橡胶集料风积沙混凝土力学性能试验与微观分析

为研究不同橡胶集料取代率对风积沙混凝土力学性能的影响规律,设计、制作10组不同配合比的混凝土试件,通过对各试件进行基本力学性能试验、SEM和EDS测试,对比分析了橡胶集料和风积沙对混凝土力学性能的作用机理,并研究了橡胶集料风积沙混凝土和橡胶集料混凝土2种试件水泥石砂浆界面过渡区的微观结构。研究结果表明,橡胶集料风积沙混凝土和橡胶集料混凝土试件的抗压、抗折、劈裂抗拉强度均随着橡胶集料取代率的增加而降低;折压比随橡胶集料取代率的增加而增加;橡胶的掺入使混凝土的界面过渡区更为薄弱,试件内部呈现出较多微小孔隙,导致混凝土强度的降低。     

再生集料沥青混凝土界面损伤行为特征

水泥混凝土再生集料是建筑垃圾经分选、破碎、筛分工艺处理后的天然集料替代物,包含了水泥砂浆、原生集料、水泥砂浆与原生集料复合体。沥青混凝土内部界面损伤是沥青路面开裂的主要诱因,探究再生集料对沥青混凝土内部界面损伤的影响,有利于水泥混凝土再生集料在路面工程的推广。本文研究首先采用再生集料制备再生集料沥青混凝土(recycled aggregate asphalt concrete, RAAM),将RAAM中内部界面分为水泥砂浆-沥青砂浆界面(cement mortar-asphalt mastic interface, CMI)和天然集料-沥青砂浆界面(natural aggregate-asphalt mastic interface, NAI),通过电镜扫描试验和X线计算机体层成像(X-ray computed tomography, X-ray CT)试验获取了沥青混凝土内部界面的微细观特征,并采用半圆弯曲试验和有限元模型分析了RAAM的界面力学特征。试验结果表明,再生集料中的附着水泥砂浆具有多孔结构,增加再生集料用量会加剧沥青混凝土高温压缩过程中的内部界面损伤,水泥砂浆内部、水泥砂...     

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。     

混凝土等效弹性模量细观影响因素

目的研究混凝土等效弹性模量细观影响因素及细观损伤特性.方法将混凝土简化为两级二相复合材料的叠加,基于Eshelby和Mori-Tanaka方法,在砂浆和界面过渡区(interfacial transition zone,ITZ)引入微孔洞,建立混凝土等效弹性模量和三组相体积分数、弹性模量之间的关系,用混凝土等效弹性模量的退化来表征混凝土的损伤,推导混凝土初始损伤与孔隙率之间的关系.结果混凝土等效弹性模量随着界面过渡区厚度的增加而降低,随着孔隙率特别是界面过渡区孔隙率的增加而降低,针片状粗骨料颗粒使得混凝土等效弹性模量分布不均匀;混凝土损伤变量与砂浆内孔隙率呈线性关系,与界面过渡区内孔隙率呈指数关系.结论界面过渡区厚度、粗骨料形状和孔隙率对混凝土等效弹性模量有明显影响,微缺陷会降低混凝土弹性模量,尤其是界面过渡区上的微孔洞对混凝土损伤的影响较为显著.     

集料尺寸和形状及掺合料对混凝土界面的影响

研究混凝土粗集料与砂浆在宏观尺度上的界面特性,并采用砂浆中的砂粒与粗集料的平均间距(简称界面平均间距)进行表征.结合雅砻江锦屏大坝集料品种,研究了球形和片状2种粗集料形状、2组粗集料尺寸,以及粉煤灰和石灰石粉的2个掺量(10%,20%)对界面平均间距的影响.结果表明,采用界面区砂粒与粗集料的平均间距能较好地反映界面区的宏观离析和均质性,测量使用也较简便.对于球形集料,大、小集料上方与下方的界面平均间距无显著差异,表明界面较均匀,离析不明显;而对于片状集料,随着尺寸增大,上、下方的界面平均间距的差异增大,表明大的片状集料下方产生了明显的离析.研究结果还表明,采用粉煤灰或石灰石粉部分等质量取代水泥,可以改善片状集料下方浆体的离析.     

硬化水泥砂浆热膨胀系数影响因素

热膨胀性能是影响水泥基材料温度变形和开裂的重要指标.通过对硬化砂浆不同龄期热膨胀系数的测定,研究了水胶比、胶集比、矿物掺合料种类、粉煤灰掺量和细集料种类对砂浆热膨胀系数的影响规律.结果表明,硬化砂浆的热膨胀系数随水胶比和胶集比的增加而增大,其本质区别是用水量和水泥用量增加导致的水泥石热膨胀系数变化.矿粉能够增加砂浆的热膨胀系数,而粉煤灰则起抑制作用,热膨胀系数随着粉煤灰掺量的增加而降低.在对砂浆热膨胀系数的降低效果方面,大理岩砂玄武岩砂砂岩砂天然砂.     

