玻璃砂超高性能水泥基复合材料的制备及性能

为实现超高性能水泥基复合材料(ultra-high performance cementitious composite,UHPCC)的可持续性和环保性,以玻璃砂替代UHPCC中的河砂,制作玻璃砂超高性能水泥基复合材料(glass sand ultrahigh-performance cementitious composite,GS-UHPCC),通过开展力学性能试验,探讨不同玻璃砂替代率和玻璃砂粒径对GS-UHPCC抗压、抗折性能的影响,定量表征GS-UHPCC的弯曲韧性和能量吸收能力,并通过X射线衍射和扫描电镜试验,分析了玻璃砂的增韧机理.结果表明,以平均粒径为0.27 mm的玻璃砂替代河砂,当体积替代率为40%时效果最好,替代后GS-UHPCC在养护28 d时的抗压强度相较于未掺时提升了17.0%,抗折强度提升了14.8%,能量吸收能力最优,微观结构致密,水化反应最为完全.本研究得出的最优玻璃砂替代率与粒径,可为GS-UHPCC的应用提供可行性支持.

超高性能海水海砂混凝土单轴受压应力-应变关系

为研究超高性能海水海砂混凝土(Ultra-High Performance Seawater Sea-sand Concrete,UHPSSC)轴压应力-应变关系,探究钢纤维体积掺量对UHPSSC轴压力学性能和轴压应力-应变全曲线的影响,使用Instron 1346万能材料试验机测得UHPSSC应力-应变全曲线,借助Pycharm曲线拟合程序与已有混凝土应力-应变全曲线模型进行拟合与修正.结果表明:钢纤维掺量越高,轴压作用下UHPSSC的破坏程度越小,抗压强度和峰值应变也随之增加;已有模型拟合的UHPSSC应力-应变全曲线上升段与试验曲线比较相近,下降段后期差距较大;通过修正下降段形状参数,得到了更适用于描述UHPSSC应力-应变全曲线的修正模型,并验证该修正模型的适用范围.

隧道洞渣加工机制砂制备超高性能混凝土及其力学性能研究

采用隧道洞渣加工机制砂替代传统河砂制备超高性能混凝土(UHPC)。研究不同替代率对其工作性能、干缩、抗折强度、抗压强度和微观性能的影响规律。结果表明:机制砂替代河砂,其工作性能尽管存在一定程度的下降,但依然具备良好的工作性能;机制砂替代掺量为40%时,相应抗压强度和抗折强度均最优;UHPC微观形貌受机制砂影响显著,随着机制砂替代率的增大,UHPC微观孔隙和裂缝逐渐增加。机制砂粗糙的表面和不规则边缘更利于与水泥浆体紧密连接,不规则边缘构造在机制砂颗粒间产生互锁效应,能够进一步增强水泥浆体和骨料的机械咬合力。但是,钢纤维与机制砂界面过渡区微观结构相对疏松,且含有较多微孔洞,使得该处具有较弱的桥接能力,从而导致整体抗折强度的降低。总而言之,洞渣加工机制砂替代传统河砂制备UH-PC是一个行之有效的策略。

超高性能玻璃砂混凝土-高强钢筋粘结滑移特性及其声发射参数表征

为研究超高性能玻璃砂混凝土(UHPGC)与HRB600高强钢筋的粘结性能,分析了水胶比(0.17、0.19、0.21)、钢纤维体积掺量(1%、2%、3%)和玻璃砂替换率(0%、50%、100%)对UHPGC工作及力学性能的影响规律。通过中心拉拔试验并结合声发射实时监测明确了UHPGC-HRB600高强钢筋粘结性能变化规律。结果表明:掺入玻璃砂能提高UHPGC的抗压强度,其最佳替换度为50%;粘结强度与水胶比和钢纤维掺量呈正相关关系,且随着玻璃砂替换度的增大呈先增长后减小的规律;UHPGC和HRB600粘结滑移破坏形式主要分为劈裂破坏和劈拉破坏两种;声发射参数呈现良好的粘结滑移表征能力。

