减水剂改性固废基蒸压加气混凝土的制备与性能研究

以花岗岩石粉、黄河特细砂为硅质材料,以电石渣为钙质材料,以聚羧酸减水剂为改性剂,制备固废基蒸压加气混凝土(AAC)。研究了聚羧酸减水剂掺量对AAC料浆流动性、发气过程、抗压强度、干密度、孔隙率和孔径分布的影响。结果表明,减水剂掺量由0.15%增大到0.30%,料浆初始流动度、发气速率、发气量和孔隙率逐渐增大,制品抗压强度和干密度逐渐降低。减水剂掺量为0.25时,料浆初始流动性270 mm,发气量208 mL,孔隙率82.54%,抗压强度2.9 MPa,干密度509 kg/m^(3),AAC综合性能最优。减水剂掺量大于0.2%时,2 mm以上的大孔基本消失,孔隙率和孔壁无害孔含量对AAC抗压强度影响更明显。

基于Weibull分布的煤矸石对混凝土断裂损伤特性的影响

为探索煤矸石质量取代率、粉煤灰质量取代率、水灰比对I型裂缝煤矸石混凝土荷载-裂缝张开位移、荷载-跨中挠度曲线、断裂韧性、断裂能的影响规律,对I型裂缝煤矸石混凝土进行三点弯曲试验,将所得结果结合损伤力学及Weibull分布函数建立煤矸石混凝土的断裂损伤本构模型。结果表明:煤矸石质量取代率对预制I型裂缝的煤矸石混凝土断裂性能影响最大,粉煤灰质量取代率对其断裂韧度影响较大,水灰比对其断裂能影响较大;提升煤矸石混凝土断裂时断裂韧度及断裂能的最佳组合的煤矸石质量取代率为25%、粉煤灰质量取代率为10%、水灰比为0.5;经对比可知,所得损伤本构模型对应的应力-应变曲线与试验曲线高度吻合。研究成果为煤矸石混凝土的制备及工程实际应用研究提供了参考。

固废粗集料平均弹性模量与混凝土弹性模量的相关性

试验研究了12种不同固废粗集料压碎值试验中σ-ε曲线与配制混凝土的静态弹性模量之间关系,进行了压碎值试验固废粗集料变形的离散元数值模拟,分析了国内外主要标准中公式计算固废粗集料混凝土弹性模量误差偏大的原因。研究结果表明:基于中国、美国和欧洲标准的普通密度固废粗集料混凝土弹性模量计算值分别高出实测值45.5%、15.8%和52.5%;固废粗集料在压碎值试验σ-ε曲线的线性区间主要发生弹性变形;建立的固废粗集料σ-ε曲线指数模型拟合度高,R^(2)均大于0.99;通过在传统的压碎值试验中引入粗集料平均弹性模量、含水系数等参数,回归建立了固废粗集料混凝土弹性模量半经验公式,R^(2)为0.867。利用已有文献数据对半经验公式的普适性进行了检验,高判定系数(R^(2)=0.895)实测值与预测值的比较表明模型具有有效性,为快速、可靠预测固废粗集料混凝土弹性模量提供了依据。

玄武岩纤维对煤矸石陶粒混凝土抗冻性的影响

为促进废弃煤矸石在寒冷地区的建材资源化利用,研究了煤矸石陶粒作为粗骨料对混凝土抗冻性能的影响,探究了玄武岩纤维对煤矸石陶粒混凝土抗冻性能提升的效果。试验共设计了4种类型混凝土,纤维体积掺量分别为0%,0.1%,0.2%和0.3%。采用快速冻融循环试验,比较了纤维掺入对基体动弹性模量的影响规律,同时,利用图像识别技术引入分形维数定量表征试件冻融损伤程度。之后,开展了毛细吸水试验,对比了冻融损伤后基体的累积吸水量和毛细吸水系数的变化规律。结果表明,玄武岩纤维的加入能显著提高煤矸石陶粒混凝土的抗冻性能。随着纤维掺量的增加,煤矸石陶粒混凝土的动弹性模量损失率降低,基体表面冻融剥蚀明显缓解,引入分形维数可以定量地分析煤矸石陶粒混凝土外观形貌的变化规律。冻融损伤后,基体毛细吸水能力显著提高,而在相同的冻融循环下,基体的毛细吸水能力随着玄武岩纤维掺量的增加而降低。

