玄武岩纤维粉煤灰橡胶混凝土力学性能试验研究

对玄武岩纤维橡胶混凝土设计了正交试验,对其力学性能进行测试并与普通混凝土对比,分析橡胶颗粒取代率、玄武岩纤维和粉煤灰掺量对混凝土28 d抗压、劈裂抗拉和抗折强度的影响。结果表明:橡胶颗粒取代率5%,玄武岩纤维掺量4 kg/m~3,粉煤灰掺量15%时,混凝土各项性能最佳。随橡胶颗粒取代率增加,混凝土抗压强度显著降低;而掺入玄武岩纤维使抗拉和抗折强度有较大幅度提升;最后从玄武岩纤维对混凝土类材料增韧阻裂机制进行了讨论。     

养护期间持续增加的压应力作用混凝土力学性能

制作混凝土试件在其养护期间对试件施加不同等级压应力,测试28天试件的抗压强度抗折强度及动弹性模量,计算损伤变量,并与自然养护下混凝土试件的力学性能进行比较,采用扫描电镜观察试件微观结构。试验结果表明养护期间受到不同等级的压应力作用对混凝土28天的力学性能产生影响,存在一个临界损伤强度值;当混凝土受到低于临界损伤强度的压应力作用,28天力学性能起增强作用;超过该值力学性能降低。电镜扫描表明受损伤混凝土内部微裂纹增多,界面过渡区是裂纹集中区域。     

不同基准混凝土强度橡胶混凝土力学性能

为了探讨不同基准混凝土强度(C60,C40和C20)下,橡胶粉体积取代率和橡胶粉粒径对混凝土力学性能的影响,采用混凝土常规力学性能试验方法进行了橡胶混凝土和易性、抗压强度以及弹性模量试验。试验结果表明:橡胶混凝土立方体抗压强度、坍落度和弹性模量均随体积取代率的增加、橡胶粉粒径的增大而降低;橡胶粉体积取代率与强度降低系数之间存在较好的线性关系,回归分析的橡胶混凝土抗压强度方程形式简单,具有较理想的精度。     

橡胶颗粒掺料对水泥混凝土力学性能的影响研究

为了探究橡胶颗粒掺料对水泥混凝土力学性能的影响,取橡胶颗粒按照4种不同的取代率去取代砂子进而制作橡胶颗粒掺料混凝土试件,并对制成的试件进行抗压试验。根据试验结果,从试件的坍落度、破坏形态、试件的抗压强度值、抗压强度的下降值与降低率以及抗压强度降低效应分析得出,由于橡胶颗粒掺料的憎水性能,导致橡胶颗粒的掺加会影响混凝土的强度,使其抗压强度降低,其中10%的橡胶颗粒掺料混凝土抗压强度变化最为明显。     

加速碳化条件下界面过渡区的纳米力学性能

为了研究界面过渡区(ITZ)对碳化速率的影响,采用纳米压痕技术研究了不同水胶比试件碳化前后界面过渡区的纳米力学性能演化规律.结果表明,当水胶比λ=0.53和0.35时,试件界面过渡区的平均弹性模量分别由碳化前的29.08和33.21 GPa增加到碳化后的43.72和41.74 GPa,而当λ=0.23时试件碳化后界面过渡区的平均弹性模量则有所降低.同时,各试件界面过渡区的平均硬度在碳化后均有所增大,界面过渡区的尺寸则有所减小.因此,在加速碳化条件下,不同水胶比试件界面过渡区的纳米力学性能存在较大差异,且当λ=0.53时碳化对界面过渡区纳米力学性能的影响最显著.     

再生块体混凝土的单轴受压试验

首先,将抗压强度分别为26.7,45.0,87.6 MPa的3种旧混凝土块体与普通商品混凝土进行混合浇筑,制作18个再生块体混凝土立方体试件和18个棱柱体试件.然后,进行立方体试件和棱柱体试件的单轴受压试验,研究旧混凝土的取代率及新旧混凝土的抗压强度差对再生块体混凝土受压力学性能的影响.结果表明:在添加低抗压强度(26.7,45.0 MPa)旧混凝土的试件中,新旧混凝土结合良好,界面难以辨别;在添加较高抗压强度(87.6 MPa)旧混凝土的棱柱体试件中,新旧混凝土的结合界面出现分离现象;试件的破坏形态似2个对顶的角锥形状;在新旧混凝土抗压强度差不变的情况下,再生块体混凝土的抗压强度、弹性模量、峰值应变随旧混凝土取代率的增加而降低,取代率对抗压强度影响较大,但对弹性模量、峰值应变的影响较小;在新旧混凝土抗压强度差不同、取代率相同的情况下,随着旧混凝土块体抗压强度的增大,再生块体混凝土的抗压强度、弹性模量、峰值应变均呈一定的上升趋势;再生块体混凝土的泊松比变化不明显,平均值约为0.212.     

