前沿方向。排列10条聚类发展时间线,精炼了注浆效率和封堵效率两条热门主线,同时提示了较难取得研究成果的线路。通过聚焦关键词的时区分布态势,总结热点演进的两个规律,并预测今后两年新热点与2017年研究成果之间的潜在关联。根据文献共被引关系发生的时间,对比4组年度切片的变化,评价了学科知识基础的发展脉络和未来走向。结果表明:科学知识图谱作为人工智能分析方法,能总结分析劈裂注浆近年来的研究热点,并可以预测劈裂注浆在未来阶段的学术研究发展态势。

CTF增效剂提升混凝土抗冻性能研究

本工作以3%质量浓度的NaCl溶液为介质,进行混凝土抗冻性试验,通过超声波波速损失率(C_(n))、质量剥蚀量(M_(B))和溶液吸入率(W_(S))三种指标研究了CTF(Coal tar fuel)增效剂对混凝土抗冻性能的影响。同时,深入剖析了CTF增效剂对混凝土内部气孔结构的影响,并基于气孔分形模型,建立了分形维数(D)与超声波波速损失率(C_(n))的关系。结果表明:CTF增效剂能有效提升混凝土的抗冻性能,且当掺量为0.7%时提升效果最为显著。与普通混凝土相比,降低10%的水泥用量并掺加0.7%的CTF增效剂时,冻融循环100次后,混凝土超声波波速损失率(C_(n))较小,且质量剥蚀量(M_(B))降低了12.51%。此外,NaCl溶液吸入率(W_(S))降低了0.83%,内部直径规格小于100μm的气孔个数增加了180%,大于100μm的气孔个数减少了18.18%。

基于Weibull分布的不同冻融介质下再生骨料透水混凝土耐久性能研究

为探究不同环境下再生骨料透水混凝土(RPC)耐久性变化规律,以3种再生骨料替代率(0、30%、50%)和4种冻融介质(H 2O、3.5%NaCl、5%Na_(2)SO_(4)、3.5%NaCl+5%Na_(2)SO_(4))为变量进行冻融试验。定期测定RPC质量损失率和相对抗压强度损失率,对RPC取样并进行扫描电镜(SEM)分析,以冻融试验下RPC相对抗压强度损失率为依据,利用Weibull函数对RPC进行寿命预测。结果表明,同一环境下,RPC质量损失率和相对抗压强度损失率随着再生骨料替代率的增加而增加;同一再生骨料替代率下,3.5%NaCl、5%Na_(2)SO_(4)、3.5%NaCl+5%Na_(2)SO_(4)均加速RPC冻融破坏,3.5%NaCl+5%Na_(2)SO_(4)对RPC质量损失率和相对抗压强度损失率影响最严重。由SEM分析可知RPC内部孔隙和侵蚀产物数量均因循环次数和冻融介质的变化呈现明显的差异性,NaCl和Na_(2)SO_(4)对RPC侵蚀破坏起着相互促进的作用。由寿命预测结果可知,H 2O中RPC-0可靠度退化持续时间最长,即预测寿命最长,为4675 h左右,3.5%NaCl+5%Na_(2)SO_(4)溶液中RPC-50可靠度退化持续啥时间最短,为2200 h左右,表明NaCl和Na_(2)SO_(4)对RPC侵蚀作用较为严重。

浸水环境下改性氯氧镁砂浆黏结强度变化规律

为了研究经青稞秸秆灰(HBSA)改性的氯氧镁水泥砂浆(MOCM)作为西部盐湖地区普通混凝土的外防护层,抵御盐湖区卤水侵蚀从而延长混凝土服役寿命的可行性,开展了浸水环境下掺入HBSA的MOCM的黏结强度等试验研究.采用普通混凝土作为黏结基层,以混凝土基层涂刷界面剂、MOCM中掺入HBSA以及砂浆层厚度等影响因素为变量,通过黏结拉拔试验分析各因素对MOCM黏结强度的影响规律,确定最优的设计参数,通过多项式模拟以及MATLAB中网格化处理等数值模拟方法,建立氯氧镁水泥黏结强度时变模型,进一步分析了浸水环境下改性MOCM黏结强度的损伤退化规律.采用微观测试技术分析了MOCM的物相组成、官能团结构、微观形貌、元素映射等特征,揭示了HBSA对MOCM黏结性能的影响机理.结果表明,HBSA中有较多的活性SiO2,能够与MOCM中的水化产物发生二次水化反应,生成水化硅酸镁(M―S―H)凝胶,填充MOCM内部孔隙,增强密实性,提高黏结性能.厚度为18 mm、掺入HBSA,且涂刷界面剂的MOCM黏结强度最高,其在浸水环境下的黏结强度退化速率最慢,基于三次多项式的数值模型能较好地反映其黏结强度的退化规律,最优组YY-18的相关性系数R2达到0.98.

