铁尾矿粉混凝土在荷载与硫酸盐干湿循环耦合作用下的性能劣化机理

铁尾矿粉作为矿物掺合料应用于混凝土有助于固废高值化利用和节能减排,而关于铁尾矿粉混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的研究,大多只考虑了单一条件或者加速条件环境,其在多种环境耦合下的劣化特征尚未得到探究.本文将铁尾矿粉作为矿物掺合料应用于混凝土中,以相对动弹性模量、质量损失率为性能指标,研究荷载-硫酸盐干湿循环耦合作用下铁尾矿粉混凝土劣化过程,探究铁尾矿粉掺量和荷载率对铁尾矿粉混凝土内部劣化的影响,结合扫描电镜(SEM)、X-ray衍射分析(XRD)、压汞(MIP)等微观手段揭示铁尾矿粉混凝土在耦合作用下损伤劣化机理.结果表明:适量铁尾矿粉的掺入有利于其与矿粉的协同水化作用,提高混凝土水化程度和基体密实度,减少硫酸根离子传输路径,提高混凝土抗硫酸盐侵蚀能力;荷载的施加使试块内部微裂纹宽度和数量增加,为硫酸根离子的进入提供更多渗透路径,加速铁尾矿粉混凝土损伤劣化过程;耦合作用使得铁尾矿粉混凝土内部损伤不断累积,在微观上表现为结构的疏松和裂缝的衍生扩展,在宏观上表现为力学性能的衰减和整体结构完整性的下降.

硅铝型铁尾矿粉的无熟料固结性能及水化机理

为探究磨细铁尾矿粉在无熟料体系中的固结性能,以硅铝型铁尾矿为主体材料,掺配钙、硫、硅校正材料,在磨细比表面积约为1 000 m2/kg时,使铁尾矿粉获得无熟料高强度固结效果.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描同步热分析仪(DSC-TG)测试技术及化学滴定方法,分析了固结体中水化产物的种类、含量及微观形貌,研究了无熟料固结材料的水化机理.结果表明:当钙、硫、硅校正材料总占比为40%,且三者之间质量比为20∶5∶15时,利用铁尾矿细磨过程中矿物表面晶格畸变形成的非晶质层成分与校正材料之间的水化反应及产物协同效应,能够获得28 d强度为52.08 MPa的固结体;水化过程中,钙矾石(AFt)的快速生成为硬化浆体提供了早期强度,水化硅酸钙(C-S-H)是稳定固结体后期强度的保证,1/7~1/5的晶胶比确保了固结体强度的持续发展.

双碳背景下钢结构碳排放研究进展

我国碳排放总量高居世界首位,建筑领域碳排放量巨大,需要积极转型升级,促进其绿色低碳发展。钢结构作为典型的绿色环保型建筑,双碳背景下得到土木工程领域的持续关注。系统总结了目前钢结构碳排放的研究进展,指出了目前研究中存在的问题及后续重点研究方向。结果表明:钢结构物化阶段和消纳阶段的碳排放是研究重点,碳减排措施研究应从全生命周期角度综合考虑。应进一步推进钢结构碳排放相关核算工作和研究,完善相关评价体系和减碳排措施,以助力建筑行业双碳目标的实现。

钢结构制造全过程碳排放与碳减排研究

发达国家钢结构普遍使用热轧型材,我国钢结构普遍采用钢板制作,其制造过程包括钢板下料、组焊、表面清理及涂装等主要工序,因此我国钢结构制造过程碳排放具有独特性。系统研究了钢结构制造全过程碳排放的来源和产生机理,分别基于制造工序和投入产出法,对制造全过程的碳排放进行了详细核算分析,结果表明:不考虑废钢循环时,制造全过程碳排放为2606.90~2616.82kg;考虑废钢循环时,制造全过程碳排放为1369.30~1379.22kg。根据实际案例分析,给出了钢结构制造全过程碳排放参考值及碳减排措施。

