再生粗骨料混凝土应力-应变关系

再生粗骨料混凝土应力-应变关系是实现其材料到结构力学分析的桥梁纽带,成为再生粗骨料混凝土结构基础理论的基石。介绍了作者团队多年来在再生粗骨料混凝土应力-应变关系方面取得的研究进展:采用模型化再生粗骨料方法,研究了复杂界面过渡区对再生粗骨料混凝土破坏行为的影响,揭示了再生粗骨料混凝土细观损伤本质与演化机理;从静力作用到动力作用,系统地开展了不同工况下再生粗骨料混凝土应力-应变行为试验研究,探明了载荷条件对再生粗骨料混凝土应力与变形的影响规律并建立了相适应的力学与数学模型;进一步考虑再生粗骨料性能时空变异性,发现了再生粗骨料混凝土力学响应的概率分布特征,提出了再生粗骨料混凝土随机损伤本构关系;基于获得的本构模型,完成了再生粗骨料混凝土构件时变可靠度分析和结构动力非线性分析,为再生粗骨料混凝土在实际工程中的安全应用提供了理论支撑;提炼了相关研究结论并对未来研究工作进行了展望。

玄武岩纤维棒聚合物混凝土的弯曲韧性

研究了玄武岩纤维棒(BFB)的纤维增强指数I_(R)对玄武岩纤维棒聚合物混凝土(BFB-PC)韧性指标T_((2(n-1)))(n)的影响,通过分形理论探究了T_((2(n-1)))(n)与裂缝形貌的关系,并建立了弯曲韧性计算模型.结果表明:当IR=90.0时,BFB对BFB-PC的增韧效果最优,此时BFB-PC的弯曲韧性比未掺BFB时提升了8.39倍;BFB的增韧阈值为IR=37.5和IR=90.0;当IR相同时,与未掺聚合物的混凝土相比,聚灰比为0.06的BFB-PC T_((2(n-1)))(n)更高;IR越大裂缝形貌越复杂,T(2(n-1))(n)与裂缝分形维数呈二次函数关系;本文提出的弯曲韧性计算模型准确描述了BFB对PC梁的增韧作用,其试验值与理论值的相对误差小于15.00%.

稻草纤维增强泡沫混凝土物理力学性能试验研究

为了研究稻草纤维增强泡沫混凝土的性能,以普通硅酸盐水泥为主要胶凝材料,硅灰、偏高岭土和粉煤灰为辅助胶凝材料,稻草纤维为增强材料,采用物理发泡法制备纤维增强泡沫混凝土;通过全因子试验,研究在不同水胶比和发泡剂掺量下,稻草纤维掺量对泡沫混凝土的密度、吸水率、抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度和抗冻性能的影响。结果表明:对于不同水胶比和发泡剂掺量,泡沫混凝土的密度、抗压强度和劈裂抗拉强度均随纤维掺量的增加呈现出先增加后降低的变化规律;抗压强度随密度增加呈幂函数增加关系;劈裂抗拉强度随抗压强度的增加呈指数函数增加关系;当水胶比为0.45时,抗折强度随纤维掺量的增加先增加后降低,当水胶比为0.50时,抗折强度随纤维掺量的增加而增加;纤维的掺入增大了泡沫混凝土的泡孔尺寸和吸水率,降低了其抗冻性能。

不同纤维对高强轻骨料混凝土力学性能影响及微观机理研究

为改善高强轻骨料混凝土的力学性能和弯曲韧性,研究了玄武岩纤维、细聚乙烯醇纤维、仿钢纤维、聚丙烯纤维和粗聚乙烯醇纤维的掺入对高强轻骨料混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度和抗弯强度的影响规律。通过4点弯曲试验获取荷载-挠度曲线,基于韧性指标对比分析了5种纤维对高强轻骨料混凝土弯曲韧性的影响。通过扫描电子显微镜观察纤维破坏前后的表面微观形貌,阐释了不同纤维的增强增韧机理。研究结果表明:掺入纤维对高强轻骨料混凝土的力学性能均有提升,主要提升高强轻骨料混凝土的抗拉性能和弯曲韧性。粗聚乙烯醇纤维提升劈裂抗拉强度和抗弯强度程度最大,分别提高了83%和220%,使高强轻骨料混凝土破坏由脆性转为高延性。纤维对高强轻骨料混凝土抗拉性能和韧性的提升与纤维表面损伤程度成正比。

