珊瑚砂混凝土耐久性及应用技术研究进展

综述了珊瑚砂混凝土的应用研究及进展。对影响珊瑚砂混凝土耐久性的因素进行了分析,制约其应用的主要因素为高孔隙渗透性导致的内部结构筋腐蚀,以及珊瑚砂自身强度较低。针对以上两方面,重点总结了珊瑚砂混凝土用加强筋材料及珊瑚砂改性技术研究进展情况,最后对珊瑚砂混凝土的发展趋势进行了展望。研究分析结果可为珊瑚砂制备混凝土在远海岛礁建设的应用提供借鉴。

珊瑚砂混凝土热湿物性参数研究

利用微粒学水银孔隙度仪,分析了珊瑚砂混凝土(CSC)的孔隙率及孔径分布,研究了热湿对CSC导热系数的影响,得到了CSC的导热系数随相对湿度变化的函数关系式、CSC的吸水系数及等温吸湿曲线.结果表明:CSC总孔隙率为28.76%,孔径为30~40nm的孔体积增速最快;在-20~50℃下,温度对CSC干燥状态的导热系数影响较小,最大变化率仅为0.55%;在25、35℃,相对湿度0%~100%下,CSC导热系数随相对湿度的变化过程可分为平稳上升、趋于平缓和迅速增加3个阶段,与其等温吸湿过程相符合;当相对湿度从0%增至100%时,CSC在25、35℃下的导热系数分别增长29.5%、49.0%.

海水拌合珊瑚砂混凝土轴压性能试验研究

为了研究珊瑚砂混凝土基本力学性能,以细骨料取代率、拌合用水种类以及细骨料种类为变化参数,设计并制作了33个圆柱体试件,采用RMT-301岩石与混凝土力学试验系统进行单调静力加载试验,观测了珊瑚砂混凝土的破坏过程及形态,得到了加载全过程应力—应变曲线、塌落度、峰值荷载、峰值位移、位移延性以及能量耗散等特征点参数,并详细分析了各变化参数对珊瑚砂混凝土工作及力学性能影响规律,通过软件拟合得到珊瑚砂混凝土应力—应变曲线表达式。试验结果表明:珊瑚砂混凝土单轴受压破坏过程及形态与普通混凝土基本相同;拌合物峰值应力随珊瑚砂取代率增大呈现先增大后减小的趋势,取代率为70%时试件峰值应力最大;延性系数均随珊瑚骨料取代率的增大而增大;各变化参数对拌合物耗能系数无明显影响。

冲击载荷下珊瑚砂混凝土的能量耗散与分形维数的研究

为了研究冲击气压和礁灰岩粒径在冲击载荷下对珊瑚砂混凝土动态劈裂强度、能量耗散和分形维数等参数的影响,文中以不同粒径礁灰岩为粗骨料制作出珊瑚砂混凝土,利用分离式霍普金森压杆系统,并以不同的冲击气压对粒径不同的珊瑚砂混凝土试件进行高应变率动态劈裂力学试验。研究结果表明,珊瑚砂混凝土的动态劈裂强度随着冲击气压的增加而增加,礁灰岩粒径为16~20 mm时,试件劈裂强度最大;当礁灰岩粒径为5~10 mm时,不同冲击气压下的耗散能均为最小值,珊瑚砂混凝土抗冲击性能好;各实验组的破碎分形维数在2.2~2.6,小于普通混凝土,说明珊瑚砂混凝土较普通混凝土韧性和阻裂性能均有所提高,这对南海岛礁建设工程具有实际指导意义。

