隧道初期支护模袋混凝土抗压强度试验研究

为研究隧道新型支护模袋混凝土的抗压强度,设计了高流态混凝土配合比,对4个不同试验工况的混凝土试件,以3,7,28 d抗压强度为考察指标,分析在相同排水条件下模袋以及在相同模袋条件下有压排水对于混凝土抗压强度的影响。对比分析养护龄期对不同试验工况混凝土抗压强度的影响,揭示了不同试验工况混凝土破坏形态。结果表明:模袋对混凝土抗压强度影响不大,但可以提高其整体变形能力;有压排水可大幅度提升混凝土抗压强度,且提升随养护龄期增长呈现先增加后减少的规律;不排水混凝土抗压强度前期增长较慢后期较快,而有压排水混凝土恰好相反;无模袋混凝土破坏时形成两个对顶的角锥形破坏面,有模袋混凝土破坏时裂缝沿着平行于力的作用方向产生,但两者边缘都有贯穿裂缝。研究成果可为探究模袋混凝土力学性能及强度试验方法提供一定参考。

基于CSSA-BPNN模型的胶结充填体动态抗压强度预测

充填采矿法二步骤回采时胶结充填体稳定性受爆破扰动而降低。为快速准确地获得充填体动态抗压强度,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)进行了40组不同应变率的单轴冲击实验,以灰砂比、充填体密度、养护龄期和平均应变率作为输入参数,充填体动态抗压强度作为输出参数,建立了一种基于Logistic混沌麻雀搜索算法(CSSA)优化BP神经网络(BPNN)的预测模型,并与传统BPNN和麻雀搜索算法优化的BPNN进行了对比分析。结果表明:CSSA-BPNN模型的平均相对误差为4.11%,预测值与实测值之间拟合的相关系数均在0.96以上,模型预测精度高。CSSA-BPNN模型的均方根误差为0.395 0 MPa,平均绝对误差为0.359 2 MPa,决定系数为0.995 2,均优于另外两种预测模型。实现了对充填体动态抗压强度的准确预测,可大幅减小物理实验量,为矿山胶结充填体的强度设计提供了一种新方法。

基于拌和生产数据的BP神经网络混凝土抗压强度预测

为解决混凝土生产中抗压强度试验周期长及工程管理存在滞后性的问题,提出了一种基于混凝土拌和生产实时监控数据的BP神经网络混凝土抗压强度预测模型。以混凝土拌和生产中的8项物料生产称重数据和5项生产配比数据作为预测输入变量,建立200组混凝土拌和站生产监控数据和对应的抗压强度试验数据样本集,按照6∶2∶2比例划分为训练集、验证集和测试集;分别以C40配比混凝土拌和生产的8项物料称重数据和全部13项数据作为输入变量,进行混凝土28 d抗压强度预测,将预测结果与实际试验结果进行比较,验证所提出BP神经网络模型的预测效果。结果表明:所提出的BP神经网络混凝土强度预测模型能较好地实时预测混凝土28 d抗压强度,且相对误差优于利用7 d抗压强度试验数据估算值;8项物料称重数据作为输入变量的BP神经网络预测模型预测精度更好,平均绝对百分比误差为0.82%,均方根误差为0.52 MPa;利用不同拌和站C20配比、C30配比混凝土拌和生产监控数据对8项输入变量BP神经网络混凝土抗压强度预测模型进行适应性验证可知,其预测平均绝对误差均在0.5 MPa之内,平均绝对百分比误差均小于2%,与C40配比预测误差一致;该预测模型充分挖掘了混凝土拌和站生产实时监控数据的价值,实现了传统混凝土抗压试验结果提前化,对提高工程建设质量水平具有重要意义。

激振搅拌对水泥稳定碎石与煤矸石抗压强度的影响

为研究激振搅拌工艺对水泥稳定煤矸石混合料性能的影响规律,以水泥稳定碎石为基准,对比分析普通搅拌与激振搅拌对不同水泥剂量的水泥稳定基层材料无侧限抗压强度的影响。结果表明:在干拌状态下增加激振工艺对基层混合料抗压强度的提升效果显著,在激振气压为0.4 MPa、激振干拌30 s后普通湿拌30 s条件下,混合料的7 d无侧限抗压强度达到最佳;激振搅拌对水泥稳定碎石、水泥稳定煤矸石混合料强度的平均提升幅度约为20%,对煤矸石混合料的强度提升更加显著,水泥剂量越少,提升幅度越大。SEM结果表明激振搅拌后混合料中的水化产物分布更加均匀,结构更加致密;经线性拟合计算,当水泥剂量为2.0%~7.0%(质量分数,下同)时,激振搅拌对于碎石混合料可节约8.9%~26.3%的水泥,对于煤矸石混合料可节约12.9%~30.8%水泥,且节约率与水泥剂量成反比。

