大流动性高强轻集料混凝土早期收缩特性研究

【目的】探索大流动性高强轻集料混凝土(high workability and high strength lightweight aggregate concrete,HHLC)的收缩特性,以期为HHLC推广应用提供参考依据。【方法】采用高强页岩陶粒制备HHLC,通过室内试验测量其自生收缩应变及总收缩应变。【结果】HHLC的28 d自生收缩应变仅为57×10^(-6),总收缩应变为203×10^(-6),与相同强度等级的自密实混凝土(self-compacting concrete,SCC)及普通混凝土(normal concrete,NC)相比,HHLC的早期自生收缩应变及总收缩应变最小;HHLC收缩变形的发展规律与SCC、NC收缩变形的基本一致,但HHLC在前3 d出现微膨胀现象,膨胀值约为10×10^(-6);在HHLC的总收缩应变中,自生收缩应变占比较小,收缩应变主要表现为外干燥引起的干燥收缩应变,且水胶比越小,干燥收缩应变越大;粉煤灰对降低HHLC的早期收缩效果明显,但粉煤灰的掺量不宜超过25%;用混凝土收缩计算模型MC90计算NC的变形,适用性较好,但用来计算SCC、HHLC的变形,误差较大。考虑掺合料及骨料对HHLC收缩特性的影响,对现行规范中的MC90模型进行修正。【结论】采用低吸水率的高强页岩陶粒制备的HHLC具有良好的工作性能及体积稳定性,在结构工程中应用前景广阔;修正后的MC90模型对HHLC具有较好的适用性。

废渣粉掺量对混凝土流动性、粘聚性、强度影响试验研究

将工业废渣粉代替部分水泥或骨料制备废渣粉混凝土是一种环保且经济的处理工业废渣粉的方案.研究了不同废渣粉掺量对混凝土流动性、粘聚性、抗压强度影响的作用机理,研究结果表明,废渣粉等体积置换骨料使混凝土的浆膜厚度显著提高,而浆膜厚度是混凝土流动性、粘聚性和抗压强度的关键影响因素之一;随着废渣粉置换量增加,混凝土流动性增强、粘聚性变差、28 d抗压强度先增加后降低;当废渣粉置换骨料量为10%时,混凝土28 d抗压强度达到最大,因此在实际工程中应用废渣粉时,要注意置换骨料量控制在10%左右,这样既能保证混凝土强度,又能实现废渣粉废物利用.

不同种类水泥对混凝土流动性的影响

混凝土的流动性与水灰比紧密相关,水泥的需水量制约混凝土的性能,不同种类水泥的需水量存在一定差异。为研究不同种类的水泥对混凝土流动性的影响,文中采用低热水泥、复合水泥、普通硅酸盐水泥对不同强度等级的混凝土进行了试验。在混凝土坍落度相同条件下,对比减水剂用量、标准稠度用水量和黏度差异。结果表明,在相同条件下,标准稠度用水量大的混凝土具有较差的流动性能,而标准稠度用水量低的混凝土具有较好的流动性能。水泥标准稠度用水量与混凝土流动性之间存在一定的线性关系,而水泥浆体黏度与混凝土流动性之间没有明显关系。

高寒地区流动性混凝土配合比设计及性能分析

高寒地区流动性混凝土配合比对混凝土结构的耐久性和安全性影响较大。笔者以甘肃玉门抽水蓄能电站为研究对象,依据DL/T 5330—2015《水工混凝土配合比设计规程》和DL/T 5150—2017《水工混凝土试验规程》,对流动性混凝土配合比设计及性能进行分析研究。结果表明:混凝土配合比应结合高寒环境的特殊要求进行优化调整;混凝土抗压强度、极限拉伸值、相对动弹性模量等均满足设计要求。研究结果可为高寒地区混凝土配合比设计研究提供参考。