高温后珊瑚海水海砂混凝土力学性能试验研究

为研究高温后珊瑚海水海砂混凝土(CSSC)的力学性能,设计制作了30个CSSC试件,进行常温与高温后轴心受压和静力受压弹性模量试验。通过试验观察了试件高温后的表观变化和轴心受压破坏形态,获取了轴心受压全过程应力—应变曲线、弹性模量及烧失率等参数,深入高温后CSSC微观结构变化机制,得到了受火温度对CSSC力学性能的影响规律,揭示了高温作用后CSSC的力学性能退化机理。结果表明:随着受火温度的增加,CSSC力学性能不断劣化。T=200℃时CSSC轴心抗压强度和弹性模量分别比常温时下降了26.52%,6.19%,混凝土具有较好的力学性能;T=400℃时CSSC弹性模量下降迅速,弹性模量损失率为65.48%,但与T=200℃相比混凝土轴心抗压强度上升了6.4%;T=600℃时CSSC轴心抗压强度下降迅速,强度损失率为66.74%;T=800℃时CSSC破坏严重,已无法测得有效的弹性模量。

CFRP-PVC管约束珊瑚海水海砂混凝土柱轴压性能试验研究及有限元分析

为研究碳纤维增强聚合物-聚氯乙烯复合管(CFRP-PVC)约束珊瑚海水海砂混凝土(CSSC)柱的轴心受压性能,对6个试件进行轴心受压加载试验和有限元参数分析,重点研究了PVC管内、外表面CFRP层数和脱空缺陷对该组合柱轴压性能的影响。结果表明,CFRP-PVC管可以有效约束CSSC,使其处于三轴受压状态,当内、外壁均粘贴CFRP时可以有效减缓突然破坏的特征。相同情况下,管内壁粘贴1层CFRP时具有更好的延性和承载力,管外壁粘贴2层CFRP时约束应力提高系数高达121.5%,脱空缺陷仅对延性有显著影响。基于ABAQUS软件建立了CFRP-PVC约束CSSC柱有限元模型,准确还原了组合柱在轴向荷载作用下的破坏过程和CFRP损伤形态。当组合柱套箍系数小于0.3或长径比大于14.54时,荷载-位移曲线会失去强化段,提高外层CFRP层数会小幅提高强化段刚度。提出了适用于CFRP-PVC约束CSSC的承载力计算方法,误差为1.2%。

环氧钢筋与珊瑚砂海水混凝土黏结性能研究综述

随着近些年对海洋资源的开发,岛礁工程就地取材使用珊瑚砂作为建筑材料成为解决从内陆运输材料困难的办法。珊瑚砂海水混凝土结构已经在国内外一些岛礁工程上得到了应用,但是与普通钢筋混凝土结构不同的是,珊瑚骨中氯盐和海水中的氯离子会腐蚀钢筋。近些年来,有的研究者采用一些新型耐腐蚀钢筋如环氧涂层钢筋来克服这种腐蚀问题。目前,针对环氧涂层钢筋与珊瑚砂海水混凝土的黏结性能研究还比较空缺,本文将目前已有的针对环氧涂层钢筋与珊瑚砂海水混凝土的研究进行了总结概括。

原材料对珊瑚砂混凝土抗压强度影响的试验研究

按照全因子试验的方法,针对三变量两因素,进行了珊瑚砂混凝土立方体抗压强度对比试验,分析了不同水泥和细骨料以及是否采用海水拌养对抗压强度的影响。试验结果表明:采用抗硫酸盐水泥、海水拌养的珊瑚砂混凝土具有较好的工作性能和较高的强度。

珊瑚礁砂海水混凝土的配合比设计与抗压强度规律

基于国内外珊瑚混凝土研究现状和高性能轻骨料混凝土的配合比设计原理,设计了4组净水胶比(W/B)为0.25~0.40的珊瑚礁砂海水混凝土,研究了标准养护龄期和W/B对珊瑚礁砂海水混凝土立方体抗压强度(f_(cu))的影响。结果表明:珊瑚礁砂海水混凝土f_(cu)随着养护龄期的延长而增大,在养护初期,其f_(cu)增长速度较快,超过7 d时f_(cu)的增长速度逐渐减慢,并逐步趋于稳定;在养护初期时珊瑚礁砂海水混凝土f_(cu)增长速度相对普通混凝土f_(cu)要快,但是在养护后期,由于骨料的强度对混凝土强度的影响起重要作用,珊瑚礁砂海水混凝土28 d f_(cu)的增长速度反而比普通砂石混凝土28 d f_(cu)要小;珊瑚礁砂海水混凝土f_(cu)随着净胶水比(B/W)的增大而增大,两者之间较好地符合线性关系。

