粗集料对粉煤灰混凝土性能影响

混凝土的架构理论认为混凝土是由砂浆、粗集料和二者之间的界面构成的．试验研究了石灰石、玄武岩、花岗岩和辉绿岩4种不同类型的粗集料对不同粉煤灰掺量混凝土的坍落度、抗压强度、抗折强度和弹性模量的影响,分析了石灰石粗集料对不同粉煤灰掺量混凝土抗冻性的影响．结果表明,粗集料对混凝土的坍落度、抗压强度、抗折强度和弹性模量影响十分显著．粗集料的掺入降低了砂浆基体的扩展度和抗折强度,提高了砂浆基体的抗压强度和弹性模量,此外,粗集料改善了混凝土的抗冻性．随着粉煤灰掺量的增加,混凝土的坍落度提高,但混凝土的力学性能和抗冻性减弱．不同类型的粗集料对混凝土性能的影响相差不大,随着粉煤灰掺量的提高,不同类型粗集料混凝土性能相差也不大．     

考虑粗集料和空隙的沥青混合料粘弹性细观力学分析

利用细观力学方法分析了粗集料和空隙对沥青混合料的粘弹性能的影响。在Laplace空间域内,分别对粗集料和空隙利用细观力学的Mori-Tanaka等效夹杂理论解决了沥青混合料的混合夹杂问题。然后基于宏观平均场理论,从沥青砂浆基体粘弹性能推导了沥青混合料的粘弹性能。以单轴和简单剪切应力下的预测为例,分析了粗集料和空隙对沥青混合料性能的影响,结果发现：复合材料细观理论可以成功地从性质均匀的沥青砂浆粘弹性能预测性质复杂的沥青混合料粘弹性能,沥青混合料粘弹本构方程可以表示为粗集料和空隙的综合影响系数与沥青砂浆粘弹本构方程的乘积形式。空隙率的增大会导致综合影响系数呈线性减小,而粗集料体积分数的增大会使其呈指数规律迅速增大,说明空隙和粗集料对沥青混合料的粘弹性能分别起到衰减和增强作用,但空隙的衰减作用弱于粗集料的增强作用。粗集料和空隙对沥青砂浆的综合影响体现为增强作用（2～10倍）,且剪切应力下增强作用近似是单轴应力下的2倍。沥青砂浆基体泊松比对综合影响系数的影响甚微,在以后的研究中可以取定值。     

粗集料棱角性的图像评价方法

利用自行研制的粗集料形态特征研究系统,分别采用颗粒周长法与分形几何法,提出粗糙度与分形维数2个指标对粗集料的棱角特征进行评价.将其计算结果与目前侵蚀膨胀法的表面参数指标进行了对比分析,并采用粗集料松装空隙率对粗糙度与分形维数2个图像指标进行了验证,研究表明:粗集料的粗糙度、分形维数与表面参数具有良好的一致性,均可以较好地表征粗集料的棱角性,粗集料的棱角特性与集料的粒径尺寸具有一定的相关性,集料粒径越大,其棱角性越弱,对于所采用的材料,卵石的棱角性最差,石灰岩、花岗岩、玄武岩与安山岩4个集料的棱角性差异并不显著.     

环氧沥青混合料细观尺度水损坏特性

基于细观尺度技术研究环氧沥青混合料(EA)早期水损破坏的力学特性,建立集料-黏结界面-沥青砂浆平面细观力学有限元模型.引入内聚力模型(CZM)对集料与沥青砂浆界面进行离散,模拟EA在水分渗透过程中集料与沥青砂浆界面裂缝的萌生、扩展直至失效的过程,分析载荷与水分耦合作用下EA出现集料剥离与裂缝的力学特性.研究表明:EA的力学响应受材料含水率的影响很大,剥落主要发生在体积较大且形状不规则的集料周围;材料含水率增加会加剧沥青混合料水损破坏的程度,集料剥离呈快速增大趋势;集料四周薄弱界面区域内的沥青砂浆在受力上最为不利,极易出现水损病害.集料体积特征对EA水损破坏存在较大的影响,应控制过粗集料在混合料中所占比例.     