基于GM(1,1)模型室内加速试验下钢筋混凝土服役寿命预测

为研究西部盐渍土地区钢筋混凝土损伤劣化规律及服役寿命,设计了干湿循环、盐类侵蚀、紫外线辐射及太阳照射耦合因素下的室内加速试验,定期测试试件相对动弹性模量(RDEM)、相对质量评价参数(RQEP)和腐蚀电流密度(icorr)等宏观指标及扫描电镜(SEM)与X射线衍射(XRD)等微观指标来表征钢筋混凝土损伤劣化规律及腐蚀机理,同时利用GM(1,1)模型对钢筋混凝土服役寿命进行预测。研究结果表明:RDEM、RQEP及icorr均可在一定程度上表征混凝土损伤劣化过程,RDEM呈现出先增大后减小的趋势,RQEP表现为缓慢增长-平缓下降-加速下降三阶段变化特点,而icorr呈现缓慢增长-加速增长两阶段变化。利用GM(1,1)模型预测C35试件钢筋与混凝土失效时间分别为175 d和231 d,C40试件失效时间分别为273 d和497 d。

石粉替代率对聚合物机制砂粘结砂浆性能及微细观结构的影响

为研究凝灰岩石粉在聚合物粘结砂浆中应用的可行性,分析了石粉部分替代水泥对聚合物粘结砂浆工作性能及力学性能的影响规律,并采用压汞法(MIP)、扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)试验研究砂浆内部孔结构及水化产物微观形貌的变化规律。结果表明:凝灰岩石粉在聚合物粘结砂浆中具有较好的适用性;砂浆强度随石粉替代率的增加呈先增大后减小的趋势,在替代率为15%(质量分数,下同)时,砂浆7 d、28 d抗折强度、抗压强度和粘结强度达到最大值,此时工作性能也较优。当石粉替代率不大于15%时,其对粘结砂浆微细观结构的影响以填充效应和晶核效应为主,可有效改善砂浆内部密实度,且有利于内部孔结构向少害孔和无害孔发展;当石粉替代率为15%时,H_(2)O、OH^(-)、CO_(3)^(2-)等特征振动峰强度最高,即此时内部水化最为充分;当石粉替代率超过15%时,石粉对粘结砂浆工作性能、力学性能和微细观结构均产生不利的影响。

青稞秸秆灰改性氯氧镁水泥砂浆防护钢筋混凝土的损伤特性

为了探究青稞秸秆灰改性氯氧镁水泥砂浆防护混凝土的耐久性损伤特性及劣化规律,制备了不同防护层厚度的钢筋混凝土试件,通过在盐卤侵蚀环境下恒电流通电加速锈蚀试验对钢筋的锈蚀劣化进行了测试分析。采用混凝土裂缝缺陷探测仪对混凝土侵蚀过程中的裂缝开展情况进行监测,基于交流阻抗分析与极化曲线拟合所得电化学参数,用以表征混凝土内部钢筋的锈蚀劣化情况。采用Weibull分布函数建立了氯氧镁水泥砂浆防护混凝土的耐久性损伤劣化数值模型。结果表明,在盐卤侵蚀环境下掺入青稞秸秆灰的氯氧镁水泥砂浆防护钢筋混凝土在通电648 h后,钢筋的腐蚀电流密度仍小于0.2μA·cm^(-2),处于低锈蚀状态,锈蚀发展较为缓慢;Weibull分布函数可以有效地用于青稞秸秆灰改性的氯氧镁水泥砂浆防护混凝土中钢筋锈蚀劣化的损伤程度预测。

