超高韧性混凝土(STC)工作性能与力学性能的影响因素

基于室内试验,开展了硅灰种类、硅灰掺量、钢纤维种类及掺加方式等对超高韧性混凝土(STC)工作性能与力学性能的影响规律研究,试验结果表明:硅灰的加入对STC工作性能有不利影响,但锆质硅灰与白硅灰对STC工作性能影响相对较小,且掺量在20%以内时有利于提升STC力学性能;单掺钢纤维会降低STC的工作性能,其中端钩型钢纤维降低幅度最大,其次为波浪形钢纤维,平直型钢纤维影响最小;平直型长钢纤维与平直型短钢纤维混掺时STC工作性能优于单掺钢纤维,综合考虑工作性能与力学性,建议采用1.5%平直型长钢纤维与0.5%平直型短钢纤维混掺。

新型低碳超高韧性纤维混凝土研制与力学特性研究

混凝土的绿色转型对国家实现双碳发展目标具有重要意义,结合紧密堆积原理多级划分基体组分,采用高掺量工业废料超细粉煤灰作为低碳节能新型混凝土的重要组成部分,成功研制新型低碳超高韧性混凝土(LC-UHTC)。研究结果表明:LC-UHTC极限拉伸应变达6.38%,拉伸强度达到10.2 MPa,拉伸强度较其他同类材料增比达60%以上;LC-UHTC拉伸强度、拉伸韧性在应变各个阶段均表现优异,在实际应用过程中具有更高的安全性能;LC-UHTC的抗压强度达到84.35 MPa,高于其他同类材料30%~86%;LCUHTC在环保、抗拉、增韧、抗压方面表现出了综合的性能优势,可为新型混凝土的绿色转型提供参考价值。

超高层墙柱节点纤维增强自密实混凝土弯曲韧性研究

随着使用功能和设计要求的不断提高,超高层框架-剪力墙结构关键节点的配筋趋于复杂化,普通混凝土振捣困难,导致节点强度存在隐患。自密实混凝土(SCC)可实现无振动施工,解决墙柱节点的混凝土密实度问题,但也存在易收缩开裂、弹性模量小等缺陷。为此,选取不同种类纤维对自密实混凝土进行增韧改性,并通过坍落扩展度、坍落扩展时间、抗压强度、劈拉强度等试验评价其和易性及弯曲韧性。结果表明:掺入纤维会对新拌混凝土的和易性产生负面影响,其中端钩钢纤维与聚丙烯纤维影响最明显;掺入纤维会导致自密实混凝土抗压强度降低,劈裂抗拉强度与抗折强度提高;端钩钢纤维对SCC增韧改性效果最好,与对照组相比,7d和90d抗折强度分别提高61.54%和32.17%,7d和90d折压比分别提高57.48%和31.47%;玄武岩纤维相比其他四种纤维增韧改性效果最差。

STC超高韧性混凝土配合比的研究与应用

云龙湾大桥桥面铺装采用STC超高韧性混凝土,利用STC的超高抗弯拉强度及抗压强度、高耐久性(可达100a)等特点,提高了桥面结构层的刚度及抗拉强度,因此,研究STC超高韧性混凝土配合比,能更好地解决正交异性组合钢桥面板结构疲劳破坏及桥面铺装极易损坏等世界性质量通病和施工难题。

拌和工艺对STC超高韧性混凝土工作性能的影响分析

STC超高韧性混凝土以其高抗折强度、高韧性和高耐久性在钢桥面铺装中已得到逐步推广和应用。通过对比分析钢纤维不同投料方式和混合料不同搅拌方式对STC超高韧性混凝土工作性能的影响得出以下结论:采用钢纤维分散器辅助进行钢纤维投料,其混合料更均匀,没有出现明显的钢纤维团聚;采用振动搅拌,通过振动和搅拌的双重作用,钢纤维在混凝土中的分布更加无序,可以有效地改善混凝土的工作性能。