高强钢管超高性能混凝土短柱轴压承载力性能试验研究

为研究高强钢管内填超高性能混凝土(UHPC)的钢管混凝土短柱轴压性能,该文设计22根高强钢管UHPC短柱进行轴压试验,从破坏模式、荷载-纵向应变关系对试件的轴压性能进行对比分析,旨在通过径厚比、混凝土强度、截面类型等变化来探究高强钢管UHPC短柱的实际承载力性能差异.试验结果表明:高强钢管UHPC短柱的轴压性能受径厚比、混凝土强度影响较大;试件承载力随钢管壁厚增加而增加,但相同钢管直径和不同钢管直径增幅呈现不同规律.该文从延性、核心混凝土强度提高程度两个角度进行分析并提出高强钢管混凝土试件的相关参数设计建议.最后,将高强钢管UHPC短柱的轴压试验承载力结果与国内外规范GB 50936—2014、AIJ计算承载力结果进行对比,并基于极限平衡理论推导出高强圆钢管UHPC试件的轴压承载力计算公式,同时结合该文试验数据对其进行验证,证明了公式的准确性.

高强钢管超高性能混凝土界面黏结滑移性能试验

目的为了研究高强钢管超高性能混凝土的黏结滑移性能,方法考虑径厚比、长径比和钢纤维掺量3个参数的影响,设计并制作15根构件进行试验研究,通过推出试验,得到轴向荷载与加载端位移的荷载-位移曲线,以及高强钢管与超高性能混凝土之间的黏结强度,根据试验结果,对影响黏结强度的参数进行定性定量分析。结果结果表明:随着高强钢管长径比和径厚比的增加,黏结强度减小;随着钢纤维掺量增加,试件黏结强度先增加后减小,即当钢纤维掺量从1%增加到2%时,黏结强度增加,但当钢纤维掺量从2%增加到3%时,黏结强度反而降低;试件荷载-滑移曲线表现为两种形式,一是有明显的峰值点,峰值点后曲线急速下降(部分出现尾部上升的现象),二是曲线无明显峰值点,拐点后曲线持续缓慢增长。高强钢管超高性能混凝土的黏结破坏分为黏结阶段、滑动阶段和抗摩擦阶段。结论以长径比、径厚比、含钢率和套箍系数为参数,结合试验数据并对其进行回归分析,得到适用于高强钢管超高性能混凝土黏结强度的计算模型,并将计算结果与试验结果进行对比,计算值与试验值吻合较好,可为实际工程提供一定参考。

不同纤维对高强轻骨料混凝土力学性能影响及微观机理研究

为改善高强轻骨料混凝土的力学性能和弯曲韧性,研究了玄武岩纤维、细聚乙烯醇纤维、仿钢纤维、聚丙烯纤维和粗聚乙烯醇纤维的掺入对高强轻骨料混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度和抗弯强度的影响规律。通过4点弯曲试验获取荷载-挠度曲线,基于韧性指标对比分析了5种纤维对高强轻骨料混凝土弯曲韧性的影响。通过扫描电子显微镜观察纤维破坏前后的表面微观形貌,阐释了不同纤维的增强增韧机理。研究结果表明:掺入纤维对高强轻骨料混凝土的力学性能均有提升,主要提升高强轻骨料混凝土的抗拉性能和弯曲韧性。粗聚乙烯醇纤维提升劈裂抗拉强度和抗弯强度程度最大,分别提高了83%和220%,使高强轻骨料混凝土破坏由脆性转为高延性。纤维对高强轻骨料混凝土抗拉性能和韧性的提升与纤维表面损伤程度成正比。

内置工字型CFRP型材高强圆钢管高强混凝土轴压短柱组合效应分析

目的 研究内置工字型CFRP型材的高强圆钢管高强混凝土短柱在轴心压力作用下三种材料的组合效应。方法 采用有限元分析软件ABAQUS对其进行数值模拟,通过相关试验验证模型的准确性,并对典型构件的破坏形态、受力全过程曲线进行分析,揭示构件各组成部分之间的相互作用和工作机理,评估CFRP配置率、钢材屈服强度、混凝土抗压强度、约束效应系数对组合效应的影响。结果 在高强圆钢管高强混凝土柱中内置CFRP型材,对构件的延性及安全裕度有显著提高,并改善了高强圆钢管对高强混凝土的约束,提高了构件的组合效应。结论 CFRP配置率控制在5.9%~8.4%,约束效应系数在1.2~1.4,钢材屈服强度不大于770 MPa时,构件中三种材料组合效应最佳。