基于ICP-MS研究转炉钢渣微粉吸附镍和铅的动力学机理

随着工业化的发展,水体和土壤中的重金属污染日益严重。其中,重金属镍是一种常见的致敏性金属,会引起人体过敏发炎,甚至会引发癌症;血液中铅浓度的超标会危害人的神经系统、心血管系统和生殖系统,造成终身性的危害。因此,治理镍和铅重金属污染具有十分重要的意义。钢渣是炼钢过程中产生的一种副产物,其存在难以利用与附加值低的问题。同时加之管理制度的不健全,导致大量钢渣露天堆放,对土地资源、地下水源,以及空气质量造成严重影响。钢渣微粉具有比表面积大、多孔、化学活性高等特性,被广泛利用,可以成为吸附材料。本文以转炉钢渣微粉为研究对象,利用激光粒度仪、电感耦合等离子体质谱仪、比表面积与孔隙度吸附仪、X射线荧光光谱仪等测试转炉钢渣微粉的基本性质,重点研究转炉钢渣微粉添加量、重金属初始浓度、溶液pH和吸附时间对转炉钢渣微粉吸附Ni^(2+)、Pb^(2+)的效果,结合吸附动力学与吸附等温线理论揭示转炉钢渣微粉对Ni^(2+)、Pb^(2+)的吸附作用机理,为处理镍、铅重金属污染和工业废水处理提供技术支持与理论依据。结果表明:当转炉钢渣微粉添加量大于12.5 g·L^(-1)、重金属初始浓度小于100 mg·L^(-1)、溶液pH大于3和吸附时间大于120 min时,转炉钢渣微粉对Ni^(2+)、Pb^(2+)的吸附效果良好,即基本达到90%。转炉钢渣微粉对Ni^(2+)、Pb^(2+)的吸附符合准二级动力学模型,吸附速率由边界扩散和颗粒内扩散共同控制,吸附过程以化学吸附为主。转炉钢渣微粉的结构具有多孔性为物理吸附Ni^(2+)、Pb^(2+)提供吸附空间,转炉钢渣微粉的化学成分不仅具有碱性与Ni^(2+)、Pb^(2+)形成络合产物,而且水化过程中CaO与SiO_(2)生成C—S—H凝胶,对Ni^(2+)、Pb^(2+)形成络合吸附与硅酸盐体系包裹。转炉钢渣微粉对Ni^(2+)、Pb^(2+)吸附可能存在多层吸附。吸附Ni^(2+)、Pb^(2+)的过程为优惠吸附,吸附容易进行,其理论最大吸附量分别为18.785和17.002 mg·g^(-1)。

细聚丙烯纤维混凝土介观离散力学模型及其Ⅰ型断裂强度负效应机理

细聚丙烯(PP,直径小于100μm)纤维混凝土Ⅰ型断裂强度随纤维含量增加呈现先增后减的变化规律,其机理尚不明晰。而且由于纤维数量过多,现有数值方法无法精细刻画细纤维混凝土力学行为。对此通过考虑细PP纤维亲水性提升基体局部水灰比的强度正效应和纤维桥接力强度贡献低于砂浆的强度负效应,并引入纤维直径等效系数(rf),实现介观尺度细聚丙烯纤维混凝土(PFRC)力学行为模拟。研究表明:纤维直径等效系数(rf)建议小于10;当纤维微量添加时,细PP纤维提升基体局部水灰比,使基体强度上升,此时正效应高于负效应;随着纤维含量增加,由于纤维桥接力贡献无法补偿相应面积基体强度,负效应持续增长,PFRC宏观Ⅰ型断裂强度下降。

轻质高强蒸压加气混凝土的制备及性能研究

本文利用新疆地区粉煤灰和微硅粉等典型固废资源为原料,开展轻质高强蒸压加气混凝土制备技术研究,分析了原料配比、水料比和发气剂掺量对制品绝干密度和抗压强度的影响。结果表明,当m(粉煤灰)∶m(微硅粉)∶m(石英砂)∶m(生石灰)∶m(水泥)∶m(石膏)=30∶25∶10∶25∶8∶2、铝粉量为总物料质量的0.10%、水料比为0.58、蒸压温度为195℃、蒸压压力为1.2 MPa、蒸压时间为8 h时,轻质高强蒸压加气混凝土的绝干密度为568.70 kg/m^(3),抗压强度为5.4 MPa,导热系数为0.140 W/(m·K),达到了A5.0、B06等级。

