钢纤维对细再生混凝土力学性能的影响研究

为研究细再生集料(FRAP)替代天然细集料(NFA)的可能性。配置1%钢纤维掺量下不同FRAP含量(0%、25%、50%、75%、100%)的水泥混凝土,并测定成型后试件的抗压强度、拉伸特性、应力-应变特性和耐久性能。研究结果表明:以FRAP替代NFA会导致细再生集料水泥混凝的土力学强度降低;加入1%钢纤维,可以显著提高细再生集料水泥混凝土劈裂抗拉强度和抗弯强度,峰值应力增加约15%,峰值应变增加50%,韧性及延展性提高约5倍;以FRAP替代NFA的最佳含量为50%左右。

水泥浆-碳化协同增强再生混凝土骨料研究

提高再生混凝土骨料(RCA)的性能对其在结构工程中得到更广泛的应用有着重要的研究意义。本研究利用水泥浆-碳化协同增强方法对再生混凝土骨料(RCA)进行强化处理,并与未强化、单一水泥浆增强、单一碳化增强处理RCA进行对比分析。结果表明:协同强化后RCA的基本性能明显改善,吸水率、压碎值、孔隙率较未处理RCA分别降低了16.04%、19.77%、36.29%;与单一强化相比,水泥水化与碳化的协同效应可以在加固RCA表面的同时,进一步利用碳化产物修补RCA的附着砂浆和界面过渡区(ITZ)。水泥浆-碳化协同强化是一种效果明显、环境友好且成本低的RCA增强方法。

橡胶混凝土界面改性方法及性能提升路径

废旧轮胎固废作为“黑色污染”给我国生态环境带来巨大压力,将废轮胎回收处理并用作水泥混凝土集料可有效降低环境危害并减少对天然资源的开采;针对橡胶集料与水泥石之间界面性能薄弱的难题,对十余种界面改性方法进行分析,总结不同物理、化学改性方法对界面性能及橡胶混凝土力学性能、耐久性的影响规律。通过纤维增韧路径进一步提升橡胶混凝土材料性能,分析钢纤维、玄武岩纤维、聚丙烯纤维和聚乙烯醇纤维等工程常用纤维材料对橡胶混凝土力学性能及抗裂特性的提升效果;研究发现,界面改性能显著改善橡胶-水泥石脆弱界面,提升界面黏结性能。引入纤维可有效提升橡胶混凝土材料的抗裂特性,其中钢纤维复合橡胶混凝土材料力学强度明显提高,改性橡胶集料和纤维复合技术可起到对水泥混凝土材料的“增韧、抗裂”协同提升作用;现有界面改性技术仍存在较多缺点,其对环境的二次污染和改性效率低的问题有待通过对改性技术的进一步优化而解决。纤维复合橡胶混凝土材料的增韧抗裂特性仍有待更深入的探究,针对两者的协同作用机理的研究将阐明纤维复合橡胶混凝土材料的性能优势,可为实际工程应用提供有效的科学依据,进一步扩大废轮胎固废在水泥混凝土材料中的“高值化”利用规模。

再生细骨料强化对混凝土性能的影响

分别采用颗粒整形物理强化方法、有机硅防水剂化学强化方法和物理-化学复合强化方法对简单破碎再生细骨料进行强化处理后制备再生混凝土,重点研究强化处理前后再生细骨料对混凝土力学性能和耐久性能的影响。研究表明,经过强化处理的再生细骨料混凝土的抗压强度、抗渗透性能和抗碳化性能均有显著的提高,其中在二次物理强化处理后再生混凝土的抗压强度达到最高值,接近于天然河砂混凝土的抗压强度,在二次物理强化和化学浸渍复合强化处理后再生混凝土的氯离子扩散系数减小到3.98×10-12m2s,在二次物理强化处理后其3、7、14、28 d的碳化深度分别较天然河砂混凝土仅增加0.6、0.3、0.2、0.3 mm。

再生细骨料对混凝土力学及抗冻性能的影响

通过设计不同水灰比的普通混凝土及引气混凝土,研究不同再生细骨料替代率对不同强度等级混凝土的力学及抗冻性能的影响.研究结果表明:随再生细骨料替代率的增加,普通混凝土的抗压强度和抗折强度都下降明显,而引气混凝土只是抗压强度下降明显,其抗折强度受影响较小;无论是否掺加再生细骨料,高水灰比(m(水)∶m(水泥)=0.52)混凝土抗冻性能均很差,通过掺加引气剂可适度提高其抗冻融循环能力,但抗冻耐久性仍较差;低水灰比(m(水)∶m(水泥)=0.35)混凝土本身具有很强的抗冻耐久性,掺加再生细骨料不会对其抗冻耐久性能产生明显影响.因此,对于高水灰比再生细骨料混凝土,降低水灰比比掺加引气剂更能显著提高混凝土的抗冻耐久性能.

