基于颗粒堆积理论的密级配乳化沥青混合料级配优化

为改善密级配乳化沥青混合料压实情况以及服役期性能,优化级配结构,以利于排水和压密。基于颗粒堆积理论,探究主骨架颗粒及其干涉颗粒相对含量变化对间断密级配乳化沥青混合料压实情况以及性能的影响。采用单轴贯入强度试验、弯曲试验以及冻融劈裂试验评价其路用性能。研究表明:对于间断密级配乳化沥青混合料,通过适量增加主骨架颗粒并等量减少相应干涉颗粒,可以减弱内部干涉作用影响,利于形成排水通道,提高压实及养生过程中的排水能力,混合料更易压密且骨架结构也更加稳定,高温稳定性和低温抗裂性能在一定程度上得到改善。

基于颗粒最紧密堆积理论的真空搅拌轻骨料混凝土配合比设计

为配制轻骨料混凝土,选用中空玻璃微珠和页岩陶粒作为减重材料,并基于颗粒最紧密堆积理论确定了水泥—玻璃微珠—硅灰体系的组成和用量。依照绝对体积法计算各组分的配合比,设计了3组不同胶凝体系与骨料体系比例的混凝土,最后选用比强度最高的一组,运用真空搅拌技术进一步提高混凝土的力学性能,并对比研究了不同真空度下混凝土的3 d、28 d的抗压强度和表观密度。试验结果表明,成功配制出了表观密度小于1350 kg/m^(3)、抗压强度大于40 MPa的轻骨料混凝土,可为轻骨料混凝土的发展与应用提供理论依据。

超高性能混凝土设计理论与磷石膏高质利用研究进展

从干堆积、湿堆积、化学堆积、复杂原料的等效堆积等方面综述了超高性能混凝土(UHPC)配合比设计理论从MAA模型发展至全尺度物理和化学协同堆积模型的过程,阐述了人工智能技术在提升理论设计精度中的重要应用,以及借助UHPC设计理论实现固废高质化利用和混凝土高性能协同提升的可行性,可为UHPC原材料的优化设计提供参考。

基于颗粒堆积理论的混凝土配合比优化--以EMMA软件为例

文章综述了混凝土颗粒优化模型,并利用EMMA软件探究了C50混凝土配合比的优化。Aim-Goff模型、Toufar模型、Stovall模型等存在仅考虑材料平均粒径或未考虑材料颗粒间的作用或精度不足等问题,而Andreasen模型以及Dinger-Funk模型着眼于各个颗粒粒径范围内不等粒径的连续尺寸颗粒的紧密堆积研究,使理论公式接近实际。通过基于Andreasen模型的EMMA软件优化混凝土天然砂掺量后发现,天然砂和机制砂的混合砂孔隙率减小、密实度增大,当天然砂掺量为25%时,混凝土28 d抗压强度为66.0 MPa,较掺量为30%时高6.8%,较掺量为20%时高9.8%。

紧密堆积理论优化的固井材料和工艺体系

常规固井水泥浆在混合和泵送顶替时的最优性能与长期层间封隔水泥环柱所要求的力学性能总是矛盾的,在密度低或高时矛盾更加突出。粉末技术和钠米材料以及微细颗粒大小分布测试技术的发展,促进了材料力学的发展,材料科技工作除关注化学键力的开发外,更注意颗粒间范德华力的开发,并发现紧密堆积理论是获得高性能固井材料的关键。利用紧密堆积理论与颗粒大小分布技术,使微细胶凝颗粒挤入材料的空隙,材料的胶空比大幅度降低,提高颗粒间的范德华力,从而创造出了新一代高性能胶凝材料。但用于紧密堆积的微细胶凝颗粒应是水化膜薄、外形呈球形、具有较好活性的颗粒。介绍了线性堆积密度模型以及二元系统的最大堆积密度与微细胶凝材料直径的关系,提出二元系统最大堆积时微细胶凝材料的体积分数为0.18～0.27,对于密度与水泥相近的微细胶凝材料,其最佳掺量为18％～27％,指出二元充填微细胶凝材料的尺寸应在被填充材料颗粒尺寸的1/2.5至1/10范围内;提出了干混材料堆积体积分数(PVF)的概念,PVF值越高,水泥浆性能越好。新一代高性能固井材料包括低密度高性能水泥浆、常规高性能水泥浆、高密度高性能水泥浆、微矩阵水泥和微细优化水泥,介绍了新型固井材料性能的优化设计以及与微细优化水泥相应的新的固井工艺——超低?