普通硅酸盐水泥对负温碱激发矿渣砂浆力学性能的影响

碱激发矿渣(AAS)在0℃下能持续水化,具有应用于冬季施工的潜力。为了进一步提升AAS砂浆作为寒冷修补材料的力学性能,掺入了5%、10%、15%和20%的普通硅酸盐水泥(OPC)作为AAS中粒化高炉矿渣(GGBS)的部分替代物。结果表明:在-10℃条件下,OPC含量为15%时,1 d龄期的抗压强度和抗折强度分别提高了31.3%和25.18%,28 d龄期的抗压强度和抗折强度分别提高了4.5%和7.2%。此外,对样品的水化热、生成产物和微观结构进行了对比分析。结果显示,在AAS中加入OPC可以提高水化热,增加C(-A)-S-H的生成率,优化微观结构。

不同粗骨料取代率下粉煤灰再生混凝土的力学性能研究

为探讨不同再生粗骨料取代率下粉煤灰对再生混凝土力学性能的影响,以及再生混凝土抗折强度与再生粗骨料取代率、水胶比之间的关系,以RC30设计强度等级为基础设计了16组配合比,制作了96块再生混凝土试块,主要进行了再生混凝土的抗压强度试验和抗折强度试验。得出如下结论:随粉煤灰掺量的增加,不同再生粗骨料取代率,抗压强度变化规律有所不同;再生粗骨料取代率为0、30%和40%时,抗压强度随粉煤灰掺量的增加整体呈下降趋势;而当再生粗骨料取代率为50%时,随粉煤灰掺量的增加,抗压强度先减小后增大。粉煤灰掺量大于20%时,天然骨料混凝土的抗压强度急剧下降,而再生骨料混凝土的抗压强度降低幅度均较小,大掺量粉煤灰在再生混凝土中或将有更大的应用空间。通过观察抗折强度试件破坏断面,分析再生混凝土变形破坏特征。粉煤灰的掺入提高了天然骨料混凝土的抗折强度,且掺量为20%强度最高。再生粗骨料取代率为30%时,随粉煤灰掺量变化抗折强度整体呈下降趋势,但下降幅度很小;再生粗骨料取代率为40%和50%时,呈先减后增再减的趋势。天然骨料混凝土的折压比随粉煤灰掺量的增加而提高;再生混凝土折压比随粉煤灰掺量的变化趋势与抗折强度一致,但变化幅度略小。粉煤灰对再生混凝土抗折强度的影响大于抗压强度;再生粗骨料取代率为30%,粉煤灰掺量为10%为较优掺量。提出再生混凝土抗折强度预测式。

城市轨道交通混凝土抗裂防渗技术研究与应用

抑制混凝土开裂渗漏是保障城市轨道交通地下结构建设质量的重点和难点。以城市轨道交通地下车站为例,分析了混凝土开裂的主要原因,介绍了施工期混凝土抗裂性评估与设计方法,提出了混凝土材料抗裂性能控制指标,以及保障指标实现的材料、施工控制措施,结合实际工程,介绍了成套技术应用效果,为类似工程抗裂防渗建设质量提升提供指导。

氯盐干湿循环对再生混凝土力学性能研究进展

再生混凝土的应用,不仅能够解决废弃混凝土处理问题;又能降低因资源过度开采所引起的生态环境破坏,因而具有广阔的发展前景。相比于普通混凝土,干湿循环作用下再生混凝土的力学性能更为复杂。综述了氯盐干湿循环环境下再生混凝土力学性能研究进展,剖析了再生混凝土在氯盐侵蚀与干湿循环共同作用下抗压强度、劈裂抗拉强度、抗剪强度、动弹性模量、界面过渡区和孔隙结构等力学性能变化规律,分析了干湿循环与再生粗骨料对再生混凝土力学性能影响机理,总结了其力学性能改善措施。分析结果表明:既有研究存在不足,主要体现在试验早期不同研究者的研究结论离散性较大,需要进一步加强微观结构和破坏机理分析,完善理论体系。