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．     

再生混凝土界面过渡区纳观力学性能试验研究

对采用不同搅拌工艺的再生混凝土的宏观力学性能进行试验研究.采用纳米压痕技术和扫描电镜等设备研究了再生混凝土界面过渡区的纳观力学性能和微观结构特征.试验结果表明,采用普通搅拌工艺的新界面过渡区的弹性模量随着与老砂浆表面距离的增加而降低,但是采用二次搅拌工艺的弹性模量基本保持不变.老界面过渡区的弹性模量随着与天然骨料的距离增大而逐渐增加.采用二次搅拌工艺新的界面过渡区的微观结构较普通搅拌工艺的新界面过渡区更为致密,且孔隙率和氢氧化钙晶体含量较少.由再生混凝土的界面过渡区纳观力学性能和宏观抗压强度之间的关系,可知采用二次搅拌工艺可以改善界面过渡区的力学性能和微观结构,进而提高再生混凝土的宏观力学性能.     

废弃橡胶颗粒对减小混凝土硫酸盐侵蚀破坏的研究

在5%Na2SO4溶液的浸泡环境中,对硫酸盐侵蚀环境下掺加不同橡胶掺量混凝土试件的力学性能进行了研究。以抗压强度为衡量指标,探讨硫酸盐溶液侵蚀环境下不同橡胶掺量试件的力学性能。实验结果表明：适量掺入橡胶集料可以提高混凝土的抗压强度,改善混凝土的耐腐蚀性能。     

界面过渡区微力学性质对高周疲劳性能的影响

为了解界面过渡区性质对混凝土高周疲劳性能的影响,采用纳米压痕技术测试了矿渣取代水泥的质量分数分别为0%、30%、50%、80%的混凝土中实际界面过渡区及邻近区域的压痕硬度分布,并测试相应配合比混凝土在不同应力水平下的抗弯疲劳寿命.试验结果显示:随矿渣取代水泥质量分数的增加,基体与界面过渡区之间压痕硬度的差异减少;当应力水平低于0.85时,混凝土的疲劳寿命对数值随基体压痕硬度与界面过渡区压痕硬度的比值的降低而增大;基体与界面过渡区间压痕硬度差异的减少,相对提高界面过渡区抑制疲劳损伤的能力,从而改善混凝土高周疲劳性能.     

橡胶粒径与掺量对砂浆力学性能影响的试验研究

摘 要 系统研究了橡胶粒径和掺量对橡胶砂浆力学性能的影响,橡胶等体积替代砂子比例为20%、40%、60%,橡胶粒径分别为5~20 目、20~40 目、60~80 目。研究结果表明,橡胶砂浆抗压强度和抗折强度均随橡胶掺量的增大而降低,随橡胶粒径的减小而提高。优选橡胶粒径为60~80 目时,具有20%,40%和60%橡胶掺量的橡胶砂浆抗压强度分别降低21.6%,43.3%和55.8%,抗折强度分别降低14.9%,29.4%和33.8%。另外,橡胶掺量越大,粒径越小,则橡胶砂浆折压比越大,韧性越好。该项研究对促进废弃橡胶的规模化应用,提高混凝土的韧性,具有重要的理论和实用价值。     

再生混凝土受压细观损伤尺寸效应分析

在细观层次上建立由天然骨料、旧界面、旧水泥砂浆、新界面和新水泥砂浆组成的再生混凝土五相随机骨料模型.对建立的模型进行单轴压缩和损伤断裂的细观数值模拟,研究尺寸效应对细观损伤和力学性能的影响.结果表明:随着试件尺寸从75 mm×75 mm增加到100 mm×100 mm和150 mm×150 mm,试件抗压强度分别下降了4.5%和8.3%;在所有试件中,初始损伤和拉剪应力都先集中出现在内界面区,但随着尺寸的增大,试件最终的损伤值也随之降低.     

混凝土梁弯拉断裂过程的细观分析

将混凝土看成是由骨料、砂浆和界面过渡层组成的三相复合材料.结合部分力学参数试验,采用非线性有限元对混凝土梁受弯拉破坏过程进行了数值模拟.按照试件的实际配比,由Walraven公式计算出各种粒径区间骨料的平面等效面积,然后由随机骨料模型生成混凝土数值试件.混凝土细观结构的破坏由最大拉应力准则判别,对于软化段,采用了应力张开位移模型以缓解计算结果的网格依赖性.计算结果表明:界面厚度取0.2～0.8 mm,对试件的荷载位移全曲线的影响不大;任意形状骨料与圆形骨料的计算结果相近;界面层断裂能对梁宏观荷载位移曲线的形状影响较大.     