超高韧性纤维混凝土配合比设计及力学性能研究

为了研究具备更强抗压强度、抗折强度的超高韧性纤维混凝土,本文探索了不同原材料用量和比例,提出胶凝材料中水泥:矿粉:硅灰=70:15:15的最佳质量比;按照2.06:1的质量比复配20~40目和40~120目的石英砂,维持0.2的水胶比,掺入聚丙烯纤维1kg/m3、钢纤维200kg/m3的配合比方案。研究结果表明,经优化设计后的配合比制作的超高韧性纤维混凝土,具备更高的抗裂能力、延展性和能量吸收能力,在抗震、防爆以及修复老化结构等方面表现出了巨大的潜力,为进一步推动超高韧性纤维混凝土在工程实践中的应用提供了重要依据。

钢-超高韧性混凝土桥面板抗开裂性能有限元分析

为研究钢-超高韧性混凝土组合梁在外荷载作用下的开裂强度以及裂缝的发展规律,采用ABAQUS软件建立了基于面板裂缝发展的钢-超高韧性混凝土组合梁有限元模型,并采用合理的本构模型进行计算分析,从而得到了钢-超高韧性混凝土桥面板在全截面开裂时面板的挠度、裂缝宽度以及裂缝发展速度与板厚和配筋率的关系。通过数值分析结果可知,增加超高韧性混凝土板的厚度可有效提高组合梁的抗裂性能,但会对延性产生不利影响,并且会加快裂缝的发展速度;提高超高韧性混凝土板的配筋率可以增强结构的抗裂性能和延性,并且可有效降低裂纹在超高韧性混凝土板内的发展速度。

超高韧性混凝土(STC)组合桥面施工关键技术研究

为防止钢桥在设计年限内桥面铺装受损以及桥面结构疲劳开裂,由中铁九局承建的大安北公铁立交桥改造工程采用高韧性混凝土组合桥面层进行施工,施工验收时表面无裂缝,强度符合要求。检测及试验分析结果表明,采用钢-STC组合的桥面结构比使用沥青混凝土时的桥面板横向应变平均减少89%,纵肋纵桥向应变平均降低78%,超高韧性混凝土特点为自重轻、承载能力大以及施工方便,对于该材料的实际应用具有指导性意义。

钢—STC轻型组合桥面超高韧性混凝土层铺装施工

1前言。昭华湘江大桥主桥采用独塔自锚式悬索结构,主梁为钢箱梁,钢箱梁总长364.9 m,桥面宽39.5 m。钢箱梁段行车道及内防撞护栏区域釆用钢一STC轻型组合结构桥面,施工面积为377.4 m×l5.5 m×2=ll 699.4 m2,通过在钢箱梁顶板上浇筑厚度为5 cm的超高韧性混凝土(简称STC)、并焊接Ø13 mm×40 mm栓钉形成组合结构,栓钉标准间距为150 nun×150mm。

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.

超高强度橡胶混凝土的力学特性及能量演化

通过降低水胶比,采用钢纤维和硅灰协同调控强度的方法,制备超高强度橡胶混凝土(UHSRC),并利用电液伺服万能试验机对其开展静态压缩试验.结果表明:UHSRC的抗压强度最大可达125.7 MPa,甚至当橡胶取代率高达30%时,抗压强度仍不低于60.0 MPa;UHSRC的抗压强度和应力增长率表现出橡胶取代率弱化效应,然而其破坏程度和韧性指数表现出橡胶取代率增强效应和粒径弱化效应;UHSRC的输入能、弹性能,以及耗散能增长率和最大值均具有橡胶取代率弱化效应;随着橡胶取代率的增加,UHSRC的弹性能比率增大,耗散能比率减小;随着橡胶粒径的增大,UHSRC的弹性能比率先减小后增大,耗散能比率先增大后减小.

较好韧性的超高强混凝土的制备及性能

通过二元、三元复合工业废渣大掺量取代水泥,普通砂取代磨细石英砂,掺短切钢纤维等优化基体组成工艺制备出了抗压、抗折强度分别为220,70 MPa的超高强混凝土(UHSC);系统研究了矿物掺和料掺加方式对UHSC动态力学行为的影响规律;通过压汞分析(MIP)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱分析(EDAX)、X射线衍射分析(XRD),研究了UHSC的孔结构、界面、显微结构和水化产物.结果表明:复掺矿物掺和料改善了UHSC的界面结构,促进了水化产物的形成,从而提高了UHSC的抗冲击和耐撞磨性能.

