Three-Dimensional Multi-Phase Microscopic Simulation of Service Life of Recycled Large Aggregate Self-Compacting Concrete

Recycled large aggregate self-compacting concrete (RLA-SCC) within multiple weak areas. These weak areas have poor resistance to chloride ion erosion, which affects the service life of RLA-SCC in the marine environment. A three-dimensional multi-phase mesoscopic numerical model of RLA-SCC was established to simulate the chloride ions transportation in concrete. Experiments of RLA-SCC immersing in chloride solution were carried out to verify the simulation results. The effects of recycled large aggregate (RLA) content and RLA particle size on the service life of concrete were explored. The results indicate that the mesoscopic numerical simulation results are in good agreement with the experimental results. At the same depth, the closer to the surface of the RLA, the greater the chloride ion concentration. The service life of RLA-SCC in marine environment decreases with the increase of RLA content. Compared with the service life of 20% content, the service life of 25% and 30% content decreased by 20% and 42% respectively. Increasing the particle size of RLA can effectively improve the service life of RLA-SCC in chloride environment. Compared with the service life of 50 mm particle size, the service life of 70 mm and 90 mm increased by 61% and 163%, respectively. .

煤矸石骨料混凝土力学和耐久性能研究进展

煤矸石作为我国最多的工业固体废弃物之一,大量煤矸石露天堆放给生态环境带来巨大压力,若将其加工制备成混凝土骨料,既可解决对环境的污染,还可弥补天然砂石资源的短缺,符合绿色可持续发展理念。煤矸石骨料存在薄弱组分较多、均匀程度差等问题,这会对煤矸石混凝土性能产生较大的负面影响。本文总结了煤矸石骨料的基本特性,分析了混凝土用煤矸石骨料存在的主要问题。基于煤矸石存在的问题,本文阐述了提升煤矸石骨料性能的技术途径(如表面裹浆技术、热活化处理技术和微生物矿化技术),综述了煤矸石骨料对混凝土力学及耐久性能的影响,并提出了改善其性能的方法,以期为煤矸石骨料在混凝土中高效资源化利用提供理论和技术支持。

热缩型纤维调控大体积混凝土抗裂性能研究

研究了高模量热缩型纤维与具有高微细连通孔的内养护集料协同作用对大体积混凝土力学性能、抗裂性能、收缩性能的影响,并进行了微观机理分析。结果表明:复掺热缩型纤维和内养护集料对大体积混凝土力学性能影响较小,但能明显提高大体积混凝土的抗裂性能并降低收缩变形,最大裂缝宽度和单位面积的总开裂面积较基准组分别降低了85.7%、94.9%,干燥收缩值降低了47.6%。SEM分析表明,热缩型纤维及内养护集料与胶凝浆体紧密结合、界面致密,从而提高了大体积混凝土的抗裂性能。

再生大骨料-自密实砂浆混凝土力学性能分析

为了研究再生骨料粒径、再生骨料强度和自密实砂浆强度对其力学性能的影响,运用ABAQUS对再生大骨料-自密实砂浆堆石混凝土试件单轴抗压试验进行细观模拟,对比了试验值、模拟值,并对模型的合理性进行验证.结果表明:以再生骨料粒径、再生骨料配制强度以及自密实砂浆配制强度为变量,采用二维正五边形的随机骨料模型进行单轴受压分析,研究上述三个因素对再生大骨料-自密实砂浆混凝土轴心抗压强度的影响,模拟结果与实验结果吻合度较好,进一步验证了细观模型的合理性.