疏水性侵蚀抑制剂对水泥水化影响及作用机理分析

疏水性侵蚀抑制剂使混凝土具有优异疏水效果,抑制了侵蚀性环境中介质传输,然而其作用机制尚未明确。本文对水泥浆体在不同疏水性侵蚀抑制剂(CAHA)掺量下的水化行为进行了研究,探究了其对水泥水化放热、水化物相、表面接触角、抗压强度等性能的影响。研究结果表明,CAHA降低了水泥浆体第一水化放热峰并延缓水泥水化,在水化前期抑制了钙矾石和氢氧化钙的生成,这种抑制作用在高掺量下更为显著。CAHA一定程度上降低了砂浆早期抗压强度,对28 d抗压强度影响并不明显。CAHA显著降低砂浆吸水率并使其具有疏水性。通过比对,推荐CAHA最佳掺量为胶凝材料质量的6%,此时水泥砂浆抗压强度损失较小且抗侵蚀性能明显提升。

盐渍土环境下钢筋混凝土恒电流加速锈蚀试验及可靠性分析

采用恒电流加速锈蚀试验,结合石蜡层控制氯离子扩散路径的方法,将钢筋混凝土一维和二维试件作为研究对象,结合极化曲线(LPR)、氯离子含量分析、宏观形貌分析、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDS)等手段,研究了盐渍土环境下钢筋混凝土的恒电流加速锈蚀规律.建立了基于可靠性的恒电流加速锈蚀与氯离子扩散腐蚀双因素作用下钢筋混凝土的劣化模型.结果表明:劣化模型推导的一维和二维试件平均寿命分别为927、618 h,石蜡层能有效隔离腐蚀性离子,实现单加速因素控制试件劣化的试验目的;钢筋混凝土的劣化主要受恒电流加速锈蚀与氯离子扩散腐蚀双因素耦合作用的影响;钢筋混凝土在恶劣环境下服役,建议以“前防锈,后防渗”的研究思路探索,即正常服役期间重点关注由钢筋锈蚀引起的腐蚀劣化,裂缝出现后重点关注由氯离子扩散引起的腐蚀劣化.

花岗岩石粉对砂浆干燥收缩性能的影响

本工作针对花岗岩石粉,首先研究了不同粉磨时间(0、20、40、60 min)下石粉的颗粒特征,并探究了粉磨时间及石粉掺量(0%、5%、10%、15%、20%,质量分数,下同)对砂浆干燥收缩性能的影响规律。其次,采用扫描电镜(SEM)、同步热分析仪(TG-DSC)深入分析了石粉掺量和粉磨时间对掺花岗岩石粉砂浆的微结构形成特征和水化产物的影响规律。最后,基于灰熵分析方法,计算得出石粉颗粒特征参数与砂浆28 d干燥收缩活性指数的灰熵关联度,从而把握颗粒特征参数中影响干燥收缩的关键参数。结果表明,原状石粉颗粒粒径在56.4~63.2μm含量的占比最大,为5.1%,经20、40、60 min粉磨后,粒径在17.8~20.0、22.4~25.2、15.9~17.8μm占比达到最大,分别为3.5%、3.3%、3.4%。当粉磨时间延长时,掺石粉砂浆的抗干缩性能表现为先降低后升高再降低的变化趋势。相比基准配合比,掺5%、10%、15%的粉磨40 min的石粉,砂浆28 d干缩率分别减小了11.9%、35.2%、45.3%,当掺量增至20%时,干缩率减少了1.9%。灰熵分析表明,石粉的粒度累积分布数达到10%所对应的粒径、比表面积和20~40μm颗粒含量是影响砂浆干缩性能的关键参数,面积平均粒径和大于60μm颗粒含量对砂浆干缩性能影响较弱。

基于核磁共振技术的硫酸盐冻融下机制骨料混凝土孔结构演变规律研究

我国西北地区昼夜温差大且存在大量盐渍土环境,因此西北地区的大量建筑无法避免地受到硫酸盐与冻融的耦合作用,使结构内部产生大量孔隙并最终导致其损伤失效。本文采用核磁共振(NMR)对硫酸盐与冻融耦合作用下机制骨料混凝土的孔径分布和孔隙率等孔结构参数进行分析,并探究了硫酸盐浓度、冻融循环次数以及石粉掺量对机制骨料混凝土孔结构的影响规律。结果表明:硫酸盐降低了机制骨料混凝土的冻融劣化速率,随着硫酸盐浓度的增加降低效果更显著;机制骨料混凝土的孔隙率随冻融循环次数增加而增大;机制骨料混凝土孔隙率随着石粉掺量的增多先减小后增大,当石粉掺量控制在10wt%左右时具有最佳的孔结构;硫酸盐冻融的耦合作用下的化学侵蚀产物除了钙矾石和石膏外还存在无水芒硝,但是低温抑制了硫酸盐的化学侵蚀使得物理侵蚀占据主导作用。

