工程地聚物混凝土设计及力学性能研究进展

应变硬化超高韧性纤维增强地质聚合物复合材料,又称工程地聚物复合材料(EGC)或工程地聚物混凝土,是一种很有前景的绿色建筑材料。EGC以其优异的裂缝控制能力和超高的韧性得到人们的广泛关注。本文系统分析了EGC材料设计方法和基本力学性能在国内外的研究进展。在EGC材料设计方面,主要对基体、复合材料和环境因素三方面的设计原理和方法进行了介绍,尤其是详细阐述了复合材料设计中的准应变硬化模型;在力学性能方面,主要概述了EGC材料的抗折、抗压和抗拉强度,以及拉伸应变行为和裂缝发展模式。在此基础上,为EGC的进一步发展及研究方向提出了建议。

不同应力路径大理岩物理力学参数变化规律

基于大理岩常规三轴加荷与卸荷试验结果,分析加卸荷应力路径下大理岩各阶段特征应力、黏聚力c、内摩擦角φ在变形破坏中的变化规律。试验结果表明,相同卸荷速率条件下,压密应力对应的环向应变、体积应变随围压的增大而减小,起裂应力及扩容应力随围压增大而增大,加卸荷应力路径下扩容应力对应的环向应变均稳定在(-0.000 4±0.000 1)范围内。大理岩卸荷破坏的初始屈服面和后继屈服面均符合Mogi-Coulomb函数形式,峰值强度前黏聚力c随塑性参数εps的增大而减小,内摩擦角φ随塑性参数εps的增大而增大。

大理岩破坏起裂应力及断裂能特征试验研究

根据大理岩常规三轴试验数据,探讨不同围压下大理岩破坏的起裂应力和起裂断裂能变化规律.大理岩起裂应力位于峰值应力的53％～76％之间,随围压升高向峰值强度逐渐逼近.起裂断裂能与围压、峰值强度呈正线性关系.起裂应力对应的声发射能量计数率出现突跳,起裂点之后声发射能量计数率和累计释放能量增加速度明显变快,理论计算求得的起裂点和声发射监测数据吻合较好.大理岩常规三轴破坏符合Mogi-Coulomb强度准则.

碱激发混凝土配合比设计方法研究综述

碱激发混凝土是当前最有发展前景的新型胶材混凝土之一。同普通混凝土一样,碱激发混凝土的配合比设计对其性能起着至关重要的作用。综述了近年来国内外学者提出的碱激发混凝土配合比设计方法及理论基础,包括试验法、半经验法、全计算法以及基于强度的配合比设计方法,同时对碱激发混凝土配合比设计的进一步发展方向提出了展望。

基于交流电原理的混凝土抗氯离子渗透性测试方法

为配合中国建筑学会《混凝土抗氯离子渗透性的交流电测量方法》评价标准的建立,采用了交流电测法、电通量法(ASTM C1202)和快速氯离子扩散系数法(RCM)三种试验方法,定量评价了普通、高强和高性能混凝土抗Cl-渗透的能力。结果表明,当水灰比、粉煤灰及矿渣粉掺量变化时,交流电测法在多数情况下具有较好的适应性;交流电测法与ASTM C1202法、RCM法具有良好的相关性,相关系数分别为0.940 86、0.770 89。

碱矿渣胶凝材料改性手段及相关机理研究进展

碱矿渣胶凝材料是一种环境友好型的新型胶凝材料,未来有望成为硅酸盐水泥的替代材料。但是,其硬化过程中往往伴随着较大的体积减缩,有脆化、裂纹等问题,制约其大规模推广与应用,因此,对碱矿渣胶凝材料进行改性是该领域的当前的热点方向之一。从纳米二氧化硅、石墨烯、层状双金属氢氧化物方面综述介绍了近年来国内外研究者改性提升碱矿渣胶凝材料的手段及其相关机理的研究进展。