煤矸石综合利用研究进展

煤炭开采和分选过程中,伴生10%~15%的煤矸石。大量煤矸石堆积不仅占用土地资源,而且带来了一系列环境问题。对煤矸石进行综合利用迫在眉睫。基于煤矸石的化学成分,煤矸石综合利用研究总体分为两大方向,包括大宗化利用和高值化利用。煤矸石大宗化利用方向详细综述了能源利用、建筑材料生产和回填复垦3个方面。煤矸石含碳量高于20%时(即热值6270~12550 kJ/kg),可以利用其燃烧产生的热量应用于发电。煤矸石含碳量低于4%时,可作为粗骨料用于建筑材料生产。钙镁含量低于10%,且Al_(2)O_(3)和SiO_(2)的质量比在0.30~0.50时,可用于生产水泥。煤矸石用于回填复垦时,要考虑重金属元素不得超标的问题。煤矸石高值化利用方向详细综述了合成沸石和陶瓷材料方面的应用。其中Al_(2)O_(3)和SiO_(2)质量比仍是条件优化的重要参数之一。可通过添加不同材料改变Al_(2)O_(3)和SiO_(2)质量比进行改性,达到性能优化的目的。其中,高SiO_(2)和Al_(2)O_(3)含量使煤矸石成为潜在的合成沸石的前体,用于吸附废水中的重金属离子和染料等污染物以及温室气体CO_(2)等。通过添加Al_(2)O_(3)形成较高的Al_(2)O_(3)和SiO_(2)质量比,还原煤矸石中的Si,可能有助于合成高性能陶瓷材料。但是,目前在煤矸石高值化利用方面,距离大规模工业应用仍存在一定距离。提高材料性能,缩短材料生产周期和降低生产成本是关键。总之,煤矸石综合利用必须考虑不同地区煤矸石的化学成分。基于煤矸石化学成分,协同进行大宗化利用和高值化利用,将提高煤矸石的综合利用率,带来经济收益和环境效益。

粗骨料全替代再生混凝土的孔结构与力学性能分析

为提高建筑垃圾利用率,采用两种来源不同且性质差异较大的再生粗骨料来制备满足工程需求的大流动性再生混凝土,在粗骨料全替代下研究不同品质再生粗骨料及不同矿物掺合料对再生混凝土工作性、力学性能及孔结构的影响,并确定其最优配合比。结果表明:与天然粗骨料相比,再生粗骨料内部含有较多裂缝,掺入粉煤灰和矿粉后,部分颗粒填充于骨料内部缝隙之间,有利于改善混凝土和易性,但不利于混凝土强度发展。孔结构分析表明气泡体积占比越小,有益气泡占比越大,对混凝土越有利。综合考虑各项性能,推荐最优配合比为双掺粉煤灰10%(质量分数,下同)、矿粉5%,此时再生混凝土工作性满足大流动性的要求,强度满足C30强度等级要求。

基于DIC技术的大粒径水工沥青混凝土断裂性能研究

在水工沥青混凝土中断裂主要以张开型(I型)为主,为研究不同油石比下大粒径水工沥青混凝土的断裂性能,通过预裂缝小梁弯曲试验,并基于数字图像相关(DIC)技术对试件从加载到破坏过程中的水平应变进行分析。结果表明:在试验范围内不同油石比对大粒径水工沥青混凝土的断裂性能影响并不显著。不同油石比下沥青混凝土的临界应力强度因子和J积分断裂韧度变化均不明显,利用DIC技术可以较好地反映出试件在断裂过程中的应变情况,为沥青混凝土的断裂性能提供量化依据。

混凝土用煤矸石骨料的研究进展

煤矸石作为我国最大的工业固体废弃物之一,将其作为混凝土骨料既可解决环境污染,还可弥补天然砂石资源短缺的现状,是煤矸石最经济、最环保的资源化利用方式,符合绿色可持续发展的战略要求。综述了混凝土用煤矸石骨料的研究进展,分析了煤矸石骨料对混凝土性能的影响,提出了煤矸石骨料利用仍存在的主要问题,以期为实现煤矸石的低能耗大宗化利用提供参考性建议。

不同应变率下大骨料及湿筛混凝土单轴受压试验研究

为研究大坝等大体积混凝土结构在地震荷载下材料的动态性能,对大骨料三级配及其湿筛二级配混凝土进行了动态单轴受压性能试验研究（应变率为10-5-10-2/s）。分析了大骨料和湿筛二级配混凝土的抗压强度、应力-应变曲线、初始弹性模量、临界应变与应变速率之间的关系。试验结果表明：不同应变率下的大骨料和湿筛二级配混凝土的破坏形态类似。随着应变率的提高,大骨料和湿筛混凝土的强度和弹性模量随之增加,应变的增加较小,可以认为基本保持不变。根据试验结果建立了大骨料和及其湿筛混凝土的强度、峰值应变、弹性模量与应变率的关系公式。