二灰砂浆配合比设计方法

为了研究二灰碎石混合料中由二灰与细集料组成二灰砂浆的细集料级配、二灰与细集料的配比和石灰与粉煤灰的比例对其性能的影响，在单因素试验的基础上，以抗压强度为指标，采用正交试验方法确定了二灰砂浆材料组成的多水平试验方案，并应用极差分析法和方差分析法进行数据分析。结果表明，结合料与细集料的配比对指标作用高度显著，石灰与粉煤灰的比例对指标作用显著，而细集料的配比对指标作用不显著。     

动静载作用下砂浆-岩石试件断裂特性试验研究

岩石和砂浆间的界面过渡区易出现裂隙区，而岩体结构又极易承受动态荷载的作用，因此研究岩石砂浆这个界面过渡区性能和破碎特征就具有十分重要的意义。研究砂浆-岩石双材料巴西圆盘模型，通过对两种界面粗糙度以及三种砂子粒径(细、中、粗)的砂浆-岩石组合试件进行静态和动态加载，研究其力学性能和破坏特征。结果表明，粗糙面试件的抗拉强度要大于光滑面的试件，光滑面花岗岩-砂浆试件与粗糙面花岗岩-砂浆试件静态抗拉强度之比为67.3%,光滑面石灰岩岩-砂浆试件与粗糙面石灰岩-砂浆试件静态抗拉强度比为56.8%,岩石本身强度对双材料试件的抗拉强度有一定的影响。在同等粗糙度情况下，中砂试件的抗拉强度是最大的。在应变中，粒径级配和粗糙度对试件的影响较大，岩石种类对试件的影响较小，且同等条件下粗砂试件应变大于细砂和中砂试件。     

细集料抗磨光性能试验研究

介绍了两个系列细集料磨光试验的结果,其一是砂浆磨光值试验,用于调查碳酸钙（及硅颗粒）含量对砂浆磨光值的影响;其二是砂纸式试件的磨光试验,用于考察不同试验方法的磨光效果。试验设备为英式磨光机和魏勒－舒尔茨磨光机。得出的主要结论有：（１）砂浆磨光值试验没能反映出碳酸钙（及硅颗粒）含量的影响,而砂纸式试件的磨光能反映出细集料抗磨光品质的差异;（２）在砂纸式试件的磨光试验中砂的粒径对试验值有明显影响。     

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.     

平头弹撞击钢筋混凝土板的三维细观力学模拟

研究钢筋混凝土板在弹丸撞击作用下的响应和破坏对防护工程（核电厂安全壳）的安全计算和安全评估具有十分重要的意义.利用三维细观力学模型研究了平头弹以不同速度撞击钢筋混凝土板的开裂模式.假定混凝土是由砂浆基体、粗骨料和界面过渡层（ITZ）三相组成的复合材料,提出了三维三相细观力学模型的建模方法,并通过单元重构技术克服了ITZ层太薄而难以模拟的问题,从而大大提高了计算效率.结果表明：数值模拟再现了平头弹撞击钢筋混凝土板厚度方向的开裂破坏情况,模拟结果与实验观察具有良好的一致性.     

水泥基复合材料氯离子扩散系数与孔隙率之间的关系

为了研究水泥基复合材料中孔隙率对氯离子扩散系数的影响,成型了不同水灰比,含骨料体积分数、粒径与级配不同的砂浆试样;采用稳态电加速法测试氯离子扩散系数、压汞技术测试孔结构参数、微焦点计算机断层扫描技术(X-CT)可视化孔结构分布,系统地研究了水泥基复合材料氯离子扩散系数与其骨料体积分数、总孔隙率、毛细孔隙率、连通孔径之间的关系。结果表明：骨料与基体之间的界面过渡区(界面区)显著地改变了水泥石中孔结构分布,水灰比越小,多孔的界面区对材料孔隙率的影响越显著;水泥基复合材料的氯离子扩散系数与其总孔隙、毛细孔隙率之间有很好的相关性,与其连通孔径几乎成线性关系,连通孔径越大,氯离子的扩散系数越大。     

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。     

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.     

