用RCPT研究功能梯度混凝土抗氯离子渗透性能

用非稳态迁移法(NSSM)和自然浸泡法评定功能梯度混凝土(FGC)的抗氯离子渗透性能都存在局限性,但快速氯离子渗透试验法(RCPT)没有局限性。该研究用RCPT法对基于各种胶凝材料的FGC的电通量进行了大量测试并得到如下结论:提出了FGC的电通量计算公式;FGC的电通量反映了FGC的抗氯离子渗透性能,FGC的电通量越低则其抗氯离子渗透性能越高;碱激发矿渣(AAS)砂浆具有极好的抗氯离子渗透性能,其氯离子渗透系数可低至2.1×10^(–13)m^(2)/s。

利用数字图像相关方法对功能梯度超高性能混凝土的裂纹扩展行为进行基础探究

本文采用数字图像相关法对功能梯度超高性能混凝土的力学性能和裂纹扩展进行了分析。改变纤维层厚度(0、25、50、75和100mm)以评估对功能梯度超高性能混凝土(FGUHPC)的影响。引入二次方程来评价FGUHPC的抗压强度。结果表明,当纤维层厚度为75mm时,纤维对弯曲强度的贡献最大,强度增强因子(ξ)为1.139。FGUHPC的裂纹扩展分析显示,随着纤维层厚度的增加,裂纹扩展呈增加的曲线趋势。建立了跨中竖向位移与裂缝张开位移呈线性关系,比例因子为0.549。

盾构隧道功能梯度混凝土管片的研发及性能研究

武汉长江隧道工程所面临的高压富水环境要求衬砌结构管片具有高抗渗、长寿命的性能。引入功能梯度材料设计原理,对钢筋混凝土管片进行功能梯度设计与优化,实现管片外层高防水抗渗、结构层提供强度及内衬层耐火的多重功能。同时采用适当的界面处理技术,保证管片各功能层的性能均匀过渡,实现功能和结构一体化设计。对结构层混凝土、保护层材料性能分别进行测试,测试结果表明,保护层材料具有优良的抗渗性能,相比普通混凝土氯离子扩散系数降低一个数量级,寿命提高10倍以上,优于目前国际上已报道的最好水平(6×10-13m2/s);结构层、保护层混凝土力学性能优良,强度满足设计要求,保护层材料强度达C70以上,主体结构层达到C50;保护层材料与结构层材料体积稳定性良好;耐酸性气体腐蚀性能大大增强,90d中性化深度不足1mm;同时,管片内衬层通过刷涂防火抗爆材料有效提升了管片的内层耐火性能,耐火极限是未经处理试件的4.72倍;最后通过实际的生产及检测,进一步证明了功能梯度混凝土管片具有较好的服役性能。

盾构隧道功能梯度混凝土管片生产技术及性能

管片性能优劣直接关系到隧道工程的服役寿命。针对武汉长江盾构隧道复杂的工程环境,引入功能梯度材料原理,设计并成功制备出功能梯度混凝土管片,探讨了其生产关键技术,并对其综合性能进行了跟踪检测。

功能梯度混凝土层间界面黏结性能试验研究

采用国产PVA纤维作为增韧材料制备ECC,考虑混凝土强度等级、界面处理方式及ECC厚度三种参数设计制作了12组ECC-RC功能梯度混凝土试块。通过双面剪切试验,研究了ECC-RC功能梯度混凝土的层间界面黏结性能及上述三参数对其层间界面黏结性能的影响。试验结果表明:界面处理方式对试块的破坏形态有显著影响;功能梯度混凝土的层间界面黏结强度随混凝土强度等级的提高而增加;采用人工凹槽处理试块层间界面可显著提高功能梯度混凝土的层间界面黏结强度;当试块层间界面未经处理或采用人工凹槽处理时,试件的平均层间界面黏结强度随ECC厚度的增加而提高。试验结果可为ECC-RC功能梯度混凝土试件的设计及使用提供试验依据。