大骨料混凝土在动态三轴拉压压应力状态下的强度

采用大型混凝土静、动态三轴液压伺服试验系统,比较了大骨料混凝土试件和湿筛二级配混凝土试件在动态三轴拉压压应力状态下的强度特征.结果表明:2种试件的破坏均为典型的拉伸破坏,裂缝垂直于拉应力方向;动态抗拉强度随应变率的增大而增大,随压应力的增大而减小;抗拉强度增长系数与应变率比的对数呈线性关系;大骨料混凝土试件的动态抗拉强度及其对应变率的敏感性均比湿筛二级配混凝土试件的要小.在八面体应力空间中建立了破坏准则,为大体积结构的非线性分析和抗震设计提供了试验依据.

不同骨料级配混凝土的双轴压强度试验和破坏准则

针对某大坝实际工程,用液压伺服静动态三轴试验系统,对某大坝工程不同骨料级配和尺寸的混凝土试件在双向压荷载作用下的变形和强度特性进行了试验研究。试件采用大坝原级配最大骨料粒径为80mm的立方体试件以及相应的湿筛混凝土试件,尺寸分别为250mm×250mm×250mm、150mm×150mm×150mm、100mm×100mm×100mm。试验过程测得了所有试件两个加载方向的应力和应变以及未加载方向上的变形,探讨了不同级配混凝土的双轴抗压强度、极限变形、应力-应变曲线以及破坏形态的变化规律。试验发现大骨料混凝土在双轴压作用下的极限强度和变形能力要比相应的湿筛小骨料混凝土提高的更多,最后分别在主应力空间和主应变空间建立了不同级配混凝土的破坏准则。

大粒径再生粗骨料自密实混凝土强度试验研究

为充分消解老旧建筑拆解的废弃黏土砖,并应用于村镇低层建筑建设中,将废弃黏土砖制备成大粒径再生粗骨料,采用骨架密实堆积法,寻求5～100mm粒径范围再生粗骨料的最大密度,降低再生粗骨料的空隙率,通过曲线拟合合理级配再生粗骨料,从而制备出具有良好工作性、满足普通混凝土使用要求的再生粗骨料自密实混凝土。通过本试验研究可以有效减少再生粗骨料的制备成本,简化再生粗骨料的制备过程,并拓展再生粗骨料混凝土的应用范围,具有良好的经济效益。

大骨料混凝土率型内时损伤本构模型

以内时理论和损伤理论为框架,分析了骨料粒径和应变率效应对混凝土损伤的影响.建立了大骨料混凝土的率型内时损伤本构模型,并采用该模型进行多轴动态应力-应变曲线分析.与大骨料混凝土多轴动态试验数据对比结果显示数值与试验结果符合较好,说明该模型可作为大骨料混凝土动态性能研究的依据.最后,应用所提出的本构模型和未考虑大骨料因素的内时损伤本构模型对某混凝土拱坝进行非线性地震反应分析,结果表明,应变率和骨料粒径对于结构的强度和刚度影响较大,在分析中应得到重视.

大骨料混凝土在动态双轴压应力下的试验研究

利用大连理工大学自行研制、改造的大型液压伺服静动三轴试验系统对70个大骨料混凝土立方体试件进行不同应变率和不同应力比下的双轴压试验,系统研究了当应变率分别为10-5、10-4、10-3、10-2/s时,大骨料混凝土在应力比1∶0,1∶0.25,1∶0.5,1∶0.75,1∶1状态下的强度变化、变形特性、应力-应变曲线和破坏准则。试验表明:大骨料混凝土在双轴压应力状态下,随着应变率的提高,任一应力比下的混凝土的极限强度有所提高,并建立了考虑相似角影响的八面体应力空间破坏准则。

大粒径骨料钢纤维高强混凝土试验研究

进行了最大粒径为25,31.5 mm的连续级配碎石钢纤维高强混凝土试验,研究了碎石粒径、水灰比、钢纤维长度及体积分数对钢纤维混凝土拌和物坍落度和硬化钢纤维混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、弯拉强度的影响规律,并与现行规程CECS38:2004《纤维混凝土结构技术规程》的相关强度计算公式进行了对比.结果表明:钢纤维在混凝土拌和物中的"棚架"效应将产生钢纤维混凝土拌和物坍落度减小的表象,在振动作用下该效应迅速瓦解而对试件成型影响较小;连续级配碎石最大粒径和钢纤维长度对钢纤维混凝土的抗压、劈裂抗拉强度影响较小,但对钢纤维混凝土弯拉强度的增强效果影响较大;可以采用现行规程确定最大粒径为31.5 mm的连续级配碎石钢纤维高强混凝土的抗压、劈裂抗拉强度,但弯拉强度的试验值则低于计算值.

