砂浆-花岗岩界面过渡区的劈裂拉伸试验研究

从细观层次看,骨料周围水泥砂浆即所谓的界面过渡区(Interfacial Transition Zone,简称ITZ)的形貌、成分、密度等特征与水泥砂浆基体显著不同。由于ITZ往往被看成混凝土中的"薄弱环节",其性能在很大程度上影响着混凝土的宏观力学性能。本文采用巴西圆盘劈裂法,设计一定宽度的弧形垫条,以形成2α=20°的平台对含界面的砂浆-花岗岩试样进行准静态劈裂拉伸试验。考虑试样的不同直径、不同砂浆强度、不同长径比、不同应变率及花岗岩骨料表面不同粗糙度等多种因素对界面拉伸强度的影响。采用正交分析法对试验数据进行系统分析。同时,在劈裂拉伸试验中,结合散斑图像采集系统对劈裂试验过程中试样表面的图像进行实时采集,从而获得试样在加载过程中的破坏形式与形态。

花岗岩-砂浆界面过渡区断裂特性试验

设计制作了花岗岩–砂浆复合试件,通过劈裂试验,研究了砂浆水灰比、粘结面粗糙度和界面剂中硅灰含量对复合试件劈裂抗拉强度的影响,并给出了它们之间的拟合关系。引入复合试件与相同水灰比砂浆试件劈裂抗拉强度的比值,表征界面过渡区的薄弱性。结果表明,复合试件的劈裂抗拉强度明显低于相同水灰比的砂浆基质试件,且与水灰比呈负线性相关关系;增加花岗岩表面粗糙度可以提高复合试件的劈裂抗拉强度,复合试件的劈裂抗拉强度与界面粗糙度呈近似线性关系;界面剂中加入硅灰可以提高复合试件的劈裂抗拉强度,然而过多的硅灰掺量会适得其反,复合试件的劈裂抗拉强度与硅灰含量的关系可以用二次抛物线拟合,最佳硅灰含量约为3%。

砂浆-骨料界面过渡区的力学性能研究综述

总结了目前国内外研究砂浆-骨料界面过渡区力学性能的主要试验方法和相应的成果,并对相关的数值模拟也进行了阐述。通过分析目前针对界面过渡区力学性能的直接拉伸试验、劈裂试验、剪切试验,指出数值模拟的本构模型及模型参数的选取都应基于有关的试验结果,提出试验的必要性,并对今后需要开展的相关工作进行阐述。

聚合物改性水泥砂浆界面过渡区的交流阻抗谱研究

水泥砂浆可视为由水泥浆体、细集料和水泥浆体 -集料界面过渡区 (interfacialtransitionzone ,简称ITZ)所组成 ,聚合物改性水泥砂浆中 ,较小的聚合物颗粒有利于集料表面的紧密堆积 .用交流阻抗方法研究了不同砂子粒径和不同砂子体积分数的聚合物改性砂浆在不同龄期的表现 .结果表明 :交流阻抗方法是研究聚合物改性砂浆界面过渡区发展变化的一种新手段 .聚合物改性砂浆的阻抗谱随龄期延长出现二次明显变化 ,这种特征分别与聚合物在砂浆界面过渡区的聚集、凝结、形成紧密堆积的颗粒结构以及聚合物颗粒相互扩散渗透 ,形成具有一定力学强度的膜的过程有关 .同时 ,聚合物在界面过渡区的成膜情况与砂子粒径及其体积分数有关 。

混凝土中骨料-浆体界面过渡区的力学性能研究综述

列出了国内外交界面过渡区的试验和理论分析的主要成果。对数值混凝土有限元模型中有关交界面单元的力学性能(界面厚度、界面本构关系和随机力学特性等)输入进行了探讨。通过分析目前试验、理论以及数值分析的成果,指出界面力学性能研究还有待于进行更完整、更科学的试验。

聚合物改性砂浆界面过渡区的电导特性

用交流阻抗谱方法对不同砂子体积分数的聚合物改性砂浆的电导率进行测定。用有效介质理论研究了聚合物改性砂浆界面的电导特性。利用一个将骨料看成非电导球形颗粒的混凝土模型,计算了界面过渡区的电导率与水泥浆基体电导率的比值(σITZ/σm)。计算发现:随着龄期的增加,聚合物改性砂浆的σITZ/σm的比值在最初3d内由5～9迅速降低到3左右,以后基本保持恒定,这与普通水泥砂浆的不同。结果说明:在聚合物改性砂浆中,界面过渡区电导的降低速度比水泥浆基体的快,结合不同聚灰比的聚合物改性水泥浆和乳液成膜过程的电导研究结果发现这是聚合物在界面过渡区的浓度较高和成膜所致。研究结果为聚合物改性砂浆的配置和养护工艺设计提供了依据。