PE纤维与细橡胶颗粒对泡沫混凝土弯曲韧性的影响

研究了聚乙烯(PE)纤维及其与细橡胶颗粒复掺对泡沫混凝土弯曲破坏模式、峰值强度、能量吸收特性和弯曲韧性的影响,并结合孔结构分析和微观形貌观察探究了其作用机理.结果表明:PE纤维使泡沫混凝土出现多缝开裂模式,显著提升了其峰值强度、能量吸收能力和弯曲韧性;复掺细橡胶颗粒可以进一步提升泡沫混凝土试件的比能量吸收和弯曲韧性;掺入PE纤维可以降低泡沫混凝土的平均孔径;复掺细橡胶颗粒导致泡沫混凝土试件的平均孔径增大,联通孔增多,对其峰值强度有不利影响;PE纤维及细橡胶颗粒提升泡沫混凝土弯曲韧性的主要原因在于其削弱了裂纹尖端的应力集中,同时增强了能量耗散作用.

粉煤灰改性固体废弃物胶固粉的制备及性能研究

以电石渣和粉煤灰这两类固体废弃物为主要原料,制备了不同粉煤灰掺量的固体废弃物胶固粉。研究了粉煤灰掺杂比例对胶固粉水化进程、微观形貌、破坏形态和力学性能等方面的影响。结果表明,掺入适量粉煤灰后加速消耗了水泥熟料,提高了胶固粉的水化反应速率,在28 d龄期下,当粉煤灰的掺量为30%(质量分数)时,胶固粉中孔隙数量最少,结构密实度最高。胶固粉在受力过程中破坏形态相似,裂纹自上而下均为条形裂纹,且上部出现了坍塌现象。随着粉煤灰掺量的增大,胶固粉的凝结时间逐渐增大,流动度和化学结合水量持续降低,抗压强度和最大应力先增大后降低变化。在28 d龄期下,当粉煤灰的掺量为30%(质量分数)时,胶固粉的抗压强度最大为14.85 MPa,在相同应变下的应力最高为15.70 MPa。分析可知,粉煤灰的最佳掺量为30%(质量分数)。

钢纤维喷射砂浆力学性能与流动度多因素正交试验分析

为探究基体因素对钢纤维喷射砂浆力学性能和流动度的影响,基于正交试验方法对砂浆试件进行了力学性能和流动度测试。结果表明:砂胶比(A)对劈裂抗拉强度的影响较大,对7 d抗压强度有一定的影响,对后期抗折强度影响特别显著;钢纤维掺量(B)对劈裂抗拉强度、前期抗折强度和前中期抗压强度的影响分别为特别显著、显著和不显著;速凝剂掺量(C)对7 d前抗压强度、中后期劈裂抗拉强度影响显著;粉煤灰掺量(D)仅对后期抗压强度的影响显著;前述四种因素掺量对流动度的影响均不显著。由层次分析法得到对抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度和流动度改善效果最佳的配合比分别为A1B3C3D1、A3B3C1D2、A3B3C3D1、A2B1C1D3,由功效系数法得到综合最佳配合比为A2B3C1D2。钢纤维在基体中起桥接与锚固加强的作用,速凝剂在水化过程中消耗大量的Ca(OH)_(2)并生成钙矾石,促使喷射砂浆早期强度迅速提升。

负载纳米TiO_(2)石英砂功能集料-水泥石的界面粘结性能

光催化水泥基材料是先进建筑功能材料的研究热点之一,但传统内掺法制备的TiO_(2)-水泥基复合材料中TiO_(2)有效利用率低、经济效益差。针对此问题,采用负载法制备纳米TiO_(2)功能集料(QST),并将QST集料负载于普通水泥砂浆表面。研究QST集料对水泥砂浆干缩性能的影响,通过拉拔法测试QST集料与水泥石的界面粘结力;采用SEM、EDS、MIP等微观测试方法,研究纳米TiO_(2)对集料-水泥石界面过渡区水化产物、孔结构的影响。结果表明:与普通石英砂集料相比,表面负载纳米TiO_(2)的石英砂功能集料可减少水泥砂浆的干缩,提高集料-水泥石的界面粘结力。在QST集料-水泥石的界面过渡区,纳米TiO_(2)促进了水泥浆体的水化,减少了界面过渡区Ca(OH)2的富集,细化并改善了界面过渡区的孔结构。