再生混凝土微粉在碱激发胶材体系中的作用效应研究

再生混凝土微粉(RCP)中含有大量的SiO_(2)、CaO、Al_(2)O_(3)和少量未水化的水泥,通过物理或化学激发后可作为辅助性胶凝材料(SCMs)。再生微粉的资源化利用对节约原料和处置利用废弃物具有重要意义。本工作制备了不同RCP取代率的碱激发胶凝材料,研究了其流动性能、力学性能、微观表征及水化过程。结果表明,RCP的掺入提高了碱激发胶凝材料的流动性,10%~40%取代率下胶凝材料的流动性总体提高了2%~12%;当RCP掺量为10%时,碱矿渣胶凝材料的抗压强度提高了13%;RCP中的非活性颗粒填充了水化产物间的孔隙,形成了密实的微观结构;RCP中非活性颗粒阻碍了碱溶液与矿渣的反应,因此RCP的掺入推迟了碱激发体系第二放热峰的出现,降低了胶凝材料的早期放热速率。

纤维表面改性对EGC力学性能的影响

采用化学沉积法将合成的纳米SiO_(2)附着在聚乙烯醇(PVA)纤维和聚乙烯(PE)纤维表面,使用扫描电子显微镜(SEM)观测改性后纤维表面SiO_(2)的分布情况。通过抗压、抗折测试和单轴拉伸测试对比纤维表面改性前后工程地质聚合物复合材料(EGC)的强度和韧性,并通过单纤维拔出试验从细观力学角度验证宏观力学性能改变的原因。研究发现,经SiO_(2)疏水改性后的PVA纤维EGC试件抗压、抗折强度有所下降,经SiO_(2)亲水改性后的PE纤维EGC试件抗压、抗折强度得到提升。在单轴拉伸过程中,绝大多数EGC试件都表现出不同程度的拉伸应变硬化特性,且纤维经改性后这一特征更加明显。单纤维拔出试验结果显示,纤维表面改性EGC试件有更为明显的滑移硬化阶段,纤维-基体界面性能得到了改善。

岩石加荷破坏弹性能和耗散能演化特性

开展大理岩、灰岩和砂岩的常规三轴试验,研究岩石变形过程的能量非线性演化特征。结果表明:岩样屈服前外力功大部分转化为弹性应变能存储于岩样内部,耗散能增加的很少,屈服点后耗散能快速增加,弹性能增速变缓。岩石的极限存储能具有围压效应,随着围压增加,岩石破坏时的极限存储能逐渐增加。极限存储能还与岩石本身的性质有关,岩石的强度越高,脆性越强,极限存储能愈大。灰岩极限存储能最大,大理岩极限存储能次之,砂岩极限存储能最小。根据弹性能和耗散能的演化规律,构建了岩石变形破坏过程中弹性应变能的非线性演化模型,理论模型与3种岩石的试验结果吻合较好。

碱激发矿渣混凝土的力学性能

文章对碱激发矿渣混凝土(AASC)的强度发展、劈拉强度、弯曲强度、弹性模量、泊松比和应力应变关系开展了试验研究和讨论,并将其与硅酸盐水泥混凝土(OPCC)进行对比,分别提出了AASC的劈拉强度、弯曲强度、弹性模量与抗压强度之间的关系模型。结果表明,相同抗压强度下,AASC的劈拉强度与OPCC基本接近,弯曲强度则高于OPCC;氢氧化钠激发矿渣混凝土的弹性模量与抗压强度的关系与OPCC基本一致,水玻璃激发矿渣混凝土的弹性模量则低于同抗压强度OPCC的弹性模量。此外,从加载过程中泊松比的变化发现,即使应力水平达到0.6,AASC的泊松比仍然保持稳定,导致其泊松比突变的应力临界水平出现在0.8左右。

C-(A)-S-H对氯离子的吸附性能研究

通过化学沉淀法合成了不同钙硅比(n_(Ca)/n_(Si)=0.8～2.0)和不同铝硅比(n_(Al)/n_(Si)=0～0.6)的水化硅酸钙(C-S-H)和水化硅铝酸钙(C-A-S-H),并以氯盐溶液浸泡结合离子色谱仪(IC)研究了这2种水化产物对氯离子的吸附特性;同时结合傅里叶红外光谱法(FTIR)和扫描电镜(SEM)研究了钙硅比、铝硅比对C-(A)-S-H结构及其微观形貌的影响.结果表明:随着浸泡液浓度的增大,C-S-H和C-A-S-H对氯离子的吸附量均逐渐增大,吸附曲线符合Freundlich吸附模型;钙硅比和铝硅比影响着C-(A)-S-H的聚合度和结构,C-(A)-S-H的氯离子吸附能力随钙硅比有先升高后降低的趋势;随着铝硅比的增大,尤其是铝硅比超过0.2之后,C-A-S-H吸附氯离子的能力明显降低.