不同强度砂浆界面过渡区对再生骨料混凝土性能的影响

为了探明不同强度砂浆界面过渡区对再生骨料混凝土性能的影响,试验以再生骨料表面不同的砂浆强度以及附着率作为变量,配置了不同强度等级的再生骨料混凝土,与普通混凝土进行了对比性强度试验以及碳化试验。试验结果表明,高强度原生混凝土经破碎后作为再生骨料配制低强度等级的再生混凝土,即再生混凝土内部旧砂浆界面过渡区强度比再生混凝土内部新砂浆界面过渡区强度高时,再生骨料混凝土的强度与普通混凝土强度几乎相同,再生骨料表面砂浆的强度以及附着率对再生混凝土的强度影响不大,但碳化深度有所增大。当使用低强度原生混凝土经破碎后作为再生骨料配制高强度等级再生混凝土,也就是再生混凝土内部再生骨料与旧砂浆界面过渡区强度比新砂浆界面过渡区强度低时,再生骨料混凝土的强度与普通混凝土相差较大,再生骨料表面砂浆的强度以及附着率对再生混凝土强度影响较大。

砂浆-花岗岩界面动态轴向拉伸力学性能试验研究

骨料-砂浆界面过渡区的力学性能对混凝土宏观受力特性有很重要的影响。在MTS试验机上对40个砂浆-花岗岩交界面试件进行了动态轴向拉伸力学性能试验研究,分析不同应变率(10-6～10-2 s-1)、不同程度预静载(30%、50%、70%静载强度)以及往复荷载(1、5 Hz)对交界面动态轴向拉伸力学性能的影响,并对其动态破坏机制进行了初探。研究结果表明:①交界面动抗拉强度随应变率增加有明显增加趋势;②较小预静载(不超过50%)不仅没有使动抗拉强度降低,反而有可能提高动抗拉强度,较大的预静载对损伤弱化效应起主导作用,从而使动抗拉强度降低;③往复荷载作用下会出现明显的低周疲劳损伤,而且残余变形随往复荷载的频率增加而减小;④不同应变率下的交界面应力-应变曲线上升段类似,约50%强度后呈现非线性变化,但非线性程度随应变率增加趋向不明显。另外,尝试性地进行了交界面试件轴向拉伸应力-应变全曲线的试验,得到了稳定断裂的全过程曲线。

考虑微观结构影响的混凝土界面过渡区裂隙渗流-溶蚀耦合模型

根据四参数随机生长法生成了混凝土界面过渡区(ITZ)的微观结构,基于格子Boltzmann方法,采用双分布函数分别模拟渗流速度场和溶质浓度场的演化,建立了考虑微观结构影响的ITZ裂隙渗流-溶蚀耦合过程的数值模型。结合2个经典算例,验证了计算模型在处理溶质对流-扩散及反应-扩散问题方面的准确性。最后讨论了渗流流速、Ca(OH)_(2)含量以及Ca(OH)_(2)排布状态等因素对ITZ裂隙渗流-溶蚀耦合作用特性的影响。研究表明:裂隙初始渗流流速越快,壁面的溶蚀速率越快,其整体孔隙率增加越快。ITZ的Ca(OH)_(2)含量越高,在壁面处其与流体的接触面积越大,溶蚀现象越易发生,并导致裂隙内Ca^(2+)浓度也相应的增加。如果溶蚀出来的Ca^(2+)得不到及时运移,将反过来抑制Ca(OH)_(2)的进一步溶蚀,故ITZ裂隙的渗流-溶蚀过程受控于Ca(OH)_(2)含量与Ca^(2+)浓度的综合作用。对于Ca(OH)_(2)不同排布状态的ITZ裂隙,由于渗流受到微观结构的影响,溶蚀过程稳定后其相对渗透率水平生长最大,均匀生长次之,竖向生长最小。

钢纤维砂浆界面过渡区的交流阻抗研究

利用交流阻抗谱对钢纤维砂浆界面过渡区进行研究。结果表明,随着龄期的增长,砂浆的总孔隙率下降,孔溶液电阻Rm不断升高。钢纤维/砂浆界面电阻Rint随钢纤维掺量的增大而增大,但其关系非线性变化,Rint随养护时间的变化在45 d前逐渐增大,45 d后基本不变。钢纤维砂浆界面的扩散阻抗系数随钢纤维掺量的增加、龄期的增长而增大。

