地聚物超高性能混凝土复合板抗接触爆炸试验与数值模拟

为提升工程结构的抗爆安全性,同时降低水泥基超高性能混凝土高水泥用量对环境的不利影响,提出了一种基于地聚物超高性能混凝土的新型复合板,通过现场爆炸试验和数值模拟研究了该复合板在接触爆炸荷载作用下的动态响应与破坏机理。共测试了1块普通混凝土板和3块地聚物超高性能混凝土复合板,其中地聚物超高性能混凝土复合板由地聚物超高性能混凝土、钢丝网和吸能层制备而成。研究结果表明:采用地聚物超高性能混凝土代替普通混凝土能够有效提升混凝土板的抗爆性能;吸能层材料的高可压缩性和低抗剪强度是造成冲切破坏的主要原因;随着聚氨酯泡沫板层数的增加,复合板的爆坑深度增加,板底跨中位移增大;对复合板进行抗爆设计时,必须考虑吸能泡沫材料的可压缩性及其与地聚物超高性能混凝土之间的波阻抗匹配问题,才能有效提升复合板的抗爆性能。

冷弯型钢-类地聚物泡沫混凝土柱轴压性能

为抑制冷弯型钢柱的屈曲变形及提高其承载力,对冷弯型钢-类地聚物泡沫混凝土组合柱的受力性能采用试验、数值仿真和理论相结合的方法进行系统性研究。对构件的荷载-轴向位移曲线、试验过程及破坏特征进行分析。比较不同形式构件的破坏模式及承载力结果,探讨不同因素对构件轴压性能的影响。结果表明:组合柱极限承载力相比拼合柱提高了1.4倍;板件宽厚比为60~100时,类地聚物泡沫混凝土利用率较高;泡沫混凝土密度每提高一个等级,组合柱的极限荷载约增加1.5%;从用钢量的角度考虑,设置对称单肋对组合柱极限承载力的提高更明显。在试验和数值仿真的基础上,依据现有相关规范中的计算方法对组合柱极限承载力进行了计算,发现JGJ 138—2016《组合结构设计规范》^([1])给出的计算方法可粗略估计组合柱极限承载力。最后,提出适用于组合柱轴压承载力的计算方法,并验证该公式的准确性。

地质聚合物泡沫混凝土气孔结构形成机理研究

基于物理发泡方法,制备出孔结构参数和性能不同的预制泡沫,研究其在地质聚合物净浆内部随时间和空间变化的迁移规律,探究了地质聚合物泡沫混凝土(GFC)的气孔结构形成机理,并建立了预制泡沫与GFC试件宏观性能和孔结构参数之间的联系.同时,采用扫描电子显微镜(SEM)观察了不同预制泡沫配合比条件下GFC试件内部孔结构的微观形态.结果表明:孔结构参数和性能不同的预制泡沫在地质聚合物净浆内部会进行有差异的迁移,进而影响GFC试件的成孔过程及相关性能.

建筑垃圾制备地聚合物基泡沫混凝土研究

以H_2O_2为发泡剂,以建筑垃圾、矿渣等为原料制备地聚合物基泡沫混凝土。考察建筑垃圾/矿渣质量比、碱激发剂用量、H_2O_2用量等因素对泡沫混凝土干密度、抗压强度和导热系数等性能的影响。结果表明,当建筑垃圾和矿渣质量比为5:7,碱激发剂用量为15%,H_2O_2用量为5%时,泡沫混凝土的综合性能最佳,干密度为298 kg/m^3,抗压强度为1.26 MPa,导热系数为0.075 W/(m·K)。