跨江海隧道功能梯度混凝土管片性能与寿命预测

采用功能/结构一体化设计的功能梯度混凝土管片(Functionally Gradient Concrete Segment,简称FGCS)具有优异的力学性能、抗裂性能、抗渗性能和耐火性能,尤其是其抗离子渗透性能,生产的FGCS的Cl-扩散系数为4.9×10-13 m2.s-1,根据考虑多种因素作用下的Cl-扩散理论模型,其预测使用寿命在280年以上。FGCS的性能研究表明:与传统的钢筋混凝土管片相比,FGCS的防水、抗渗、抗蚀、抗裂性能以及耐火极限和抗冲击能力得到了显著提高。

盾构隧道功能梯度混凝土管片保护层设计及性能

针对武汉长江隧道工程高压富水的环境要求,以提高构件的耐久性,延长其服役寿命为主要目标,引入功能梯度材料设计原理,对盾构隧道管片外保护层材料进行单独设计.对普通混凝土保护层、高性能混凝土保护层及无细观界面过渡区水泥基材料(MIF)保护层等3种体系分别进行了对比分析及相关性能研究.结果表明,无细观界面过渡区水泥基材料表现出更为优异的性能,氯离子扩散系数减小一个数量级,而材料服役寿命增长10倍以上;力学性能及体积稳定性优良,完全满足工程所需强度,整体结构的体积变形匹配性良好,表面未见开裂,有效保证了结构构件的高耐久、长寿命.

多因素对聚合物水泥基功能梯度混凝土抗压强度的影响

针对功能梯度混凝土在地下工程中的应用问题,研究了多因素(水胶比、粉煤灰掺量、硅粉掺量、聚丙烯酸酯乳液)作用对聚合物水泥基混凝土抗压强度的影响,确定了各因素对聚合物水泥基混凝土抗压强度变化的影响程度,并加以定量化表征,提出了多因素共同作用影响聚合物水泥基混凝土抗压强度变化的偏最小二乘二次多项式回归分析模型。结果表明:在试验拟定的影响因素中,聚合物水泥基混凝土抗压强度存在最大值,各因素对聚合物水泥基功能梯度混凝土抗压强度的影响程度以水胶比最大,其次是聚丙烯酸酯乳液、粉煤灰掺量,硅粉掺量最小。最佳因素水平组合为水胶比0. 22、粉煤灰掺量25%、硅粉掺量5%、聚丙烯酸酯乳液6%。

多因素对聚合物水泥基功能梯度混凝土电通量的影响

针对功能梯度混凝土在地下工程中的应用问题,研究了多因素(水胶比、粉煤灰、硅粉、聚丙烯酸酯乳液)作用对聚合物水泥基混凝土电通量的影响,确定了各因素对其电通量变化的影响程度,并加以定量化表征;建立了电通量关于各因素的偏最小二乘二次多项式回归分析模型。结果表明:各因素对电通量的影响程度为水胶比>聚丙烯酸酯乳液>硅粉>粉煤灰;当水胶比、粉煤灰、硅粉、聚丙烯酸酯乳液分别为0.22、25%、5%、6%时,电通量最小值为331.5 C。

功能梯度混凝土受弯构件形成机制和力学性能研究

基于理论分析提出了一种功能梯度混凝土受弯构件,通过梯级FRP筋+钢筋混合配筋,构建同地震弯矩分布梯度相适应的构件抗弯承载能力分布梯度,使多个功能梯度段进入塑性状态,以更充分利用构件的抗震能力。功能梯度可以有效控制构件塑性的分布和发展程度,确保发生延性的破坏模式,并实现较好的损伤自恢复性。功能梯度混凝土受弯构件的变形能力大幅提高,侧向承载力增大,极限刚度降低,抗震性能显著增强。模型试验证明了功能梯度混凝土受弯构件理念的可行性及其力学效果,也验证了所提功能梯度构建方案的有效性和工程实用性。