盐冻环境下混凝土的微结构和氯离子渗透性

研究了水灰比、含气量等因素对混凝土在冻融和盐冻环境下劣化的影响,进行了混凝土微观形貌分析和冻融条件下氯离子在混凝土中的传输性试验,分析了盐冻条件下混凝土孔结构变化及氯离子传输规律.结果表明:当冻融循环25次时,盐冻条件下混凝土的质量损失率约是水冻条件下混凝土质量损失率的10倍;在冻融早期,盐冻条件下的混凝土动弹性模量损失比水冻条件下的混凝土动弹性模量损失缓慢;引气混凝土中50"m以上孔径的气泡较多,未引气混凝土的平均气泡间距为引气混凝土的2.5倍;引气能够降低冻融下混凝土的氯离子渗透性,但盐冻后引气混凝土表层有氯离子富集现象,考虑到钢筋混凝土构件的保护层厚度范围,这有可能不利于钢筋的保护.

基于动力测试的简支梁火灾下振动分析与试验研究

为研究火灾环境下混凝土结构的振动规律及火灾后损伤评估方法,试验设计了4根足尺寸混凝土简支梁L1～L4。首先,对其进行了火灾前的动力测试,并基于实测模态信息,对L1～L4初始有限元模型进行修正;然后,分别对其进行60、90、120及150 min的受火试验,同时拾取火灾下结构模态信息,研究火灾下结构振动发展规律,拟合火灾下基频衰减公式。结果表明:火灾下简支梁振动时域信息发展大致可划分为初始阶段、不稳定发展阶段及稳定发展阶段,且规律与截面刚度衰减基本一致;振动频率总体呈波动式衰减趋势,且停火后振动频率有继续衰减的趋势;通过拾取火灾前模态信息,对简支梁进行有限元模型修正,修正后有限元模型能够更好地反映简支梁在火灾过程中频率衰减规律;最后,进行了火灾后的动力测试及承载力试验,研究火灾后L1～L4刚度及承载力衰减程度,并结合火灾后模态信息,以等效爆火时间作为损伤指标,利用支持向量机智能算法预测火灾后简支梁损伤程度;在此基础上,结合《火灾后建筑结构鉴定标准》(CECS252—2009),提出简支梁火灾后损伤指标综合评级标准,并基于此评价指标对L1～L4进行了损伤评估。

碱激发胶凝材料的力学性能研究综述

文章总结了近年来国内外碱激发胶凝材料力学性能的各类研究成果,涉及了抗压强度、拉伸强度、弹性模量和应力-应变本构关系等,分别从宏观力学试验、微观检测和分子尺度等角度进行综述,且与硅酸盐水泥材料进行对比,旨在为碱激发胶凝材料的工程应用提供数据和理论支持。

粉煤灰用量和早期养护温度对EGC拉伸性能的影响

研究了粉煤灰用量、早期养护温度对工程地质聚合物复合材料(EGC)拉伸性能及微观结构的影响,并从细观力学角度对其纤维-基体界面的力学性能进行了分析.结果表明:降低粉煤灰用量不利于EGC拉伸延性的提高,适当提高早期养护温度有利于EGC拉伸性能的提高;粉煤灰用量为80%、早期养护温度为60℃或80℃时,EGC的拉伸应变可达到3.5%以上;纤维拉拔过程中较长的滑移硬化阶段有助于EGC拉伸性能的提升.

碱激发矿渣净浆对氯离子的固化作用

为研究氯盐浸泡液pH值、激发剂种类对碱激发矿渣(AAS)净浆氯离子固化量的影响规律,采用氯盐暴露-平衡法、X射线衍射(XRD)、热分析(TGA‑DSC)、扫描电镜(SEM)等分析了AAS净浆在氯盐浸泡前后的水化产物种类及微观形貌,同时对AAS净浆固化氯离子中的物理吸附和化学结合作用进行了量化评价.结果表明:AAS净浆的氯离子固化量随着氯盐浸泡液pH值的增大而降低;水玻璃激发矿渣(WAS)净浆固化氯离子的能力大于NaOH激发矿渣(NAS)净浆;AAS净浆对氯离子的固化作用不仅包括物理吸附作用,还包括少量化学结合作用;氯离子固化过程中的物理吸附作用在NAS、WAS和普通硅酸盐水泥净浆中均占50%以上.