不同煤矸石取代率剪力墙抗震性能研究

为了探究煤矸石取代率对煤矸石混凝土剪力墙抗震性能的影响,对3片不同煤矸石取代率的剪力墙进行低周反复荷载试验。根据所得剪力墙的破坏模式、荷载-位移关系和应力分布特征,分析了剪力墙承载力、延性、刚度退化、强度退化和耗能等指标的变化规律。结果表明:不同煤矸石取代率的中高剪力墙发生弯剪型破坏,且具有相似的破坏形态和受力特征。伴随煤矸石取代率的提高,试件承载力和延性与其呈负相关,试件割线刚度和强度出现梯度削减,且削减速度不断提高。同时煤矸石取代率对试件初始耗能水平影响显著,随着加载等级提高,试件耗能水平与骨料取代率呈负相关,但影响有限。考虑煤矸石作为混凝土骨料后结构自重减轻、成本低、符合绿色低碳理念,故可替代普通混凝土剪力墙应用于村镇农房以及中低层建筑之中。

基于响应曲面法的脱硫石膏基胶凝材料体系配比优化

为了改善脱硫石膏基胶凝材料强度低的缺点,实现脱硫石膏高值化利用,基于响应曲面法进行改性脱硫石膏复合体系优化设计。以生石灰粉煤灰水泥为改性剂,部分取代脱硫建筑石膏,制备改性脱硫石膏胶凝体系,研究不同改性剂及交互作用对复合胶凝材料1、 28 d抗压强度的影响,建立响应面预测模型,并进行试验验证。结果表明:不同改性剂质量分数分别为生石灰5.53%、粉煤灰9.17%、水泥15.32%时,复合材料性能最优。该配比下,复合材料1、 28 d抗压强度分别为5.50、 20.30 MPa,较纯脱硫石膏体系分别提高48.65%和67.77%。实测值与预测值偏差仅为0.90%和0.74%,表明响应曲面法预测精度高,方法可行。

基于响应曲面法的煤矸石地聚物注浆材料配比优化

以机械活化的原状煤矸石、粉煤灰和水泥为主料,水玻璃、氢氧化钠和脱硫石膏为激发剂配体,制备煤矸石地聚物注浆材料(CGGM)。采用响应曲面法中的Box-Behnken设计,研究煤矸石粉掺量、水玻璃模数和掺量对CGGM流动性、凝结时间和抗压强度的影响并揭示强度形成机理,构建回归模型,探究各因素及它们之间交互作用的影响程度,获得综合性能最佳配比。结果表明:三因素对各响应值影响显著部分交互项影响显著,各因素与响应值呈二次多项式模型,各模型回归系数R 2皆大于0.99,模型合理性和拟合性好。煤矸石粉和粉煤灰的微集料效应对前期强度有一定贡献,随着龄期延长,二者在激发剂配体作用下发生了聚合反应,生成C-(N)-S-A-H凝胶等,故CGGM强度形成主要来自C-S-H、AFt和C-(N)-S-A-H。当煤矸石粉掺量40%、水玻璃模数和掺量分别为1.6和12.2%时,CGGM的各项性能基本满足矿井高承压水害治理要求。

碳纳米管增强粉煤灰泡沫混凝土的制备及变形特性

为满足泡沫混凝土作为隧道围岩支护预留变形层填充介质力学性能要求,研制了一种微量碳纳米管增强粉煤灰泡沫混凝土(CNTAFC)的新型变形层填充材料。基于单因素分析,利用Box-Behnken Design响应面法,建立CNTAFC抗压强度预测模型,对其制备参数进行优化。此外,联合单轴压缩试验与数字散斑采集技术,对CNTAFC试样的荷载变形特征进行研究。结果表明:CNTAFC抗压强度回归模型合理有效,当碳纳米管(CNTs)掺量0.13%,骨胶比24.75%,粉煤灰掺量70.57%时,其28 d抗压强度预测值最大为5.936 MPa,误差为2.54%;CNTAFC试样提高了峰值强度,延性增强,其平均峰后强度大于峰值强度的60%,峰后曲线应变范围占极限应变的30%以上,满足围岩卸压吸能材料的性能要求;CNTAFC变形局部化启动可分为应变条件和应力条件,且选择应变确定条件为宜;在变形局部化启动时,CNTAFC强度接近峰值强度,泊松比显著提升。

新型泡沫混凝土缓冲层对深埋软岩隧道卸压规律的影响

针对普通泡沫混凝土具有孔隙率高、收缩量大和强度偏低等缺点,提出一种微量碳纳米管(CNTs)增强粉煤灰泡沫混凝土(CNTAFC)材料的制备方法,采用模型试验与数值模拟方法探究其作为深埋软岩隧道缓冲层填充材料的适用性,并运用数字散斑技术对比有、无CNTAFC缓冲层支护结构作用下隧道围岩的变形规律。结果表明:微量CNTs可有效增强泡沫混凝土的抗压强度,且平均峰后抗压强度大于平均峰值抗压强度的60%,平均峰后曲线应变范围占平均极限应变的30%以上,满足隧道围岩缓冲层填充材料卸压减能性能的要求;CNTAFC试件具有强度显著提高、变形缓慢和能量逐渐外放的特点,且从能量释放的角度分析,质量比为0.05%CNTs掺量的CNTAFC试件更能满足深埋软岩隧道支护结构缓冲层填充材料卸压的要求;深埋软岩隧道CNTAFC缓冲层支护结构可有效改善隧道围岩的应力状况,显著提高隧道围岩的承载能力,保证隧道的长期安全运营。

