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.     

再生骨料混凝土抗压强度的试验研究及其机理分析

通过试验研究再生骨料取代率对C20、C30再生骨料混凝土(RAC)流动性和抗压强度的影响,结果表明:再生骨料混凝土坍落度随再生骨料取代率增大而减小;当再生骨料取代率为20%、40%、60%、80%和100%时,再生骨料混凝土抗压强度较普通混凝土均明显降低,最大降幅分别达27.5%、28.4%;取代率为50%时再生骨料混凝土抗压强度较普通混凝土分别高出7.2%、6.1%。SEM图像显示旧浆体区内存在较多微裂纹,而新浆体区结构更致密。再生骨料取代率及界面过渡区微观结构是影响再生骨料混凝土抗压强度的主要因素。提高再生骨料品质、优化再生骨料级配、改善界面过渡区微观结构是提高再生骨料混凝土抗压强度的根本途径。     

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.     

再生混凝土力学性能的应变率敏感性数值模拟

基于九骨料模型再生混凝土建立了有限元模型,研究了再生混凝土力学性能的应变率敏感性以及细观相材料应变率敏感性对其的影响,并讨论了再生粗骨料取代率和新、老砂浆强度对再生混凝土应变率敏感性的影响.结果表明,该有限元模型能较好地模拟再生混凝土力学性能的应变率敏感性;再生混凝土峰值应力和弹性模量随着应变率的增大近乎线性增大,且弹性模量呈现更加均匀的增长趋势;相比骨料和界面过渡区,砂浆的应变率敏感性对再生混凝土整体应变率敏感性起主导作用;再生粗骨料取代率增大或新、老砂浆强度降低时,再生混凝土的弹性模量应变率敏感性增大,但它们对再生混凝土峰值应力应变率敏感性的影响有所不同.     

再生细骨料残余浆体对混凝土流变性和强度的影响

文章开展再生细骨料残余浆体的定量表征实验、混凝土常规工作性能试验、流变性能试验和力学性能试验,研究不同残余浆体质量分数对再生细骨料混凝土流变性能和力学性能的影响。研究发现,再生骨料表面残余浆体的去除可以明显改善其基本性能,再生细骨料的使用会使新拌混凝土的坍落度和扩展度损失加快,屈服应力增大,塑性黏度降低。随着再生细骨料残余浆体质量分数的减少,用其制备出的再生混凝土的抗压强度和劈裂抗拉随之增大。当浆体质量分数为14.9%时,骨料水泥界面过渡区粘结紧密,再生细骨料混凝土的28 d抗压强度和劈裂抗拉强度分别为28.50、2.30 MPa,约为普通混凝土的89%、77%,表明较低残余浆体质量分数的再生细骨料可取代天然砂应用于混凝土中。     

模型再生混凝土单轴受压性能细观数值模拟

提出了模型再生混凝土的概念,根据各相介质细微观力学参数和本构关系建立了数值模型,对再生混凝土的破坏机理进行了仿真分析.通过变化再生粗骨料取代率、新硬化水泥砂浆强度、老硬化水泥砂浆强度、老硬化水泥砂浆厚度以及界面过渡区(ITZ)强度等参数,对模型再生混凝土单向受压性能进行了对比分析.结果表明:新硬化水泥砂浆和老硬化水泥砂浆强度对混凝土的初始弹性模量和峰值应力有较大影响,老硬化水泥砂浆厚度对模型再生混凝土的初始弹性模量和峰值应变有一定影响,界面过渡区的强度对再生混凝土的初始弹性模量、峰值应力和峰值应变的影响不显著.     