高强钢弹体高速侵彻混凝土靶的刚体临界侵彻速度研究

刚体临界侵彻速度的理论准确预测是高强钢弹体高速侵彻混凝土靶研究中的关键问题,本文中利用二级轻气炮开展了克级高强钢(G50)卵形头长杆弹以1010~1660 m/s的速度侵彻C40混凝土靶实验研究,获取了刚体临界侵彻速度和侵彻深度实验数据,并开展了刚体临界侵彻速度和考虑弹体头部磨蚀的侵彻深度理论分析,得到结论如下:(1)克级G50卵形头长杆弹侵彻C40混凝土靶时的刚体临界侵彻速度区间为1320~1520 m/s;(2)基于已有侵彻模型,建立了新的刚体临界侵彻速度理论模型,模型计算结果与本文及文献中的系列实验结果吻合较好;(3)建立了考虑头部侵蚀的侵彻深度模型,与实验结果吻合较好;(4)弹体屈服强度对刚体临界侵彻速度有显著影响,靶体无围压抗压强度对刚体临界侵彻速度有较小影响,实验前的弹体头形系数和弹体尺寸对刚体临界侵彻速度无显著影响。

HRB635级高强钢筋与C70高强混凝土黏结锚固性能试验研究

目的 研究HRB635级高强钢筋与C70高强混凝土之间黏结锚固性能,为工程应用提供参考。方法 设计制作了5组45个直锚试件进行拉拔试验,分析了锚固长度、配箍率、混凝土保护层厚度等因素对锚固性能的影响。结果 试件极限承载力随配箍率和锚固长度的增加而增加,但当箍筋率ρsv大于1.26%,锚固长度la大于15d后,配箍率和锚固长度的增加不再对试件极限承载力产生明显的影响;对于未配置箍筋的试件,当试件保护层厚度从2d增加到3d时,试件极限承载力随着保护层厚度的增加而增加,但当保护层厚度大于3d后,保护层厚度的增加对试件极限承载力基本没有影响。结论 在进行HRB635级高强钢筋和C70高强混凝土试件设计时,锚固长度可按《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)中相关公式进行计算,且具有足够的安全储备。

配筋空心方钢管高强混凝土纯弯构件受力性能有限元分析

目的 研究配筋空心钢管高强混凝土构件的抗弯性能,推动其在建筑结构中的应用。方法 采用有限元分析软件ABAQUS建立配筋空心钢管混凝土构件有限元模型,在验证模型准确的基础上,分析构件的受力全过程及钢材屈服强度、混凝土抗压强度、钢管壁厚、钢筋直径、普通钢筋数量对构件受弯性能的影响。结果 纯弯试件在荷载作用下受力过程可分为3个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段;试件破坏形态均为受弯破坏,表现出较好地延性。结论 组合构件在弯矩作用下可以很好地协同工作;钢材屈服强度和钢管壁厚的增加对构件承载力的提高影响最显著,建议配置普通钢筋数量在6~8根为最优。

基于声发射的高强混凝土轴拉与劈拉损伤演化特征

本研究对抗压强度约100 MPa的高强混凝土开展了轴拉和劈拉应力-应变全曲线试验,比较分析了两种试验全过程声发射特征,揭示了高强混凝土轴拉和劈拉破坏机制及损伤模式演化规律。研究表明:轴拉试样在峰值应力后受宏观裂缝不稳定扩展影响易发生偏心受拉,劈拉试样在峰值应力后应变分布较均匀,裂缝扩展较稳定;轴拉试样累计声发射撞击曲线在峰值应力处呈下凸型,而劈拉试样受局部集中应力影响累计声发射撞击曲线呈上凸型;轴拉试样受拉伸应力主导发生破坏,劈拉试样的破坏经历了拉剪混合破坏到拉伸破坏的转变。