再生粗集料对混凝土性能的影响

为了研究再生粗集料的强度和砂浆附着率对混凝土性能的影响,采用对比试验,以再生粗集料的强度和砂浆附着率为变量配制C50强度等级混凝土,并对C50混凝土的工作性、强度和耐久性进行研究．结果表明,再生粗集料砂浆的附着率对再生粗集料的基本性质影响比较显著．再生粗集料的砂浆附着率对混凝土强度的影响变化不大,而对混凝土的塌落度、碳化深度和电通量影响比较显著．     

骨架密实型水泥粉煤灰碎石组成设计与路用性能

以最大密实度为原则,采用逐级填充方法研究了粗集料级配、粗集料与水泥粉煤灰砂浆最佳比例(质量比);以强度试验为基础,考虑经济性,研究了水泥粉煤灰最佳比例以及水泥粉煤灰与细集料比例.在此基础上,形成了骨架密实型水泥粉煤灰碎石组成设计方法.研究结果表明:骨架密实型水泥粉煤灰碎石在后期强度、抗裂性能方面明显优于规范级配水泥稳定碎石;提出的骨架密实型水泥粉煤灰碎石组成设计方法效果良好,具有优良的路用性能.     

再生粗集料混凝土双变量强度公式研究

通过对16组再生粗集料混凝土试件的试验,研究了不同水胶比条件下不同粉煤灰的掺量对再生粗集料混凝土抗压强度的影响.利用多元回归计算建立了水胶比、粉煤灰取代率和混凝土28d抗压强度之间的关系,建立了再生粗集料混凝土双变量强度公式.     

粉煤灰抑制砂岩碱硅酸反应

采用岩相法、砂浆棒快速法、混凝土棱柱体法研究了砂岩集料的碱硅酸反应活性,并评价了粉煤灰对砂岩集料碱硅酸反应的抑制效果.实验结果表明,该砂岩集料含有5%～12%微晶石英,具有碱硅酸反应活性.砂浆和混凝土试件的膨胀率随着粉煤灰掺量的增大而减小.水泥碱质量分数为2.0%时,粉煤灰掺量30%和40%的混凝土试件养护24月膨胀率仍然小于0.04%.Ⅰ级粉煤灰占胶凝材料质量分数大于30%,可以有效抑制砂岩集料的碱硅酸反应引起的膨胀.粉煤灰的加入降低了CSH凝胶中的Ca与Si摩尔比.低Ca与Si摩尔比的CSH凝胶可以吸附更多的Na 、K ,有效地抑制碱硅酸反应.     

工业废渣替代砂浆细集料的可行性研究

工业废渣替代水泥时,其替代率相对较小,为了大量使用工业废渣,本文采用常见的工业废渣粉(煤灰、锂渣和钢渣)替代砂浆中的细集料,探究工业废渣种类和替代率对砂浆力学和水化性能的影响。试验结果发现,砂浆的抗折/抗压强度在替代率分别为30%/30%(煤灰)、30%/30%(锂渣)和100%/70%(钢渣)时达到最高,比纯水泥砂浆分别高94.24%/82.56%、34.19%/36.20%和59.97%/40.84%。同时,适量的粉煤灰、锂渣和钢渣替代砂浆细集料后,也能提高砂浆的峰值应力和外载做功,增强砂浆的密实性。4种浆体的水化产物主要以CH、CSH和未水化颗粒为主,但未水化颗粒的种类和含量、CH和CSH的含量不同。对比发现,锂渣、粉煤灰和钢渣替代砂时的最佳用量是替代水泥时的3倍、4.5倍和15倍。因此,工业废渣替代砂浆细集料制备砂浆的方法是可行的,同时也为工业废渣在混凝土行业中的大量使用提供新思路。     

基于离散元法离析对混合料骨架结构特征影响

为从细观角度探究级配离析对沥青混合料内部骨架结构构成和受力特征的影响,基于离散元法建立二维混合料骨架模型,对不同离析状态的混合料骨架结构基本构成、受力特征等方面进行了研究和对比。结果表明:(1)提出了根据集料的级配生成二维离散元数字试件的方法;(2)一定粒径以上粗集料相互接触形成网络结构,构成了混合料内部基本骨架,而细集料主要起填充作用,级配离析将影响基本骨架的构成;(3)混合料中细集料的增多会降低矿料间隙率;(4)随着级配由粗到细,集料间接触点的数量急剧增加,集料间的平均接触力和最大接触力都逐渐减小,因而,当混合料发生粗集料离析时,在行车荷载作用下,混合料中粗骨料更易被压碎;(5)以粒径在2. 36 mm以上集料构成的骨架结构对抵抗压缩荷载的贡献率达70%以上,级配离析将影响不同粒径集料对抵抗荷载的贡献率,随着级配由粗到细,较粗集料贡献率下降,较细集料贡献率上升,各档集料的贡献率趋于均衡。     