碳化和纳米SiO2改性再生粗骨料混凝土抗硫酸盐侵蚀性能

分别使用加速碳化和纳米SiO₂溶液浸泡的方式,对由两种强度等级混凝土(C30和C60)获得的再生粗骨料(RCA)进行改性;制备得到不同方式改性的再生粗骨料混凝土(RAC),并进行硫酸盐侵蚀实验.运用抗压强度实验和分光光度计法,分析RAC的宏观力学性能和硫酸根侵蚀深度的变化.利用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)、显微硬度和热重分析(TGA)手段,研究硫酸盐侵蚀后两种改性RAC的界面过渡区(ITZ)微观结构、化学组成和微观力学性能的变化特征.结果表明,RAC的力学性能随着硫酸盐侵蚀龄期的延长先增加后急剧降低.相比而言,纳米SiO₂的火山灰效应和填充效应使制备的RAC水泥水化更加充分,老骨料-老砂浆ITZ更加平整致密,表现出更好的抗硫酸盐侵蚀性能.     

钢-再生混凝土界面黏结机制及强度计算方法

为研究型钢、钢管与再生混凝土界面黏结作用机制,采用服役超50a的混凝土作为再生粗骨料来源,设计了31个试件进行推出试验,试验考虑了配钢形式、再生粗骨料取代率、长径比及混凝土强度等级4个变化参数对钢-再生混凝土黏结性能的影响.试验获取了各试件加载端和自由端的荷载-滑移曲线,并基于实测结果得到了3种钢与再生混凝土的界面黏结强度,分析了各变化参数对黏结强度的影响,探讨了钢-再生混凝土界面黏结强度的计算方法,推导了黏结剪力传递长度的计算公式.研究结果表明,钢-再生混凝土试件的加载端起滑均比自由端发展得早;型钢试件的黏结强度大于圆钢管试件,而圆钢管试件又大于方钢管试件;随再生粗骨料取代率的增加,试件的黏结强度略呈增大之势;随着混凝土强度的提高,试件的黏结强度有一定提高;方钢管与再生混凝土的黏结强度随长径比的增大而减小.     

通过三步碳化强化再生透水混凝土的性能研究

为了使用再生细骨料100%替代天然骨料制成再生透水混凝土,通过对再生细骨料烘干碳化、对浆料注碳搅拌、对再生透水混凝土碳化养护三步碳化工艺,起到强化透水混凝土的效果。对透水混凝土试件进行连通孔隙率、抗压强度测试,分析再生细骨料碳化程度、注碳浆体早期强度对透水混凝土力学性能的影响。结果表明：对再生细骨料进行烘干碳化处理,2 h碳化程度达69.05%;碳化再生骨料、碳化养护均可有效提升试件强度,抗压强度分别最大提高88.94%、33.40%,且不会影响试件透水性能;注碳搅拌可吸收固定一部分CO₂,提高试件透水性能和碳化养护效率,但对试件抗压强度产生负面影响,最大降低42.70%,碳化养护后强度仅下降7.0%。     

界面剂对新旧混凝土界面粘结性能影响的试验研究

为研究界面剂对新旧混凝土界面粘结强度的影响及其粘结机理,进行未涂刷界面剂与涂刷水泥净浆、掺10%粉煤灰水泥浆、掺10%U型膨胀剂水泥浆、掺10%丁苯乳液水泥浆等5组Z形试件的直剪试验,测定各试件新旧混凝土界面的剪切强度;同时,采用显微硬度仪与扫描电子显微镜,分析界面过渡区的显微硬度值分布规律、微观结构形貌以及水化产物种类与分布特征.试验结果表明,新旧混凝土界面为薄弱区域,涂刷合适的界面剂可优化孔结构,改善界面密实度,增大新旧混凝土在微观层面上的机械咬合作用.此外,常用的4种界面剂中,水泥净浆和掺U型膨胀剂水泥浆的性价比相对较高.     

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.     