废弃玻璃细骨料钢筋混凝土柱的受压性能

为研究废弃玻璃细骨料对混凝土柱受力性能的影响,对6个普通骨料钢筋混凝土柱和12个废弃玻璃细骨料钢筋混凝土柱进行了静力受压试验。考虑废弃玻璃细骨料取代率、长细比和偏心距3个因素,分析了不同废弃玻璃细骨料掺量对钢筋混凝土柱的破坏形态、极限承载力、轴向位移、跨中挠度、混凝土应变和钢筋应变的影响。不论是轴心受压还是偏心受压,废弃玻璃细骨料钢筋混凝土柱破坏机理均与普通钢筋混凝土柱相似。掺量100%的废弃玻璃细骨料钢筋混凝土柱的正截面承载力较高。废弃玻璃细骨料钢筋混凝土柱的正截面应变符合平截面假定,采用中国相关规范计算试件的极限承载力,并将理论值与试验值进行对比,证明可以采用现行的国家规范对废弃玻璃细骨料钢筋混凝土柱进行正截面承载力计算。研究表明,废弃玻璃细骨料可以100%替代混凝土柱中普通砂,且抗压性能可以满足使用要求。

钢纤维再生混凝土的力学性能研究进展

再生混凝土能有效解决施工产生的建筑垃圾处理问题,实现资源回收再利用。然而,天然缺陷严重影响再生混凝土在实际工程中的推广应用。作为一种新型复合材料,钢纤维再生混凝土(掺入钢纤维后的再生混凝土)研究逐渐成为复合材料领域一个研究热点,也取得了一定的研究成果。为了推进钢纤维再生混凝土的实际应用进程,拟从力学性能研究方面对钢纤维再生混凝土的研究现状与发展趋势进行综述分析,并指出今后尚待探讨的研究问题。

全再生粗骨料混凝土力学性能试验与评价研究

全再生粗骨料混凝土的研发旨在从最大程度上利用再生粗骨料并尽可能减少对现有生产设备的改动,从而获得混凝土产业绿色化的最大综合效益。基于不同混凝土水灰比情况下,考虑再生骨料预处理方式、再生粗骨料粒径和细骨料类型等因素影响,进行了全再生粗骨料混凝土配合比设计及其拌合物工作性能和立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量等基本力学性能的系列试验。结果表明:再生骨料预湿处理对混凝土拌合物保持良好工作性能及混凝土强度达到预期是非常必要的;随着再生粗骨料粒径的增大,混凝土的流动性增大,但抗压强度减小;水灰比相同时,全再生粗骨料混凝土的基本力学性能按采用机制砂、天然砂、混合砂和再生细骨料的次序减小,与干表观密度依次减小的顺序相对应;提出了基于鲍罗米公式预测全再生粗骨料混凝土立方体抗压强度的修正系数,分析了轴心抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量与立方体抗压强度的关系,并基于现行规范GB 50010—2010的规定提出了按强度等级进行相应取值的建议。该研究可为全再生骨料在预拌混凝土中的推广和应用奠定基础。

废混凝土再生骨料及掺和料对GRC耐久性的影响

为了再利用废混凝土,改善玻璃纤维增强混凝土(GRC)的性能,以废混凝土再生骨料(RWCA)取代GRC中的天然砂,以粉煤灰、硅灰取代水泥,分别采用自然老化和50℃加速老化的方法,研究三者单掺和复掺对GRC长期性能的影响.结果表明:用RWCA以30%的质量分数替代GRC中的天然砂,可在一定程度上改善GRC的耐久性,即从骨料角度改善GRC的性能;用粉煤灰以30%的质量分数替代水泥,也可在一定程度上改善GRC的长期性能,但对GRC的早期抗折强度不利;用RWCA以30%的质量分数替代天然砂,同时用粉煤灰以30%的质量分数替代水泥时,不但GRC的早期抗折强度可得到改善,而且对GRC长期抗折强度的提高效果要好于二者单掺时;用RWCA骨料以30%的质量分数替代天然砂,同时用粉煤灰和硅灰分别以20%,10%的质量分数替代水泥,对GRC早期和后期抗折强度均有较大提高,有利于GRC长期抗折强度的保持;X射线衍射(XRD),傅里叶红外光谱(FTIR)及扫描电镜(SEM)分析表明,三者复掺可减少体系中Ca(OH)_2的含量、减小Ca(OH)_2的结晶尺寸,这不但可提高GRC基体的抗折强度,还可减轻玻璃纤维被腐蚀的程度,有利于GRC耐久性的改善.