冰碛土和冰水堆积物填料颗粒形状特征分析

土体颗粒形状特征对填料的工程特性影响显著。采用光学显微镜照相技术获取冰碛土和冰水堆积物填料颗粒大样本的随机二维平面投影,运用数字图像处理技术测得其几何参数,得到用于描述颗粒轮廓形状和棱角性的形状指数;基于数理统计和分形理论,分析各粒径组冰碛土和冰水堆积物颗粒轮廓形状和棱角性形状指数的分布特征,讨论粒径组间颗粒形状指数离散性及颗粒形状的分形特性。研究表明:冰碛土和冰水堆积物均呈块状且棱角性相当,冰碛土颗粒块体性更强;轴向系数表征颗粒轮廓形状优于长宽比,棱角性系数对颗粒棱角性描述优于粗糙度;冰碛土颗粒分形维数主要集中在0. 966 1～1. 281 6,冰水堆积物分形维数主要集中在0. 974 3～1. 454,两种填料颗粒在2～10 mm粒径范围内分形特征最为显著。

基于紧密堆积理论水泥基灌浆料配合比研究

采用紧密堆积理论对高性能灌浆材料的配合比进行了设计,研究并优化了紧密堆积理论的分布模数n.将10~120目连续级配的石英砂和沙漠砂作为灌浆料的细骨料,利用Andreasen方程与Dinger-Funk方程进行骨料级配优化设计,使得灌浆材料结构内部达到一种较为致密的状态,降低了内部孔隙率,提高了抗压强度.试验研究发现:当分布模数n=0.37时,经Dinger-Funk方程优化后水泥基灌浆材料的颗粒级配更加合理,抗压强度表现更优.

基于紧密堆积理论研究细骨料对UHPC性能的影响

超高性能混凝土可延长混凝土的使用寿命、减少结构的二次修补、降低水泥的需要量、提升资源的利用率.应用紧密堆积理论,选取不同分布模数下的不同颗粒级配、不同的养护龄期对超高性能混凝土的抗压强度、抗折强度以及工作性能影响进行试验研究.试验结果表明,分布模数n为0.37时,不同龄期试块的抗压强度和抗折强度均达到峰值,工作性能随着分布模数的增加几乎呈线性增长的趋势.本超高性能混凝土的试验研究可为今后的研究提供理论参考.

水泥堆积密度理论计算方法介绍

水泥颗粒分布对水泥和混凝土施工性能有较大影响，这已为人所共知。颗粒分布主要影响堆积密度，对粉体堆积密度的检测有振实法、需水量法、压汞法等，但理论计算方法的报道却很少。本文以德国水泥工业研究所Thorsten Reschke工程师在其一篇研究报告中所介绍的计算方法为主，加上笔者的理解和补充整理成文，供大家参考。

空气污染颗粒堆积对暖通排风风速流量的影响研究

空气污染颗粒堆积对暖通排风系统会造成严重影响,由此需对暖通排风风速流量影响分析方法进行研究,传统方法分析暖通排风风速流量受空气污染颗粒堆积的影响时,存在分析结果不准确、有效性差等问题。提出空气污染颗粒堆积对暖通排风风速流量的影响分析方法,通过组分守恒定律、质量守恒定律、能量守恒定律和动量守恒定律在CFD计算理论的基础上分析暖通排风风速流量受空气污染颗粒堆积的影响。实验结果表明,所提方法可有效的分析暖通排风风速流量受空气污染颗粒堆积的影响。