微裂缝钢混构件水分侵入的成像与定量表征

通过三点弯曲施荷,对C30和C50钢筋混凝土构件诱导了宽度为20--88μm不等的微裂缝,然后采用中子透射技术对微裂缝钢混构件中的水分侵入过程进行了可视化成像探测,并对侵入过程中水分的空间分布进行了定量表征.结果表明,即使C30和C50混凝土的微裂缝仅为20μm,也为水分的侵入提供了畅通通道;水分在短时间内即快速充满裂缝,继而在水平方向上沿裂缝两侧、在垂直方向上超越裂缝末端侵入水泥基体;C30混凝土裂缝宽度为82μm（与混凝土保护层厚度比值为0.39%）时,受拉钢筋与水泥基体界面存在较明显的水分侵入,但其含量较低;水分侵入含量在微裂缝处最高,并以此为中心向裂缝两侧呈对称状逐渐降低.

大掺量机制砂低胶凝材料用量自密实混凝土制备技术

通过配合比计算和正交试验手段,以大掺量机制砂和低胶凝材料用量制备了自密实混凝土,并对其工作性和硬化后的性能进行了研究。在通过配合比设计确定基准胶凝材料体系和混凝土体系的基础上,根据工作性能、强度、抗碳化性能等技术指标,进行了18组低胶凝材料用量自密实混凝土的原材料正交优选试验,研发出胶凝材料用量为380kg/m3、机制砂掺量达50%的水泥-粉煤灰-矿渣粉体系的C30自密实混凝土,胶凝材料总量比同强度等级普通自密实混凝土低15%~20%。结果表明,利用大掺量机制砂可制备出满足自密实工作性要求的普通强度等级混凝土。

石墨烯增强环氧树脂涂层对混凝土与SHCC的抗渗性能研究

试验均是在没有考虑涂层老化的条件下进行的,通过透气性试验、吸水性试验、氯离子渗透性试验、TEM和SEM研究了不同厚度下的普通环氧树脂和3种掺量(3‰、5‰、10‰)的石墨烯增强环氧树脂涂层对混凝土和SHCC抗渗性能的改善作用。结果表明,在200μm厚度下普通环氧树脂和改性环氧树脂涂层混凝土的透气性指数基本为0,在400μm厚度下普通与改性环氧树脂涂层SHCC的透气性指数基本为0,透气性能只与涂覆厚度有关;5‰掺量的石墨烯增强环氧树脂涂层的抗水和抗氯离子渗透性能的改善效果较好,其次分别为3‰掺量的石墨烯增强环氧树脂涂层、普通环氧树脂、10‰掺量的石墨烯增强环氧树脂;均匀分散的石墨烯在环氧树脂中相互堆叠连接形成一张网状结构,从而对有害物质的进入形成进一步的阻碍,3‰的石墨烯掺量由于浓度过低不能形成完整的网状结构,而10‰的石墨烯掺量浓度过高在环氧树脂中发生团聚从而使环氧树脂的防护性能下降。

碱激发矿渣混凝土抗氯离子渗透性及电测试验方法研究

本工作采用交流电阻率法、电通量法和快速氯离子迁移法(RCM)对碱激发矿渣混凝土的抗氯离子渗透性进行评价,并分析其变化机理。同时结合氯盐环境长期暴露试验,以氯离子迁移系数为参考,探讨上述三种电参数测试方法对碱矿渣混凝土的适用性。结果表明:NaOH激发矿渣混凝土较水玻璃激发矿渣混凝土的抗氯离子侵蚀能力强;掺入粉煤灰会增大碱矿渣混凝土孔隙率,削弱其抗氯离子侵蚀能力;交流电阻率法、电通量法和RCM法评价结果之间有较强相关性,且对碱矿渣混凝土都有较好的适用性。