超高性能混凝土功能梯度复合梁抗弯性能研究

为研究超高性能混凝土功能梯度复合梁(UFGCB)的抗弯承载力,设计6组UFGCB和1组普通钢筋混凝土(RC)梁。通过四点弯曲试验,以超高性能混凝土(UHPC)功能层厚度与UHPC抗拉强度为设计参数,对UFGCB破坏形态、抗弯承载力以及延性进行分析。结果表明:UHPC中纤维桥联作用及纤维拉拔过程中的能量耗散促使UFGCB表现出延性破坏特征。UFGCB的抗弯承载力和延性相较于RC梁试件显著提高,且随UHPC厚度的增加,UFGCB的抗弯承载力逐渐增大,延性先增大后减小。UHPC抗拉强度过高不利于UHPC和混凝土的协同工作能力,会造成UFGCB抗弯承载力的减小和延性降低。依据正截面承载力分析理论,建立UFGCB抗弯承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好。

基于分层有限元的功能梯度混凝土梁热弹性分析

功能梯度混凝土材料(Functionally Graded Concrete Materials,简称FGCs)是一种材料组分和性质在空间上呈梯度连续变化的新型复合材料。本文采用分层模型的思想并借助有限元软件ANSYS建立了FGC梁的有限元模型,通过一个典型算例验证了模型的可行性和计算精度,结果发现本文解与参考解具有很高的吻合度。在此基础上对FGC梁的热弹性问题进行了分析,得到了梯度形式和梯度参数等对梁热应力的影响规律,研究结果可为FGC梁的组分设计提供一定的参考。

基于NaOH激发矿渣和硅酸盐水泥的功能梯度混凝土的抗氯离子渗透性能

NaOH激发矿渣(NAS)具有好的抗氯离子渗透性能,而硅酸盐水泥(PC)的抗氯离子渗透性能却较差。在PC混凝土表面覆盖一层NAS砂浆能显著提高功能梯度混凝土(FGC)的抗氯离子渗透性能。浸泡在10%NaCl(质量分数,下同)溶液中84 d的FGC、NAS混凝土的氯离子渗透深度分别只有11.0 mm左右和12.7 mm,而PC混凝土的氯离子渗透深度则达到了36.7 mm。氮吸附试验表明,NAS砂浆中的孔体积和最可几孔径均大于PC砂浆。XRD试验结果表明,经10%NaCl溶液浸泡后,NAS砂浆和PC砂浆中都有Friedel盐生成。NAS砂浆抗氯离子渗透性能比PC砂浆好的原因是浆体对氯离子的物理吸附作用更大而不是孔径更细。

功能梯度混凝土圆筒结构研究进展

功能梯度材料组成成分可以产生连续变化,材料性能也可以根据需求呈现梯度变化,对于土木工程领域,特别对于深部地下,面对复杂的地质应力环境,使用功能梯度圆筒结构有着独特的优势。本文介绍了功能梯度混凝土圆筒的研究背景,重点分析了功能梯度混凝土圆筒在力学特性、立井井壁应用、地铁隧道衬砌应用、制备方法等方面的研究进展,并进一步展望3D打印制备功能梯度混凝土圆筒结构。

功能梯度混凝土梁热断裂问题的分层有限元法研究

功能梯度混凝土(Functionally Graded Concrete,简称FGC)属新型复合建筑材料,其组分和性质在空间上呈梯度连续变化。本文基于ANSYS有限元软件和分层模型开展FGC梁的稳态热断裂问题研究,通过一个典型算例验证了分层有限元法的收敛性及计算精度,并在此基础上进一步分析了梯度形式、梯度参数及裂纹几何形态等对FGC梁热断裂行为的影响规律,相关结果可为FGC梁的组分设计提供一定的参考。

功能梯度混凝土劈裂抗拉性能试验研究

本文考虑混凝土强度等级、界面处理方式及ECC厚度三种参数设计制作了ECC-RC功能梯度混凝土试件。通过劈裂抗拉强度试验,研究了ECC-RC功能梯度混凝土的劈裂抗拉性能及上述三参数对其劈裂抗拉性能的影响。试验结果表明:功能梯度混凝土的劈裂抗拉强度随着混凝土强度提高而有所增加;采用人工制造的凹槽处理比采用细钢丝的处理)对功能梯度混凝土的劈裂抗拉强度的提高效果更为明显。ECC厚度的改变是影响功能梯度混凝土劈裂抗拉强度的重要因素之一。试验结果渴望将ECC-RC功能梯度混凝土推广至工程建设领域内。