大直径骨料自密实堆石混凝土Ⅰ型断裂性能研究

研究大直径骨料(150 mm)自密实堆石混凝土Ⅰ型断裂性能的研究。分别制作了再生骨料和天然骨料试件各两个,进行三点弯Ⅰ型断裂试验。测得了起裂荷载、峰值荷载全曲线和曲线,同时计算了试件的断裂韧度、断裂能和。结果表明:天然骨料和再生骨料的Ⅰ型断裂性能具有一定的相似性,不改变作为混凝土材料的基本力学特征,再生骨料的制作工艺对其力学性能具有一定的影响,这可能与材料的黏结机理有关。研究结果对工程应用具有一定的意义。

再生大骨料-自密实砂浆堆石混凝土力学性能研究

为研究再生大骨料粒径、原始强度和自密实砂浆强度对再生大骨料-自密实砂浆堆石混凝土力学性能的影响,采用压力机对7组不同再生大骨料-自密实砂浆堆石混凝土试块进行了一系列试验研究。结果表明:自密实砂浆能够充分填充更小骨料粒径构成的堆石体,骨料粒径由100 mm降至60 mm时,自密实砂浆仍可充分地填充堆石体,其立方体抗压强度仅下降5.97%,而轴心抗压强度与劈裂抗拉强度的降幅均在可行范围内,侧面反映出自密实砂浆可填充再生大骨料堆石体且效果显著;在再生大骨料-自密实砂浆混凝土棱柱体轴心受压的应力-应变关系中,再生大骨料-自密实砂浆堆石混凝土的强度、静态弹性模量和峰值压应变均与骨料粒径、自密实砂浆强度和再生骨料原始强度呈正相关,再生骨料粒径的影响小于再生骨料原始强度和自密实砂浆强度的影响;通过拟合提出的再生大骨料-自密实砂浆堆石混凝土的强度计算公式和单轴受压多项式型本构模型、有理分式型本构模型计算结果与实测值吻合度良好。

轻骨料混凝土在大跨梁结构中应用的效益分析

定量分析了用强度等级相同的轻骨料混凝土替代普通混凝土后,在承载力保持不变,同时挠度也满足规范要求的前提下,不同跨径的矩形截面简支梁在钢材用量、混凝土用量、跨中挠度等方面的变化情况。计算结果表明,轻骨料混凝土应用于大跨梁结构具有明显的经济效益。

机制砂再生粗骨料混凝土配筋柱大偏心受压裂缝控制试验研究

为深入研究机制砂再生粗骨料混凝土结构的性能,本研究进行了12根机制砂再生粗骨料混凝土配筋柱的大偏心受压性能试验,研究了长细比和初始偏心距变化对配筋柱在大偏心轴向压力作用下的正截面抗裂度、裂缝分布和裂缝宽度的影响规律,并通过与现行规范相应计算公式的计算结果对比,分析了机制砂再生粗骨料混凝土配筋柱的大偏心受压裂缝的特性,给出了正截面抗裂度和裂缝宽度的计算建议.

大骨料混凝土三轴受压动态强度试验研究

为了满足水工结构抗震分析和设计的需要,利用大连理工大学的大型液压伺服三轴试验系统,对大骨料混凝土和湿筛混凝土立方体试件进行了动态三轴受压试验,研究了应力比和应变率对湿筛混凝土的三轴抗压强度的影响。试验结果表明,两种混凝土的三轴抗压强度均高于其单轴抗压强度;湿筛混凝土的三轴抗压强度的提高值随应力比的不同而略有差别,随着应变率的增加而增加。根据试验结果,在八面体应力空间建立了湿筛混凝土的破坏准则,为水工结构物的非线性分析提供了试验依据。