硼砂-硅酸钠碱激发矿渣砂浆干缩和微观特性试验研究

碱激发材料(AAMs)具有高强、低碳等优点,但是其相较于水泥基材料较大的干燥收缩率限制了其应用和推广。该文设计了一种复合激发剂,开展了硼砂-硅酸钠碱激发矿渣(AAS)砂浆的干缩和微观特性试验研究。采用压汞法(MIP)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对样品进行测试和表征,分析了复合激发剂减缩机理。试验结果表明,硼砂-硅酸钠复合激发剂有效降低了AAS砂浆的干缩;XRD结果显示AAS砂浆中存在钠硼解石相(NaCaB_(5)O_(6)(OH)_(6)(H_(2)O)_(5));FTIR分析表明,最优硼砂比例下(20%),AAS砂浆的Si—O—T(T代表Si、Al或B)谱带明显增强,通过MIP分析得到AAS砂浆的中孔(<50nm)数量减少,这有助于缓解收缩应力,降低砂浆的干缩率。该研究结果可以为AAMs的减缩和应用提供参考依据,激发学生在建筑领域的碳减排思维,提升解决关键问题的能力。

RTP-PVA混杂纤维的工程水泥基复合材料干缩性能试验研究

为研究回收轮胎聚合物(recycled tyre polymer,RTP)和聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)混杂纤维对工程水泥基复合材料(engineered cementitious composites,ECC)干缩性能的影响,对RTP-PVA混杂纤维总体积分数为2.0%的ECC进行流动性、直接拉伸和干缩试验,并分析混杂纤维作用机理和干缩计算模型.结果表明:RTP纤维替代率为12.5%~50%对ECC流动性影响不大,比单掺PVA纤维的ECC流动性降低1.09%~3.69%.ECC的抗拉强度随RTP纤维替代率的增加而降低,不同比例的混杂纤维比单掺PVA纤维的ECC抗拉强度降低了23.6%~56.6%.不同比例混杂纤维ECC干缩率曲线趋势相近,7 d时干缩率为28 d时的80.92%~82.77%.ECC的干缩率随RTP纤维替代率的增加而降低,28 d时不同RTP纤维替代率的混杂纤维比单掺PVA纤维的ECC干缩率降低了0.80%~2.09%.RTP-PVA混杂纤维可在ECC中协同发挥作用抑制基体干缩,结合试验结果得到适合RTP-PVA混杂纤维ECC的指数型干缩预测模型.

蒸养条件下机制砂混凝土的力学性能及干缩性能

为推动机制砂在预制混凝土构件中的应用,实现机制砂在建筑行业的更广阔应用,进而有效减缓天然砂资源短缺的问题,通过混凝土抗压强度、动弹性模量和干燥收缩试验等宏观性能测试和扫描电镜测试、压汞测试及显微硬度测试等微观测试方法,探讨养护条件和砂型对混凝土力学性能及干缩性能的影响规律及相应机理。试验结果表明:无论采用河砂还是机制砂,蒸养混凝土相较标养混凝土具有更高的早期力学性能和更低的干燥收缩,但高温导致水化产物分布不均,阻碍了后续的水化反应,使其后期力学性能出现不同程度的劣化。结合微观测试结果可知,孔径粗化、界面过渡区间隙增大和水化产物结构疏松是造成蒸养混凝土后期性能劣化的主要原因,但采用机制砂替代河砂能有效减弱蒸养热伤损效应产生的劣化影响。此外,蒸养机制砂混凝土相较蒸养河砂混凝土具有更高的力学性能和更优的微观结构,具体表现为:蒸养机制砂混凝土孔结构更加细化,界面过渡区间隙更小,同时基体显微硬度均值更高,整体密实度更高。但小于50 nm毛细孔增加将导致蒸养机制砂混凝土干缩变形增大。基于GL 2000收缩模型,通过引入考虑机制砂的影响因子,建立了蒸养机制砂混凝土干燥收缩预测模型,可较准确且有效地进行蒸养机制砂混凝土的干燥收缩预测。