纤维梯度分布对混凝土力学性能的影响

初步研究了纤维梯度分布对纤维增强混凝土及砂浆力学性能的影响。结果表明 ,采用分层成型、纤维梯度分布、使纤维的分布更符合受力状态 ,与纤维均匀分布相比可以明显提高混凝土与砂浆的抗折和抗压强度 。

梯度混凝土超高塔柱设计与性能研究

针对斜拉桥混凝土超高桥塔因温度和收缩引起的拉应力较大,表面易出现施工裂缝、麻面、蜂窝等现象,基于皮肤效应的仿生理念,对斜拉桥超高塔柱进行分层结构设计,通过设置内侧结构层混凝土及外侧功能层混凝土,提出了一种新型的“梯度功能混凝土”塔柱结构,并采用材料性能试验和结构模型试验进行研究。结果表明:功能层混凝土坍落度、扩展度分别为210 mm、510 mm,具有较好的工作性和可泵送性;抗拉强度达到5.2 MPa;模型表面仅存在少量宽0.02~0.05 mm不可见裂纹;室内试验碳化深度为0.2~0.5 mm,平均水渗透深度与氯离子扩散系数DRCM分别为16 mm和1.2×10-12 m2/s。梯度混凝土超高桥塔具有较好的抗裂性、耐久性和美观性,已成功应用在池州长江公路大桥,效果较好。

UHPC功能梯度湿接缝酸雨腐蚀断裂性能试验研究

考虑酸雨地区预制桥面板湿接缝服役期间的结构应力分布和材料制作成本,引入功能梯度组合结构设计理念,设计一种超高性能混凝土(UHPC)功能梯度预制桥面板湿接缝。通过酸雨环境模拟加速腐蚀试验和三点弯曲断裂试验对20组湿接缝试件进行研究。探讨不同的UHPC厚度比(UHPC的浇筑厚度与试件的总厚度之比)和酸雨腐蚀龄期对湿接缝试件的起裂荷载、失稳荷载、弹性模量、断裂韧度和断裂能的影响。结果表明,试件的起裂荷载和峰值荷载在腐蚀初期均有所增加,随着腐蚀程度增加,起裂荷载则会加速降低;湿接缝试件的弹性模量、断裂韧度和断裂能随酸雨腐蚀时间的延长呈先增大后减小的变化趋势;UHPC的使用能有效改善湿接缝试件的断裂性能,延缓其在酸雨腐蚀环境下的劣化;当UHPC厚度比为1/3时其利用效率最高,湿接缝试件的断裂性能增速最大。

分层梯度橡胶混凝土SHPB试验数值模拟研究

当今世界,恐怖炸弹袭击、偶然性事故爆炸使地下工程面临威胁日益严峻,提高地下工程的动力防护能力是亟待解决的重要社会与科技问题。橡胶混凝土优异的缓冲吸能特性使其在结构的动力防护方面有着突出的研究前景。功能梯度材料(FGM)是一种可以根据不同场合对其功能进行设计的材料。论文将功能梯度材料理念引入到橡胶混凝土材料中,用以探究分层梯度橡胶混凝土的动态抗压强度和消波能力。研究方法基于HJC混凝土本构模型,采用有限元软件LS-DY⁃NA对分层梯度橡胶混凝土的SHPB试验进行数值模拟。通过模拟结果发现合理的梯度模式可以提升橡胶混凝土的消波能力与动力抗压强度,逆梯度橡胶混凝土所表现出来的动态力学性能最好。在更大的加载波速下相比于其他梯度和均质橡胶混凝土逆梯度橡胶混凝土的消波能力将会更强,研究成果可为增强地下工程动力防护能力提供新思路。