3D打印全再生粗骨料混凝土各向异性力学性能研究

选用粒径4.75~10mm的粗骨料,制备成天然粗骨料混凝土和再生粗骨料混凝土,对比分析了作为3D打印油墨的可打印性,并探讨了不同养护条件对3D打印混凝土硬化后各向异性力学性能的影响。试验结果表明,相较于天然粗骨料,全再生粗骨料有助于加速打印油墨由流动性向塑性转化;通过配合比调整,打印油墨在静置10min后仍能维持可打印性,连续打印下的可工作时间增至20min;相较于标准养护,自然养护7d的天然及再生打印试样X方向的抗压强度降低分别为19.84%及20.13%;抗压强度关系为X轴(打印方向)>Z轴(叠层方向)>Y轴(传动轴方向),标准养护28d天然及再生打印试样Y轴抗压强度分别为X轴的83.41%与84.27%,表现出明显的各向异性。最后,从细微观角度阐释了骨料类型及3D打印层间性能对各向异性的形成机理。

平陆运河土石方多路径利用的基础问题与解决途径

平陆运河是西部地区陆海新通道骨干工程,其建设过程将产生涵盖23种岩土类型、成分杂且分布散的土石方约3.39×10^(8)m^(3),因而土石方资源化利用是建设平陆运河绿色工程的重要组成部分;正在实施的土石方利用途径以抬填造地为主(占50%以上),存在高品质的资源化利用率低、产品应用需求研究滞后、创新技术少、数字化程度低、碳排放评价缺失等基础问题,阻碍了平陆运河土石方的多路径高效利用。本文针对相关基础问题,着重从资源化、数字化、低碳化的角度出发,提出了平陆运河土石方利用创新解决途径:挖掘工程自身及周边地区的潜在应用需求,根据不同岩土的类型分别形成利用途径,实现多场景应用和多路径利用;构建开挖区土石方地质信息模型、土石方信息数据库等,形成土石方的数字化“挖-运-储-用”技术;建议针对多利用路径的碳排放进行生命周期评价,结合土石方数据库开展碳排放的动态评价,研发模块化移动式处置装备、原位利用技术以支持实现降本减碳。在平陆运河工程的现状基础上,资源化、数字化、低碳化的有机结合将为平陆运河绿色工程建设提供坚实支撑,也可为后续其他工程的土石方多路径利用提供技术参照。

3D打印砂浆的流变性与可打印性

介绍3D打印砂浆(3DPM)性能要求,通过常规工作性测试方法和普通砂浆工作性测试法,研究水胶比对3DPM流变参数的影响及其变化规律,并分析流变参数与流动度间的关系。基于实验室3D打印机的打印效果,确定适合打印的流变参数范围,并与其他文献结果进行比较。结果表明,本研究设计的3DPM在30min内的流动度损失<5%,显示出较合适的工作时间。水胶比对3DPM的屈服应力和触变性有较大影响,而对塑性黏度影响较小。当水胶比由030降低到026时,屈服应力和触变环面积分别增加9651%和5852%。3DPM的流动度与屈服应力、流动度与触变性间均存在较好的线性关系。实际打印效果表明,适合打印的3DPM流动度为205~215mm,屈服应力为102~138Pa。

脱硫石膏制备高强α-半水石膏的晶形改良剂与工艺参数研究

以电厂脱硫石膏为原料,采用"动态水热法",通过掺加适当、适量的晶形改良剂引调整制备工艺技术参数等方法,成功地生产出抗压强度为40～60MPa的高强α-半水石膏,并可联动生产石膏砌块。采用此工艺,生产中可减少石膏粉干燥工序,由此可降低热耗40%。

动态水热法制备高强α-半水石膏的工艺参数研究

阐述脱硫石膏制备高强α-半水石膏的两种成型方法,采用"动态水热法",通过掺加适当、适量的晶形改良剂,调整制备工艺参数等技术,可用电厂脱硫石膏生产出抗折强度超过11MPa。