基于图像法对自密实超高性能混凝土性能提升的研究

为提升超高性能混凝土(UHPC)的性能,采用改进后的Andreasen&Andersen颗粒堆积模型设计UHPC基体配合比,利用图像法分析UHPC不同基体黏度对钢纤维分布的影响,并通过抗压强度结合纤维分布系数选择合适的基体黏度,研究不同形状、体积掺量的钢纤维对UHPC力学性能的影响,最终得到力学性能最佳的配合比。试验结果表明:良好的UHPC基体黏度在均匀分散钢纤维的同时可以避免内部出现过多气泡,进一步提升UHPC抗压强度;与端钩、长直形钢纤维相比,波纹形钢纤维在相同黏度下分散效果更佳,且对UHPC基体力学性能提升效果更好。UHPC最佳配合比为水胶比0.16,水泥、硅灰、矿渣质量比0.75∶0.2∶0.05,波纹形钢纤维体积掺量3%,减水剂质量分数0.8%,此时粉体颗粒最紧密堆积、钢纤维分布均匀,UHPC性能最佳。

炭素材料粒度组成控制的理论与实践

简要介绍了Andreassen颗粒堆积理论,并结合生产实践,讨论了实际生产中所用的粒度组成与这一理论的联系与差异。与Andreassen方程所确定的粒度组成相比,实际配方中细颗粒和粗颗粒用量较大,中颗粒用量较小。

矿物掺合料的颗粒级配对水泥砂浆性能的影响

在水泥中掺入适当细度的矿物掺合料,使胶凝材料的颗粒级配接近紧密堆积状态时,砂浆的强度会有所提高,水泥凝胶体的微观结构也会得到改善。

颗粒级配对高掺量粉煤灰干混砂浆性能影响的研究

依据颗粒紧密堆积理论,一般采用Andreasen方程计算粉体紧密堆积用于表征粉体颗粒的级配作用。通过研究不同粒径粉煤灰对高粉煤灰掺量干混砂浆的性能影响,研究得出:颗粒太细的粉煤灰,会更加偏离原来的紧密堆积状态,不但不能充分发挥其微观填充的补强作用,反而大大降低强度。因此,使用粉煤灰与水泥复合掺配时,特别是高粉煤灰掺量,需要考虑颗粒与颗粒之间的相互补充作用,使胶凝材料的颗粒粒径分布更趋近于紧密堆积,从而提高基体材料的密实度,保持较高干混砂浆性能。

关于水泥颗粒分布及其作用的部分研究成果介绍(续)

4关于细粉堆积密度及其作用的实用研究 细粉颗粒分布主要影响堆积密度，在文献[1]和[2]中介绍了对堆积密度的饱和点用水量检测法（Puntke．W）和数学模型理论计算法（Reschke．T），Schmidt．M^[9]用这2种方法对水泥、石灰石粉等几种粉体的堆积密度进行计算和检测（下文中的堆积密度均为体积比），积累一些经验，也提出了尚存在的问题。

基于颗粒堆积理论的沥青混合料细观结构特性研究

为研究颗粒级配对沥青混合料细观结构的影响,通过颗粒堆积理论建立颗粒级配评价指标干涉系数,采用计算机断层扫描(CT)技术对不同级配、不同压实次数和不同成型方式(马歇尔击实、旋转压实)的沥青混合料试件进行扫描并三维重构,结合数字图像处理技术,获取沥青混合料内部空隙空间分布和颗粒之间接触关系,采用分形理论计算三维空隙体积分布和空间位置分布分形维数,最后分析干涉系数与三维空隙分形维数和颗粒接触关系之间的联系。结果表明:在2种成型方式下,对于大孔和中孔,随着压实次数的增加,空隙数量呈现先增加后减少的趋势,并且大孔的平均空隙体积不断减小,中孔平均空隙体积不断增大;对于小孔和微孔,随着压实次数增加,空隙数量不断增加,平均空隙体积没有明显变化;空隙体积分布连续性随着干涉系数增加而降低,空间位置分布均匀性随干涉系数增加而增强,旋转压实成型沥青混合料空隙体积分布连续性较差,空间位置分布均匀性较好;主骨架颗粒接触点数量会随着压实次数增加而增加,开级配沥青混合料(OGFC)接触点数量最多,连续级配沥青混合料(AC)最少,沥青玛蹄脂碎石(SMA)居中,接触点数量随干涉系数增加而减小。

