混凝土骨料对界面过渡区的影响与改善评述

混凝土界面过渡区是影响混凝土强度的一个重要因素,本文着重从混凝土骨料对界面过菠区的影响出发,探讨影响界面过菠区粘结强度、结构的因素,并提出相应的改善措施。     

高强微膨胀钢管混凝土的界面过渡区结构

应用XRD，SEM，EDXA等测试手段，从钢-膨胀水泥石界面过渡层中各种元素离子的分布状况以及具有显著特点的CH相和AFt相的形态、CH取向度等方面研究了钢-膨胀水泥石界面过渡区的结构，并对限制条件下钢-膨胀水泥石界面结构的改善进行了讨论．研究结果表明，刚性限制条件下水泥石界面过渡区结构得到了显著改善；钢-膨胀水泥石界面区中CH的空间生长情况优于钢-普通水泥石界面区中CH的空间生长情况，Si元素质量分数高于后者，Ca元素质量分数低于后者。     

新拌混凝土界面过渡区改性工艺方法探讨

针对一次投料搅拌工艺在提高水泥分散性、水化程度以及平衡混凝土界面过渡区强度梯度等方面存在的不足,提出新的多步投料搅拌工艺。研究结果表明,多步投料搅拌工艺在提高水泥分散性、水化程度以及平衡混凝土界面过渡区强度梯度等方面效果明显;相同条件下多步投料搅拌工艺可提高混凝土强度29.6%;在保证混凝土强度不变的情况下节约水泥20%左右。     

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.     

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.     

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.     

硫酸钠环境中混凝土界面过渡区的特点

为了揭示Na2SO4等盐类易引起混凝土腐蚀和碱硅酸反应等的机理,文章研究了硫酸钠环境中混凝土界面过渡区(ITZ)的特点.外掺不同浓度Na2SO4的混凝土(水灰比0.55)在标准养护28 d后,用SEM研究了混凝土界面过渡区(ITZ)的组成与形貌,用SEM-EDS研究了界面区的元素富集,用BSE研究了界面孔结构.结果表明...     

加速碳化条件下混凝土界面过渡区微结构

为研究界面过渡区微结构在碳化过程中的演变规律,运用背散射(BSE)图像分析技术,使用灰度值统计方法,对比分析了水胶比ρ=0.53,0.35,0.23时混凝土试件中界面过渡区和基体在碳化前后的微结构特征.结果表明,当ρ=0.53,0.35时,试件界面过渡区的孔隙率分别从碳化前的24.97%和16.07%减小到碳化后的20.29%和12.27%,而当ρ=0.23时试件碳化后孔隙率则有所提高.同时,各试件界面过渡区和基体的未水化水泥含量在碳化后均有所下降.因此,在加速碳化条件下,不同水胶比试件的微结构演变规律存在较大差异,界面过渡区和基体的碳化现象也有所差别,且当ρ=0.53时两者的碳化现象最明显,ρ=0.23时碳化现象最不明显.     

基于统一相场理论和内聚力模型的钢纤维混凝土界面过渡区力学性能研究

为探究数值模拟中界面过渡区不同建模方式对钢纤维混凝土力学性能及其损伤、破坏过程的影响,基于统一相场理论和内聚力模型,针对含单根钢纤维的混凝土拉伸试验,采用2种方法建立钢纤维混凝土界面过渡区的数值计算模型,对比分析不同建模方式对钢纤维混凝土力学性能及其破坏形态的影响,并考察不同因素对含单根钢纤维的混凝土极限抗拉强度的影响。结果表明,对混凝土基体部分采用相场断裂模型、界面过渡区采用内聚力模型,无论是计算结果还是细观破坏形态,都具有较好的准确性和可靠性;初始裂缝位置取30 mm和35 mm的钢纤维混凝土抗拉强度比取25 mm时分别提高30.8%和75.7%,钢纤维埋置角度为15°,30°和45°时的钢纤维混凝土抗拉强度比0°时分别降低12.2%,30.8%和48.9%,钢纤维增强作用受初始裂缝位置及钢纤维埋置角度影响较大,受钢纤维直径影响相对较小。采用统一相场理论可降低分析的难度、保证较高的计算精度,为研究钢纤维混凝土的损伤、断裂过程提供了理论参考。     

