3D打印混凝土人工鱼礁的生物附着效果

为研究3D打印混凝土人工鱼礁的生物附着效果,将喷头口径分别为20 mm(3D-20组)和10 mm(3D-10组)的3D打印挂板试件与相同配合比的浇筑成型挂板试件(PC组)投放到大连市黑石礁海域潮间带进行生物附着对比试验,2020年9月1日完成海上挂板,于2020年11月1日(放入海中2个月)、2021年2月1日(放入海中3个月)和2021年7月1日(放入海中5个月)时分别取样,测定附着生物的种类和生物量,第1次和第2次取样后试件均放回原处。结果表明:取样鉴定出的附着生物种类数量共计17种,每一次取样短滨螺Littorina brevicula均为优势种;第3次取样的总生物量,3D-20、3D-10、PC组试件分别为561.58、215.72、203.24 g/m^(2),3次取样中,3D-20组总生物量均显著大于3D-10组和PC组(P<0.05),而3D-10组与PC组间无显著性差异(P>0.05)。研究表明,3D打印混凝土作为人工鱼礁材料具有实用性,其打印方式造成的礁体表面不平整对于生物附着具有优越性。

基于混凝土细观数值实验的自愈合微胶囊受力状态统计特征分析

自愈合混凝土中微胶囊的分布具有随机性,叠加混凝土的非均质特性,使得微胶囊的受力状态具有统计学特征。针对混凝土中微胶囊受力状态实测不便的问题,采用混凝土细观数值实验的方法,通过PFC2D颗粒流离散元软件建立混凝土细观数值模型,根据宏观物理实验获得的应力应变曲线标定细观参数,进而开展混凝土细观数值实验。通过混凝土细观数值试件砂浆颗粒之间的接触力来分析微胶囊力学状态的统计特征,实验结果表明:法向接触拉力和压力的平均值分别为12.24和6.36 mN;标准差为23.07和25.57 mN;75%的法向接触拉力和压力分别位于10.09和11.90 mN以下,90%的法向接触拉力和压力分别位于20.42和24.51 mN以下,这与微胶囊受力状态的实测数据基本吻合。基于混凝土细观数值实验来分析自愈合微胶囊受力状态的方法具备应用前景,作为实测方法的补充,为微胶囊在混凝土中受力状态的获取及跨尺度研究提供了有效路径。

湿筛混凝土动态受压力学性能及破坏形态细观数值模拟

湿筛混凝土通常用来代替由于骨料粒径较大而不便开展物理试验的水工全级配混凝土。为了研究加载速率对湿筛混凝土力学性能及破坏形态的影响,从细观角度出发,运用颗粒流离散元软件PFC^(2D)建立湿筛二级配混凝土细观数值试件,根据拟静态单轴压缩(应变速率10^(-5) s^(-1))试验数据标定出数值试件中砂浆颗粒之间、粗骨料颗粒之间及砂浆颗粒与粗骨料颗粒接触面之间的细观参数,进而开展应变速率为10^(-4) s^(-1)、10^(-3) s^(-1)、10^(-2) s^(-1)的动态加载并进行动态力学性能及破坏形态的数值模拟和机理分析。结果表明,不同应变速率下试件的应力-应变曲线形状相近,峰值应力随着应变速率的增加而增大,增长率为7.3%~37.9%,峰值应力处应变增大幅度不大。试件破坏形态与物理试验现象吻合较好,随着应变速率的增加,裂缝数量不断增加,裂缝分布趋于均匀,裂缝数量增长率平均为峰值应力增长率的4.2倍。此外,随着应变速率的增加,数值试件内部的颗粒接触力的不均匀程度有所降低,这表明动态强度的增长与混凝土内部受力的不均匀程度有关。