河砂与石英砂对蒸养超高性能混凝土(UHPC)性能的影响及机理

本研究分别选用颗粒粒径分布相近的河砂与石英砂制备了不同胶砂比的超高性能混凝土(UHPC),探究了两种细集料对不同胶砂比情况下UHPC性能的影响。结果表明:(1)采用河砂制备的UHPC的扩展度稍大于采用石英砂者;(2)采用河砂制备的胶砂比为1.0的UHPC的抗压强度和抗拉强度最高,表现出明显的应变硬化现象,采用石英砂所制备的胶砂比为0.8的UHPC的抗拉强度最低,几乎无应变硬化现象;(3)细集料种类及胶砂比对水泥水化反应和掺合料火山灰反应的影响有限,蒸养条件下,硬化浆体中几乎无Ca(OH)_2存在;(4)UHPC内孔隙的直径大多小于1μm,胶砂比相同时,采用石英砂制备的UHPC所含孔径小于1μm孔的数量多于采用河砂者;(5)与石英砂相比,河砂与硬化浆体的界面过渡区较为致密,且采用河砂制备的UHPC中浆体对纤维的包裹性也较好。

氧化石墨烯对再生砂超高性能混凝土力学及抗氯离子渗透性能的影响

鉴于再生砂(RS)部分取代石英砂(QS)制备再生砂超高性能混凝土(RS-UHPC)的力学性能和耐久性降低的问题,以不同氧化石墨烯(GO)掺量为试验参数,探究GO对UHPC工作性能、力学性能及抗氯离子渗透性能的影响规律,并通过差热-热重分析和扫描电子显微镜等手段揭示其增强机理。结果表明:掺入RS会降低UHPC的流动度、力学性能及UHPC抗氯离子渗透性能;随着GO掺量的增加,RS-UHPC流动度逐渐下降,但其力学性能、抗氯离子渗透性能均显著提升,当GO质量分数为0.06%时,RS-UHPC的28 d抗压强度和抗折强度分别提升11.8%和49.6%,氯离子扩散系数降低31.8%,抗裂韧性显著提升。RS的内养护效应和GO的晶核效应均促进水泥水化、降低基体孔隙率、改善再生砂与基体的界面过渡区,从而提升RS-UHPC的力学性能、抗裂性能和抗氯离子渗透性能。

粉煤灰和玻璃粉对超高性能混凝土性能的影响

为了推动固废资源化利用,通过测试流动度、强度、收缩和微观形貌,研究了粉煤灰和玻璃粉取代硅灰对超高性能混凝土(UHPC)性能的影响。结果表明,掺加粉煤灰和玻璃粉取代硅灰提高了超高性能混凝土的流动性;单掺粉煤灰和玻璃粉降低了UHPC的早期抗压强度和抗折强度,而双掺粉煤灰和玻璃粉提高了UHPC的早期强度;掺加粉煤灰和玻璃粉降低了UHPC收缩,其中双掺粉煤灰和玻璃粉降低效果最好;双掺粉煤灰和玻璃粉进一步密实了UHPC基体结构,改善了界面过渡区结构。该研究可推动粉煤灰和玻璃粉在UHPC中的应用。

混杂网格增强超高性能混凝土双向板的弯曲性能

网格增强超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)具有轻质、高强、耐久性好等特性,已应用于薄壁结构和工程加固领域,但单一网格很难实现高效的增强增韧效应.为研究混杂网格增强UHPC双向板的抗弯性能,对3个钢丝网格与玻璃纤维网格混杂增强UHPC板、3个钢丝网格与玄武岩纤维网格混杂增强UHPC板、6个单一网格增强UHPC板和1个无网格UHPC对照板进行弯曲试验,研究网格种类、总层数及铺层方式对其破坏形态、承载能力和弯曲韧性的影响.结果表明:与单一钢丝网格板和单一玻璃纤维网格板相比,钢-玻璃纤维网格混杂板开裂后表现更显著的硬化现象,在连续网格与混杂短纤维协同效应下,板呈现多裂缝破坏模式,延性较理想.铺设2层网格时,钢-玻璃纤维网格混杂板的承载能力较单一钢丝网格板提升23.7%,且其在20 mm挠度处的残余承载力较单一玻璃纤维网格板提升28.2%;钢-玄武岩纤维网格混杂板峰前阶段的能量吸收值和20 mm挠度处的残余承载力均优于单一玄武岩纤维网格板.网格总层数为3层时,与单一玄武岩纤维网格板相比,2层钢丝网格与1层玄武岩纤维网格混杂增强板在峰前挠度为2 mm时的能量吸收值提高了21.6%,20 mm挠度处的残余承载力提高了42.6%.钢-玻璃纤维网格混杂板的网格强度利用率最理想,其承载能力、能量吸收值及弯曲韧性指标均高于钢-玄武岩纤维网格混杂板.最后,考虑网格强度有效利用率建立了混杂网格增强UHPC双向板抗弯承载力理论公式,适用性良好.