再生骨料粗细级配对水泥混凝土性能影响研究

通过将废弃水泥混凝土试块破碎、筛分制备成再生粗细骨料,重新拌制水泥混凝土,研究再生粗骨料粒径大小、级配情况以及再生细骨料颗粒级配、粗细程度对水泥混凝土的影响规律。结果表明,再生骨料可用于制备水泥混凝土,通过界面胶结以及微粉填充密实,使得级配连续的大粒径再生粗骨料或Ⅱ区中砂的再生细骨料更有利于新拌混凝土的和易性以及硬化后混凝土的强度和抗渗性能,但同时应注意控制再生骨料中石粉及针片状含量。

骨料特征对GRC耐久性影响

为了研究骨料特征对GRC耐久性的影响,以废混凝土再生骨料、废砖再生骨料分别取代GRC中的天然砂,分别采用自然老化和50℃加速老化的方法,研究不同性能特征的骨料对GRC长期性能的影响。结果表明:废混凝土再生骨料、废砖再生骨料表面粗糙、多孔的特征,可减少体系中Ca(OH)2的含量、减小Ca(OH)2的结晶尺寸;废砖再生骨料还具有火山灰效应,可消耗体系中Ca(OH)2,因而其对GRC的耐久性改善作用较废混凝土骨料更显著;两种骨料具有的特征不但可提高GRC基体的抗折强度,还可减轻玻璃纤维被腐蚀的程度,有利于GRC耐久性的改善。

复杂环境下镁水泥钢筋再生细骨料混凝土的可靠性分析

为研究镁水泥钢筋再生细骨料混凝土在盐渍土环境中的服役寿命,通过控制再生细骨料的掺量制备镁水泥钢筋再生细骨料混凝土试件并暴露于西宁盐渍土地区,定期进行超声声速、电阻无损检测,结合SEM微观测试手段对试件内部结构损伤程度进行对比分析,基于维纳随机分布函数建立寿命模型.结果表明,存在有害离子和恶劣气候环境双重因素作用下,试件的动弹模量评价参数λ1先增后降,钢筋锈蚀评价参数λ2始终呈下降趋势;当分别掺入15%、30%和45%的细骨料时,Cl^(-)、CO^(2-)_(3)和SO_(4)^(2-)等侵蚀性离子随着再生细骨料掺量的增加侵入试件内部几率增大,与镁水泥水化产物反应生成的膨胀性晶体越多,导致基体内部结构损伤程度更加显著;λ1和λ2作为耐久性退化参数可以准确得到试件的可靠度函数,以λ1作为退化参数得到不同掺量试件的服役寿命分别为22 000d、20 000d、16 000d,以钢筋电阻值得到的服役寿命分别为16 000d、15 000d、12 000d,钢筋电阻耐久性变化更敏感,可用于钢筋混凝土构件的日常维护与检测.

基于两参数Weibull分布的镁水泥再生细骨料钢筋混凝土抗盐可靠度评估

针对盐湖地区建筑结构受到恶劣气候环境和腐蚀性离子双重侵害现象,采用镁水泥再生细骨料钢筋混凝土来缓减构筑物寿命退化速度。通过掺加不同量的再生细骨料并将其埋置在盐渍土中进行恒电流通电加速试验,借助电化学工作站、超声波无损检测技术及SEM、XRD分析微结构演变机制,最后引入两参数Weibull分布函数退化过程对评价指标腐蚀电流密度icorr、相对动弹性模量建模进行可靠度评价。结果表明:掺入质量比为15%、30%和45%的细骨料时,Cl^(-)、CO_(3)^(2-)和SO_(4)^(2-)侵蚀性离子随着再生细骨料掺量的增多侵入试件几率增大,内部结构损伤程度更加显著;大片、块状的锈蚀产物逐渐疏松内部结构导致劣化程度加深,15%、30%掺量试件低腐蚀程度,45%掺量试件则处于严重腐蚀;以动弹模量作为退化参数得到15%、30%、45%再生细骨料掺量试件的服役寿命分别为10000天、7500天、6000天;以腐蚀电流密度icorr得到45%掺量试件的工作寿命为4000天,钢筋腐蚀电流密度耐久性退化相对动弹模量更加敏感,对于镁水泥再生细骨料钢筋混凝土构件的日常维护与检测具有可观的指导意义。

废旧GFRP细骨料混凝土的力学性能研究

将废旧环氧玻璃纤维(GFRP)板回收清洗后,粉碎成4 mm以下粉末和4~9 mm颗粒两种细骨料,分别等体积替代混凝土配方中质量分数5%,10%,15%的砂子,制备出方形混凝土试件,养护后测试试件的抗压强度和劈裂抗拉强度。结果表明,掺入两种粒径的GFRP细骨料后混凝土的抗压强度均有所提高,掺加质量分数为10%时,抗压效果最好。掺入颗粒状细骨料后,混凝土的抗拉强度提高,掺加质量分数10%时强度最高。掺加粉末状细骨料的混凝土试件的劈裂抗拉强度略低于对照组。因此掺加质量分数10%的环氧玻璃纤维颗粒的混凝土的综合力学性能最好。