改性海水海砂珊瑚混凝土力学性能试验研究

以水泥品种、外掺料种类和掺量大小等为参数,对改性海水海砂珊瑚混凝土的力学性能进行了轴压试验研究。分析了各种因素影响下海水海砂珊瑚混凝土的受力变形性能与破坏特征。研究结果表明,改性海水海砂珊瑚混凝土的破坏模式与普通海水海砂珊瑚混凝土略有差异,受不同因素的影响而变化。采用低碱度硫铝酸盐水泥的海水海砂珊瑚混凝土强度较采用硅酸盐水泥的略有降低而延性有所增长。将粉煤灰与粒化高炉矿渣作为水泥替代材料会导致试件延性明显降低,泊松比增加,弹性模量不变。而掺入聚丙烯纤维后,海水海砂珊瑚混凝土受力与变形性能略有改善。综合对比,掺加不锈钢纤维对试件强度与延性改善最好,其破坏模式也由脆性破坏转变为延性破坏,且强度有所提高。而采用双掺纤维的方法,其性能改善略低于同条件下单掺钢纤维试件。试验结果为海水海砂珊瑚混凝土的实际应用提供了基础。

新型活性矿物海水海砂珊瑚混凝土制备与性能研究

目的选择以海砂和珊瑚作为骨料,海水作为拌合水,采用先预湿珊瑚,再与水泥砂浆拌合的方法,制备一种新型活性矿物海水海砂珊瑚混凝土(Mineral Sea Rock Concrete,MSRC),解决建筑工程中砂石短缺等问题。方法通过坍落度和抗压强度试验,分别分析净水灰比、骨料含水率和砂率对MSRC的和易性与抗压强度的影响。结果砂率在45%~58%内,坍落度随着砂率的增大而增大;砂率在58%~60%内,坍落度随着砂率的增大而减小;骨料含水率为12%时,混凝土拌合物和易性最优,立方体抗压强度最高;净水灰比为0.43、砂率为47%,骨料含水率12%的立方体抗压强度比骨料含水率9%和15%分别高3.9%和10.6%;强度等级相同时,随着砂率的增大,立方体抗压强度先增大后减小;对于强度等级为MSRC20、MSRC25和MSRC30的混凝土配合比,净水灰比分别为0.43、0.41和0.30时,立方体抗压强度取得最大值;MSRC前期抗压强度发展较快,超过15d时,抗压强度增长速度逐渐缓慢;基于试验结果,提出了立方体抗压强度计算公式,通过试验结果及公式计算结果对比可得,提出的计算公式与试验结果吻合良好。结论笔者制备的MSRC具有良好的和易性与力学性能,研究成果可以为MSRC的配合比设计和工程应用提供重要依据。

珊瑚海砂海水混凝土中CFRP-钢复合筋搭接性能

为研究珊瑚海砂海水混凝土(CSSC)中碳纤维增强复合材料(CFRP)-钢复合筋(简称“复合筋”)搭接连接受力性能,合理确定CSSC中复合筋的搭接长度,以复合筋直径、搭接长度、保护层厚度、混凝土强度、搭接净距、配箍率、混凝土及筋材种类为试验参数,对27组共81个搭接连接试件进行了对拉试验,获得了各试验参数对CSSC中复合筋搭接连接性能的影响规律。结果表明:当搭接长度小于17倍复合筋直径(d_(c))时,试件发生拔出-劈裂破坏,反之则发生拉断破坏。发生拔出-劈裂破坏时,复合筋表面出现严重的剪切损伤;当搭接长度小于14dc时,试件的搭接强度约为7.2 MPa,当搭接长度大于14d_(c)时,试件的搭接强度随搭接长度的增大逐渐减小;保护层厚度大于4d_(c)或CSSC轴心抗压强度大于30 MPa后,试件搭接强度的变化基本上可以忽略;增大配箍率,搭接强度逐渐增大,且劈裂裂缝的宽度显著减小;与钢筋试件相比,复合筋试件搭接强度的降幅超过25%。基于试验结果,建立了CSSC中复合筋搭接强度及搭接长度计算公式,计算结果与试验结果相符,并参考《混凝土结构设计规范》简化了搭接长度的计算公式。