玻璃纤维增强聚合物管约束高强混凝土柱轴压试验研究

为研究玻璃纤维增强聚合物管约束高强混凝土柱的轴压性能,设计了6个不同长细比的试件并对其进行了轴心受压试验,分析了其破坏过程及破坏形态、承载力、位移、荷载-位移曲线、骨架曲线、荷载-应变曲线。研究表明:玻璃纤维增强聚合物管约束混凝土柱轴压承载性能优异,随着长细比的减小,试件的轴压承载力提升显著;加载后期,该组合结构的破坏模式为玻璃纤维增强聚合物管发生环向破坏,内部混凝土被压溃;玻璃纤维增强聚合物空管轴压承载力相对较低,破坏时脆性特征明显;随着长细比的减小,玻璃纤维增强聚合物管约束高强混凝土柱的承载力和刚度逐步增加,长细比对结构的承载能力影响显著。研究结果对玻璃纤维增强聚合物管约束高强混凝土柱的理论研究和工程应用具有一定的指导意义。

基于声发射技术的高强全珊瑚钢筋混凝土板破坏特性研究

为了探究全珊瑚钢筋混凝土板破坏特性,设计了3种不同配筋率(0.85%、1.13%和1.41%)的高强全珊瑚钢筋混凝土板构件.结合声发射技术,开展了全珊瑚混凝土板构件四点弯曲加载试验,揭示了配筋率对高强全珊瑚钢筋混凝土板力学性能的影响.基于声发射参数速率过程理论,建立了损伤定量评估模型,并进一步提出了可用于工程实践的损伤评估准则.结果表明:随配筋率增大,高强全珊瑚混凝土板构件起裂荷载、起裂时间与峰值荷载均增大,但中心挠度降低了11.29%;单位时间声发射参数变化均存在2个峰值区,可作为板构件的起裂评判和破坏预兆;根据声发射参数累计值变化可将高强全珊瑚混凝土板构件破坏过程划分为轻度(<0.35)、中度(0.35~0.66)、高度(0.66~0.84)和重度(>0.84)损伤4个程度.所建立模型适用于不同配筋率的全珊瑚混凝土板构件损伤评估.

高强型钢超高性能混凝土短柱轴压性能试验及其有限元分析

为研究高强型钢超高性能混凝土短柱的轴压性能,对试件进行了轴心受压试验,设计参数包括配钢率、箍筋间距和箍筋形式。观察了试件的轴压破坏过程,获得了破坏形态及轴向荷载-位移曲线,分析了承载能力、变形能力、刚度等轴压性能指标,以及超高性能混凝土、纵筋、箍筋和型钢的应变发展规律。在试验研究基础上,采用ABAQUS建立了高强型钢超高性能混凝土短柱轴压性能有限元分析模型,计算结果与试验结果吻合较好,进而进行了参数分析。结果表明:试件发生的是典型轴压破坏,中部表面出现“锯齿形”裂缝;轴向荷载-位移曲线会出现2次荷载峰值;箍筋间距减小时,试件的承载能力和变形能力均提高,但刚度退化速率没有显著变化;配钢率增大时,试件的承载能力提高,变形能力先增大后减小,刚度退化变缓;型钢强度增大时,试件的承载能力和变形能力均提高,提高速度先快后慢;超高性能混凝土抗压强度增大时,试件的承载能力提高,变形能力降低;超高性能混凝土受拉能够达到峰值应变;纵筋在极限点之前发生受压屈服;箍筋在极限点时应变不足屈服应变的1/3,但在破坏点前达到受拉屈服;型钢翼缘在极限点前后发生屈服,腹板屈服晚于翼缘。