矿渣粉与超细铁尾矿粉在无熟料固结体中的协同水化机制

超细铁尾矿粉表面非晶态铝硅酸盐矿物成分具有水化活性,能够形成较高强度的无熟料固结体,但存在早期水化速率快、后期强度低的缺点。本工作考察了掺入矿渣粉对超细铁尾矿基无熟料固结体微观结构及强度的影响,分析了硬化浆体中水化产物的形貌、种类及含量的差异,并研究了二者在无熟料固结过程中的协同水化硬化机制。结果表明:磨细铁尾矿粉和矿渣粉质量比在1∶1时无熟料固结体28 d可以获得78 MPa以上的强度,XRD、TG-DSC分析结果及SEM微观形貌显示铁尾矿粉和矿渣粉的水化产物一致,均为铝掺杂水化硅酸钙(C-(A)-S-H)和钙矾石(AFt),固结体中AFt的生成量早期与矿渣粉的比例呈正相关关系,后期受体系中SO_(3)含量的控制,固结体的线性膨胀率与AFt含量呈正相关关系,矿渣粉和铁尾矿粉复配可以明显改善试样硬化体的孔结构,二者比例在1∶1时孔径分布最优。本研究证实了矿渣粉与超细铁尾矿粉在无熟料固结过程中有明显的水化协同效应,超细铁尾矿粉表面非晶态成分的早期水化产物对硬化浆体早期起到固结和填充效应,矿渣粉的持续水化补充了后期新的水化产物,二者在水化过程中的协同机制增加了体系中水化产物的生成量,改善了浆体的孔结构,提高了密实度,使固结体获得较高的力学性能和体积稳定性。

建筑(群)和基础设施安全领域软件发展综述

为综合分析我国建筑(群)和基础设施安全领域软件发展现状,探索未来发展方向。首先,介绍建筑(群)和基础设施安全领域软件的发展现状和趋势,系统梳理国内外广泛使用的主流商业软件;然后,介绍软件技术水平、自主知识产权水平与核心技术掌握程度、软件应用及影响,阐释发展具有自主知识产权的建筑(群)和基础设施安全领域软件存在的问题;最后,提出建筑(群)和基础设施安全领域软件发展的战略需求、目标、关键前沿技术和支撑保障。研究结果表明:我国建筑(群)和基础设施安全领域软件自主知识产权基础相对薄弱,未来应重点在信息化建模、高精度模拟和智能化设计等共性技术和工程应用方面开展深入研究。

PS-InSAR在边坡变形监测中的应用研究

公路边坡的稳定性是整个公路工程正常运行的关键,需要选取有效的边坡变形监测方法对其进行监测。永久散射体干涉测量技术(PS-InSAR)能够快速、大范围获取精确大地变形数据,在公路边坡变形监测领域具有良好的应用前景。因此,以北京市怀柔区G111京加路山区路段为研究对象,介绍了PS-InSAR原理,并通过使用31景“哨兵1A”卫星影像数据对区域路段进行普查,采用PS-InSAR对京加路沿线边坡进行高精度识别与分析,筛查出京加路沿线隐患点33处,并确认出12处风险等级较高的区域与养护巡查确定的结果吻合,实现了在重点隐患区域布置监测系统实时监测边坡的变化趋势,为公路边坡的治理提供了重要的基础资料。

内养护剂和膨胀剂组合对混凝土收缩的影响

为在等抗压强度前提下调控混凝土的早期收缩开裂,以膨胀剂(HP-CSA)和由高吸水树脂(SAP)引入的内养护水占胶凝材料相同比例进行组合,设计了各自的内掺量均为0%、4.5%、6.0%、9.0%共4种混凝土配合比,研究了其对混凝土早期收缩的调控规律,并分析了混凝土收缩、力学强度、内部相对湿度和干燥失水率之间的关系.结果表明:混凝土早期收缩和内部相对湿度发展均呈2阶段规律;随“HP-CSA+SAP”组合掺量增加,其对混凝土早期收缩的调控作用逐渐增强,且在阶段I的调控作用更为显著,但28 d时仍不能根除混凝土的净干燥收缩;组合掺量对混凝土早期内部湿度发展的整体影响较小;混凝土28 d内的净干燥收缩与干燥失水率之间基本呈线性正相关.从调控收缩、强度保持和经济性等方面综合考虑,6.0%为最优调控组合掺量.

抗震韧性城市评估与构建

近年来城市化进程不断加快,城市面积和人口规模持续增长,对城市的地震安全提出了更高要求。韧性城市理论的提出为有效解决城市地震安全风险提供了新的解决思路。目前,国内外尚缺乏合理的城市抗震韧性评估和构建途径。为此,阐述了抗震韧性城市的内涵、本质特征、构成要素及评估指标,将城市抗震韧性的构成要素概括为“一个根本、两个保障”,即工程系统、制度系统、社会和经济系统。建立了基于震后损失及恢复时间的双参数城市抗震韧性评估方法,提出了“设定目标→评估→提升→再评估”的韧性城市的构建途径。所提方法可为单体基础设施、工程系统、城市系统抗震韧性,以及其他灾害韧性的评估和提升提供理论指导和实践依据。

基于“风险源-承灾体-减灾力”的“防-诊-治-应”城市安全技术体系

城镇化快速推进使城市安全面临诸多挑战,如何保障人民群众生命财产安全以及城市正常运行,是亟须解决的问题。基于“风险源-承灾体-减灾力”的城市安全理论框架,以实战为导向,提出“防范预警-诊断评估-治理提升-应急救援(防-诊-治-应)”的城市安全技术体系,系统化地呈现了“防-诊-治-应”四阶段的工作内容,总结了深圳市在该技术体系下的实践经验。该体系全面考虑了风险源、承灾体、减灾力三类城市安全要素,构建了城市安全管理的新路径,以期为城市安全治理提供系统性的解决方案。