超临界CO2条件下混凝土界面过渡区微结构特征演变规律研究

为研究粉煤灰混凝土在超临界碳化前后界面过渡区(interfacial transition zone, ITZ)微结构的演变规律,采用扫描电镜对碳化前后ITZ附近的微观形貌进行了分析,同时构建了ITZ和水泥砂浆的孔隙率与压痕模量的关系模型.通过纳米压痕试验测得ITZ和水泥砂浆的压痕模量,并通过压汞试验测得水泥砂浆的孔隙率,推导出了ITZ的孔隙率.研究结果表明：经过超临界碳化处理后,粉煤灰混凝土界面过渡区变得更加密实.此外,超临界碳化前ITZ孔隙率范围为20%～35%,碳化后ITZ孔隙率范围为10%～26%,相比前者减少了25%～50%.     

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.     

过渡区界面对混凝土劈裂性能的影响的试验与数值模拟

过渡区界面(ITZ)是混凝土三相界面中的最弱界面,对混凝土的强度有重要的影响。在实际中过渡区界面的厚度极薄,很难以实验测得其强度。为了了解它的力学性能对混凝土承载能力的影响,通过对比混凝土劈裂试验与有限元软件ABAQUS中数值模拟的方法,研究了ITZ界面的力学性能对混凝土的劈裂破坏造成的影响。结果表明:混凝土的劈裂强度随着ITZ界面强度的降低而降低;当ITZ界面的强度低于砂浆界面的50%以下时,劈裂强度会出现明显的下降。随着ITZ界面厚度的增加,劈裂强度也随之降低。粗骨料的形状会对承载能力造成影响,形状越不规则的骨料模型其承载能力越强。     

混凝土损伤应变与微裂纹的实验研究

采用数字图像相关方法测量了混凝土表面损伤应变场。基于该应变场分析得到了肉眼不可见微裂纹的准确位置,并研究了混凝土立方体在单轴压缩的情况下,平均损伤应变与平均裂纹宽度的相关性。研究结果说明基于数字图像相关的混凝土表面微裂缝的定位方法是可行的。宽度小于0.1 mm微裂缝与平均损伤应变呈线性变化的关系。研究结果可用于判断混凝土微裂缝的位置、发展程度,为进行科学有效的控制或修补,提高结构安全性提供参考。     

基于三维重构的混凝土多相渗透模拟方法综述

首先指出了混凝土渗透性研究中均匀化研究方法的不足;并拟定了基于三维重构的混凝土多相渗透模拟技术路线。随后回顾了混凝土材料三维重构与多相渗透模拟的问题背景、研究方法与研究现状;最后介绍了混凝土界面过渡区(ITZ)的渗透特性、形成机理和分布特征。     

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。     

基于能量的钢与混凝土界面粘结强度

界面脱粘是钢-混凝土组合结构中的一种常见破坏方式,而一些研究结果表明钢．混凝土界面的脱粘可能是由能量控制的．本文将组合结构构件抽象为具有内部摩擦界面的弹性体,并将界面脱粘过程视为界面裂缝的扩展过程,基于断裂力学中的能量原理,得到了钢．混凝土界面脱粘过程中的能量关系,进而建立了基于能量的界面脱粘准则．用此准则进行了型钢混凝土拉拔试件的界面脱粘分析,分别建立了不考虑界面软化和考虑界面软化两种情况的界面脱粘模型,得到了两种情况下基于能量分析和基于强度分析的直接联系．结果表明,通过恰当的定义钢-混凝土界面等效粘结强度,基于强度的模型和基于能量的模型可以得到一致的结果．研究成果为钢．混凝土组合结构界面脱粘分析及其有限元模拟提供了理论依据．     