碱激发地聚物固化海相淤泥质软土抗压强度及固化机制研究

海相淤泥质软土富含各类可溶性盐和有机质,使用水泥进行固化时易出现劣化效应。为了解决传统硅酸盐水泥固化常出现加固失效的工程问题,以NaOH为碱激发剂,使用地聚物-水泥联合固化海相淤泥质软土,研究水泥与地聚物掺量比、碱激发剂含量和养护龄期对固化土无侧限抗压强度的影响,并采用扫描电镜和X射线衍射试验分析碱激发地聚物固化海相淤泥质软土的微观形态和水化产物,进一步揭示其固化机制。研究结果表明:单独加入NaOH对水泥土强度的提升并不明显,水泥土强度并不会随着碱激发剂含量的增加而显著提高。同时不同钙系地聚物的固化效果差异显著:矿渣地聚物固化土早期强度增长迅速,后期强度增长缓慢,其无侧限抗压强度随NaOH含量的增加先增加后降低,随矿渣的掺量增加而提高。粉煤灰地聚物固化土强度增长较慢,NaOH含量越高其无侧限抗压强度越大,且强度随粉煤灰的掺量增加而降低。将1/2的水泥以矿渣替代,固化土28 d强度最高可达6.19 MPa,相较于水泥土提升了107.5%。而使用同样比例的粉煤灰替代,其28 d强度最高仅为3.012 MPa。微观试验分析表明碱激发剂和地聚物的加入,可促进可溶盐水化结晶和有机质碱性环境降解,有效增加有效水化产物,增强颗粒间的凝聚力使得土体结构更加紧密,宏观上表现为固化土强度的提升。研究结果可为解决水泥加固海相淤泥软土所引起的实际技术问题提供理论指导。

集料几何学特性对PRMC抗压强度和损伤过程的影响

集料几何学特性是影响颗粒复合材料力学性能的重要因素,也是实现复合材料性能精确设计的理论基础。以颗粒增强树脂基复合材料(particle-reinforced resin matrix composite,PRMC)为研究对象,采用PFC和3D MAX联合创建了精细的数字集料,分析集料综合几何学特性对PRMC动态损伤特性的影响,进一步细化并分离出集料单一几何学特征,通过分级替换不同粒径的圆形集料研究集料单一几何学特性对PRMC力学特性的影响。研究结果表明:集料几何学特性影响原始微损伤的分布,引导裂纹的扩展并最终决定PRMC的压缩破坏模式,并且压缩破坏过程存在典型的随机损伤特性;集料的形状、棱角和纹理通过降低集料间的流动性提高PRMC的抗压强度,而集料骨架系统需要在分形维数、级配级数、最大粒径和最大最小粒径比之间寻求最佳参数组合来提高PRMC的抗压强度。

回弹-钻芯法检测水泥基灌浆料抗压强度的试验研究

为研究水泥基灌浆料抗压强度及其龄期强度规律,选用某品牌的Ⅲ类和Ⅳ类水泥基灌浆料制作144个水泥基灌浆料试块,采用回弹测试-钻芯法对其抗压强度进行检测试验。浇筑4面水泥基灌浆料实体墙,钻取并加工得到120个标准芯样,对其进行抗压强度检测试验,基于水泥基灌浆料实体墙回弹值与芯样抗压强度值的回归分析,建立了水泥基灌浆料专用测强曲线的回归方程式。结果表明:水泥基灌浆料抗压强度随龄期的增长而增大,前期增长速率较快,后期增长速率减缓;水泥基灌浆料实体墙回弹值与芯样抗压强度值具有较强的相关性。