水泥基灌浆材料应用研究评述

水泥基灌浆材料以其高流动性、微膨胀和高强度等重要特征,在各类工程中得到广泛应用,并呈现出性能不断分化的发展趋势。针对水泥基灌浆材料的发展和应用,首先总结了其发展阶段及概况;然后系统分析了水泥基灌浆材料按性能特征的分类和按应用领域的分类以及二者之间的相关性,进一步结合应用领域分类介绍了不同用途的水泥基灌浆材料典型应用案例;最后,对水泥基灌浆材料国内标准化发展历程进行了重点梳理,对水泥基灌浆材料的未来发展和应用前景进行了展望,并提出了若干研究和工程应用建议。

等跨等截面连续梁的解析计算公式

求解等跨等截面连续梁的变形和内力是土木工程领域的典型问题.基于Euler–Bernoulli梁理论,利用位移法和辅助数列推导出任意跨数的等跨等截面连续梁梁端转动刚度的解析表达式,进而得到连续梁支点转角、弯矩在跨中集中荷载、满跨均布荷载、竖向温差作用下的通用计算公式.研究表明:当跨数趋于无穷大时,等跨等截面连续梁的梁端转动刚度上限值为单跨梁抗弯线刚度的2√3倍.不同跨数的等跨等截面连续梁可采用形式统一的解析公式计算支点转角和弯矩,不同静力荷载作用结果的区别仅由单跨梁的固端弯矩决定.所得公式形式简洁、通用性强、应用方便,能揭示跨数对连续梁力学特性的影响规律,亦可用于分析顶推施工导梁参数优化等实际工程问题.

桥梁裂缝智能识别与监测方法研究

当前,裂缝识别与监测一直是桥梁结构健康监测的重要研究内容。在桥梁结构现场检测与监测中,传统的裂缝识别与监测技术尚不足以满足实际工程的时效性和精确性需求,尤其是裂缝监测技术。基于深度学习的裂缝图像识别极大提升了裂缝检测的效率和精度,但目前仅能获得特定时刻的裂缝信息,缺乏对裂缝产生和演化过程的监测能力,而这些信息对混凝土结构服役安全量化和科学评价具有重要意义。鉴于此,对基于深度学习的裂缝识别与监测方法进行了系统研究,分析和讨论了裂缝数据集构建基准,改进优化了裂缝目标检测和语义分割算法,提出一种多任务集成一体化实时识别算法,并建立了该模型推理效果评价方法,优化了裂缝参数计算方法,最终形成了裂缝识别及动态扩展自动化实时监测方法。结果表明:所提出的裂缝智能识别与监测方法可以对新裂缝的产生和既有裂缝的全局演化实现良好追踪,监测数据可以为桥梁结构当前服役性能的科学量化评估提供支撑。

建筑与基础设施全寿命周期智能化的研究现状及关键科学问题

第266期双清论坛"建筑与基础设施全寿命周期智能化前沿理论与方法"围绕土木工程智能化的研究现状、发展趋势及面对的挑战进行了深入研讨,与会专家一致认为:加强工程科学与信息科学的交叉融合,对于促进建筑与基础设施全寿命周期智能化转型升级,促进工程运维管理体系创新以及大数据分析与人工智能技术新突破均具有重要意义,是国际土木工程领域的最新前沿之一。论坛主要从以下4个方面,凝练了建筑与基础设施全寿命周期智能化的关键科学问题和主要研究内容:(1)智能设计、智能材料与智能结构;(2)智能建造;(3)智能诊治和运维;(4)全寿命周期数据与智能管控平台。通过人工智能等新一代信息技术与土木工程学科的深度交叉融合,建筑与基础设施全寿命周期智能化的研究必将助推我国土木工程向绿色化、长寿化、智能化发展,全面提升土木工程建造运维品质,并推动经济社会的高质量、可持续发展。

双碳目标下钢结构行业发展现状及展望

我国承诺在2030年前实现碳达峰,2060年实现碳中和,实现这一目标需要全社会共同努力,建筑业更是要积极转型升级,实现绿色可持续发展。钢结构属于典型的绿色环保节能型结构,符合循环经济和可持续发展的要求,近年来得到了快速发展,2020年钢结构产量达到了8900万t。通过对钢结构行业近年来的调研数据进行详细分析,阐述了钢结构行业的发展现状,重点分析了钢结构相关政策、加工区域特点、钢材品种及强度应用、钢结构应用领域、人均生产劳动率、行业集中度等,指出了双碳目标下我国钢结构行业的发展趋势及路径,对钢结构行业发展有重要指导作用。