地聚合物基陶粒泡沫混凝土孔结构调控及性能研究

选用矿渣和粉煤灰为原料,陶粒为轻集料,水玻璃为碱激发剂,采用物理发泡法,通过碱激发方式制备地聚合物基陶粒泡沫混凝土(GCFC),研究泡沫掺量、陶粒掺量及陶粒等级对GCFC性能的影响,探究了GCFC孔结构的变化趋势。结果表明:当陶粒掺量为30%、陶粒等级500 kg/m3时,随着泡沫掺量增加,当泡沫掺量1.0倍时,比强度达到峰值10273 N·m/kg,导热系数为0.109 W/(m·K);当泡沫掺量1.2倍、陶粒等级500 kg/m^(3)时,随着陶粒掺量增加,GCFC比强度先增大后减小,掺量为30%时比强度达到峰值9902 N·m/kg,导热系数为0.097 W/(m·K)。当泡沫掺量小于1.2倍,经20次冻融循环后GCFC的质量损失率和冻后强度满足标准要求;GCFC冻后强度与陶粒等级成正比关系。GCFC孔结构的圆度值随泡沫掺量的增加而变大,当泡沫掺量超过1.2倍后,圆度值增加速度加快;当陶粒掺量逐渐增大时,平均圆度值先降低再升高,陶粒掺量为30%时平均圆度值下降至最低为1.42。

地聚物基泡沫混凝土制备与性能研究

采用矿渣和偏高岭土作为矿物原料,水玻璃和NaOH为碱激发剂,制备地聚物胶凝材料;采用化学发泡的方法,以双氧水和MnO_2为发泡剂和催化剂,制备地聚物基泡沫混凝土。研究不同的矿物组成、碱性激发条件、液固比和发泡剂掺量对地聚物基泡沫混凝土性能的影响。研究表明,当矿渣∶偏高岭土=8∶2、水玻璃模数为1.4、液固比为0.55、双氧水掺量占矿物组成的7%时,制备出的地聚物基泡沫混凝土性能最佳,其28 d抗压强度为2.6 MPa,干密度为470 kg/m^3。

基于COMSOL的地聚物基屋面保温系统传热模拟与设计

通过COMSOL仿真软件模拟了以地聚物基泡沫混凝土和真空绝热板为原材料制备的地聚物基泡沫混凝土屋面保温系统。确定了地聚物基泡沫混凝土屋面保温系统的构造形式,通过COMSOL仿真软件计算出夏热冬暖地区宜采用115 mm地聚物基泡沫混凝土+20 mm真空绝热板+115 mm地聚物基泡沫混凝土的屋面保温系统构造,满足传热系数0.2 W/(m^(2)·K)的要求。严寒地区采用140 mm地聚物基泡沫混凝土+20 mm真空绝热板+140 mm地聚物基泡沫混凝土的屋面保温系统构造,满足传热系数0.15 W/(m^(2)·K)的要求。

玻璃粉-矿渣地聚合物基泡沫混凝土研究

以H2O2为发泡剂,以玻璃粉、矿渣、碱激发剂等为原料制备地聚合物基泡沫混凝土。考察碱激发剂模数、玻璃粉/矿渣质量比、碱激发剂用量、H2O2用量等因素对泡沫混凝土干密度、抗压强度和导热系数等性能影响。结果表明:当碱激发剂模数为1.2,玻璃粉/矿渣质量比为10%,碱激发剂用量为15%,H2O2用量为5%时,泡沫混凝土的综合性能最佳,干密度为409.3 kg/m3,抗压强度为1.64 MPa,导热系数为0.088 W/(m·K)。

高延性地聚合混凝土复合衬砌轴压试验研究

提出一种新型“普通混凝土-聚乙烯泡沫板-高延性地聚合物”(CPE)复合衬砌结构,发挥了聚乙烯泡沫材料抗缓冲性好以及高延性地聚合物混凝土(EGC)多缝开裂、高延伸率等优点。通过42个CPE试件的轴心受压试验,研究了聚乙烯泡沫板厚度、EGC厚度和混凝土强度对其破坏形态、应力-应变全曲线、峰值应力和峰值应变等的影响。试验结果表明:复合衬砌结构的破坏由混凝土抗压强度不足引起,其峰值应力随混凝土强度提高逐渐提高,峰值应变基本不变;聚乙烯泡沫板显著提高复合衬砌的变形能力,随着厚度增加,其峰值应变增加,峰值应力基本不变;EGC能提高复合衬砌结构的变形能力,随着EGC厚度增加,其峰值应变增加,峰值应力先增后降。

地聚物泡沫混凝土的研究与应用

地聚物泡沫混凝土是一种新型轻质多孔材料,具有轻质高强、吸声隔热、吸能抗震、节能利废、耐酸耐腐等优良性能。本文综合介绍了地聚物泡沫混凝土的制备工艺及研究现状,并对其性能和应用现状进行了探讨,最后指出了其应用中常见的问题,展望了未来地聚物泡沫混凝土的应用前景与发展方向。