中空玻璃微珠对超高性能混凝土的阻抗提升研究

在地铁轨道等地下结构中,为预防跨步电压造成的安全隐患问题,采用中空玻璃微珠制备了高阻抗UHPC。结果表明:中空玻璃微珠能够形成新的基体–玻璃外壳界面,降低基体的电导率。掺入15%的中空玻璃微珠后,UHPC的电阻率达到了14.39 kΩ∙m,较对照组提高了101.72%。

经济环保型超高性能混凝土力学性能试验研究

为了减少制备超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)消耗大量水泥造成的CO_(2)高排放,降低施工成本,推广UHPC的应用。研究使用工业副产品作为矿物掺合物部分取代水泥、机制砂或海砂完全取代石英砂在标准养护条件下制备的经济环保型UHPC的力学性能。结果表明:硅灰的掺入提高了UHPC的抗折和抗压强度,当硅灰掺量为30%时,UHPC试件的28 d抗压和抗折强度较基准组分别提高了20.89%和27.30%;粉煤灰和矿粉的掺入均会降低UHPC的抗折和抗压强度;钢纤维的掺入能够显著提高UHPC的强度,掺入2.0%的钢纤维时,UHPC试件的抗折和抗压强度分别提高了9.75%和56.21%;采用机制砂或海砂完全取代石英砂制备的UHPC试件的28 d抗折和抗压强度仅出现略微下降。制备的经济环保型机制砂或海砂UHPC具有良好的力学性能,可应用于工程结构。

超高性能海水海砂混凝土的组成设计与纤维增强增韧

基于单纯形重心设计法对超高性能海水海砂混凝土(ultra-high performance seawater sea-sand concrete,UHPSSC)进行了配合比设计优化,并研究了短切超高分子量聚乙烯纤维(ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)和钢纤维对UHPSSC工作性能和力学性能的影响.结果表明:在综合考虑UHPSSC的流动度、抗折强度和抗压强度的情况下,胶凝材料组成的最优配比确定为水泥、硅灰、粉煤灰的质量比为0.75∶0.15∶0.10.随着短切纤维掺量的增加,UHPSSC的流动度逐渐降低,抗折强度、抗压强度和弯曲韧性均逐渐增加.UHMWPE纤维对UHPSSC流动度的影响程度更大,而钢纤维对力学性能的提升效果更明显.随着UHMWPE纤维体积分数的增加,UHPSSC的弯曲破坏模式逐渐由脆性破坏转变为韧性破坏.当UHMWPE纤维掺量为1.0%时,二次峰值荷载会高于初裂荷载.此外,当同时混掺钢纤维和UHMWPE纤维时,UHPSSC的流动度略有下降,抗折强度、抗压强度及弯曲韧性均大幅提高.本研究成果可为UHPSSC的设计和工程应用提供一定的参考.

FRP筋超高性能海水海砂混凝土梁抗剪性能研究

为研究纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)筋超高性能海水海砂混凝土(Ultra-high Performance Seawater Sea-sand Concrete,UHPSSC)梁的抗剪性能,采用三点弯曲试验,探究剪跨比、箍筋间距和筋材类型(CFRP、BFRP、HFRP)对FRP-UHPSSC梁抗剪性能的影响规律.试验结果表明:FRP-UHPSSC梁在加载时裂缝发展迅速,破坏时具有明显的脆性特征;跨中荷载-挠度曲线在首条裂缝出现前后均呈现出双线性变化,裂缝出现后梁的荷载-挠度关系曲线斜率变小,挠度增长加快;FRP-UHPSSC梁的抗剪承载力随剪跨比和箍筋间距的增大而减小,剪跨比相同的试验梁,其开裂荷载基本相同;筋材的弹性模量越大,梁的抗剪承载力越高,同时也越能抑制梁的竖向变形;最后采用4部规范中的抗剪公式对试验工况进行分析,规范公式对BFRP-UHPSSC梁和HFRP-UHPSSC梁抗剪承载力计算的最小误差分别超过40%和30%,筋材类型不同的试验工况抗剪承载力计算结果差异较大.