考虑再生粗骨料随机分布的混凝土氯离子扩散细观数值模拟

考虑粗骨料分布的随机性及氯离子结合的非线性对氯离子扩散性的影响,对再生混凝土中氯离子扩散进行数值建模与细观仿真分析,并将数值模拟结果与已有试验数据进行对比;通过改变老硬化砂浆扩散系数、新硬化砂浆扩散系数、老界面过渡区扩散系数及浸泡时间,对比研究了不同情况下再生混凝土中氯离子的扩散特性.结果表明:数值模拟结果与试验结果接近;再生混凝土中氯离子沿扩散深度方向呈波浪式下降;随着扩散系数的增大及浸泡时间的增长,氯离子扩散速度加快;随着再生粗骨料取代率的增加,氯离子扩散速度也增加;相同扩散深度处,不同随机骨料模型中氯离子含量最大值接近,说明所采用的随机骨料模型模拟结果具有较好的稳定性.     

模型再生混凝土单轴受压静力与疲劳性能数值仿真

为了探讨再生混凝土中各相力学性能对其宏观力学性能的影响、寻找改善再生混凝土静力与疲劳性能的有效途径,基于ABAQUS软件建立了九骨料模型再生混凝土的有限元模型,并对各相材料赋予不同的损伤本构.分别采用显式准静态分析步和直接循环分析步对九骨料模型再生混凝土的单轴受压静力和低周疲劳加载进行数值模拟,并将静力性能仿真结果与试验结果进行对比.变参数分析结果表明:静力性能仿真结果与试验结果吻合较好;模型再生混凝土在界面过渡区会产生明显的应力集中现象,导致界面区砂浆塑性变形加剧,促使裂纹产生和扩展;随着再生粗骨料取代率的降低,模型再生混凝土的单轴受压强度和峰值应变逐渐增大;随着新砂浆强度的提高,模型再生混凝土的单轴受压强度逐渐增大;模型再生混凝土的疲劳性能较再生混凝土低,且应力-疲劳寿命曲线的趋势与普通混凝土相近.     

自密实混凝土加固碳化混凝土界面剪切性能试验

为研究混凝土构件长期暴露大气中表面形成的碳化层对自密实混凝土加固混凝土黏结界面剪切性能的影响,为该类结构加固设计提供依据,设计不同碳化程度Z形黏结试件进行直剪试验,考察混凝土碳化深度、混凝土强度和界面处理方式等对黏结试件破坏形式和抗剪强度的影响,并在试验基础上建立碳化混凝土黏结界面抗剪强度预测模型。研究结果表明:混凝土碳化引起黏结界面剪切裂缝分布形式的改变;混凝土碳化后强度和弹性模量均有所增强,在黏结界面间形成一个局部强化区域,剪切裂缝由原来的界面裂缝逐渐向老混凝土内部转移,扩展至碳化强化区与未碳化区交界面;混凝土碳化使得黏结界面抗剪强度增强,碳化初期,黏结界面抗剪强度增长迅速,达到一定碳化深度后,其增长幅度变小;黏结界面抗剪强度与新老混凝土的强度、界面处理方式等也密切相关,对于Ⅰ类和Ⅱ类界面,一定范围内增大新混凝土强度对于提高界面抗剪强度具有积极作用;当新老混凝土强度相差超过2个标号时,继续提高新混凝土强度作用不大;Ⅲ类界面植筋能有效提高抗剪强度,且其抗剪强度由较低强度混凝土控制。     

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.     

卵石骨料-砂浆界面黏结强度试验方法研究

界面过渡区(简称界面)作为混凝土中的薄弱环节,其黏结强度对混凝土宏观力学性能有较大影响。在已有的混凝土界面试验方法基础上,结合其实际受力情况提出一种原位拉拔试验方法。以卵石骨料为对象,研究了不同粒径(30,50,70,90,110 mm)的卵石埋置于不同强度混凝土浆体中(C15,C20,C25,C35,C40)界面的黏结强度规律。试验结果表明:卵石与浆体之间的黏结强度约为混凝土抗拉强度的1/3;同一混凝土强度下,黏结强度随着骨料粒径增加有所降低;同一骨料粒径下,黏结强度随混凝土强度提高有增加的趋势。提出的试验方法可用于混凝土界面黏结强度的测试,并可为类似复合材料的界面强度试验提供参考。     