组成及骨料特性对UHPC基体流动性和抗压强度的影响

本工作通过调整砂胶比和拟合改进的Andreasen-Andersen颗粒堆积模型,计算得到了UHPC基体中各固体组分的比例。基于新拌超高性能混凝土(UHPC)基体的湿堆积密度和流动性确定了高效减水剂的最优掺量。研究分析了不同配合比设计参数(砂胶比和胶凝材料组分)、骨料特性(颗粒球形度和圆度)对UHPC基体的流动性和抗压强度的影响。结果表明:当砂胶比从0.8增加为1.2时,掺河砂的UHPC基体的湿堆积密度、流动性和7 d抗压强度逐渐降低;对比调整砂胶比和改变胶凝材料组分的掺量,UHPC基体的流动性和湿堆积密度变化趋势主要受砂胶比影响;当高效减水剂掺量为0.5%~2.0%时,UHPC基体的PFT、湿堆积密度和流动性先缓慢升高后迅速下降;骨料形状对UHPC基体的湿堆积密度、流动性和28 d抗压强度的影响较大;在UHPC基体实现紧密堆积后,影响UHPC基体的抗压强度的主要因素为骨料形貌,而胶凝材料组分掺量的影响较小;当骨料最大粒径相同时,增加骨料的球形度和圆度显著增加了UHPC基体的流动性,但降低了UHPC基体的抗压强度。

基于最紧密堆积理论超密实再生砂浆制备研究

再生混凝土或再生砂浆通常被认为力学和耐久性能较低,为研究再生水泥基材料性能,利用颗粒最紧密堆积理论,根据超细再生微粉和超细矿物掺合料颗粒粒径分布,将不同细度颗粒进行合理掺配,使胶凝体系最大程度上接近紧密堆积,制备出超密实再生砂浆,并计算粒径分布的分形维数,探讨其对抗压强度和孔隙率的影响。研究结果表明:最紧密堆积的混合料粒径分布具备分形特征,粒径分布的分形维数值越小,颗粒粒径分布越复杂,整体密实程度越高;粒径分布分形维数值较高的混合胶凝粉体,制备的试样早期强度较低。此外,利用最紧密堆积原理制备的超密实胶凝体系的孔隙率低于简单混合的胶凝体系试验组的孔隙率,孔径分布也更合理。

铅锌尾矿基生态型超高性能混凝土的设计理念和性能研究

基于颗粒紧密堆积理论,采用修正的安德森安德烈森模型制备了铅锌尾矿基生态型的超高性能混凝土并对其性能进行研究。结果表明:铅锌尾矿的掺入会降低UHPC的工作性能和早期强度,但掺加尾矿的UHPC后期强度与基准组持平,使用40%铅锌尾矿取代水泥制备依然能够制备出自密实的28 d强度超过130 MPa的UHPC。XRD和TG分析结果表明掺加铅锌尾矿能降低水化产物的氢氧化钙含量,这可能是因为尾矿中含有部分的活性二氧化硅,表现出潜在的火山灰活性。重金属离子浸出毒性结果也表明UHPC可以作为固结铅锌尾矿中的重金属离子的载体。

紧密堆积理论与高性能矿物胶凝体系的发展

紧密堆积理论基于材料的微观分析,通过干混合组份的选择及颗粒大小分布提高单位体积水泥中的填充固相。此外还通过在水泥浆中改善物质的表面性质,减少颗粒间的填充水及表面的润滑水,进一步提高单位体积水泥浆中的固相,使之形成高强的水化产物,更加致密的水泥石。文中介绍了线性堆积密度模型,计算出二元系统最大堆积时微细胶凝材料体积分数为0.18-0.27,提出二元填充微细胶凝材料尺寸应为被填充材料尺寸的1/2.5-1/1O,并提出PVF(干混堆积分数)=∑绝对体积/∑散装体积的概念。