全再生骨料混凝土基本特性及受压损伤本构

为实现废弃混凝土资源最大化利用和充分挖掘其低碳潜能,提出发展全再生骨料混凝土(FRAC),即利用废弃混凝土加工成的再生粗、细骨料全部取代天然砂石制备的混凝土。以4种不同的骨料体系作为参变量,完成了FRAC的力学性能、收缩特性和单轴抗压应力-应变关系试验研究。分析结果表明,混凝土抗压强度受再生骨料体系,尤其是全再生细骨料的负面影响较大,但经过配合比优化,FRAC能满足C30强度等级以上的制备设计要求;全再生骨料体系增加了混凝土的干燥收缩,尤其是早期收缩发展;FRAC在单轴受压作用下出现较小变形时,损伤就开始明显发展,通过考虑初始损伤和受力损伤,建立了适用于FRAC的受压损伤本构模型,能很好地描述其应力-应变行为特征。最后,对提升全再生骨料混凝土力学性能未来需要开展的研究方向进行了展望。

碱激发泡沫混凝土早期稳定行为及机理

研究了不同种类泡沫在碱性环境和碱激发泡沫混凝土中的早期稳定时变行为.结果表明:相比植物型、动物蛋白型发泡剂,复合型发泡剂在碱性环境中具有更好的稳定能力;随着激发剂模数和碱当量的增加,碱激发泡沫混凝土的沉降距逐渐增大,沉降时间逐渐缩短,沉降速率倍增;碱激发泡沫混凝土的早期稳定性是由泡沫本身的稳定性和碱激发混凝土浆体的协同作用所决定,在激发剂模数1.0、碱当量3%、矿渣与粉煤灰质量比为8∶2和复合型发泡剂发泡的条件下,可以制备出具有良好早期稳定性的碱激发泡沫混凝土.

废混凝土再生集料在高速公路改扩建中的工程应用

研究评估废混凝土再生集料取代率对水稳级配碎石和水泥混凝土力学性能的影响规律,探索适用于高速公路改扩建工程要求的配合比,并通过工程实践进一步评估再生集料在高速公路改扩建工程中原位协同再生利用的可行性.结果表明:水稳级配碎石和水泥混凝土的力学性能均随着再生集料取代率的增大而降低,设计配合比经工程示范应用现场检测验证具有可行性.

基于机器学习的再生混凝土配合比设计方法

再生混凝土技术是实现建筑垃圾资源化利用的有效途径.通过收集再生混凝土氯离子侵蚀试验和碳化试验的数据,将材料信息和试验环境信息作为输入参数,采用电通量和碳化深度分别量化再生混凝土的抗氯离子侵蚀和抗碳化性能,基于机器学习方法构建再生混凝土的耐久性能预测模型,在此基础上以强度、耐久性和成本作为优化目标,结合NSGA-Ⅱ算法和优劣解距离法提出再生混凝土配合比优化设计方法.结果表明:梯度提升树模型可以较好地预测再生混凝土的抗氯离子侵蚀性能,高斯过程回归模型则对再生混凝土抗碳化性能预测表现较好;采用提出的配合比优化设计方法获得了满足耐久性和力学性能要求的低成本再生混凝土配合比建议值,可用于指导施工配合比设计.

海底隧道C40P10喷射混凝土的试验研究

针对某海底隧道工程对C40P10喷射混凝土的使用要求,实验研究了速凝剂、硅灰以及钢纤维对喷射混凝土工作性、力学性能以及耐久性的影响。结果表明,所配制的喷射混凝土的工作性良好,可满足现场湿喷工艺的要求;在喷射混凝土中加入硅灰和钢纤维能够显著改善其力学性能,增强其抗水渗透能力;掺入硅灰的喷射混凝土表现出优异的抗氯离子渗透能力,适合于海底隧道工程应用。