基于正交试验的钢渣-石膏胶凝体系性能探究

以水胶比、钢渣掺量、偏高岭土掺量和羟丙基甲基纤维素醚掺量四个因素设计正交试验,研究了不同因素对石膏胶凝材料抗压强度和耐水性的影响。通过极差分析和方差分析得知,钢渣掺量和水胶比分别是影响石膏胶凝材料抗压强度和耐水性的最重要因素。利用综合评分法得到了石膏改性材料的最优配比:水胶比0.65,钢渣掺量5%,偏高岭土掺量7%,羟丙基甲基纤维素醚掺量0.6%。对此,进行了试验验证和微观机理分析。改性后复合材料的抗压强度和软化系数较纯石膏体系分别提高了25.27%和93.55%。

基于RSM-CCD的自燃煤矸石粉-水泥砂浆配比优化

基于响应曲面法中的中心复合试验法(RSM-CCD)设计13组试验,以自燃煤矸石粉细度和掺量为影响因素,研究其对混合砂浆流动性、不同水化龄期抗压强度和抗折强度的影响.结果表明:自燃煤矸石粉细度和掺量对砂浆流动性和强度影响显著,特别是两者交互作用对砂浆抗折强度的影响极为显著,对抗压强度的影响随着水化龄期的延长而递增,所建立的回归模型相关系数(R^(2))大于0.96,表明模型的合理性和拟合性较好;当自燃煤矸石粉细度为8.00μm、掺量为15.49%时,砂浆流动度为182 mm,28、56 d抗压强度为43.8、50.2 MPa,抗折强度为8.4、8.7 MPa;自燃煤矸石粉具有微集料和活性效应,可以作为混凝土掺合料.

钢管煤矸石混凝土轴压短柱极限承载力计算方法研究

为促进煤矸石在钢管混凝土结构中的应用,选取辽宁地区的煤矸石作为粗骨料,开展6根钢管混凝土和12根钢管煤矸石混凝土短柱轴压试验。根据构件破坏形式与荷载-应变曲线讨论材料强度、钢管约束和取代率对构件轴压承载力的影响规律,进行了设计参数与承载力的相关性分析,在此基础上,讨论规范GB 50936—2014和规程T/CECS 625—2019中的轴压短柱极限承载力计算方法对钢管煤矸石混凝土的适用性,给出圆钢管煤矸石混凝土短柱极限承载力计算公式的建议修正系数。结果表明:轴向压缩试验下构件呈现出局部鼓曲与剪切破坏形态;与钢管普通混凝土短柱相比,钢管对核心煤矸石混凝土具有更好的横向约束效应;相同取代率下提高套箍系数与含钢率将显著提升构件承载力,构件的轴压承载力随煤矸石取代率提升而降低,但最大降低幅度未超过11%:煤矸石粗骨料对承载力的相关系数为-0.33且不具有显著性;现有的规范GB50936—2014和规程T/CECS 625—2019中相关计算方法适用于钢管煤矸石混凝土短柱,引入修正系数后承载力计算的平均相对误差在3%以内。

预埋碳纤维发热线沥青混凝土融雪试验研究

为研究埋设碳纤维发热线路面结构的融雪效果,制作沥青混凝土-水泥混凝土复合试块,呈S型预埋碳纤维发热线,在冬季室外环境下进行升温试验、实时融雪试验和积雪融化试验。结果显示:发热线埋深4cm、间距8cm、电压36V时发热效果优良;环境温度为-3.4℃,通电30min试件表面温度达到0℃;环境温度为-1.7℃,自然降雪180min积雪32mm时,通电试块积雪为0mm;环境温度为-1.7℃,人工堆雪30mm,通电150min时完全融化;环境温度为-5.1℃时,通电试块表面温度最终稳定在-3.3℃左右,积雪难以融化。研究表明,碳纤维发热线的布设形式、环境温度、积雪厚度、通电时间、通电电压都会影响融雪效果。

污泥特性研究及处置方法探讨

选取城市污泥和几种电镀污泥,研究其成分、组成、热特性以及所含不同重金属——Zn、Cr、Cd、Pb、Hg、Co、Ni、As在焚烧产物中的迁移规律。研究表明:城市污泥成分较接近黏土,热值也较高,可以替代黏土或者燃料入水泥窑;低温时污泥失重比较大,高温时失重趋于平缓;在焚烧灰渣中Zn和Ni属于容易富集的元素;Cr也容易残留在底灰中;Cu、As和Hg不易富集,易生成气态产物挥发到烟气中。最后根据污泥特性提出处置建议。

真空玻璃真空度在线检测技术与应用

采用光弹法和动态法在线检测真空玻璃的真空度.试验测试表明,通过光弹仪可以观测到真空玻璃支撑物与玻璃支撑点处因应力集中而产生的应力光斑,而且随着真空度的提高,应力光斑直径也增大.同时,采用动态法测得的真空玻璃的固有频率也随着其真空度的增大而增大.对该两种方法的原理、检测过程及工程应用进行了分析,该两种方法特点是操作简单,结果直观可靠,易于实现真空玻璃实际工程在线检测.