纤维水泥砂浆与混凝土界面黏结性能钻芯拉拔试验研究

为研究纤维水泥砂浆与混凝土界面黏结性能,采用钻芯拉拔法试验制作模拟中型柱混凝土构件,并分别外包不同强度的聚乙烯醇纤维水泥砂浆、聚丙烯纤维水泥砂浆、钢纤维水泥砂浆。对制作的试验构件进行钻芯拉拔试验,得出界面破坏时的拉拔力,将得到的不同类型的纤维水泥砂浆构件拉拔力数据与构件混凝土轴心抗拉强度、纤维水泥砂浆抗压强度进行比较分析。结果表明,在该试验中合成纤维水泥砂浆的界面黏结强度比钢纤维水泥砂浆的界面黏结强度高;界面黏结强度与构件混凝土轴心抗拉强度呈正相关关系,与纤维水泥砂浆抗压强度呈正相关关系,界面黏结力与砂浆抗压强度呈线性相关关系。     

预测氯离子在水泥基复合材料中有效扩散系数

基于水泥基复合材料界面区水泥颗粒的分布特征,给出了界面区孔隙率分布函数和界面区的有效扩散系数;将水泥基复合材料视为骨料、基体、界面区以及其均匀化后的等效介质相四相复合球模型,采用n层球夹杂理论,逐尺度地预测了氯离子在水泥基复合材料中的有效扩散系数.结果表明:预测的氯离子扩散系数与实测结果基本吻合;n层球夹杂理论适合于预...     

模型再生混凝土二维氯离子扩散细观数值模拟

根据再生混凝土各相介质Cl-扩散率和几何参数建立了数值模型,对模型再生混凝土二维Cl-扩散性进行数值模拟,研究了再生混凝土的Cl-扩散特性.通过变化再生粗骨料取代率、新(老)硬化水泥砂浆扩散率、老硬化水泥砂浆厚度以及界面过渡区(ITZ)扩散率对再生混凝土中Cl-扩散性能进行了对比分析.结果表明:模型再生混凝土内部Cl-浓度非均匀分布,Cl-浓度沿着扩散深度波浪式下降,再生粗骨料取代率、水泥砂浆、ITZ等的变化对Cl-浓度的影响随着扩散深度的增加而逐渐变大,且在ITZ处的影响较为明显.     

混凝土破坏过程的复合型界面损伤模型与数值模拟

在细观层次上将混凝土视为由骨料、水泥砂浆及其之间的界面过渡区组成的三相复合材料,以规则化有限元网格映射到混凝土随机骨料结构上,根据单元的位置确定单元的材料特性,把不在单一材料区域、包含界面过渡区的单元视为一种广义复合材料单元,建立复合型界面损伤模型。该模型将修正的Vogit-Reuss模型运用到复合材料单元,形成等效均质单元;复合材料单元的损伤通过其各组成材料的损伤体现,采用拉断的Mohr-Coulomb准则作为材料损伤的判据。应用复合型界面损伤模型,结合统计方法考虑材料细观非均匀性,模拟混凝土试件在单轴拉伸和单轴压缩载荷(端面为理想无摩擦情况)作用下的断裂过程。研究结果表明:该模型可以较好地反映混凝土材料的宏观力学行为,可以有效地模拟混凝土材料的断裂过程。     

混凝土细观损伤破坏过程的数值模拟

在细观层次上,把混凝土看作是由水泥砂浆、骨料及二者之间的界面组成的复合材料,应用渐变网格剖分方法对随机投放的骨料、界面和水泥砂浆进行网格剖分,删除多余节点,重新排列节点顺序,生成三维随机骨料分布的细观有限元数值模型.利用该模型分别进行了混凝土的单轴拉伸、压缩、劈拉和梁弯曲等数值试验,分析了不同界面参数、不同砂浆损伤参数、不同加载形式对混凝土试件的变形特点、破坏形式以及承载能力的影响,探讨了混凝土宏观力学性能(如应变软化和剪胀等性质)的细观机制.     

再生细骨料中粉料对再生砂浆抗压强度的影响

从2种再生细骨料中筛选出粒径小于0.075mm的粉料作为掺合料,研究其对再生砂浆力学性能的影响.试验结果表明,当稠度保持在70~90mm,再生粉料替代部分水泥或粉煤灰时,再生砂浆的抗压强度基本大于基准再生砂浆;当再生粉料以11%和20%的掺量分别取代水泥和粉煤灰时,再生砂浆的抗压强度最大;采用再生粉料替代粉煤灰的再生砂浆的抗压强度略大于采用再生砂浆替代水泥的再生砂浆,再生粉料与再生细骨料交叉组合得到的再生砂浆的抗压强度增加最为明显.因此,再生粉料可改善再生砂浆中微细颗粒的级配,与水泥、粉煤灰及再生细骨料形成良好级配,从而提高了再生砂浆的抗压强度,发挥填充效应.