全再生混凝土概念的衍化与研究进展

全面梳理和分析了再生混凝土的发展历程与演变特点,提出了全再生混凝土的基本概念,基于文献分析,针对不同组分、不同取代率下再生混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能开展了对比分析。整理了当再生粗骨料、再生细骨料分别单取代且取代率达到100%及再生粗、细骨料双取代的取代率都达到100%后混凝土各性能变化的量值,最后总结了再生粉体对混凝土的影响,在文献脉络梳理的基础上,明确了全再生混凝土的内涵和外延,并尝试总结了全再生混凝土的力学性能理论预测模型,给出了今后全再生混凝土的研究方向和建议。研究结果表明:在众多的配合比设计方法中,基于自由水灰比的配合比设计方法最为成熟,应用最为广泛;再生骨料单取代混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能均随着取代率的增加而降低,对于再生粗、细骨料双取代的混凝土,再生粗骨料对抗压强度的影响要大于再生细骨料,再生细骨料对工作性能的影响要大于再生粗骨料。

纳米SiO2和粉煤灰复掺对再生混凝土性能的影响

使用质量取代法研究粉煤灰和纳米SiO2单掺及复掺对再生混凝土(RAC)工作性能、抗压强度(7,28,90 d)、抗折强度(28 d)和劈裂抗拉强度(28 d)的影响。浇筑试样时,基于现有的搅拌方式,提出了新的两阶段搅拌法,先将再生粗骨料和纳米SiO2、附加水进行搅拌,使得部分纳米SiO2颗粒能够被再生粗骨料吸收,用于填补老砂浆孔隙和微裂缝。结果表明:随着纳米SiO2掺量增加,再生混凝土的坍落度逐渐减小,复掺粉煤灰能够减少纳米SiO2引起的坍落度损失;粉煤灰掺量不变的情况下,再生混凝土抗压、抗折和劈裂抗拉强度随着纳米SiO2掺量的增加而增加;复掺纳米SiO2和粉煤灰不但能够补偿再生混凝土由粉煤灰引起的早期强度降低,而且90 d龄期抗压强度明显高于2种材料单掺的再生混凝土;纳米SiO2掺量(质量分数)为1%时,再生混凝土在90 d龄期的抗压强度相对再生混凝土提高了3.0 MPa;复掺纳米SiO2和粉煤灰对再生混凝土的抗折强度、劈裂抗拉强度也有显著提升,S2F30的抗折强度相对于F30增加了24.17%,且劈裂抗拉强度高于2种材料单掺的再生混凝土,相对于F30提高了12.68%。

混凝土建筑3D打印技术工程应用分析

混凝土建筑3D打印技术的研究目前处于起步阶段,打印材料、设备、工艺间的研究相互割裂,缺少实践配合。由于缺少相关标准规范作为建造依据,且现有示范项目未能充分体现3D打印技术的优势,因此该技术的市场认可程度不高,距投入市场化应用还有极大难度。梳理国内外混凝土建筑3D打印技术的打印工艺、打印材料、打印设备、打印实践发展,通过分析混凝土建筑3D打印技术在不同工程场景下的实际应用案例,总结其存在的主要问题与不足,并立足适合该技术的不同应用场景进行系统分析,提出高效、合理的生产建造过程,推动3D打印在混凝土建筑领域的智能化、工业化、可持续化的研究与发展。

再生粗骨料含水状态对混凝土性能的影响

研究了再生粗骨料含水状态(绝干、气干及饱和面干)对新拌混凝土流变性能的影响规律,同时对其早期力学性能和耐久性能进行了测试.结果表明:再生粗骨料的含水状态对新拌混凝土流变性能影响较大,拌和物中自由水的含量虽然对新拌混凝土的动态屈服应力影响不大,但会显著影响其静态屈服应力和塑性黏度;相对于其他2种含水状态,气干状态下的再生粗骨料对混凝土抗压强度产生的不利影响最小.

低强再生混凝土及其应用

通过疏理和分析国内外文献,结合试验论证,为建筑固废资源化提供一个新思路,即利用由废混凝土生产的再生原料(再生骨料和再生微粉)制备泡沫再生混凝土。阐述了再生骨料和再生微粉的加工工艺和复杂特性,分别介绍了再生混凝土和泡沫混凝土的力学性能及应用,并重点分析了影响泡沫混凝土性能的主要因素。充分利用再生混凝土与泡沫混凝土的自身特点,将两者进行有效结合,提出了一种低强功能化泡沫再生混凝土的制备方法,并确定了可行的配合比。最后,对这一研究方向进行了展望,提出了拦阻系统被破坏后现场实现二次、多次再生的可能性,使其具有更高的利用价值。研究结果表明:在同一种配合比下,泡沫混凝土的强度和密度远低于再生混凝土;用再生细骨料取代标准砂后,所得泡沫再生混凝土的强度和密度会进一步降低;所制备的泡沫再生混凝土符合规范《特性材料拦阻系统》(MH/T 5111—2015)中提出的耗能曲线要求,验证了将其用作机场跑道端末端安全区特性材料拦阻系统的可行性。