矸石-废弃混凝土胶结充填材料配比的试验研究

为解决充填开采原材料不足的问题,以废弃混凝土为骨料制备胶结充填材料。系统研究了废弃混凝土细骨料和粗骨料对充填材料流动性能及力学性能的影响,确定了废弃混凝土细骨料和粗骨料在充填材料中的添加比例,最后运用响应面分析法得出了矸石-废弃混凝土胶结充填材料的合理配比。结果表明:1)随着废弃混凝土细骨料替代率的增加,充填材料扩展度大体呈增长趋势,坍落度先略有减小后基本稳定,而随着废弃混凝土粗骨料替代率及水泥掺量的增加,充填材料坍落度及扩展度在逐渐减小,充填材料抗压强度随水泥掺量的增加而增大,随废弃混凝土骨料替代率的增加呈先增大后减小的变化趋势;2)废弃混凝土细骨料或粗骨料可分别替代充填材料中30%~70%的细矸石或粗矸石;3)试验条件下矸石-废弃混凝土胶结充填材料合理配比为:废弃混凝土细骨料替代率、粗骨料替代率及水泥掺量分别为37%,49%,156 kg/m^3。

单轴受压下钢纤维再生骨料混凝土本构模型

通过150mm×150mm×300mm钢纤维再生骨料混凝土棱柱体的单轴受压试验,研究了水胶比、再生骨料取代率和钢纤维体积率等参数对钢纤维再生混凝土轴压应力-应变全曲线的影响,揭示了钢纤维再生混凝土的破坏机理和参数变化对钢纤维再生混凝土单轴受压力学性能影响的规律.结果表明,钢纤维改变了再生混凝土的破坏形态,随着钢纤维体积率增大,试件由劈裂破坏转变为剪切破坏,剪切面与荷载垂线的夹角增大,峰值应力和峰值应变均有一定程度的提高.相同钢纤维体积率下,钢纤维再生混凝土峰值应力受再生骨料取代率变化的影响较小;但是,随着再生骨料取代率的增加,钢纤维再生混凝土峰值应变增大,初始弹性模量减小.与普通混凝土类似,随水胶比的减小,钢纤维再生混凝土应力应变曲线下降段的斜率增大.基于对试验数据的综合分析,建立了考虑再生骨料取代率、钢纤维体积率影响的钢纤维再生混凝土轴压本构模型.

实际生产再生细骨料混凝土力学性能及耐久性能试验研究

再生细骨料混凝土是一种新型绿色建筑材料,具有环保和经济价值。作为一种新材料,再生细骨料混凝土性能的优劣直接关系到混凝土结构的质量。采用基于自由水灰比的配合比设计方法成功配制了再生细骨料混凝土,并按5种水灰比、6种再生细骨料取代率分别进行了再生细骨料混凝土工作性能、力学性能和耐久性能试验,探讨了工程应用的可行性。试验表明,再生细骨料混凝土的工作性能基本满足要求;当取代率不大于20%时,其抗压强度、抗拉强度、抗折强度均与普通骨料混凝土相差较小,且其抗渗性能达到P6等级,氯离子渗透性低,抗碳化性能较好,表明其基本性能安全可靠,能够替代普通骨料混凝土。

考虑基体混凝土水灰比影响的再生粗(细)骨料混凝土徐变模型

对现有再生混凝土徐变试验数据的研究发现,源于不同强度混凝土的再生细骨料对再生混凝土徐变的影响差异较大,而现有模型未计入该差异的影响。因此,基于课题组前期已提出的再生粗、细骨料混凝土徐变模型,引入水灰比系数考虑用于制造再生骨料的废弃混凝土(基体混凝土)强度对残余水泥石物理性质的影响,提出了考虑基体混凝土水灰比影响的再生粗、细骨料混凝土徐变通用模型。基于现有试验结果,对所提出的再生粗、细骨料混凝土徐变模型及已有模型预测结果进行了对比分析。研究表明,修正后的徐变通用模型精度高于已有徐变预测模型,且离散性较低。通过系统参数分析,研究了在工程常见的参数范围内,基体与再生混凝土强度、取代率、再生细骨料吸水率以及环境相对湿度对徐变的影响。分析发现,基体混凝土强度、取代率、再生细骨料吸水率、环境相对湿度是影响再生混凝土徐变的关键参数。