常温养护型超高性能混凝土的圆环约束收缩性能

研究了HCSA膨胀剂3种掺量(0%、3%、6%)下常温养护型超高性能混凝土(Ultra high performance concrete,UHPC)的圆环约束收缩性能,包括:(1)UHPC轴拉应力应变曲线测试;(2)根据GB/T50082的UHPC自由收缩实验;(3)根据ASTM C1581的UHPC圆环约束实验。结果表明,3种UHPC的极限拉伸应变均高于3 000με,28d总收缩值分别为1 005.6με、600.0με、462.2με,并且在圆环约束作用下转化为残余应变、弹性拉应变和塑性拉应变,其中塑性拉应变分别为700.4με、437.9με、389.9με。3种UHPC在拉伸应变达到1 000με时及圆环约束实验中均未发现0.01mm以上的可检测裂缝。基于拉伸实验和声发射损伤分析方法对UHPC进行应变分析,可知具有应变强化段的3种UHPC在圆环约束实验中的塑性变形以小于0.01mm的多点分布微裂纹形式存在。通过添加HCSA膨胀剂对常温养护型UHPC进行收缩补偿,可有效地降低UHPC自身的拉应力以及对原有结构的影响。

膨胀剂、减缩剂对超高性能混凝土圆环约束收缩性能的影响

为研究膨胀剂、减缩剂对超高性能混凝土(UHPC)圆环约束收缩性能的影响,开展了掺膨胀剂或减缩剂的UHPC的劈裂抗拉强度、弹性模量及圆环约束收缩试验研究,并对掺膨胀剂或减缩剂的UHPC的开裂风险、松弛性能进行了定量分析。分析结果表明:在本研究的掺量范围内,膨胀剂或减缩剂的掺入均提高了UHPC的7d劈裂抗拉强度;膨胀剂或减缩剂的掺入均降低了各阶段的钢环应变,(28d)最大降低幅度分别为30.7%、38.6%;膨胀剂的掺入使UHPC各龄期拉应力水平均降至安全控制值内,其中6%掺量的膨胀剂减缩效果最佳;减缩剂的掺入虽降低了UHPC的(3 d)拉应力水平,但拉应力水平仍高于安全控制值。

超高性能混凝土圆环约束收缩试验研究

以约束水平、环境条件(密闭或干燥)和钢纤维等为参数,开展了超高性能混凝土(UHPC)圆环约束收缩试验。研究了钢环应变随龄期的发展规律;分析了各参数对圆环约束下的残余应力与各关键龄期的力学性能的影响;采用了拉应力水平和应力松弛率来评价UHPC的开裂性能。为配合圆环收缩试验,开展了自由收缩与基本力学性能试验。试验表明,未掺钢纤维的UHPC早期开裂风险大,在14d前均发生开裂,裂缝平均宽度大于0.25mm,含钢纤维试件均未开裂。不同约束程度对拉应力水平与应力松弛率的影响均显著,降低约束程度能有效降低开裂风险。与自由收缩测试结果不同,圆环约束UHPC在密闭条件下后期的开裂风险会高于环向干燥条件。建议以密闭条件下14d的抗裂性能作为控制指标评价圆环约束下UHPC的开裂性能。

干混抹灰砂浆干燥收缩特性及圆环约束的实验研究

为了探究干混抹灰砂浆的干燥收缩特性,以干燥起始时间为参数,通过实验研究分析了干燥过程中的水分损失规律及其与干燥收缩之间的关系,同时通过圆环约束试验评定砂浆的开裂性能,考察了不同干燥起始时间对干混抹灰砂浆抗裂性能的影响。结果表明:不同干燥起始时间会影响干混抹灰砂浆的干燥收缩发展及水分损失过程,干燥早期阶段单位质量水分损失所引起的干燥收缩较小,后期阶段较大。圆环试件开裂时的单位当量应力基本相同,与干燥起始时间无关。