剑麻纤维-聚丙烯酰胺改良客土干缩开裂试验研究

裸露岩质边坡的数量随着基础设施建设规模和数量的不断增大,客土喷播技术作为一种有效的边坡护坡绿化技术可以改善岩质边坡的表层稳定性,但多种因素造成表层土体失水开裂,影响客土喷播的修复效果。针对此问题,采用剑麻纤维和聚丙烯酰胺(PAM)对客土进行改良,开展了不同土层厚度、剑麻纤维和聚丙烯酰胺(PAM)含量条件下干缩开裂试验,研究了不同条件对土体干燥失水、表面裂隙发育的影响,采用微观扫描技术(SEM)对改良后客土的内在结构变化进行了测试。结果表明:随土层厚度增大,改良土蒸发稳定时间有所延长,且土层厚度增大能有效抑制试样表面裂隙的发育。剑麻纤维和PAM的掺入有效延长了黏土蒸发的路径,且随着纤维和PAM含量增加土体蒸发速率逐渐降低,抑制了土体表层裂隙发育。PAM的强吸水性能够降低土体的蒸发速率,纤维的“桥接作用”可以抑制裂隙的扩展,提高土体的整体性。

核桃楸木材的自由干缩特性

木材在干燥过程中因失水而导致干缩,非均匀干缩会产生应力限制木材的自由干缩。以核桃楸为试验对象,研究了5 mm厚(纤维方向)分层试件和未分层(整体)试片的自由干缩特性,并对比研究了受限干燥后木材的分层自由干缩特性。研究结果表明:室温下各层自由干缩系数和绝干干缩率存在显著差异,总体呈现表层向芯层递减的趋势,第1层自由干缩系数(0.254)最大,第7层自由干缩系数(0.165)最小。树皮侧木材的自由干缩系数大于髓心侧。整体自由干缩试件常温干燥过程存在由含水率梯度引起的应力,限制其自由干缩,其弦向干缩率比分层自由干缩试件小0.50%。泡水和汽蒸无法使受限干缩木材的塑性变形完全恢复,利用这种方法测量木材的自由干缩应变不准确。室温下弦向各层自由干缩的干缩率-含水率回归方程的决定系数(R^(2))均高于0.96,利用该方程可以准确计算各含水率点的木材自由干缩应变。

考虑毛细与吸附作用的黏土干缩开裂过程离散元模拟

黏土干缩开裂过程中土颗粒间的作用非常复杂,导致难以从颗粒层面对干缩裂缝的形成机理开展定量研究。基于非饱和土中的吸应力曲线,明确区分黏土中的毛细与吸附作用,在此基础上建立考虑黏土颗粒间吸引力随含水率变化的离散元接触模型,开展黏土干缩开裂的数值模拟,并与室内试验结果进行对比。结果表明,数值模拟得到的裂缝形态、裂缝发育历程、土样应变均与室内试验较为吻合,验证了离散元接触模型的可靠性。对模拟结果的进一步分析发现:①在黏土干缩开裂过程中,毛细与吸附作用共同发挥效果。随着含水率的降低,吸附作用的影响逐渐超过毛细作用。在吸附作用占优阶段,模拟土样的土颗粒沿裂缝分布方向的平均位移为最终位移值的73%。②土颗粒间总接触数量随含水率的降低先减少后增加。③在毛细/吸附作用占优阶段,土颗粒间的物理接触力会迅速增加并引起应力集中,土颗粒间接触因此集中断开进而形成裂缝。

非饱和土干缩开裂分析的近场动力学模拟

非饱和土失水收缩变形是一种水力耦合现象,其诱发的开裂问题严重削弱了土体的水力和力学特性,造成各种潜在的自然灾害.相对于饱和土体,非饱和土的失水收缩机制更为复杂,受到广泛关注.为此,提出了一种考虑水-力耦合作用效应的键型近场动力学(PD)模型,探究由于水分变化引起的非饱和土体变形开裂特征.在该模型中,非饱和土扩散方程由近场动力学微分算子进行重构,键型近场动力学运动方程采用改进的微弹性模量.然后提出了一种显-隐式混合算法,扩散方程采用显式差分格式求解,运动方程采用隐式整体格式求解,有效避免了两类方程在同一显式格式下时间步不协调的问题.通过非饱和土块干燥收缩变形和三维土盘干燥开裂的算例分析,验证了模型和算法的有效性.研究结果表明,所建立的模型和算法能较好地捕捉非饱和土失水收缩开裂的过程.