CFRP-钢复合筋与珊瑚海砂海水混凝土黏结性能试验研究

为研究碳纤维布包裹钢复合筋(CFRP-钢复合筋,简称“复合筋”)与珊瑚海砂海水混凝土(coral sea-sand seawater concrete,CSSC)的黏结性能,进行15组共45个黏结试件的单向拔出试验,得到复合筋与CSSC的界面黏结破坏机理,分析复合筋直径、黏结长度、保护层厚度、混凝土强度、混凝土及筋材种类对黏结性能的影响。试验结果表明:区别于钢筋,由于外覆层FRP抗剪性能差造成界面滑移后复合筋表面发生剪切损伤,界面层混凝土的破碎程度更小;随着复合筋直径及黏结长度的增大,界面的黏结强度逐渐降低;混凝土保护层小于4倍复合筋直径dc时,增大混凝土厚度可有效提高黏结强度,但混凝土保护层大于4dc后增强效果大幅减弱;与嵌入复合筋试件相比,嵌入相同直径钢筋试件的界面黏结强度增大了17.9%;与普通混凝土(NC)试件相比,CSSC试件的界面黏结强度增大了23.8%,但劈裂破坏界面上CSSC的粗骨料断裂程度远高于NC。基于试验结果及收集到的同类研究结果,提出了复合筋与CSSC的黏结强度计算式,其在大样本量下具有良好的计算精度,并通过确定界面黏结系数K的取值范围,建立临界锚固长度的计算式。为反映预测曲线的全过程,建议采用mBPE模型全面准确地描述复合筋与CSSC间的黏结应力-滑移关系。

高温后珊瑚海水海砂混凝土直剪力学性能及损伤演化

为探究高温后珊瑚海水海砂混凝土(CSSC)直剪力学性能及其损伤本构关系,以经历最高温度T、恒温时长H为变化参数,设计并完成了高温后CSSC直剪试验。通过试验观察了高温后CSSC直剪破坏形态,获取了相应的应力-位移曲线,得到了T、H对CSSC剪切强度、体积膨胀及质量损失的影响规律,对比分析了高温后CSSC损伤演变过程。研究结果表明:高温导致CSSC内部出现不均匀温度场,并出现表面龟裂、边角崩裂等现象;随着T及H的增加,CSSC剪切承载力逐渐降低,体积膨胀率和质量损失率逐渐增大。当T>400℃后剪切强度下降速率加快;T=800℃时CSSC直剪强度仅为常温下的39%。最后,提出了高温后CSSC直剪强度计算方程及其损伤演化过程。

海水拌养珊瑚礁砂混凝土抗压强度试验研究

为研究海水拌养珊瑚礁砂混凝土的抗压强度,对不同龄期(3d、7d、14d、21d、28d)立方体试块的单轴抗压强度进行测试,并探究水泥类型、水灰比等因素对礁砂混凝土强度的影响,试验结果表明:礁砂混凝土抗压强度变化规律表现与普通碎石混凝土一致,抗压强度极限值随水灰比减小而增加,水泥标号越高,极限抗压强度越高,矿渣硅酸盐混凝土强度最低,珊瑚礁砂混凝土在实际工程应用中宜采用标号为425号及以上的水泥类型。