简化的二维混凝土骨料随机生成法

混凝土的细观力学分析中,将混凝土考虑为由粗骨料、水泥砂浆以及界面三相所组成的复合材料。细观分析时粗骨料模型的建立是一个主要而且关键的步骤。在二维分析中,圆形骨料是应用最为广泛的简化模拟方法;而椭圆形骨料以及多边形骨料也分别被用来模拟卵石骨料以及碎石骨料。针对圆形、椭圆形以及多边形这三种剖面形状的骨料,确定了简化的骨料随机生成方法,生成了相应的几何模型,并得出了数值模拟结果。     

基于XCT扫描图像的混凝土粗骨料二维细观形态

混凝土中粗骨料的微细观形态特征对混凝土宏观力学性能具有重要影响.基于边长为20 mm的混凝土立方体试件的XCT(X-ray computed tomography)扫描图像,通过构建的规则程度指标、凹凸程度指标对骨料二维形态特征进行了研究.结果表明:可选择长宽比、椭圆相似度、棱角度三个参数来有效表征粗骨料二维形态特征;通过对大量骨料二维投影进行形态指标统计分析,发现长宽比、椭圆相似度、棱角度的数值分别主要集中在区间(1,3)、(0.8,1)、(1,1.1)内,且三者之间满足二次多项式分布.研究结果可为混凝土粗骨料三维形态表征研究提供基础参考.     

再生粗骨料取代率对再生保温混凝土抗压强度离散性影响研究

本文对再生保温混凝土（以下简称为RATIC)的抗压强度和抗压强度离散性的规律进行了介绍分析。通过改变RATIC中再生粗骨料的取代率,对比分析不同再生粗骨料取代率对RATIC的抗压强度和离散性的影响,并且探索出其相应的规律。以再生粗骨料不同取代率为基础的研究试验发现：当再生粗骨料取代率为30 %时,RATIC抗压强度相对于取代率为0 %的保温混凝土的抗压强度值没有发生显著变化;当再生粗骨料取代率在30 %以上时,随着再生粗骨料取代率的增加,RATIC抗压强度值出现明显下降的现象;当再生粗骨料取代率达到70%时,相对应的RATIC抗压强度出现最低值;与此同时,RATIC在不同再生粗骨料取代率对应下的抗压强度标准差值的波动幅度也较为明显,当再生粗骨料取代率在0 %~100 %时,RATIC的抗压强度标准差在0.97~1.71 MPa之间变化,并且当再生粗骨料取代率为50 %时,RATIC抗压强度标准差达到最大值1.71 MPa。     

模型再生混凝土单轴受压应力分布特征

根据再生混凝土各相材料的力学特性,对模型再生混凝土进行细观数值分析,获取模型再生混凝土单轴受压下内部应力分布特征.通过变参数分析,讨论不同天然骨料、界面过渡区和老硬化砂浆的力学参数对模型再生混凝土应力分布特征的影响.结果表明,模型再生混凝土天然骨料之间的新老界面过渡区处存在拉应力和剪应力集中现象;天然骨料弹性模量增大,应力集中现象愈加明显,界面过渡区弹性模量增大,应力集中现象则逐渐减弱,老砂浆弹性模量增大应力集中特征变化不大.     

界面过渡区对水泥基材料氯离子扩散性能的影响研究

利用RCM加速氯离子扩散法来预测界面过渡区(ITZ)对水泥基材料氯离子扩散性的影响规律.为了初步判断试样界面过渡区的氯离子扩散性能,并且了解骨料类型对水泥基材料传输性能的影响规律,取3种加工成立方体的粗骨料(玄武岩、花岗岩和砂岩)来制备混凝土试件,与相同配比的砂浆基体试样进行对比分析.结果表明,相同配比的情况下,含骨料试件比砂浆试件扩散系数大,且含花岗岩的试样氯离子扩散系数最低,说明界面过渡区对于水泥基材料的氯离子扩散性存在一定影响.能谱元素线分析结果表明,花岗岩与水泥砂浆基体间界面区厚度较小,约为35μm,且比较密实,对水泥基材料的扩散性能影响最小.采用离散单元法建立的三维骨料的随机分布模型,最初的模拟结果可较为直观地分析介质在界面区的扩散路径,并为以后骨料集合体通过扩散路径的长度、迂曲度的变化影响扩散速度的研究工作打下基础.     