癸酸-硬脂酸/有机膨胀蛭石相变蓄热砂浆的制备与性能研究

以癸酸-硬脂酸(CA-SA)为相变材料,以通过硬脂酸钠(NaSt)疏水改性得到的有机膨胀蛭石(OEV)为支撑材料,采用熔融共混法制备定形相变材料(OEV/CA-SA)。将OEV/CA-SA掺入石膏基体中制备相变蓄热砂浆。结果表明,OEV/CA-SA的相变温度和相变潜热分别为21.48℃、61.65 J/g。100次热循环后,OEV/CA-SA热稳定性良好。随着OEV/CA-SA掺量的增加,相变蓄热砂浆的相变潜热逐渐增加,抗压强度不断降低。OEV/CA-SA掺量为10%时相变蓄热砂浆综合性能最佳,其相变温度为20.37℃,相变潜热为7.95 J/g,28 d绝干和饱水抗压强度分别为7.2、3.9 MPa,软化系数为0.54,具有良好的力学性能、耐水性能和蓄热调温性能。

粉砂土掺量对膨胀土膨胀与力学特性的影响

以河南省新乡地区某处膨胀土为研究对象,利用当地广泛分布的粉砂土对其进行改良,通过室内实验,研究不同粉砂土掺量对改良土膨胀特性及力学特性的影响。实验结果表明:随着粉砂土掺量的增加,无荷载和有荷载膨胀率在粉砂土掺量小于30%时快速下降,大于30%时缓慢下降;膨胀力随粉砂土掺量增加呈先缓慢下降后加速下降再缓慢下降的趋势;改良土黏聚力在粉砂土掺量为10%时达到最大,之后随粉砂土掺量增加先快后慢下降,内摩擦角则随粉砂土掺量增加而线性增加;粉砂土掺量为20%时,无侧限抗压强度增加至最大,后随粉砂土掺量增加逐渐减小,减小的速率为先慢后快再慢;掺不同含量粉砂土对膨胀土膨胀和力学特性影响较大,可显著改善膨胀土的使用性能。

聚乙烯醇纤维改性EPS混凝土性能试验研究

以再生EPS颗粒作为轻骨料,制备出EPS轻质混凝土,选用聚乙烯醇纤维(PVA)作为改性材料,通过试验研究了不同PVA体积掺量对EPS混凝土的流动度、吸水率、力学性能、导热系数、干缩以及抗冻性的影响,探讨其改性机理。结果表明,PVA的掺入使EPS混凝土流动度持续降低,但对容重影响不大。与空白样相比,当PVA掺量为0.8%时,吸水率降低了27.7%;28 d抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度分别提升了18.5%、57.1%和50%;在掺量不超过1.2%范围内,拉压比持续增大,PVA对EPS混凝土的抗裂增韧作用显著。其导热系数逐渐降低,混凝土保温隔热性提高。综合PVA对EPS混凝土性能的影响规律及机理分析,确定最佳掺量为0.8%。

高强型水泥乳化沥青砂浆抗压强度的计算公式

为建立高强型水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)抗压强度的计算公式,采用万能材料试验机对不同配合比的CA砂浆进行了应力-应变压缩试验,研究了砂灰比(mS/mC)对CA砂浆抗压强度的影响,推导了CA砂浆抗压强度与组成配比的定量关系。结果表明,在一定mS/mC范围内,砂对CA砂浆抗压强度的影响较小;CA砂浆的强度主要取决于水泥沥青胶凝材料和胶凝材料与砂的界面性能;依据水泥基材料的细观力学理论,建立了CA砂浆抗压强度与配合比参数的数学模型,经与相关文献中的数据进行验证,所建模型具有良好的普适性。

夹层玻璃固有频率计算方法与影响因素分析

建立了夹层玻璃有限元模型,提出了采用等效弹性常数法计算夹层玻璃固有频率,并与试验结果进行了对比,结果表明有限元分析和理论计算结果均较符合试验结果(偏差<10%)。采用上述方法对不同品种夹层玻璃固有频率进行分析,结果表明夹层玻璃固有频率的影响因素不仅与胶片的弹性模量和厚度有关,而且与玻璃原片的厚度有关。