弯曲荷载下浪溅区混凝土中氯离子的扩散规律

采用恒定弯曲荷载的方式,研究了应力水平对浪溅区海工高性能混凝土内氯离子扩散规律的影响,并采用SEM-EDS法和BET法分析了荷载对混凝土和浆体微观结构的影响.结果表明:在纯受弯段内,距暴露表面相同深度处的氯离子含量随着弯曲应力水平的增加而增大;对于典型的海工高性能混凝土配合比,混凝土试件的弯曲应力与恒定荷载影响因子之间呈近似指数函数关系,在混凝土结构耐久性设计中应考虑弯曲荷载对氯离子扩散系数的影响;弯曲应力水平的增加不仅会增大界面过渡区微裂缝的宽度,还会增加硬化浆体中毛细孔和大孔的比例,并最终引起总孔体积和平均孔径的增大,从而降低混凝土的抗氯离子渗透性能.     

孔隙湿度对混凝土初始弹性模量影响

采用细观力学方法研究湿态混凝土中孔隙及孔隙水对材料初始力学性能的影响.混凝土材料细观孔隙分为活性孔隙和非活性孔隙两类,其中活性孔隙湿态情况下将由孔隙水填充.将非活性孔隙和孔隙水作为两类夹杂,理想无孔隙混凝土作为基体,基于等效夹杂理论和Mori-Tanaka平均场的思想建立了双类夹杂模型.该模型考虑了不同饱和度孔隙水的水化效应和粘滞性对混凝土力学性能的影响.理论结果和试验数据比较表明,该模型可以较为准确地预测孔隙及孔隙水对混凝土弹性模量的影响.     

基于机器视觉和数字图像相关技术的混凝土损伤演化研究

提出一种在试件损伤过程中,以数字图像方法所得应变场为基础,采用机器视觉识别快速获得对应损伤状态下试件表面裂缝分布的裂缝自动识别检测（Automated Crack Detection and Measurement,ACDM）方法. 采用三点弯曲试验,以夹式位移计测量裂缝口张开位移（Crack Mouth Opening Displacement,CMOD）作为参考用真实值,对ACDM的精度进行分析. 结果显示,CMOD小于0.05 mm时,ACDM识别的误差小于0.01 mm,ACDM方法可用于分析微裂缝尺度的混凝土损伤情况. 通过3组不同强度混凝土立方体试件的压缩试验,采用ACDM方法所得裂缝面积直接表征损伤指标来反映试件的损伤演化情况. 结果表明,在宏观裂缝出现之前,在不同损伤阶段下由ACDM方法所得损伤指标,对应数值变化均大于10-3,与目前表征损伤应变场的不均匀性变异系数（Cv）相比更为灵敏和准确.     

基于数字图像相关技术的混凝土剪切破坏实验研究

剪切破坏是工程实际中混凝土破坏的主要形式之一,而对其进行全场非接触的观测和研究却仍面临着一些困难,因而结合数字图像相关技术(digital image correlation,DIC)对混凝土的直接剪切破坏问题开展实验研究。分别对旧混凝土、未凿毛新旧结合混凝土及凿毛新旧结合混凝土三种不同类型的试样进行剪切破坏时的对照实验,具体对破坏时的应力应变分布,破坏断面情况,破坏时强度大小等进行比较。实验中将混凝土边缘外表层切除,以展现出的内部纹理作为数字图像相关技术所需要的自然散斑场;采用高分辨率的数字相机对发生剪切变形的混凝土表面进行图像采集,再通过DIC技术进行后处理以获得剪切破坏过程中变形场的分布。实验结果表明在承受剪切载荷时,经过凿毛处理的新旧结合混凝土粘合面的应变范围、应变分布复杂程度、应变数值均大于未凿毛处理试件,因而确定凿毛新旧结合混凝土试件的抗剪强度大于未凿毛新旧结合混凝土试件;研究结果同时验证了DIC技术在混凝土剪切破坏测试中的有效性和可靠性,即DIC技术可以更直观和全面地获得混凝土剪切应变分布情况,适用于混凝土结构剪切破坏的监测。