低热大体积混凝土微应变特性分析

为减少锚碇大体积混凝土结构内外产生较大温差而引起的混凝土收缩开裂,本文将粉煤灰与自主研制的水化热抑制剂掺入到混凝土中,探究水化热抑制剂对水泥流动度与凝结时间及不同掺量的粉煤灰与水化热抑制剂对大体积混凝土温缩变形性能的影响。结果表明：大体积混凝土早期水化温度随粉煤灰与水化热抑制剂掺量的增加而降低,且水化温度峰值出现后移现象;大体积混凝土的微应变随粉煤灰与水化热抑制剂掺量的增加而降低,且水化热抑制剂在较低掺量时对水化的抑制效果更明显;未掺粉煤灰的混凝土7d龄期的收缩值已超过180d龄期的70%,而掺粉煤灰的混凝土在7d收缩值仅占180d龄期的50%左右,在28d才达到180d收缩值的70%,在此基础上复掺水化热抑制剂的混凝土要达到180d的收缩的70%需要45d。综合作用效果与成本考虑,推荐采用内掺40%粉煤灰与外掺0.2%的水化热抑制剂进行锚碇大体积混凝土的配制。     

不同约束条件下掺轻烧MgO混凝土的力学性能

研究掺0%,5%,8%和12%(质量分数,下同)轻烧MgO混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、极限拉伸值和轴拉强度随龄期的变化规律,并用扫描电子显微镜和光学显微镜对混凝土微观结构进行分析。结果表明:掺轻烧MgO混凝土在不同约束条件下力学性能都有不同程度的提高,3维约束对混凝土力学性能提高程度最明显。掺5%,8%和12%MgO混凝土3维约束试件360 d时抗压强度分别比自由试件高16.9%,22.0%和16.0%,180 d时劈拉强度分别比自由试件高32.93%,31.03%和33.33%。掺5%和8%MgO混凝土3维约束试件极限拉伸值比自由试件分别提高9.5%和3.1%,抗拉强度分别提高5.7%和6.9%。自由条件下,MgO掺量较大时,MgO水化膨胀使得混凝土内部结构松散,基体呈疏松、多孔状,骨料与界面黏接较弱;约束条件下,混凝土基体的致密性得到提高,基体和集料界面的黏接能力加强,从而提高了混凝土的力学性能。     

纳米再生保温混凝土微观形貌研究

通过对不同再生骨料掺量的纳米再生保温混凝土进行抗压强度以及微观形貌分析,对玻化微珠颗粒与水泥砂浆界面、天然骨料与水泥砂浆界面、再生骨料与水泥砂浆界面,以及微裂缝开展区域进行分析,从微观上对不同再生骨料替代率的保温混凝土表现的宏观力学性能进行解释。通过对比玻化微珠颗粒与气孔的微观形态,得出玻化微珠颗粒替代发泡气孔可减少混凝土强度损失,纳米矿粉的掺入对微裂缝有填充作用。     

基于界面改性的水泥混凝土力学性能和机理

为了提高混凝土的力学性能,首先选取活性外加剂硅灰,采用内掺法将其掺入水泥,然后对不同硅灰掺量的净浆与混凝土进行了宏观力学试验;分别对比了硅灰对净浆与混凝土力学性能的改善结果,并分析了其产生改性结果差异的原因;最后结合扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)与X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)微观试验技术探究了其改性机理。结果表明：硅灰的掺入对水泥净浆的力学性没有明显改善;基于界面改性的水泥混凝土其28d抗压强度提升幅度较大,当硅灰掺量为10%时,较未改性混凝土其抗压强度提升了26.4%,可以推断出硅灰改善了混凝土界面从而提高混凝土整体力学性能;对比界面改性前后混凝土扫描电镜图,硅灰不仅提高了水泥基体的密实度,还改善了混凝土界面的结构与密度,以及界面处水化产物氢氧化钙的排列方式;硅灰具有填充效应、促进二次水化反应及与氢氧化钙发生火山灰反应等特性,随着硅灰的掺量的增加,氢氧化钙含量减小,C₃S和SiO₂增加,利用硅灰与水化产物间的物理、化学作用,达到改善改性后混凝土综合性能的目的...     

混凝土四重球弹性模量随龄期发展预测模型

混凝土的抗压强度和弹性模量随龄期不断增长.然而,与抗压强度相比,弹性模量随龄期的增长并不明显,相关的研究也较少.本文在混凝土弹性模量双重球和三重球预测模型的基础上,考虑了水泥浆体与骨料间的界面过渡区效应,建立了混凝土弹性模量四重球理论模型,且模型能够较好的反映界面过渡区在混凝土弹性模量发展中的作用.分析表明,对混凝土弹性模量发展起到主要作用的参数按重要程度依次为骨料体积分数、骨料粒径及界面过渡区效应.     

基于颗粒流法研究混凝土的劈裂拉伸破坏特性

基于二维颗粒流程序,构建了包含水泥砂浆、不规则多边形骨料和水泥砂浆与骨料的交界面的二维混凝土细观模型,采用标定后的平节理模型参数,对混凝土破坏的裂纹演化和破坏机理进行研究. 模拟结果表明:宏观破坏的细观机制是水泥砂浆、骨料以及交界面内的裂纹扩展和演化造成的;随机骨料的分布会对混凝土的峰值应力和破坏模式有一定的影响;巴西圆盘试件内的裂纹起始于加载端,随着载荷增加裂纹向中心扩展,混凝土试件呈现出劈裂拉伸破坏的模式;随着加载速度的提高,沿加载方向上的主裂纹及其他次生裂纹相互作用,使混凝土试件出现大量的碎块;裂纹统计结果显示,在细观层次上,拉伸型裂纹主导了混凝土试件的劈裂破坏,少量的剪切型裂纹主要集中在试件加载端的骨料附近.      