楸木不同类型组织的湿胀-干缩行为

[目的]实时、同步测量楸木早材和晚材的水分吸着-解吸等温线以及木纤维组织、木射线、导管尺寸的变化比率,揭示早材和晚材不同类型组织的尺寸变化规律及其相互作用机理。[方法]以楸木心材同一生长轮内的早材和晚材为研究对象,采用动态水分吸附分析仪联用视频白光显微镜,在水分吸着-解吸阶段[温度设置为(25.0±0.1)℃,相对湿度变化过程设置为0%→95%→0%,以相对湿度10%为梯度进行升湿、降湿],同步测量早材和晚材的水分吸着-解吸等温线以及木纤维组织、木射线、导管尺寸的变化比率;在平衡含水率恒定阶段,考察“尺寸变化行为”与“平衡含水率”之间是否存在滞后现象。[结果]1)在水分吸附全过程中,早材和晚材均表现出明显的吸湿滞后现象,绝对滞后值随相对湿度升高先增大后减小,相对湿度70%时达到最大值;与早材相比,晚材的绝对滞后值较小。2)早材和晚材木纤维组织、木射线尺寸的变化比率均随相对湿度升高而增大;导管弦向直径变化比率随相对湿度的变化模式与之相反,在相对湿度95%时,早材和晚材导管弦向直径的变化比率分别为0.945和0.918。3)随着木射线与导管之间直线长度(L)增加,木射线弦向尺寸的变化比率减小,L≥200μm后不再发生变化;轴向尺寸的变化比率未改变或改变很小,在相对湿度95%时,早材和晚材木射线弦向尺寸变化比率的最大值分别为1.051和1.038。(4)在水分吸附循环过程中,早材和晚材木纤维组织、木射线、导管尺寸的变化比率均表现出明显的湿胀滞后现象,湿胀滞后值随相对湿度升高先增大后减小,相对湿度70%时达到最大值。(5)在水分吸着-解吸过程中,早材和晚材组织“刚达到含水率平衡态”的尺寸变化比率与“保持含水率平衡态180 min”后的尺寸变化比率相比未发生明显变化,可被认为是相等的。[结论]木质素对绝对滞后值的影响大于半纤维素;在水分吸着过程中,木纤维组织和木射线的湿胀行为对导管产生挤压使其收缩;在水分解吸过程中,木纤维组织的干缩行为对导管产生拉伸使其扩张;晚材组织对导管的挤压和拉伸大于早材组织;木纤维组织对木射线的湿胀-干缩行为起抑制作用,相较于早材木纤维组织,晚材木纤维组织对木射线弦向湿胀-干缩行为的抑制作用更显著;木材吸湿滞后行为是引起湿胀滞后现象的原因之一;早材和晚材组织均可视为同步达到“含水率平衡态”和“尺寸变化平衡态”,即“尺寸变化行为”与“平衡含水率”之间不存在滞后现象。

考虑干缩裂隙动态变化的优势流入渗模型

为解决定量评估干缩裂隙优势流的难题,基于双孔隙域入渗理论,将开裂土体分为裂隙两侧基质域、裂隙底部基质域与裂隙域三部分,结合Green-Ampt入渗模型,提出了一种考虑干缩裂隙动态变化的优势流入渗模型,并基于该模型探讨了降雨强度、裂隙初始面积率及裂隙深度对土体两域积水时间、优势流入渗量及入渗深度的影响规律。结果表明:干缩裂隙产生的优势流入渗量占总降水量的73.4%~91.4%,入渗深度为裂隙深度的3.1~7.2倍;降雨强度增大将缩短土体基质域积水时间,增大优势流入渗深度;降雨过程中干缩裂隙面积率减小使优势流入渗量减小;裂隙初始面积率增大使两侧基质域入渗量减小,优势流入渗量增大但入渗深度减小;裂隙深度增大使裂隙域积水时间延后,优势流入渗深度增大;模型计算结果与干缩裂隙实际入渗规律相符,同时避免了为裂隙域赋水力学参数带来的误差与不便。

机制砂级配及含量对压实膨胀土干缩裂隙演化规律

为研究砂含量以及级配对压实膨胀土干缩开裂的影响,以勉县滑坡点膨胀土为研究对象,制备了五种机制砂含量和四种机制砂级配的压实膨胀土试样,开展一系列压实土样干燥试验。利用图像处理技术并结合分形理论,对表面干缩裂隙的发育过程及最终状态的裂隙网络几何参数进行了量化分析。研究结果表明:表面裂隙面积的增加,前期表现为裂隙长度的增加,后期表现为裂隙宽度的增加;砂级配相同,随着砂含量从0%增加到40%,最终的表面裂隙率呈现依次降低的趋势,分别为13.18%,11.39%,10.47%,8.91%,7.68%;砂含量(40%)相同,随砂级配从[0.15 mm,0.3 mm)增加到[1.18 mm,2.36 mm),表面裂隙率依次减小,分别为7.68%,7.66%,4.38%,3.75%;裂隙分形维数的变化规律与表面裂隙率相同。