掺玻璃粉超高性能混凝土力学性能

为解决超高性能混凝土胶凝材料用量高,能耗高的问题,在制备超高性能混凝土(简称UHPC)时可用玻璃粉替代部分胶凝材料,在减少水泥、硅灰等胶凝材料用量的同时,促进废弃玻璃的再利用。通过试验研究了玻璃粉掺量、外加剂掺量和纤维类型及掺量对掺玻璃粉超高性能混凝土基本性能的影响。试验结果表明:掺加10%玻璃粉时抗压强度提高最多,玻璃粉掺量对流动性影响较小。UHPC对外加剂较为敏感,制备时应保证外加剂的同一性。消泡剂能够很好的消除材料气孔,增加流动度,建议掺量为0.3%。圆直型钢纤维比端钩型钢纤维对UHPC的抗压强度提升更高,但抗折强度不及端钩型。在保证UHPC流动度的前提下,建议钢纤维的掺量不超过2%。玄武岩纤维可有效提高UHPC的抗折强度,但对抗压强度影响不大,且会减少材料的流动性。研究结果对减少UHPC能耗,解决废玻璃再利用,促进UHPC工程应用具有积极的意义。

超高性能混凝土新型湿接缝设计及应用

当前,土木工程建设数量逐渐增加,在实际建设过程中,为了保证桥梁剪应力的高效传递,技术人员采用湿接缝的方式连接梁体。但是,在实际工作中,桥梁湿接缝易出现界面分离、钢筋配置不连续等问题,此时,混凝土的整体结构稳定性会受到相当严重的影响,进而导致土木工程建筑性能指标无法满足工程建设需求。文章从土木工程混凝土裂缝产生原因的角度出发,结合机制砂,对混凝土湿接缝用超高性能混凝土的实际运用策略进行了深入分析,旨在为混凝土裂缝施工质量提升提供一定的理论支持。

高钛重矿渣砂对超高性能混凝土(UHPC)性能的影响

研究了高钛重矿渣砂的冷却方式、粒径、细度模数和颗粒级配、渣粉含量、预湿时间对超高性能混凝土(UHPC)工作性和力学性能的影响,采用SEM观察了UHPC的微观结构。结果表明:与慢冷高钛重矿渣砂相比,掺快冷高钛重矿渣砂UHPC的工作性略差,但力学性能较好;随着快冷高钛重矿渣砂粒径的增大,UHPC的工作性和力学性能均先提升后下降,推荐粒径为0.60~2.36 mm;采用细度模数为2.6且位于Ⅱ区中值的快冷高钛重矿渣砂制备的UHPC工作性和力学性能优异;随着渣粉含量的增加,UHPC的工作性和力学性能先提升后下降,快冷高钛重矿渣砂中的渣粉含量应控制在6%以下;随着快冷高钛重矿渣砂预湿时间的增加,UHPC的工作性和力学性能先提升后基本不变,最佳预湿时间为12 h。

超高性能混凝土的制备及性能研究

超高性能混凝土是一种全新且性能优良的混凝土材料,由细砂、水泥、矿物掺合料、高性能纤维与添加剂等成分构成,不仅具备较佳的力学性、耐久性,还质轻、施工效果好,在我国建筑工程施工中应用广泛,且发挥了传统混凝土不具备的优势.文章围绕超高性能混凝土的制备,包括制备原理、制备原料及配比,再根据制备试验研究了影响超高性能混凝土性能的因素,旨在为超高性能混凝土在建筑工程施工中的应用提供参考.