珊瑚海水海砂混凝土三轴力学性能

为研究珊瑚海水海砂混凝土的三轴力学性能,通过常规三轴试验研究了不同骨料组合与侧向围压对试件破坏形态、应力-应变曲线、屈服应力、屈服应变及损伤演变的影响规律。结果表明:珊瑚粗骨料试件更易受围压值影响,在9MPa的围压值下试件表面出现裂缝形式转变与塑性流动,在12 MPa的围压值下其应力-应变曲线出现“应力平台段”,碎石粗骨料试件则分别在15 MPa与24 MPa的围压值下出现上述变化;在围压值达到15 MPa后,珊瑚粗骨料试件的应力-应变曲线呈现具有第二线性分支的双线性形状;随着围压值增加,试件的屈服应力、屈服应变及耗散能均逐渐提高,损伤发展逐渐延缓。最后,提出了珊瑚海水海砂混凝土的屈服应力计算式,可为相关理论分析与工程应用提供借鉴。

圆形CFRP-钢复合管海水海砂珊瑚混凝土柱轴压性能试验研究

为了将原状海水海砂珊瑚混凝土更好地直接应用于海洋工程,对12根碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)-钢复合管约束海水海砂珊瑚混凝土柱和2根纯钢管约束海水海砂珊瑚混凝土柱进行了单调轴压试验,主要研究参数为钢管径厚比、CFRP层数,得到了试件的轴向应力-应变关系曲线。试验结果表明,试件在轴压作用下,最终呈现柱身有明显剪切滑移线的剪切破坏形式;CFRP的约束作用对试件初始截面刚度影响不明显,对试件线性强化阶段刚度影响显著;随着CFRP层数的增加,试件的极限应力和极限应变均显著提高;随着钢管径厚比的减小,试件的力学性能也相应地提高;结合试验数据对已有FRP-钢复合管约束混凝土强度计算模型进行评估。

玄武岩纤维增强聚合物筋增强珊瑚礁砂混凝土柱轴压试验

为了解决南海岛礁强腐蚀海洋环境下普通钢筋混凝土结构耐久性不足的问题,提出一种新型玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)筋增强珊瑚礁砂混凝土柱。对15根混凝土柱进行了轴压试验,分析了试件的受力过程和破坏形态,获得了荷载-位移和荷载-应变曲线,揭示了BFRP筋增强珊瑚礁砂混凝土柱的破坏机制。结果表明:BFRP筋增强珊瑚礁砂混凝土柱破坏模式具有三阶段特征,破坏始于强度较低的珊瑚礁石骨料,最终为珊瑚礁石骨料和交界面的整体破坏;相同配筋率下,BFRP筋增强珊瑚礁砂混凝土柱的承载力与钢筋增强珊瑚礁砂混凝土柱相当。

珊瑚礁砂混凝土双轴受压强度试验与应力空间破坏准则

设计了海水拌制的珊瑚礁砂混凝土立方体试件双轴受压力学试验,总结了珊瑚礁砂混凝土破坏形态、抗压强度、破坏准则。结果表明,珊瑚礁砂混凝土试件随着应力比的变化而表现出不同的破坏特征;当双轴加载应力比为α=0.5时混凝土抗压强度最大;当应力比为α=0.25时,主压应变最大;最后建立了双轴受压珊瑚礁砂混凝土的主应力破坏准则。

玄武岩纤维对珊瑚礁砂混凝土抗冲磨性能影响

在复杂的海洋环境下,防波堤等珊瑚礁砂混凝土构筑物发生冲刷磨蚀破坏,为了提高珊瑚礁砂混凝土的抗冲磨性能以及防波堤的耐久性。将不同掺量的玄武岩纤维掺入珊瑚礁砂混凝土,并对其进行单轴抗压、劈裂抗拉和抗冲磨试验,从而得到不同掺量的玄武岩纤维对珊瑚礁砂混凝土的抗冲磨强度,抗压强度和劈裂抗拉强度的影响规律。结果表明:珊瑚礁砂混凝土的抗压强度随着龄期的延长而增大,且玄武岩纤维对改良珊瑚礁砂混凝土的立方体抗压强度的作用不大,但是玄武岩纤维可以提高珊瑚礁砂混凝土的劈裂抗拉强度;在玄武岩纤维体积占混凝土体积的0.10%时,珊瑚礁砂混凝土的抗冲磨强度达到最大。