岩石-钢纤维混凝土复合层动态抗压强度计算模型

为了研究冲击荷载下岩石-钢纤维混凝土(R-SFRC)复合层的抗压强度模型,利用分离式霍普金森压杆对花岗岩、混凝土和R-SFRC复合层进行动态冲击压缩试验,并通过回归试验结果得到R-SFRC复合层的对数型、幂函数型和强度-应变率依赖机制型3种强度模型,同时考虑R-SFRC复合层界面相互作用,基于Mohr-Coulomb强度准则建立复合层动态抗压强度计算模型。结果表明,R-SFRC复合层动态抗压强度随应变率及钢纤维掺量增大而增大;3种回归模型拟合复合层动态抗压强度试验结果的相关系数范围为0.918~0.999,其中依赖机制型模型与试验结果的相关性最大;基于Mohr-Coulomb强度准则的3种模型得到的复合层抗压强度计算值相对试验值的误差范围为-9.23%~3.16%,对数型模型的误差最大值较小。R-SFRC复合层动态抗压强度计算模型可为混凝土支护隧道围岩设计提供理论基础。

戈壁集料混凝土物理性能及抗压强度研究

为资源化利用西北地区工程建设开挖的弃方材料——戈壁集料,基于西北某机场扩建工程的戈壁集料,首先对戈壁集料基本物理性能及矿物成分进行分析,随后以水灰比、戈壁砂率、戈壁细集料种类及水泥浆量为变化参数,先后对戈壁集料混凝土的工作性能、破坏形态以及抗压强度进行研究。试验结果表明:戈壁集料含泥量高,其黏土矿物含量约20%且以吸水能力强的蒙皂石和伊利石为主;随水灰比减小,戈壁粗集料混凝土的坍落度减少,而抗压强度近似线性增大,与普通混凝土规律一致;同配合比下,全戈壁集料混凝土抗压强度高于戈壁粗集料混凝土,但前者的拌合物表现更黏稠;筛除粒径小于0.15 mm的戈壁细集料虽可小幅提高全戈壁集料混凝土的坍落度,但对抗压强度不利;随砂率增加,戈壁集料混凝土的坍落度增大,其抗压强度先增后减。最后,通过回归分析为戈壁集料混凝土配合比提供参考。

机制砂再生粗骨料混凝土抗压强度试验研究

为探究机制砂原料种类和机制砂级配对机制砂再生混凝土抗压强度的影响,以细骨料类型(天然砂、石灰石机制砂、卵石机制砂)细骨料级配、水灰比为变量制作了30组机制砂再生混凝土立方体试块和15组天然砂再生混凝土立方体试块。结果表明:在石粉掺量10%时,机制砂再生混凝土抗压强度高于天然砂再生混凝土,且机制砂原料为石灰石的抗压强度高于卵石;机制砂各筛孔量占比分别为5%、7%、18%、25%、26%和14%时,机制砂再生粗骨料混凝土的抗压强度最高。研究表明:严格控制水灰比、颗粒级配可使机制砂再生混凝土达到设计强度、满足生产应用要求,采用机制砂替代天然砂制备再生骨料混凝土更有优势,是缓解天然砂资源短缺的可行途径之一。

含钢纤维橡胶喷射混凝土抗压强度特性研究

普通喷射混凝土延展性差、抗压过后易碎且残余强度差,为了增强其延展性及韧性,在5%、10%、15%、20%橡胶掺量的橡胶喷射混凝土中分别添加0.5%、1%、1.5%、2%(体积占比)的钢纤维,设计17组配比,养护28 d进行单轴抗压实验,对抗压强度值、应力—应变曲线特点、试件破坏形态、残余强度进行分析。结果表明:在钢纤维和橡胶协同作用下,普通喷射混凝土的抗压强度得到了提高,在橡胶含量为5%,钢纤维体分数为1%时,其抗压强度最佳。钢纤维—橡胶喷射混凝土应力—应变曲线后延性增加,试件破坏呈明显延性特征且破坏后试件完整度高,破坏后仍有一定强度。

再生混凝土砌块高温后抗压强度与微观结构分析

各类建筑与设施拆除过程中产生了大量的建筑垃圾,这些建筑垃圾若不能得到有效处理,将对环境造成巨大压力。随着现代社会对可持续发展、环境保护和资源循环利用的日益重视,人们努力将这些废弃的建筑材料转化为新的、有价值的资源,再生混凝土砌块就是其中的一种研发成果。但高温环境下建筑材料的性能会发生变化,这对建筑的安全性和耐久性提出了更高要求。基于此,本文选择了一批具有代表性的再生混凝土砌块,然后对其进行煅烧处理,并分析其高温后抗压强度与微观结构的变化情况,以为再生混凝土的应用提供可靠的依据。