改性硫铝酸盐水泥砂浆力学性能及耐久性能研究

过快的流动度损失和后期不稳定的强度发展限制了硫铝酸盐水泥工程中的进一步应用。因此以葡萄糖酸钠作为缓凝剂,掺入硅灰制备成改性硫铝酸盐水泥砂浆,并对其工作性能、力学性能和抗氯离子渗透性能开展了系统研究。研究结果表明:葡萄糖酸钠掺量0.4%可有效延长硫铝酸盐水泥砂浆凝结时间,提高砂浆流动性和抗氯离子渗透性能;硫铝酸盐砂浆工作性能、力学性能和抗氯离子渗透性能均随硅灰掺量的增加先提高后降低,硅灰最优掺量为20%。

钢纤维细石混凝土-钢组合板抗弯性能试验研究

钢纤维细石混凝土是一种具有优异力学性能和良好工作性的高性能混凝土复合材料。本试验针对正交异性钢桥面铺装层裂缝病害问题,对4组采用不同钢筋配筋率和保护层厚度的横桥向钢纤维细石混凝土-钢组合桥面板进行了抗弯破坏试验,研究了组合板的荷载-挠度关系与裂缝开展特征;用等效截面法计算了开裂应力、裂缝宽度和钢筋应力,验证了钢纤维细石混凝土-钢组合板的抗裂性能。结果表明:60 mm厚钢纤维细石混凝土铺装层在小配筋率(2.6%)和低于规范要求的保护层厚度(15 mm)条件下呈现出多缝开裂的破坏形态,具备较高的延性和开裂应力,满足规范和工程应用的要求。

冻融环境下再生混凝土毛细吸水特性研究

本文采用ASTM C1585-13水工混凝土毛细吸水标准试验方法,研究了冻融循环和再生混凝土粗骨料取代率(0%、20%、40%和60%)对再生混凝土(RAC)毛细吸水性能的影响,建立了冻融环境下RAC初期毛细吸水率的预测模型,并结合非饱和毛细理论,建立了RAC在不同冻融循环次数下相对含水量分布预测模型。结果表明:冻融环境相同时,RAC的累计吸水量和初期毛细吸水率随再生粗骨料取代率的增加而变大;再生粗骨料取代率相同时,RAC累计吸水量和初期毛细吸水率随冻融循环次数的增加而变大;从经济角度来看,40%掺量的RAC抗冻性能较优。经验证,通过回归分析建立的冻融损伤下RAC初期毛细吸水率预测模型,计算精度较高,可用于预测RAC的毛细吸水性能,为RAC的抗冻耐久性评价提供理论依据。

FRP筋混凝土双向板冲切强度公式评估

为评价现有FRP筋混凝土双向板冲切强度计算公式的精度,采用数理统计的方法对收集到的38组FRP筋混凝土双向板冲切强度试验数据进行评估。结果表明,影响FRP筋混凝土双向板冲切强度的主要因素有混凝土强度、临界冲切截面周长、有效板厚、FRP筋配筋率及其弹性模量、尺寸效应;在所评价的10个计算公式中,规范公式的预测结果大多比较保守,且其精度均低于文献公式;Ospina公式预测结果与试验结果最为接近,且精度最高,预测结果与试验结果比值的均值为1.03,标准差为16.04%,变异系数为15.53%。研究结果为FRP筋混凝土双向板冲切强度计算公式的进一步优化提供了参考。

大体积混凝土板微振动控制能力的测试与分析

精密大科学设施具有十分严格的微振动控制要求。为研究某大型精密设施内大体积混凝土底板对微振动的控制效果并为类似项目建设提供参考,在该设施建设现场进行了冲击激励、跑车激励和环境激励下的测试。通过对实测速度时程数据的处理,得出测点1~100 Hz内1 s的位移有效值。分析结果表明,在环境激励下,该设施中试验大厅底板表面的微振动水平能够达到控制要求;在冲击激励下,试验大厅底板表面微振动信号主要分布在5~30 Hz的频带内;场地内的车辆开动会对场地的微振动水平产生明显的影响;环境激励下,整个建设场地的微振动水平基本一致。研究结果对该精密大科学装置及类似工程的防微振设计具有重要的理论及参考价值。