复掺再生砂和超细粉煤灰对超高性能混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响

为了研究再生砂超高性能混凝土(UHPC)的抗硫酸盐侵蚀性能,对掺再生砂和超细粉煤灰的超高性能混凝土进行了硫酸盐干湿循环侵蚀试验,测试了硫酸盐溶液侵蚀前后试件的抗压强度、相对动弹性模量、质量变化。通过离子滴定测定了不同侵蚀深度下硫酸根离子的分布,分析了再生砂和超细粉煤灰对硫酸根离子传输的影响。结果表明:经过90次硫酸盐干湿循环后,UHPC的耐侵蚀系数随着超细粉煤灰掺量的增加呈先增大后减小的趋势;超细粉煤灰掺量为20%(质量分数,下同)时,侵蚀全过程中UHPC的耐侵蚀系数、相对动弹性模量最大,硫酸根离子含量较低;再生砂掺量为50%时,UHPC在干湿循环45次之前的相对动弹性模量最大,相同深度下的硫酸根离子含量最低;复掺20%超细粉煤灰和50%再生砂的UHPC抗硫酸盐侵蚀性能最优。

机制砂高抗冲磨超高性能混凝土(UHPC)的组成设计与工程应用

针对我国西部地区泥石流、洪水等严酷服役环境下桥梁墩柱存在的冲击磨损和空蚀问题,利用UHPC材料高强、高耐久的材料自身特点,通过机制砂替代石英砂,进行UHPC材料的抗冲磨组成设计。研究了矿物掺合料种类、粉煤灰微珠掺量、硅灰掺量、胶凝材料用量、水胶比对抗冲磨UHPC材料的工作性能、力学性能、抗冲磨性能的影响规律。结果表明,在胶凝材料用量、水胶比和纤维掺量相同的条件下,随着粉煤灰微珠掺量增加,混凝土的工作性能提高,抗冲磨强度下降,粉煤灰微珠适宜掺量为胶凝材料的17%;随硅灰掺量增加,超高性能混凝土的工作性能下降,抗冲磨强度提高,硅灰适宜掺量为胶凝材料的13%;随着胶凝材料用量增加,工作性能提高,抗冲磨强度先提高后降低,最佳胶凝材料用量为1150 kg/m^(3);降低水胶比,工作性能降低,抗冲磨强度先提高后降低,最佳水胶比为0.18。经过优化设计的抗冲磨UHPC抗冲磨强度为普通C50混凝土的3倍,已成功应用于四川省仁寿至屏山新市公路石盘特大桥。

玻璃纤维增强复合材料筋与超高性能混凝土之间粘结-滑移本构模型

为研究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋与超高性能混凝土(UHPC)之间的粘结性能,故基于相关文献中153个拉拔试验和42个梁式试验的数据,系统分析了FRP筋直径、相对粘结长度、相对保护层厚度、超高性能混凝土抗压强度、FRP筋表面形态和试验方法对玻璃纤维增强复合材料筋粘结强度的影响规律,通过回归分析和区间预测提出了超高性能混凝土中玻璃纤维增强复合材料筋与粘结强度和锚固长度的计算公式。对比分析了已有FRP筋与普通混凝土之间的粘结-滑移本构模型,基于CMR模型提出了绕肋玻璃纤维增强复合材料筋与超高性能混凝土之间粘结-滑移本构模型的计算公式。上述公式计算结果与试验结果均吻合良好,并可为工程设计及后续研究提供依据。

再生细砂超高性能混凝土力学性能研究

为研究再生细砂替代石英砂对超高性能混凝土基本力学性能的影响,以再生细砂的取代率(0、25%、50%和100%)和砂胶比(0.6、0.8和0.9)为试验参数,对再生UHPC的工作性能、抗压性能、抗拉性能和弹性模量开展试验研究。结果表明:随着再生细砂取代率和砂胶比的增大,UHPC的扩展度逐渐减小;随着再生细砂取代率的增大,UHPC抗压强度、抗拉强度和弹性模量均呈下降趋势;随着砂胶比的增大,抗压强度逐渐降低,但抗拉强度和弹性模量变化无明显规律;各配合比再生UHPC轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值约为0.91;建立了静弹性模量与动弹性模量关于再生细砂取代率的关系式、静弹性模量与立方体抗压强度的关系式。为再生细砂在UHPC中的应用提供了试验基础。