基于响应面法的复合改良膨胀土无侧限抗压强度研究

为提高膨胀土的无侧限抗压强度,降低工程危害。在木质素改良膨胀土的研究基础上,通过单因素试验研究纤维长度、纤维掺量及木质素掺量对膨胀土抗压强度的影响规律,基于单因素试验结果,通过BBD (BOX-Behnken design)响应面设计法进行响应面试验,建立二次回归模型,研究了双因素交互作用对膨胀土无侧限抗压强度的影响。结果表明:单因素作用时,膨胀土无侧限抗压强度在各因素作用下均呈现先增大后减小的趋势;双因素交互作用时,木质素掺量和聚丙烯掺量二者交互作用显著性最好。由BBD响应面法得到的最优组合为:聚丙烯纤维长度为9 mm、纤维掺量为0.3%、木质素掺量为3%,该变量下平行试验组的平均抗压强度为552.48 kPa,相比于素膨胀的抗压强度提升了76.97%,可见此方案下对素膨胀土的无侧限抗压强度提升效果最好。研究成果为新乡地区弱膨胀土的改良提供了借鉴,为复合改良土的试验设计提供了新思路。

矿山充填新型胶凝材料添加量与充填体抗压强度关系研究

工业废渣粉煤灰具有胶凝特性,基于此成功研制出一种用于矿山井下充填的新型胶凝材料。为能够在不同抗压强度要求下快速准确地计算出胶凝材料的添加量,通过进行抗压强度试验,并利用一元线性回归法拟合出不同养护龄期下充填试块抗压强度与胶凝材料添加量之间的数量关系。研究结果表明,研发的新型胶凝材料不仅有效地解决了粉煤灰排放所带来的环境污染问题,同时由于以粉煤灰为主要成分的胶凝材料成本相对低廉,降低了充填成本,使充填采矿法在矿山开采中能得到更广泛的应用。

相变混凝土抗压强度与储热能力试验及分析

为研究硅藻土相变混凝土在建筑围护结构中的应用,进行了相变储能骨料的封装方式试验和相变混凝土的抗压强度、保温性能试验,得到不同封装方式下相变储能骨料的质量损失率、不同相变储能骨料掺量下相变混凝土的抗压强度和储热能力的变化规律。结果表明:用水泥净浆封装相变储能骨料,操作简便且封装效果好,相变储能骨料在50次高低温循环后,质量损失率仅为1.97%;当相变储能骨料的掺量为20%时,抗压强度和保温性能综合效果最优,抗压强度达到31.48 MPa,温度阻尼率达到0.538 5。

PVA-ECC材料抗压强度及收缩性的时变规律研究

PVA-ECC材料的长期力学性能对港口工程结构加固修复至关重要。通过PVA-ECC材料不同龄期试块的抗压强度试验和收缩性试验对其宏观力学特性的时变规律进行了研究。研究表明,2%PVA掺量的PVA-ECC材料的流动性差,其在港口水工结构加固工程中的适用性有待进一步研究。通过抗压强度试验可知,随着龄期的增加,1.5%PVA掺量和1.8%PVA掺量的试块抗压强度呈现抛物线上升的趋势,经180d养护后的试块抗压强度分别达到69.4 MPa和76.1 MPa,是C40混凝土试块强度的1.5倍和1.6倍,从抗压强度分析,两者均满足加固工程的强度要求。根据材料收缩性对比试验可知,随着龄期的增加,三种试块的收缩率在0~28 d期间变化剧烈,在28d后变化均趋于平缓,不同PVA掺量的试块收缩率均大于C40混凝土试块,而1.5%PVA掺量的试块与C40混凝土试块收缩率更接近。鉴于1.5%PVA掺量的PVA-ECC材料流动性更能适应沿海港工结构加固的现场施工,同时,其收缩率与混凝土收缩率接近,且抗压强度足够高,因此,在港口工程结构加固修复中,推荐采用1.5%PVA掺量的PVA-ECC材料。同时,基于试验数据拟合得到了适合不同配比、不同龄期PVA-ECC材料的立方体抗压强度计算公式,可用于PVA-ECC材料的强度预测。