不同轴拉性能的超高性能混凝土圆环约束收缩性能

开展2种不同轴拉性能(高应变强化型和应变软化型)的超高性能混凝土(UHPC)的圆环约束收缩性能研究.首先对高应变强化型UHPC及应变软化型UHPC进行单轴拉伸试验及声发射实时损伤定位试验,得到不同龄期时(2,7,28,80 d) UHPC的轴拉应力-应变曲线及其拉伸损伤演化机制.随后对2种UHPC进行圆环约束试验,得到UHPC内钢环的压缩应变-龄期曲线.最后基于高应变强化型UHPC及应变软化型UHPC的轴拉性能(应变强化与否)、抗拉强度发展规律及拉伸损伤演化机制,分析2种UHPC的圆环约束收缩机理.研究结果表明:高应变强化型UH-PC的内钢环压缩应变-龄期曲线出现大量幅值小于10×10^-6的锯齿形波动,对应产生的微裂纹宽度小于0.01 mm,与裂缝测宽仪(精度为0.01 mm)在UHPC圆环试件上始终未检测到微裂纹的结论相一致;应变软化型UHPC的内钢环压缩应变随着龄期出现了4次较明显的瞬时突变(28×10^-6,53×10^-6,41×10^-6,18×10^-6),且裂缝测宽仪在UHPC表面检测到了4条微裂缝(0.035,0.050,0.040,0.020 mm),由于拉伸软化特性,后续在其他荷载作用下会导致裂缝持续扩展;高应变强化型UHPC的应变强化特性使其在约束状态下产生的拉应力以多点分布微裂纹(宽度小于0.01 mm)的形式逐步小幅释放,应变软化型UHPC在约束作用下产生的拉应力通过多缝开裂(宽度小于0.05 mm)的方式瞬时部分释放.

预拌混凝土基于约束圆环试验的开裂风险评价

针对预拌混凝土出现普遍的早期开裂问题,通过环形约束收缩试验,考虑材料、约束等因素,结合开裂风险公式和测得的试验数据,对比分析了两组预拌混凝土的开裂风险。

自密实轻骨料混凝土约束收缩试验及抗裂性能研究

试验采用高强页岩陶粒及Ⅰ级粉煤灰制备工作性能良好的自密实轻骨料混凝土(SCLC),通过环形约束收缩试验,进行密封与外侧面干燥两种条件下的约束收缩试验,研究自密实轻骨料混凝土约束收缩应变随着龄期发展规律及抗裂性能。研究结果表明:自密实轻骨料混凝土在3d前的自生收缩与干燥收缩大于普通混凝土,14d后的自生收缩与干燥收缩低于普通混凝土;掺加Ⅰ级粉煤灰可以明显提高新拌SCLC浆体的工作性能,也能有效抑制SCLC的自生收缩,但其掺量应该控制在25%以内较合适;以开裂风险系数η作为混凝土的抗裂性能评价指标,自密实轻骨料混凝土的抗裂能力要高于普通混凝土,但SCLC在达到临界开裂状态后很快产生贯穿性裂缝,其开裂的时间反而比普通混凝土早。

压电电机梁环耦合振子弯曲振动分析

提出了两种求解带圆环约束的横梁自由振动方法,并利用两种方法分别推导出带圆环约束横梁的固有频率方程及模态函数。比较两种算法所得梁的振动模态,发现并提取了两者之间的相似模态。通过实际算例得到了两种算法所求得的各阶相似模态固有频率的误差。改变带圆环约束横梁的结构参数后,分析了各参数对两种算法所得相似模态固有频率误差的影响,以及误差存在的原因,确定了两种算法的适用范围。

生态型高延性水泥基复合材料的变形性能研究

针对高延性水泥基复合材料收缩大、易开裂的问题，采用经级配优化的普通河砂替代磨细石英砂、国产短切粗PVA纤维替代进口纤维，制备了生态型高延性水泥基复合材料，并开展了不同强度等级生态型高延性水泥基复合材料的变形性能研究。结果显示，生态型高延性水泥基复合材料抗压强度为20～60 MPa时，干燥收缩应变终值在1046～1255με之间，自干燥收缩终值在619～882με之间，圆环约束试件在7～14 d开裂，裂缝仅两条，最大裂缝宽度132μm。生态型高延性水泥基复合材料较传统高延性水泥基复合材料具有更好的综合抗裂性能。

粉煤灰超高性能混凝土收缩与抗压强度相关性研究

开展粉煤灰(FA)超高性能混凝土(UHPC)自由收缩、基本力学性能和圆环约束试验,探讨其抗压强度与自收缩相关性,测试时间为0～90 d.结果表明:UHPC收缩呈早期增长快, 28 d基本稳定;以自收缩为主, 90 d时约占总收缩的86.6%～95.7%. FA对早期自收缩影响明显,随龄期增大影响减弱, 1～7 d降低51.0%～40.5%, 28～90 d降低28.2%～22.0%;略降低抗压强度与弹性模量, 28 d最大降幅分别为9.3%、 5.0%,提高劈裂强度, 28 d提高近19.2%. UHPC自收缩与抗压强度相关性显著,可根据抗压强度发展预测自收缩;圆环约束下,密闭条件的UHPC开裂风险大于环向干燥;掺入FA能降低UHPC开裂风险.