采用超高韧性水泥基复合材料提高钢筋混凝土梁弯曲抗裂性能研究(II):试验研究

基于微观力学建立的第一起裂应力准则和裂缝稳态开裂准则研发的超高韧性水泥基复合材料（英文缩写为UHTCC）在较小纤维掺量下（通常2％体积）拉应力应变曲线表现出明显的伪应变硬化特征，极限拉伸应变可高达3％～5％，极限荷载时平均裂缝宽度仅为60-80μm，实现了宏观有害裂缝向微细无害裂缝的转变，是一种具有高耐久性的新材料。使用UHTCC材料替换钢筋混凝土梁受拉区的部分混凝土，进行三组不同配筋率的UHTCC材料增强钢筋混凝土复合梁的弯曲试验，观察加载开始至破坏整个过程中承载力、变形、与钢筋变形的协调性以及裂缝开展情况的变化，并与普通钢筋混凝土梁做了对比。结果表明，同一配筋率下，在钢筋混凝土梁受拉区使用UHTCC替换部分混凝土较普通钢筋混凝土梁不仅承载力有所提高，而且能够有效地控制裂缝宽度，正常使用阶段裂缝宽度不超过0．1mm，极大提高了结构的耐久性。使用根据梁理论推导的受弯加载各阶段内力变形的解析公式计算了试验粱的弯矩-曲率以及荷载-变形曲线，与试验结果吻合很好。

超高韧性水泥基复合材料与既有混凝土黏结性能

通过共256块超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)与既有混凝土黏结而成的立方体试件的劈拉和剪切试验,研究了既有混凝土黏结面粗糙度、抗压强度、黏结面干湿状态以及UHTCC浇筑方位等因素对该2种材料黏结劈拉强度、黏结剪切强度的影响.研究表明:在相同浇筑条件下,各种因素对UHTCC与既有混凝土黏结劈拉强度和黏结剪切强度的影响趋势基本一致;黏结强度(黏结劈拉强度、黏结剪切强度)随既有混凝土黏结面粗糙度以及抗压强度的增大而升高;黏结面为湿饱和状态的黏结试件黏结强度高于黏结面为干燥状态的黏结试件;水平向黏结面浇筑试件的黏结强度高于竖直向黏结面浇筑试件.

超高韧性水泥基复合材料增强普通混凝土复合梁弯曲性能的理论分析

假定不考虑普通混凝土起裂后粘聚软化对承载力的贡献,理论研究了超高韧性水泥基复合材料UHTCC增强普通混凝土复合梁的弯曲性能。使用三组UHTCC/混凝土复合梁四点弯曲试验数据验证了理论公式,并对UHTCC增强层厚度、混凝土抗压强度以及UHTCC的拉应力应变控制参数对复合梁弯曲承载力和最小UHTCC层厚度的影响进行了分析。结果表明,最小UHTCC层厚度与梁高的比值不随梁高的增加而变化,在复合梁几何尺寸及UHTCC性能保持不变的情况下,随着混凝土抗压强度的增加,UHTCC层的最小厚度增加,且发生受压破坏的复合梁的极限承载力亦增加;在复合梁几何尺寸及混凝土强度相同条件下,UHTCC材料开裂后的刚度和强度对UHTCC层最小厚度影响比较显著,应变能力对承载力-梁底拉应变曲线没有影响,复合梁的承载力随着开裂强度和极限强度的增加而增大。

采用超高韧性水泥基复合材料提高钢筋混凝土梁弯曲抗裂性能研究(I):基本理论

随机分布短纤维增强的超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)是近年来基于微观力学发展的一种高性能水泥基材料。通过纤维的桥联与应力传递作用,拉应力应变曲线体现了伪应变硬化特征,实现了多重微细裂纹的稳态开裂,具有非常显著的非线性变形、优良的韧性和高的裂缝抵制能力,使传统水泥基材料的脆性破坏模式转变为韧性破坏模式。为了控制裂缝的宽度,提高恶劣环境下钢筋混凝土结构的耐久性,获得高的UHTCC性能/成本比,使用UHTCC替代钢筋混凝土梁受拉区的部分混凝土,分析UHTCC增强RC适筋梁的受弯性能,推导计算整个受力过程不同阶段梁的承载能力、M-φ关系以及衡量梁延性指数的解析计算公式。最后通过与试验结果的比较,验证公式的合理性。