丁苯乳液对水泥砂浆力学性能及干燥收缩性能的影响研究

为降低普通水泥砂浆的干燥收缩性能,采用丁苯乳液对其进行改性,研究了丁苯乳液掺量对砂浆工作性能、力学性能以及干燥收缩性能的影响。结果表明:丁苯乳液能提高砂浆后期的力学强度,降低压折比,并且能抑制砂浆的干燥收缩量以及水分散失率。当丁苯乳液掺量为5%时,砂浆后期强度增长效果较好,28 d抗压、抗折强度较7 d时分别提高了63%、36%;当掺量为20%时,砂浆的干燥收缩量最小;当掺量为5%时,抑制水分散失的效果最好。SEM分析显示,丁苯乳液会在砂浆内部与水泥水化产物相互贯穿渗透,形成较为连续的聚合物网状结构。

新型超早强磷酸盐修补材料干缩影响因素研究

【目的】研究影响磷酸盐修补材料干缩的因素。【方法】通过胶砂试验,研究硼砂掺量、水胶比、粉煤灰掺量、胶砂比、集料种类对磷酸盐修补材料的干缩率的影响。【结果】试验结果表明,硼砂掺量越大,水胶比越大,胶砂比越大,则胶砂的干燥收缩率也越大;石英砂的胶砂收缩值要比钢渣小,掺入适量粉煤灰可以减少磷酸盐修补材料的干缩。【结论】研究成果可为磷酸盐修补材料的配合比设计提供依据和参考。

再生水稳铣刨料干缩性能影响因素及敏感性分析

为研究不同因素对再生水稳铣刨料干缩性能的影响,推进铣刨料在水稳基层的应用,以河北省石太高速铣刨料为原材料,分别制备铣刨料掺量W=0%、43%、89%,水泥掺量w=4%、5%、6%,尺寸为25 mm×25 mm×280 mm的长方体试件,采用比长仪与天平分别测量不同养生时间试件的干缩量及质量变化,研究不同铣刨料掺量W、水泥掺量w以及养生时间T对试件干缩性能的影响规律,并通过正交试验法与双因素方差分析法,分析不同因素对试件累积失水率ω与累积干缩应变ε影响的敏感性。结果表明:1)各组试件随着T的增长,ω逐渐增大,A组ω最大约为7.4%;2)铣刨料掺量越大,试件的ω越小;3)养生时间T为5 d时,A组试件ω是C组试件的1.64倍;4)适当掺加部分RAP料可显著降低试件的干缩应变,提高试件的抗裂性能;5)铣刨料掺量能显著影响试件的干缩性能,当T为5 d、W由0%增加至43%时,试件干缩应变ε由362.515×10^(-6)降低至289.286×10^(-6),降低了20.20%;6)影响试件失水率ω的主要因素为铣刨料掺量W以及养生时间T;7)水泥掺量w是影响再生水稳试件干缩应变ε的主要因素,对于试件的累积干缩应变,水泥掺量的F值为18.828,是铣刨料掺量的F值的4.36倍,水泥掺量起主导作用,2种因素的交互作用对试件干缩性能无影响。

废旧橡胶粉对水泥稳定碎石基层力学及干缩性能的影响

为研究废旧橡胶粉对水泥稳定碎石基层混合料力学及干缩性能的影响,将不同粒径和掺量的橡胶粉以等质量等粒径的方式替换集料,通过考察劈裂强度、弯拉强度、抗压回弹模量和干缩试验研究了不同粒径和掺量的橡胶粉对水泥稳定碎石基层混合料力学及干缩性能的影响。结果表明,掺入橡胶粉降低了水泥稳定碎石基层混合料的劈裂强度、弯拉强度和抗压回弹模量,抑制了水泥稳定碎石的干燥收缩,且橡胶粉的粒径和掺量越大性能变化幅度越大。相较于不掺橡胶粉,掺入40目质量分数0.50%的橡胶粉时,水泥稳定碎石混合料90 d的劈裂强度、弯拉强度和抗压回弹模量分别降低了32.8%、51.0%和26.3%,累计干缩应变和干缩系数分别降低了27.4%和25.5%。