建筑废物堆山造景工程探索

阐述了目前建筑废物围城的现象,分析了建筑废物对环境的危害以及目前资源化的现状,提出了采用多功能化的“堆山造景”来处理建筑废物的方式。结合诸多实例以及上海对于山体景观的需求,进行了在上海市区内堆山造景构筑城市生态公园的设想以及概念上的规划,并重点对其中涉及的工程安全问题进了剖析。新型的多功能化“堆山造景”将会为上海的城市环境带来许多生态益处。

石材废弃物的处置利用现状及对策探究

近年来,石材被广泛应用于建筑领域,而其在加工过程中产生的石材废弃物日益增长,对当地的生态环境以及人们的日常生活造成严重影响,但针对石材废弃物的处理利用却鲜有研究。通过对素有“中国石材之乡”之称的山东平邑进行石材废弃物处置现状实地调研,较全面地分析与解读了石材废弃物的形成过程、环境危害、排放量、处置工艺以及资源化利用现状等,发现当地石材废弃物存在排放量大,处置形式单一,回收利用率低等问题,提出了相应的对策,包括建立完善的法律制度,制定有效的源头管控措施,因地制宜地实施全过程分类管理模式,进一步加强产学研合作以及开拓创新处置工艺、设备与资源化利用途径等,为相关政府部门、石材加工厂、资源化利用企业以及科研学者对石材废弃物的资源化处置利用提供参考意见或建议,对当地乃至全国石材废弃物的处置具有一定的积极引导作用。

3D打印再生砂浆的早期性能

研究了不同再生砂取代率对3D打印再生砂浆早期性能的影响,并通过在3D打印再生砂浆中加入不同掺量的超高分子量聚乙烯短纤维,探究了纤维掺量对再生砂浆打印性能的影响.结果表明:再生砂的掺入加速了3D打印再生砂浆早期强度的增长,50%、100%再生砂取代率的3D打印再生砂浆的湿坯强度增长速率分别是无再生砂砂浆的3.2、16.7倍;适量纤维的掺入不会影响再生砂浆早期强度的增长速率,而过多纤维的掺入将对再生砂浆早期强度的发展起负作用.

再生混凝土冲击磨耗性能与调控方法

评估了再生粗集料(RCA)取代率对再生混凝土(RAC)力学性能和冲击磨耗性能的影响规律,建立了RAC的冲击磨耗时变模型,并在此基础上开展了基于纤维和再生橡胶颗粒复掺的RAC冲击磨耗性能调控方法研究.结果表明:RAC的冲击磨耗性能随RCA取代率增大呈下降趋势,并与其各项力学性能指标之间具有较高的相关性;纤维和再生橡胶颗粒的掺入能够改善RAC的冲击磨耗性能.

骨料品质特性对RAC弹性模量预测的影响研究

利用人工神经网络(ANN)方法,对从5篇文献中收集的与再生混凝土性能有关的290组数据进行训练与测试,评估了再生骨料的品质特性对混凝土弹性模量预测模型的重要性,并进一步分析再生混凝土ANN预测模型中输入参数的选择问题。研究结果表明:再生骨料的品质特性参数对再生混凝土的弹性模量有较大影响,与以往只考虑配合比和取代率的ANN模型相比,含再生骨料品质特性参数的ANN模型具有更高的预测精度,相关系数(R2)都超过了0.996,且平均绝对百分比误差(MAPE)值均非常小,介于2%-5.98%。ANN可以用来预测含不同品质再生骨料混凝土的弹性模量,但需合理选择输入参数进行建模。