含砖粒再生粗骨料取代率对混凝土断裂性能的影响

为了探究含砖粒再生粗骨料取代天然石料对再生混凝土断裂性能的影响,制作4组不同取代率的再生混凝土梁试件,通过三点弯曲梁试验,研究各组再生混凝土的双K断裂参数、断裂能及延性指数;通过数字图像处理,对试件断面水平投影方向上的粗骨料分布进行量化,并应用差分盒算法提取试件断面分形维数用于表征其粗糙度。结果表明:再生混凝土的各项断裂参数均随含砖粒再生粗骨料取代率的增大而逐渐降低,起裂韧度较失稳韧度更容易受含砖粒再生粗骨料掺入的影响;含砖粒再生粗骨料水平投影面积与混合粗骨料水平投影面积之比可以在一定程度上反映其取代水平;随着取代率增大,试件断面分形维数逐渐降低,且断面分形维数与断裂能有较好的相关性,得出考虑含砖粒再生粗骨料取代率的断裂能与分形维数的回归方程。     

冻融循环条件下粗粒料变形特性试验研究

为揭示粗粒料在冻融环境与复杂应力条件下的变形特性，采用大型三轴压缩试验与蠕变试验研究了粗粒料在不同冻融循环次数、围压与应力水平下的变形特性与蠕变特性。试验结果表明，未冻融粗粒料的应力-应变曲线为应变硬化型曲线，在试验围压100～600 kPa范围内粗粒料剪切过程中均表现为剪胀性；冻融循环后初始弹性模量与破坏应力均呈下降趋势，200 kPa围压时，初始弹性模量降低20%,破坏应力降低37%,600 kPa围压时，初始弹性模量降低5%,破坏应力降低25%;冻融循环后粗粒料轴向蠕变应变随时间的发展为衰减型蠕变规律，轴向蠕变应变随冻融循环次数和应力水平的增大而逐渐增大，8次冻融循环后轴向蠕变应变明显增大；应力水平影响下的粗粒料蠕变时间曲线可采用指数函数形式表达。     

再生骨料混凝土梁的阻尼性能及其机理分析

混凝土构件的阻尼性能与其混凝土骨料组分的特性密切相关.以不同再生骨料取代天然砂石,采用悬挂梁自由振动衰减法测试再生骨料混凝土梁弹性阶段一阶阻尼比,并探讨其与混凝土强度、弹性模量间的关系;通过氮气吸附法和扫描电镜测试再生骨料混凝土的孔隙结构与界面特征,分析其阻尼机理.结合文献数据的对比分析表明:相比于天然骨料混凝土梁,再生骨料混凝土梁的阻尼比显著增大,阻尼比随混凝土强度、弹性模量的减小而增大,骨料特性尤其是骨料表面改性对混凝土阻尼性能影响显著.再生骨料取代天然砂石,增大了混凝土的总孔体积、平均孔径,增加了薄弱界面过渡区,界面过渡区的滑移摩擦及孔隙的柔性缓冲作用,是再生骨料混凝土梁阻尼增加的主要因素.     

再生骨料对高钙粉煤灰基地聚物混凝土力学及耐久性能的影响

试验分别采用再生骨料和天然骨料作为粗骨料,制备了碱激发高钙粉煤灰基地聚物再生骨料混凝土和地聚物天然骨料混凝土。测试了其密度、抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、吸水率、渗透孔隙率、氯离子渗透深度及抗硫酸侵蚀等指标,探讨比较了再生骨料与天然骨料高钙粉煤灰基地聚物混凝土物理力学性能和耐久性的差异;并进一步分析了不同NaOH溶液浓度(6 mol·L~(-1)、12 mol·L~(-1)和18 mol·L~(-1))对其相关性能的影响。结果表明:再生骨料可以用作粗骨料制备高钙粉煤灰基地聚物混凝土,其抗压强度在30.64~38.22 MPa之间,略低于天然骨料制备的地聚物混凝土。随着NaOH溶液浓度的增加,粉煤灰基地聚物混凝土的力学性能及耐久性能均显著改善,且当NaOH浓度为12 mol·L~(-1)时,其各项性能综合较优。