黏土内部边界与含水率下限对干缩裂隙的影响

为研究黏土的内部边界与含水率下限对干缩裂隙的影响,本文开展了不同含水率下限的干湿循环试验,并在试验土样内部设置障碍物以模拟实际土体中存在的内部边界。通过计算机视觉方法对试验结果进行处理,对裂隙的发育历程与最终形态进行研究,对裂隙率、裂隙总长度、裂隙平均宽度进行定量分析。结果表明:(1)裂隙的发展受内部障碍物影响显著,根据裂隙的特点可以将裂隙分为沿障碍物发展的裂隙、辐射状裂隙、环状裂隙、细小裂隙与闭合环形裂隙五类;(2)随着含水率的降低,土样的裂隙率增加,裂隙总长度增大,裂隙平均宽度增大;(3)随干湿循环次数的增加,含水率下限越低的组,裂隙率与总长度的增长越明显。

不同条件下路面混凝土干缩变形性能差异研究

文中主要就不同条件下路面混凝土的干缩变形性能差异展开试验研究,结果表明,养护条件、水灰比、龄期均会对混凝土干缩变形能力产生影响。混凝土水灰比增长,则干缩率提升;水灰比为固定值时,干缩率随养护龄期延长而不断增加,但养护龄期越长,干缩变形量提升幅度越小,其中,养护龄期为28、180 d时,混凝土干缩变形量分别达到养护540 d时的58%和91%。龄期固定条件下,混凝土水灰比越大,干缩率越大,路面混凝土养护初期进行适当湿养护能有效缓解干缩开裂状况。

基于固废的粉土固化材料干缩性能试验研究

为了验证基于固体废物的固化材料对粉土干缩性能的提升作用,采用3种掺量(2%、4%和6%)的固化材料、6%水泥固化土和素土,进行干缩试验对比分析收缩特性。结果表明:掺加基于固体废物的固化材料能明显提高粉土的前期保水能力,失水过程主要发生在试验的前7天,同时能大幅降低粉土的干缩应变和干缩系数,且随着掺量的增加,效果越明显。基于固体废物的固化材料能提高粉土的抗裂性能,为路基路床填料提供了一种新的参考措施,也为固体废物的循环利用提供了一种新的思路。

不同掺量减水剂/引气剂对桥梁混凝土干缩性能的影响研究

为分析不同掺量引气剂和减水剂制备所得混凝土的性能差异,文中对不同掺量减水剂和引气剂对桥梁混凝土干缩性能的影响进行分析。结果表明,混凝土干燥收缩变形幅度在掺加0.8%减水剂时达到较小水平,约为掺加1.0%减水剂的混凝土干缩变形的92.7%及掺加0.5%减水剂的混凝土的88.5%;掺加0.05%引气剂时混凝土水分蒸发量和干燥收缩值均处于相对较低水平,但不论引气剂掺量多少,混凝土水分蒸发量间并没有明显差距。

砂胶比对地聚合物砂浆强度与干缩性能的影响

为了研究砂胶比对地聚合物砂浆强度与干缩性能的影响,对不同砂胶比条件下砂浆的抗折强度、抗压强度、折压比、干缩率以及孔隙率进行了测试。实验结果表明,地聚合物砂浆的抗折强度和抗压强度随着砂胶比的增大而先增加后降低,且分别在砂胶比为0.4和0.2时达到最大;在探究范围内,折压比随着砂胶比的增大而增大;干缩率随砂胶比的增加呈现出先降低后升高的变化趋势,且砂胶比在0.3时最小;随着砂胶比的增大,地聚合物砂浆的孔隙率和孔径增大,砂浆的致密性明显降低。试验可为地聚合物砂浆的配比优化和后续研究提供有益参考。

不同矿物掺合料对水泥干缩性能影响的试验研究

文章主要研究不同矿物掺合料(粉煤灰、矿粉、硅灰)不同掺量对普通硅酸盐水泥干缩性能的影响。研究表明:不同矿物掺合料(粉煤灰、矿粉、硅灰)不同掺量对普通硅酸盐水泥干缩性能影响规律不同,其中:硅灰的掺量变化对普通硅酸盐水泥的干缩性能影响较小,掺加矿粉的其次,掺加粉煤灰的影响最大。