方钢管再生混凝土界面粘结性能试验

对8根钢管再生混凝土柱界面粘结性能进行研究,探讨再生骨料取代率及再生混凝土强度对钢管再生混凝土界面粘结性能的影响.结果表明:钢管再生混凝土荷载-滑移曲线大致经历无滑移阶段、应力上升段、应力下降段等3个阶段,不同再生骨料取代率的钢管再生混凝土荷载-滑移曲线具有类似的特征;再生骨料的取代率对钢管与再生混凝土界面粘结强度影响显著,再生骨料取代率越高,界面粘结强度越低;再生混凝土强度对钢管再生混凝土强度有一定影响,随着再生混凝土强度提升,粘结强度逐渐增加,但增幅逐渐降低.     

粗骨料/浆体界面性能对混凝土力学性能影响的数值模拟

为了研究粗骨料/浆体界面过渡区对混凝土力学性能的影响,利用随机骨料模型生成二维混凝土数值试件,采用基于内聚力损伤的界面本构关系对混凝土数值试件进行了单轴受压和三点弯曲断裂细观数值模拟,分析了粗骨料与硬化水泥浆体界面粘结强度对混凝土力学性能的影响。研究结果表明:当非均质因子小于0.7时,界面粘结强度对混凝土的抗压强度和弹性模量影响很小,而当非均质因子大于0.7时,抗压强度和弹性模量快速增长;非均质因子与混凝土的断裂能呈线性增长关系;混凝土断裂破坏过程中断裂裂纹绕过骨料沿着界面曲折性扩展。     

再生块体/骨料混凝土中不同界面的碳化性能及孔隙特征

科学把握再生块体/骨料混凝土的耐久性能，是促进该类混凝土工程应用的基础前提。为揭示再生块体/骨料混凝土中石子-砂浆界面、新砂浆-旧砂浆界面的碳化性能，开展了这2类界面以及砂浆基体的快速碳化对比试验，并对新砂浆-旧砂浆界面及其附近的孔隙率进行了背散射电子图像分析。研究发现：无论是石片-砂浆试件还是砂浆-砂浆试件，界面处的碳化深度都大于砂浆基体，且越靠近界面的部位碳化程度也相对越大，呈现出较明显的二维碳化叠加现象；石片-砂浆试件的界面碳化深度为26～46 mm，而砂浆-砂浆试件的界面碳化深度仅为7～15 mm，即与新砂浆-旧砂浆界面相比，石子-砂浆界面的碳化深度明显更大，是抗碳化能力更弱的一类界面；新砂浆的水灰比对新砂浆-旧砂浆界面的碳化性能影响较大，相关的碳化深度降幅介于15%～52%之间，而旧砂浆水灰比对该类界面的碳化性能影响不明显；新砂浆水灰比一定时，新砂浆-旧砂浆界面的孔隙率随着旧砂浆水灰比的改变几乎没有变化，而旧砂浆水灰比一定时，该类界面的孔隙率随着新砂浆水灰比的减小明显降低。实际工程中，通过控制新砂浆的水灰比，可有效改善新砂浆-旧砂浆界面的抗碳化性能。     

混凝土气孔结构对其强度及界面过渡区的影响

为便于高性能混凝土引气剂的开发和应用,采用定量体视学图像分析法,测定掺有9种引气剂的混凝土28d气孔结构参数,运用灰色关联分析方法,研究不同范围孔径对混凝土抗压强度的影响,并采用显微硬度仪对混凝土界面过渡区进行了测试分析.结果表明:各范围孔径与抗压强度的关联性均为负;但不同的范围孔径对混凝土28d抗压强度的影响有所不同,混凝土总孔隙率相近条件下,增加10~200μm范围孔径的气孔孔隙率,减少200~1 600μm范围孔径的气孔孔隙率,使气孔的平均孔径及平均间距系数减小,混凝土的界面过渡区宽度缩短,显微硬度提高,有利于减小因引气而造成的抗压强度损失.