混凝土界面过渡区微-细观结构识别及形成机制研究进展

混凝土因水泥浆体与集料材料特性差异,胶结过程中易在集料-浆体接触带出现界面过渡区(ITZ)。前期大量研究表明:ITZ是混凝土损伤、断裂最先发生区域。本文全面归纳ITZ微-细结构及微观力学识别技术,梳理现阶段识别技术的发展状况及存在问题,并借此展望下阶段精确识别ITZ技术的发展方向;基于现浇混凝土成型、水化、硬化微-细观过程分析,从ITZ微-细观结构形成特点及影响因素出发,探讨混凝土ITZ形成机制及主控指标;为更好认知ITZ微-细观多尺度特性评价,开展了国内外代表性ITZ结构模型归纳分析,并探究各模型的核心思路及适用范围。本研究可为系统掌握混凝土ITZ识别技术、形成机制及评价模型提供全面借鉴作用。

纳米SiO_(2)对再生混凝土新旧砂浆界面过渡区的影响

大量复杂且薄弱的界面过渡区(ITZ)是导致再生混凝土力学性能较差的主要原因,故需对其进行强化处理。纳米SiO_(2)(NS)具有活性高、比表面积大和粒径小等优点,能够起到填充薄弱ITZ的作用,以及具有提高再生混凝土性能的潜在能力。本研究采用NS(等质量取代水泥)作为掺合料制备再生混凝土,基于流动度、力学性能和微观结构的测试,阐明NS掺量对水泥胶砂流动度和力学性能的影响,分析NS对再生混凝土新旧砂浆ITZ的改善作用。进一步地,通过显微电镜(SEM)、能谱(EDS)等微观测试,研究NS对再生混凝土的新旧砂浆ITZ微观形貌和水化产物的影响,分析新旧砂浆的水化产物与ITZ宽度。结果表明:NS掺量的增加会降低水泥胶砂的流动度,其强度呈现先增大后减小的趋势,且当NS掺量为3%(质量分数,下同)时,其28 d抗折强度和抗压强度分别增加了13.17%和25.55%;NS会促进再生混凝土的新旧砂浆ITZ水化产物中C-S-H凝胶的生成,优化水化产物的均匀分布,减小ITZ宽度,从而提高ITZ的微观结构密实程度;新砂浆内部水化反应产生的C-S-H含量较高,水化程度较高,界面较密实,而旧砂浆内部水化反应产生的C-S-H含量较低,存在大量降低界面强度和微观结构密实程度的水化产物。

夏季风过渡区的陆-气相互作用:述评与展望

夏季风过渡区是受夏季风影响最敏感的区域之一,其陆-气相互作用对夏季风气候动力学过程响应明显,该区域的陆-气相互作用及其对夏季风活动的响应是一个值得关注的重要科学问题。分析了中国夏季风过渡区的形成及其基本特征,讨论了夏季风过渡区陆-气相互作用过程研究的主要关注点,初步推测了该地区陆-气相互作用对夏季风变化的响应机制。指出该地区陆-气相互作用研究包含了多重互馈机制、陆面水-热-生过程耦合、近地层到自由大气的多界面交换、季风多尺度作用和特殊的陆面水分循环等一系列重要科学问题。同时,总结归纳了该领域的主要研究进展和关键科学问题,提出了未来应该重点研究的7个方面,并初步给出了研究试验的基本思路。为未来系统深入研究夏季风过渡区陆-气相互作用及其对夏季风活动响应问题提供了科学指导。

再生混凝土单轴受压下多重界面过渡区的破坏机理研究

为研究再生粗骨料混凝土在单轴受压荷载下的破坏特性,使用数字图像相关技术记录混凝土立方体在破坏过程中的应变变化规律,并结合显微硬度测试、背散射电子成像技术等观测手段对界面过渡区的宽度和孔隙率进行定量表征。试验结果表明,分别经骨料强化和砂浆强化后,再生混凝土的抗压强度较未处理试样提升了17.86%和35.55%,说明砂浆强化更有利于提升再生混凝土的抗压强度。骨料强化可以提升老砂浆显微硬度值,降低老骨料-老砂浆界面过渡区孔隙率;砂浆强化可以提升新砂浆显微硬度值,降低老骨料-新砂浆界面过渡区以及新-老砂浆界面过渡区的孔隙率。经强化处理后的特定界面产生贯通裂缝的概率降低。

水泥砂浆界面相弹性常数的反演计算

为了计算水泥砂浆界面过渡区的弹性常数,采用广义自洽方法(GSCM),根据水泥砂浆内部的微细观结构,建立了由水泥浆基体、岩石离散夹杂(骨料)、界面过渡区(ITZ)和有效弹性材料组成的四相复合材料模型.推导了界面相的体积模量和剪切模量方程.利用已知水泥砂浆材料的实验数据,计算了界面相的弹性常数.发现界面相剪切模量约为水泥浆基体剪切模量的50%.