水泥净浆—砂浆—混凝土的徐变相关性

为分析净浆、砂浆、混凝土徐变规律的相关性,在温度为(20±2)℃、相对湿度(60±5)%的试验条件下,测试了33%荷载水平,水胶比为0.37,磨细矿渣和粉煤灰分别以0%、30%、60%等质量替代水泥时水泥基材料的徐变度。试验结果表明:水泥净浆缺少骨料对徐变的抑制作用,其与混凝土的徐变演变规律存在较大差异。水泥砂浆的时变特性与混凝土非常接近,除粉煤灰掺量为60%以外的各组,矿物掺合料对砂浆徐变的影响程度与其对混凝土徐变的影响程度存在一致性结果。矿物掺合料与基体界面结合情况的SEM图像表明,除粉煤灰掺量为60%时,粉煤灰与基体的界面结合较差,其他4组的界面区无明显缺陷。因此,在研究矿物掺合料等因素对徐变性能的影响规律时,可用砂浆模拟混凝土,但要注意界面结合情况,当界面结合较差时,会对徐变规律的研究带来不可预知的影响。     

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、水泥砂浆-沥青砂浆界面（CMI）的联结失效是内部界面损伤的主要诱因；有限元(finite element method, FEM)仿真结果表明，随着再生集料用量的增加，沥青混凝土的断裂耗散能降低，混凝土内部的界面主应力平均值增大。通过本研究分析，建议再生集料沥青混凝土使用前先对再生集料表面水泥砂浆进行物理或化学强化处理，研究结果为将来再生集料在道路工程中的应用提供参考。     

混凝土初始损伤细观结构特性数值试验研究

细观结构特性是混凝土材料最重要的特性之一,细观结构参数的改变直接影响混凝土弹性模量、抗拉抗压强度等宏观力学性能变化.首先采用混凝土随机骨料模型进行混凝土细观数值试验,将混凝土看成由骨料、水泥砂浆以及两者之间的界面过渡区(ITZ)组成的三相复合材料,并在水泥砂浆中引入不同孔径、孔隙率的孔隙,使用有限元分析软件MSC.Marc,通过数值试验研究了孔径、孔隙率对混凝土抗拉抗压强度和弹性模量的影响规律.试验结果表明:混凝土弹性模量在同一孔径下随着孔隙率的增长呈线性下降,在同一孔隙率下随着孔径增大呈对数下降;混凝土抗拉抗压强度随着孔隙率和孔径增大呈对数下降.其次,将数值试验结果与经验公式进行了对比,验证数值试验结果的正确性.最后,根据数值试验结果,建立了混凝土初始损伤与孔隙率和孔径之间的关系,描绘了细观尺寸下混凝土的初始损伤面,为建立混凝土细观结构参数和宏观力学特性之间的联系,改善混凝土的力学性质打下了基础.     

黄河砂与沙漠砂胶砂强度及微观机理

针对天然砂料日趋枯竭的问题,采用黄河砂和沙漠砂分别全部替代天然砂配置砂浆,通过扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)、X-射线能量光谱(energy dispersive spectrometer, EDS)和背散射电子(back scatter electrons, BSE)及元素扫描微观表征手段并联合力学强度试验,从宏微观角度揭示两种砂浆强度发展机理。结果表明：沙漠砂体系中胶砂界面处的钙矾石(AFt)和水化硅酸钙(C-S-H)发育完善,养护前期大量层状Ca(OH)₂紧密堆积,强化了胶砂界面结构;沙漠砂砂浆中的Ca/Si随龄期增加1.64,黄河砂砂浆的钙硅比增加0.52,有效保证其强度稳定性;沙漠砂颗粒黏结性强,充分填充砂浆界面孔隙,优化了砂浆结构的密实性,从而提升了其力学强度。     

VAc-VeoVa10乳胶粉对改性水泥砂浆力学性能的影响

针对目前膨胀聚苯板(EPS)外墙外保温系统用水泥砂浆粘结性差、柔韧性差等问题,用醋酸乙烯酯(VAc)与叔碳酸乙烯酯(VeoVa10)共聚乳胶粉对其进行改性。研究了乳胶粉用量对改性水泥砂浆力学性能的影响。结果表明,随着乳胶粉用量的增加,砂浆的粘结强度增加、抗折强度提高、抗压强度降低、柔韧性提高。通过正交试验研究了灰砂质量比、乳胶粉用量、保水剂用量等因素对改性水泥砂浆与EPS以及与基础砂浆粘结强度、抗折强度、抗压强度以及压折比的影响,得出改性水泥砂浆的最优配比为:水泥与石英砂的质量比1:1,乳胶粉质量分数4%,保水剂质量分数0.2%。