钢纤维增强混凝土细观压缩断裂模拟与性能分析

韧性城市构筑需要更多高强、高韧的混凝土基础设施,现有钢纤维增强混凝土(SFRC)细观力学模型与断裂性能模拟研究仍存在挑战。本文借助Python软件对Abaqus前处理二次开发,建立了SFRC三维细观模型,全局插入内聚力单元模拟骨料与混凝土基体之间的界面,研究钢纤维体积率V_(SF)、混凝土基体强度、骨料粒径对SFRC单轴压缩断裂性能的影响。结果表明:V_(SF)在0%~2.0%时,V_(SF)越大,SFRC抗裂性能越好,且残余应力更大;V_(SF)为2.0%时,SFRC应力较未加入钢纤维混凝土提高了60.64%;当基体强度增加时,SFRC的韧性也随之提高,C60、C80混凝土所对应的最大应力值与C40混凝土相比分别提高了66.48%、91.39%,SFRC的应力-步长曲线在弹性阶段变得更陡峭;骨料粒径在5~7 mm时,随着骨料粒径的增加,SFRC的抗裂性能显著增强。显然将分散、不定向的韧性钢纤维加入脆性混凝土基体中可有效增强混凝土设施的抗震韧性和抗裂性能。

面向海工结构阴极防护用纳米水泥基热电复合材料制备及其温差自供能性

经略海洋及双碳背景下,用阴极防护(CP)技术提升海工结构服役寿命具有重要意义,然而需外加电源额外驱动。为此本文先用水热法合成纳米二氧化锰(nMnO_(2)),然后与碳纳米管(CNTs)复掺水泥砂浆体系中,制备纳米水泥基热电复合材料(NTEC);最后将20个NTEC串联成1套热电发电模块,并结合电化学方法综合评价基于温差发电的NTEC热电模块直接用作海工结构钢筋CP系统电流供给源的可行性。结果表明:复掺有0.2wt%CNTs与5.0wt%nMnO_(2)的NTEC试件的热电系数、热电功率因数可分别达3612μV/℃和301.4μW·m^(-1)·℃^(-2),本征力学强度与耐久抗渗性得到保障;施加基于NTEC温差发电的CP,钢筋的腐蚀电位正移,腐蚀概率显著降低;施加基于NTEC热电模块的CP后能使钢筋腐蚀电流密度降低3个数量级,腐蚀电荷转移得到了抑制,腐蚀速率大为降低,实现海工结构钢筋CP的自供能,同时保障了其用作保护层的强度与耐久性。

正交优化纤维聚合物修补防护砂浆配比及其综合性能实现机制

双碳节约型经济大背景下,亟待开发面向复杂服役环境下基础设施修补用高性能修补防护砂浆。本文结合正交试验手段,综合探讨钢纤维(SF)掺量、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)乳胶粉掺量、高贝利特硫酸盐水泥和普通硅酸盐水泥比例对相应复配而成的纤维聚合物修补防护砂浆(SCPRM)的工作性能、力学性能、界面粘结性能和防水/抗渗耐久性能的影响规律。最优配比SCPRM的流动扩展度、凝结时间、抗折强度(f_(t))、抗压强度(f_(c))、14天粘结强度(f_(b)^(14d))、90天干燥收缩率、3天吸水率、接触角和氯离子渗透系数分别达226.0 mm、41 min/63 min(初凝/终凝时间)、5.2/17.1 MPa(f_(t)^(1d)/f_(t)^(28 d))、16.7/73.2 MPa(f_(c)^(1d)/f_(c)^(28 d))、3.61 MPa(f_(b)^(14 d))、16.44×10^(−5)、0.16%、70.04°和0.9486×10^(−12)m^(2)·s^(−1)。相应宏/微观结构显示SF分散均匀、EVA聚合物膜在水化产物中交替分布;FTIR揭示了复合胶凝体系水化特点与EVA对其水化影响机制。最终,制备出了一种综合性能优异,能够适应复杂服役环境的高性能修补防护砂浆。