纤维地聚物改性粉质黏土无侧限抗压强度试验研究

通过对杭州市某隧道工程开挖产生的废弃粉质黏土添加不同改良剂后开展无侧限抗压强度(unconfined compression strength,UCS)试验,研究了不同矿渣掺量、矿渣-粉煤灰比例、聚丙烯纤维掺量条件下改良土样的抗压强度特性,并对抗压强度形成的机理进行了分析;同时,基于扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)试验对表征土体孔隙特征的有关指标展开了定量分析。结果表明:在矿渣掺量为12%时UCS最大,为6738.04 kPa,较素土强度提高80.69倍;粉煤灰的掺入可提高试样后期强度,在K8F2(矿渣/粉煤灰比例80%∶20%)试样中最优;聚丙烯纤维的掺入能有效地改善材料的脆断性能,最优纤维掺量为0.4%。试样孔隙的定向频率在80°~100°区间内分布的概率最大,掺入粉煤灰后定向性较为均匀;孔隙率随着矿渣掺量的增加、地质聚合物中矿渣含量的增多均逐渐减小,在试样K12(矿渣掺量12%)和K8F2中出现最小值;而随着纤维掺量的增加,呈现先降低后升高的趋势,当纤维掺量为0.4%时其值最小,为6.204%;孔隙平均直径主要分布在0~1μm,矿渣掺量增多则小孔隙增多,大孔隙减少;孔隙丰度主要分布在0.4~0.6,孔隙形状主要为椭圆。

粉煤灰-矿渣再生混凝土抗压强度及尺寸效应研究

以粉煤灰和矿渣掺入方式和掺量为变量,设计24组C30再生粗骨料混凝土,对再生混凝土的抗压强度进行了研究。试验结果表明,粉煤灰或矿渣单掺时,再生混凝土的抗压强度随矿物掺料的掺量增加呈现先上升后下降趋势,同等掺量下矿渣单掺优于粉煤灰单掺;双掺时保持粉煤灰或矿渣掺量20%不变,再生混凝土立方体和轴心抗压强度随另一种微细矿物掺量的增加同样呈现先上升后下降趋势,双掺较单掺方式对再生混凝土抗压强度的提升效果更佳,且再生混凝土的抗压强度存在明显的尺寸效应。单掺粉煤灰或矿渣时再生混凝土轴心抗压强度和立方体抗压强度换算系数随其掺量增加而增大,双掺则稳定保持在0.85±0.02。此外,论文还建立了不同微细矿物掺料条件下再生混凝土抗压强度换算系数的修正公式,验证结果表明公式预测误差较小。建议实际工程再生混凝土配制采用粉煤灰和矿渣双掺方式,且掺量控制在25%以内。

养护方式对碱激发矿渣/粉煤灰胶凝材料抗压强度影响研究

本工作主要研究了不同粉煤灰掺量的碱激发矿渣/粉煤灰复合胶凝材料(AASF)分别在标准养护、烘箱养护及微波养护下强度发展规律,并通过水化产物和微结构的演化就强度发展进行机理分析。采用X射线衍射(XRD)、热重-差示扫描热分析(TG-DSC)、扫描电子显微镜(SEM)等技术手段对水化产物微观结构进行了系统研究。结果表明:热养护能显著提高胶凝材料的前期水化反应,促进C(N)-S(A)-H凝胶的生成。对比标准养护1 d强度,经烘箱养护和微波养护后的AASF试样强度分别提升了144%~531%、184.4%~385.5%。相较于烘箱养护,绝大多数情况下微波养护具有更大的优势。随着粉煤灰掺量提高,标养试样各龄期强度均持续降低。而20%、40%的粉煤灰掺量分别对微波养护及烘箱养护试样抗压强度发展有积极的影响。

硅灰热焊接改性塑料颗粒对砂浆抗压强度与微结构的影响

为解决塑料憎水表面所导致的塑料砂浆抗压强度较低的问题,本文利用废弃聚丙烯(PP)塑料的热塑性,通过热焊接工艺将硅灰焊接于PP表面,制备硅灰@塑料颗粒复合颗粒(SF@PP),并对复合颗粒的亲水性和火山灰活性进行测试。结果表明,硅灰热焊接改性显著改善了PP的亲水性并提高了其火山灰活性,促进了水化产物的界面沉积,界面密实度提升。相应地,塑料砂浆的孔隙率明显降低,抗压强度显著提升,提升幅度为26.07%~31.04%。研究结果有利于高效利用废弃塑料,并为高性能塑料砂浆的制备提供依据。