稳态法和瞬态法对测试无机泡沫材料的适应性

泡沫材料导热性能评价与测试方法密切相关，为阐明瞬态法和稳态法对测试无机泡沫材料导热系数的适应性，在介绍两种导热系数测试方法原理基础上，以干密度200～300 kg/m3的自制泡沫地质聚合物和市售泡沫混凝土为研究对象，比较了两种测试方法对含宏观气孔（φ≥0.5 mm）的无机泡沫材料导热性能测试结果及其差异。结果表明：（1）在测试不同干密度等级无机泡沫材料导热系数时，稳态法比瞬态法低0.0085～0.0205 W/（m·K），而且这种差别随材料干密度增大（导热系数增大）而增大；（2）干密度等级相同时，自制泡沫地质聚合物具有与市售泡沫混凝土相当或更低的导热系数，可望用于新型建筑保温材料；（3）稳态法比瞬态法更适用于具有宏观气孔无机泡沫材料导热性能测定。

地聚合物基泡沫混凝土的路用性能及其应用研究

为了确定路用地聚合物基泡沫混凝土的最佳配合比,根据地聚合物基泡沫混凝土路用性能的室内试验结果,以粉煤灰和矿粉作为地聚合物原料代替部分水泥,用碱激发剂和化学发泡制备了泡沫混凝土,即以替代量25%为梯度,在0~50%范围内划分为A~C共3组,地聚合物组分中粉煤灰和矿粉之间的比例为7∶3,各试验组保持水固比为0.5和发泡剂掺量不变。结果表明:当以地聚合物替代水泥比例为25%(B组)制作泡沫混凝土时,地聚合物基泡沫混凝土的强度、流值和湿重度都满足高等级公路路基中路床和路堤的相关要求。依托某高速公路改扩建工程,采用数值模拟方式比较分析了地聚合物基泡沫混凝土(B组)和普通填土进行路基填筑的沉降。结果表明:地聚合物基泡沫混凝土组可以有效减小路基沉降,路面铺设完成后沉降可以减小52%,横坡变化率可以减小57%;营运荷载施加后沉降可以减小40%,横坡变化率可以减小65%。将替代量为25%(B组)时的试验配比投入到该扩建工程中局部高填方路段路基填筑进行现场试验,并进行了对比分析。结果表明:试验路段的路基最大沉降值与数值模拟值较为接近且小于数值模拟值。地聚合物基泡沫混凝土可以有效缓解路基工程中沉降过大的问题,验证了其用于控制高速公路路基沉降的可行性。

粉煤灰-矿渣地聚合物泡沫混凝土的性能研究

采用粉煤灰、矿渣和碱激发剂等作为原料制备地聚合物泡沫混凝土。考察粉矿比、Na2O添加量对泡沫混凝土抗压强度和导热系数的影响。当粉矿比例增加时,抗压强度减小,导热系数增大;当Na2O添加量从4%开始增加时,抗压强度先增后降,导热系数增大,Na2O添加量为6%时,抗压强度最高。当粉矿比为3:7,Na2O的添加量为6%时,粉煤灰-矿渣地聚合物泡沫混凝土的综合性能最佳。

地聚物泡沫混凝土的性能和孔结构研究

以粉煤灰和矿渣为胶凝材料,采用化学发泡法制备密度等级为300~1000 kg/m3的地聚物泡沫混凝土(GFC),对其抗压强度、导热系数和干燥收缩进行测试,并通过Image Pro Plus软件表征了不同密度等级下的孔结构参数。结果表明:(1)随着密度等级逐渐增加,抗压强度和导热系数逐渐升高,其中抗压强度与密度等级之间呈指数函数关系,导热系数与密度等级之间呈线性关系,干燥收缩随密度等级的增加而减小,与其呈二次函数关系。(2)GFC孔结构参数与密度等级之间同样具有强相关性,随着密度等级逐渐增加,其孔隙率逐步下降,平均孔径逐渐减小,孔隙形状逐渐接近于圆形。