超高泵送钢纤维混凝土的初裂强度和弯曲韧性

参照美国材料与试验协会(ASTM)试验方法,对满足超高距离泵送要求且抗裂性能优异的纤维混凝土的初裂强度和弯曲韧性进行了研究。借助弯曲荷载-挠度全曲线,分析了纤维掺量和类型对韧性指数和初裂荷载的影响。结果表明,钢纤维混凝土的抗弯初裂强度、极限强度和弯曲韧性均随纤维掺量的增大而提高。其中,纤维体积率为0.8%,泵送高度达306 m的钢纤维混凝土的初裂强度和极限强度比基准混凝土分别提高了15.6%和31.4%,韧性指数I5提高5.22倍,I10提高8.7倍,I20提高12.39倍。

超高韧性水泥基复合材料与活性粉末混凝土界面剪切强度试验研究

该研究使用双面剪切试验对500 d长龄期的超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)、活性粉末混凝土(RPC)和UHTCC/RPC界面的剪切强度进行了测试,并结合数字图像相关技术对其破坏过程进行了观测。结果表明,UHTCC、RPC和UHTCC/RPC界面均表现出良好的剪切延性,在加载过程中均未发生脆性破坏。此外,改进浇筑工艺和提高粘结界面的粗糙度均能够提高UHTCC/RPC界面剪切强度。将现有的界面剪切强度计算经验公式与试验结果对比发现现有的经验公式无法准确预测UHTCC/RPC的界面剪切强度。该研究建立了UHTCC/RPC界面剪切试验的有限元分析模型,并使用COHESIVE单元模拟界面行为,模拟结果与试验结果吻合较好。

超高韧性水泥基复合材料—纤维混凝土组合靶体抗两次打击试验研究

超高韧性水泥基复合材料(ultra high toughness cementitious composites, UHTCC)具有超高的韧性、良好的耐久性和优异的耗能效果,这些特性使得UHTCC在防护工程中具有广阔的应用前景。为了更好地研究UHTCC与纤维混凝土组合结构在二次打击条件下的抗侵彻性能,首先测量了UHTCC和聚乙烯醇纤维增强混凝土(polyvinl alcohol fiber reinforced concrete, FRC)的基本力学参数。然后采用25 mm口径的弹道滑膛炮对直径为750 mm、高为600 mm的圆柱形UHTCC靶体、FRC靶体、UHTCC-FRC组合靶体(UHTCC-FRC composite target)进行了弹体速度为550 m/s的二次侵彻试验,得到了弹体和三类靶体的破坏数据,包括弹体的侵彻深度、弹体的磨蚀、靶体迎弹面的开坑直径和面积、弹坑深度、迎弹面的裂纹数量以及裂纹最大宽度。在此基础上分析了骨料、结构形式和两次打击的间距对UHTCCFRC组合靶体抗侵彻性能的影响。结果表明:相同试验条件下,与普通混凝土和超高性能混凝土相比,UHTCC能够有效的减小迎弹面的开坑直径,但会增加弹体侵彻深度;将50 mm的UHTCC置于组合靶的迎弹面可以有效地减少迎弹面的开坑直径;弹体二次侵彻深度大于弹体一次侵彻深度,靶体在二次冲击下的开坑面积小于靶体初次冲击下的开坑面积。

不同蒸养制度下多元胶凝体系超高韧性混凝土的性能

为探究蒸养制度对多元胶凝体系超高韧性混凝土(STC)抗压强度的影响,进行了水泥-微珠-硅灰、水泥-微珠及水泥-微珠-纳米SiO_(2)三种多元胶凝体系STC在恒温时间分别为2、3、4 d三种蒸养制度下的抗压强度试验及光学显微镜测试。结果表明:三种多元胶凝体系中水泥-微珠胶凝体系STC工作性能最优异,而硅灰、纳米SiO_(2)掺入均会降低STC拌和物的工作性能;STC最佳恒温时间为2 d,水泥-微珠-硅灰胶凝体系、水泥-微珠胶凝体系及水泥-微珠-纳米SiO_(2)胶凝体系STC最高抗压强度分别为173.1、171.7、162.1 MPa,恒温时间过长会增加基体内部孔隙,形成薄弱界面,对STC抗压强度不利。水泥-微珠-硅灰胶凝体系STC中各组分优势得到充分发挥,基体结构密实性增强。