低吸水率陶瓷再生砂对砂浆力学和干燥收缩性能的影响及机理研究

为了解决废弃陶瓷再生利用和河砂短缺的问题,开展了低吸水率陶瓷再生砂(由废弃低吸水率瓷质陶瓷墙地砖制备而成,简称陶瓷砂)的性能及其等体积全取代河砂对砂浆力学和干燥收缩性能的影响研究。结果表明:陶瓷砂的吸水率、表观密度和压碎指标均较低,是一种轻质高强的细骨料;在水胶比、胶凝材料组成和砂浆工作性能相同的情况下,与河砂砂浆相比,水胶比为0.45、0.35和0.25的三种陶瓷砂砂浆的力学性能均明显提高,其中28 d抗压强度分别提高了39.1%、26.8%和24.6%,且28 d干燥收缩值分别降低了45.7%、17.9%和5.3%;水胶比越大,陶瓷砂砂浆的抗压强度、抗折强度和弹性模量提高幅度越大,干燥收缩值降低幅度越大。性能改善的机理是陶瓷砂自身强度高,陶瓷砂表面粗糙并含有1~20μm的微孔,且含有大量1~5μm的微粉,以其取代河砂后改善了砂浆中界面过渡区和水泥石的微观结构。

水泥浆-碳化协同增强再生混凝土骨料研究

提高再生混凝土骨料(RCA)的性能对其在结构工程中得到更广泛的应用有着重要的研究意义。本研究利用水泥浆-碳化协同增强方法对再生混凝土骨料(RCA)进行强化处理,并与未强化、单一水泥浆增强、单一碳化增强处理RCA进行对比分析。结果表明:协同强化后RCA的基本性能明显改善,吸水率、压碎值、孔隙率较未处理RCA分别降低了16.04%、19.77%、36.29%;与单一强化相比,水泥水化与碳化的协同效应可以在加固RCA表面的同时,进一步利用碳化产物修补RCA的附着砂浆和界面过渡区(ITZ)。水泥浆-碳化协同强化是一种效果明显、环境友好且成本低的RCA增强方法。

新疆大石峡水利枢纽混凝土碱-硅酸反应抑制研究

新疆大石峡水利枢纽混凝土选用的骨料存在碱活性,可能导致工程产生碱骨料破坏问题,本文研究了当地粉煤灰和矿粉对碱-硅酸反应(ASR)的影响,并采用XRD和SEM-EDS测试分析了水化产物和界面过渡区的形态。结果表明:粉煤灰掺量≥20%(质量分数)或矿粉掺量≥40%(质量分数)都能显著抑制碱-硅酸反应;在纯水泥样品界面过渡区可以观察到无定形相,在含有粉煤灰或矿粉的样品中未观察到无定形相,这意味着碱-硅酸反应发生在纯水泥样品中;添加粉煤灰或矿粉降低了界面过渡区物相的Ca/Si摩尔比,抑制了碱-硅酸反应。

钢渣-矿渣透水混凝土力学性能的试验研究

采用钢渣矿渣复合粉替代硅酸盐水泥,钢渣骨料替代天然骨料制备碱激发钢渣-矿渣透水混凝土(ASSPC),研究不同因素下ASSPC抗压强度的变化规律,结合XRD、TG、FESEM和SEM-EDS表征ASSPC硬化胶凝材料和界面过渡区(ITZ)的微观性能,阐明胶凝材料对ASSPC力学性能发展的作用及影响机理。结果表明,ASSPC具备较高的早期抗压强度,随矿渣-钢渣掺比提高,ASSPC的抗压强度先上升后下降。采用钢渣作为骨料制备透水混凝土,可有效优化ITZ的微观性能,改善ASSPC的力学性能。随着水胶比(0.24~0.32)提高,ASSPC的抗压强度先增大后减小。

糯米-石灰砂浆在变形破坏过程中的能量耗散

采用模糊分形集建立糯米-石灰砂浆的结构模型,并基于热力学理论研究糯米-石灰砂浆在变形破坏过程中能量的耗散和分布。结果表明:糯米-石灰砂浆中无机颗粒和糯米浆体之间的界面过渡区是一个模糊分形系统,其分维值是输入材料中能量分布复杂程度的一个度量,也是材料吸收耗散能的一个度量;在某一尺度范围内干预分维值的大小,可在一定程度上控制能量在糯米-石灰砂浆中的分叉和耗散。