U型组合再生混凝土-高强混凝土梁抗火性能

为突破单一混凝土材料在受力和抗火两方面的性能难以协同优化的难题,该文创新性地提出U型组合再生混凝土-高强混凝土梁(简称为RAC-HSC组合梁),系统地开展了火灾试验和常温、火后受弯试验,综合分析了不同工况下组合梁的性能表现。研究表明:火灾下,RAC-HSC组合梁的耐火性能显著优于高强混凝土整浇梁,其梁内温度较低,跨中挠度较小,跨中未出现明显裂缝,且未观察到爆裂现象;常温及高温后的受弯试验中,RAC-HSC组合梁的屈服荷载、极限承载力及初始刚度均显著优于再生混凝土梁,基本达到或超过普通混凝土整浇梁和高强混凝土整浇梁的水平。该文所提出的U型组合再生混凝土-高强混凝土梁是混凝土构件“抗火-受力一体化设计”的有益尝试。

火灾后高强钢管混凝土柱轴压的参数化分析

为研究不同参数对火灾后高强钢管混凝土柱受轴压时的性能影响,利用ABAQUS有限元软件模拟火灾后高强钢管混凝土柱轴压模型,对该构件以钢管屈服强度、受火时间、混凝土强度为主要参数进行承载力-位移曲线分析,并剖析火灾后高强钢管混凝土柱典型曲线。结果表明:随着钢管屈服强度和混凝土强度增大,构件极限承载力增大;随着受火时间增加构件极限承载力出现下降趋势;从整体上看,受火时间分别为60、90、120 min时,构件中的混凝土承担主要载荷。

高温后钢管高强混凝土柱的黏结性能

为了研究高温后钢管高强混凝土柱的黏结性能,通过有限元软件ABAQUS建立模型,并与已有试验结果进行验证,吻合良好。研究表明:钢管高强混凝土柱的黏结应力随着温度的升高呈现出先增加后减小的趋势;黏结应力随着混凝土强度的增大而增大,随着径厚比的增大而减小;长径比在2.74~7.72的范围内,随着长径比的增加,黏结力逐渐增加;黏结界面破坏的速度随温度的增加而减缓;随着温度的增加耗能因子呈现先增大后减小的趋势。

轻质高强混凝土制备与性能分析

基于轻质高强混凝土竞赛,文中对我国企业和高校制备轻质高强混凝土的能力进行了调研和分析,对46家企业、19家高校制备的轻质高强混凝土配合比、抗压强度、劈裂强度、粗骨料含量进行汇总、测试和分析,探究了原材料品质、配合比参数对混凝土力学性能和结构效率系数(强度容重比)的影响。分析结果表明,基于对轻质高强混凝土微观结构与宏观性能关系的理解,通过原材料选择、配合比设计和粗骨料优化等措施,在容重不大于1500 kg/m^(3)的控制条件下,轻质高强混凝土的抗压强度可达120 MPa,结构效率系数世界领先,达83.2 kPa/(kg·m^(-3))。文中所展示的轻质高强混凝土制备方法和材料性能,对轻质高强混凝土制备和建筑行业发展有促进作用。

可恢复功能装配式高强再生混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为推动高强再生混凝土构件应用于可恢复功能建筑结构,提出一种边缘构件配置弱粘结超高强纵筋的装配式高强再生混凝土剪力墙。对4个剪跨比为2.2的装配式高强再生混凝土剪力墙进行低周反复荷载试验,分析了边缘配置弱粘结超高强纵筋、墙体有无钢纤维的装配式高强再生混凝土剪力墙的损伤破坏形态、滞回性能、刚度退化、残余变形、裂缝宽度等抗震与可恢复性能指标。结果表明:在大变形条件下,边缘配置弱粘结超高强纵筋的装配式高强再生混凝土剪力墙水平承载力持续增大,混凝土损伤程度较轻,抗侧刚度退化缓慢,残余变形与裂缝宽度较小。基于试验结果,建议了可恢复功能装配式高强再生混凝土剪力墙在1%位移角下的抗震承载力计算方法,其计算结果与试验结果符合较好。