钢筋对高强混凝土早期收缩及抗裂性影响研究

高强混凝土在工程中的应用越来越广泛,为了控制高强混凝土早期裂缝,开展了圆环约束条件下不同配筋率对高强混凝土早期收缩及抗裂性能影响研究。圆环试验装置由3个部分组成:内钢环、外钢环以及底板。试验共设计4个高强混凝土试件,内部分别布置直径为0、16 mm、20 mm、25 mm的钢筋,在内钢环内侧和钢筋表面布置应变片,通过分析应变值,研究钢筋对高强混凝土早期抗裂性能的影响。试验结果表明,在混凝土内部布置钢筋,可以推迟高强混凝土早期裂缝的产生,提高混凝土的抗裂性能。

混凝土温度收缩开裂试验方法研发与应用

利用弹性力学理论推导了考虑温降条件,约束圆环的应力、应变计算公式,分析材料参数对圆环约束度的影响,设计新型抗裂试验装置,利用开裂温差综合评价混凝土的抗裂性。结果表明:解析与数值分析结果相近;钢环线膨胀系数低、厚度大可提高约束圆环约束度;温降、早期混凝土弹模均与混凝土环的环向拉应力呈正相关关系;采用钢环线膨胀系数为0.254×10^(-6)/℃,厚度6 mm的圆环装置,加可编程控制养护箱温度的新型约束圆环试验装置,评价得到立方体抗压强度6.5 MPa时开裂温差为23.8℃,较15.7 MPa和25.3 MPa降低了18.1%,16.0%,验证了试验装置的有效性。

粗集料UHPC收缩与力学性能

为降低超高性能混凝土(UHPC)收缩和开裂风险,进行了5组不同粗集料掺量(质量分数分别为0、12.5%、22.5%、32.5%和42.5%)的UHPC的自收缩、基本材性(抗压强度、抗拉强度和弹性模量)、集料级配和圆环约束收缩等试验,分析了粗集料掺量和集料级配对UHPC自收缩和基本材性的影响,并采用提出的收缩开裂应力相对差值评价粗集料的掺入对UHPC收缩开裂的影响;进行了有、无粗集料UHPC在圆环约束下的开裂性能试验与对比分析,验证粗集料掺入对减小UHPC收缩开裂的有效性,并给出UHPC中粗集料掺量和最大粒径限制的建议。研究结果表明:随着粗集料掺量的增加,UHPC早期自收缩量降低,最大降幅近20%;粗集料对UHPC的弹性模量、抗压强度和抗拉强度等的影响程度与其掺量和级配有关,当粗集料掺量为22.5%时,其级配曲线几乎全部处于富勒氏与泰勃特曲线范围内,是5组材料中堆积最紧密的一组,对UHPC弹性模量与抗压强度提高最为显著,对抗拉强度的降低幅度影响最小;当粗集料掺量为22.5%时,UHPC收缩开裂应力相对差值最大为1.31 MPa,为试验中的最合理掺量,可有效降低收缩开裂风险;与未掺粗集料的UHPC相比,圆环约束下掺有22.5%粗集料的UHPC的残余应力与拉应力水平分别降低15.8%和14.7%,其抗裂性能得到提高;建议对粗集料UHPC进行紧密堆积设计以获得尽可能优的材性,对掺有长度为12~20 mm钢纤维的UHPC,其集料的最大粒径可放宽至9.5 mm。

抽水蓄能电站混凝土面板阻裂技术研究

基于紧密堆积理论和微粒级配数学模型,设计水泥基材料的配合比,研究了不同水胶比下,膨胀剂A＋聚丙烯纤维PP和膨胀剂B＋纤维素纤维C的复合掺入对砂浆的强度、自收缩、干燥收缩及对圆环约束砂浆收缩开裂和二级界面结构的影响。试验结果表明,二级界面的改善可减小硬化浆体内部的微裂缝。相对于基准试件,两种不同类型的膨胀剂和纤维的复合掺入均降低了砂浆的强度,但两者相差幅度较小;掺入膨胀剂后,对砂浆早期自收缩的补偿作用显著,并且砂浆有适量的残余膨胀量;在干燥收缩和圆环约束应力作用下,膨胀剂A抑制砂浆收缩开裂的效果明显优于膨胀剂B。对复合掺入膨胀剂A＋聚丙烯纤维PP的砂浆试件,其在0.26和0.4水胶比下的残余膨胀量分别约为200×10 （-6）和300×10 （-6）。砂浆残余膨胀量的形成源于网状结构的钙矾石,其不仅能抵抗收缩变形和开裂,而且可以应对后续服役中的干燥收缩应力。