结构服役安全智能诊断研究与应用进展

土木工程行业逐步由集中建造向服役运维转型,在役基础设施的运营维护成为重点工作。目前,以人工检测、鉴定与评价为核心的在役工程结构诊断技术,在时效上难以满足大量在役工程结构服役安全诊断的巨大需求。基于标准规范的评价方法,采用指标评分和考虑指标重要性程度的综合评估和等级划分,也难以实现工程结构服役安全的科学评价。因此,发展工程结构智能诊断新理论、新方法成为必然。智能诊断从技术流程上包括服役信息感知、性态识别、性能评价、演化预测。近年来,结构服役安全诊断与智能感知技术和人工智能技术的交叉融合取得了一定成果,但就构建工程结构服役安全智能诊断体系,实现结构服役性能智能评价和预测,仍面临一系列关键问题。为此,在总结了工程结构智能诊断的发展现状的基础上,分析了当前研究的主要问题,并建议了下一步研究思路和应突破的关键问题。

未知异构多智能体系统无模型自适应动态规划同步控制

多智能体协同在众多领域逐渐得到应用,但是还有很多仍未解决的问题。为此,研究了基于无模型自适应动态规划(MFADP)的未知异构多智能体系统同步控制问题,其中领航者智能体和追随者智能体动态模型均是未知的。首先为每一个追随者智能体设计观测器来估计领航者智能体的信息,包括领航者智能体状态以及领航者智能体系统动态矩阵。然后利用追随者智能体动态模型信息和观测器动态模型信息构建增广系统,运用贝尔曼最优性原理求得最优控制器以及对应的代数黎卡提方程。在追随者智能体系统动态模型信息未知的情况下,引出了MFADP算法。最后使用双质量-弹簧系统来验证所提算法的有效性。

深圳湾超级总部基地C塔全寿命周期安全设计探索及实践

我国新建和既有建筑规模庞大,但近年来建筑安全事故多发频发。根据研究统计,建筑安全事故与建筑设计密切相关,通过设计改进或优化,能有效提升建筑全寿命周期安全水平,同时,在设计阶段开展建筑全寿命周期安全管控的代价小、效率高,因此开展安全设计研究对建筑全寿命周期安全管控意义重大。研究以深圳湾超级总部基地C塔项目为依托,在设计阶段打破传统设计模式,组建了由建设、设计、安全咨询、施工和物业管理等多方组成的安全设计团队,除了在设计中考虑职业安全与健康的需求外,创新性地提出了“全寿期-泛场景-多灾种”的安全设计理念,并将其应用于深圳湾超级总部基地C塔的工程设计中,以有效预防和减少C塔后续施工和运维过程中安全事故的发生。并针对安全设计开展过程中存在的难点问题提出了相应的对策和建议。通过此次创新实践,为安全设计理念在我国超高层建筑设计中的应用和推广提供了有益参考。

碳纤维复合材料拉索的锚固体系及服役性能研究进展

随着国家基础设施建设的发展,桥梁拉索面临着大跨度、长寿命的需求,使轻质高强、耐腐蚀疲劳性能优异的碳纤维增强复合材料拉索具有替代传统钢索的巨大优势。为此,探讨了现有碳纤维复合材料拉索的锚固体系,介绍了碳纤维复合材料拉索锚固体系的工程应用,总结了碳纤维复合材料拉索长期服役性能的研究现状。结果表明,现有的锚固体系可解决跨度小、吨位小的碳纤维复合材料桥梁拉索锚固问题,但因锚具尺寸过大、制造工艺复杂、受力不协同、不便于现场安装等问题,需开发针对大跨度桥梁拉索的高效率锚固体系。由于碳纤维复合材料拉索长期性能的演化规律与性能退化机制较为复杂多样,且在不同服役环境和荷载耦合作用下存在较大差异,需建立碳纤维复合材料拉索长期服役性能的监测技术和寿命预测方法。

现代混凝土收缩开裂组合调控法评述

混凝土减缩防裂是混凝土耐久性研究中的重点问题。减缩剂法、膨胀补偿法、内养护法、外养护法、纤维增强法均已被证明是有效的减缩、控裂方法,但在单一使用时常常有其一定的局限性。根据混凝土收缩开裂的材料化学、物理、力学和微观机理,通过科学的匹配设计,采用合理的“内掺组合调控”“内外组合调控”“主被组合调控”组合调控技术,可发挥各方法间的协同作用,达到定时定向、高效针对、优势互补、劣势互消的目标,有望为混凝土减缩防裂提供全过程的、适用性更强的技术解决方案。