青稞秸秆灰-氯氧镁水泥复合材料盐冻耦合损伤强度特性及孔隙特征

为探究掺入青稞秸秆灰(HBSA)对氯氧镁水泥(MOC)的耐久性能与孔隙结构的影响,采用HBSA来改善MOC的耐久性能,制备青稞秸秆灰-氯氧镁水泥复合材料。对不同HBSA掺量的氯氧镁水泥砂浆(MOCM)分别在盐湖卤水侵蚀、冻融循环侵蚀及盐冻耦合侵蚀条件下的耐久性能进行研究,采用相对质量评价参数、相对动弹性模量评价参数及相对抗压强度评价参数3种耐久性评价指标来反映MOCM的耐久性能劣化规律,并确定HBSA的最佳掺量。通过表观形貌分析及孔隙结构测试,揭示不同侵蚀环境下MOCM的耐久性损伤劣化程度及孔隙结构特征。结果表明:冻融循环侵蚀对MOCM造成的耐久性损伤程度比盐卤侵蚀及盐冻耦合侵蚀更严重,MOCM试件表面产生了更多的宏观裂缝。HBSA掺入能够显著改善MOCM的耐久性能。当HBSA掺量为10wt%时,MOCM在盐湖卤水侵蚀、冻融循环侵蚀及盐冻耦合侵蚀条件下的耐久性能分别比未掺HBSA时提高了21.24%、23.48%和18.91%。掺入10wt%HBSA的MOCM的开口孔隙率减小,比表面积增大,最可几孔径和平均孔径减小,细化了MOCM的孔隙结构,提高了耐久性能。

西部盐渍土地区玄武岩纤维混凝土冻融试验及数值分析

西部盐渍土地区中的腐蚀离子严重影响了混凝土的耐久性,在混凝土中加入玄武岩纤维(BF)可减少初始缺陷,延缓腐蚀离子进入混凝土内部的速度,从而改善混凝土的耐久性。基于西部盐渍土环境,对不同BF掺量的玄武岩纤维混凝土(BFRC)在Na_(2)SO_(4)侵蚀和冻融循环耦合作用下的宏观性能和微观变化进行研究,并采用有限元软件ABAQUS对试验进行模拟,分析试验过程中BFRC内部应力场、应变场的变化规律。结果表明:BF的加入明显降低了混凝土在Na_(2)SO_(4)溶液-冻融循环过程中质量、相对动弹性模量、抗压强度、劈裂抗拉强度的损失率。在冻融过程中BF起到传递和分散应力的作用,使混凝土内部应力重分布提高了混凝土的抗盐冻性能,掺量0.3%(体积分数)时BFRC抗盐冻性能最佳。该有限元模型直观有效地反映出BF在混凝土冻融损伤演化过程中的重要作用。

生活垃圾焚烧尾渣-次轻混凝土冻融劣化特性及微观机制

针对混凝土在冻融环境中耐久性差及传统改善方法引起的成本问题,提出利用城市生活垃圾焚烧尾渣作为轻骨料,制备能够提高抗冻性降低成本的次轻混凝土。以水胶比0.3,尾渣轻骨料掺量为25wt%、50wt%和75wt%的次轻混凝土为研究对象,模拟严寒地区冻融环境。利用剥落量、质量损失、强度损失、动弹性模量损失等宏观指标探究次轻混凝土冻融劣化规律,从次轻混凝土吸水饱和度、孔结构特征、骨-浆界面等方面揭示了冻融劣化机制,最后建立基于损伤力学理论的次轻混凝土损伤劣化模型。结果表明:冻融循环侵蚀对普通混凝土造成的耐久性损伤程度比次轻混凝土更严重,普通混凝土表面产生了更多的砂浆剥落。尾渣轻骨料的掺入能够显著改善混凝土的抗冻性能。在冻融循环侵蚀条件下掺入25wt%、50wt%和75wt%尾渣轻骨料的次轻混凝土耐久性能分别比普通混凝土至少提高了15.2%、30.3%和33.3%。次轻混凝土的内养护作用加强、有益孔的数量增加和骨-浆界面强度增大等改善了孔隙结构和界面特征,提高了冻融侵蚀耐久性能。基于损伤力学建立的次轻混凝土劣化模型的拟合度为0.97以上,能够较好地研究次轻混凝土冻融变化规律和损伤程度。