纳米金属氧化物对水泥基材料力学性能的增强效应

为了区别6种纳米金属氧化物(Al2O3、CuO、ZrO2、MgO、Fe3O4和Fe2O3)对水泥基材料力学性能的贡献。通过等质量替代(2%和4%)水泥,制备水泥基材料,测试其力学性能。结果表明：纳米Al2O3、CuO、ZrO2、MgO、Fe3O4和Fe2O3均能提高水泥基材料的抗折强度和抗压强度,纳米ZrO2的增强作用最大,28d~90d时分别为34%~47%和28%~51%,纳米CuO的增强作用最小,28d~90d时分别为4%~9%和4%~10%。通过影响系数和增长速率的计算发现,6种金属氧化物对水泥基材料的促进作用主要集中在28d前,28d后的促进作用不明显。分析认为,6种纳米金属氧化物在水泥基材料中主要发挥填充作用,晶核作用和表面活性作用,达到促进水泥颗粒水化、提高其密实度和力学性能的目的。     

玻璃粉/硅粉复掺对混凝土腐蚀环境下耐久性的影响

基于格尔木地区土壤中实测腐蚀性离子种类与含量,设计Na₂CO₃、NaCl、Na₂SO₄及MgSO₄复合溶液进行全浸泡试验,通过相对质量评价参数(ω₁)与相对动弹性模量评价参数(ω₂)变化规律研究玻璃粉/硅粉复掺对混凝土耐久性能的影响.分析标准养护下玻璃粉/硅粉复掺对胶凝材料水化反应的影响,以及玻璃粉/硅粉复掺混凝土受复合盐溶液侵蚀的微观机理.并依据Wiener理论预测了复合盐溶液腐蚀环境下混凝土的服役寿命.结果表明:复合盐溶液腐蚀环境下,混凝土劣化幅度因玻璃粉掺量的变化而不同;标准养护下玻璃粉/硅粉复掺对胶凝材料水化产物无影响,且养护至56~120 d时SiO₂仍进行着明显的火山灰效应;玻璃粉掺量10%、硅灰掺量6%时,玻璃粉/硅粉复掺对混凝土气孔结构有所改善,所以在复合盐溶液腐蚀前后混凝土内部平均气泡孔径均小于未掺玻璃粉与硅灰时的混凝土气泡孔径;玻璃粉/硅粉复掺制备混凝土时玻璃粉掺量不宜超过10%.     

高强度矿渣胶凝材料改性的研究

研究矿渣的粉磨细度，激发剂的掺量，改性剂的种类与掺量对高强度矿渣胶凝材料的干燥收缩性能及其强度的影响。研究表明，掺加9－10％的Na2SiO2激发剂和10％左右的硅酸盐水泥，控制适当的粉磨细度，可以使高强度矿渣胶凝材料的干燥收缩率降低到与硅酸盐水泥相近的程度，并且强度提高，达到了综合改性的目的。其水化产物都是含有少量Na2O,MgO的铝硅酸钙凝胶。     

全级配混凝土梁动强度提高机理研究

基于细观力学方法对全级配混凝土梁的动强度提高机理进行研究.假定混凝土由骨料、砂浆和界面三相材料组成,按全级配混凝土实际配比生成随机混凝土骨料模型.采用塑性损伤模型并考虑材料的应变软化,利用全级配混凝土梁的静弯拉(破坏)试验标定骨料、砂浆和界面的参数.在此基础上对冲击荷载下全级配混凝土梁的动弯拉破坏过程进行数值模拟,重点讨论惯性效应和应变率效应对混凝土材料强度增强因子的影响.研究结果表明:(a)当应变率小于8s-1时,材料惯性对梁的极限荷载影响可以忽略不计;当应变率大于8s-1时,材料惯性对全级配混凝土强度的动力增强因子(SDIF)影响增大.(b)当应变率小于20s-1时,率效应对SDIF影响较大,在高应变率区SDIF主要受材料惯性的影响.此外,探讨了初始缺陷(损伤)对全级配混凝土梁破坏荷载的影响.     

Effect of Silica Fume on Mechanical Properties of Concrete Incorporating Steel Slag Powder

This study investigated the effect of silica fume(SF) on mechanical properties of concrete incorporating steel slag powder(SSP). The compressive strength and splitting strength tests of concrete with different content of SF(0%, 4%, 8% and 12%) and of SSP(0%, 10%, 20%, 30% and 40%) were carried out, and the test results were analyzed and fitted. Obtained results showed that the brittleness, compressive strength and compressive strength discreteness of concrete increased due to the incorporation of SF. SSP weakened the compressive strength of concrete, which reduced within 10% when the content of SSP was less than 20%. SF and SSP showed synergistic hydration effect when they were mixed, and the optimal group was SF8 SSP30, whose compressive strength was close to that of plain concrete, and whose brittleness as well as discreteness of compressive strength were lower relatively. With the content of SSF and of SSP as variables, the tension-compression ratio and compressive strength of concrete can be well estimated by surface fitting.     

Anti-crack performance of phosphorus slag concrete

Anti-crack performance of concrete with phosphorus slag and fly ash singly and compositely added is investigated in terms of physical performance, hydration heat, dry shrinkage and creep, and index K is introduced to evaluate the crack resistance of phosphorus slag concrete. Results show that strength of phosphorus slag concrete increases with fineness increasing and when surface specific area is greater than 300 m²/kg the tendency slows down. Strength decreases with phosphorus slag content increasing and there is an optimal content existing between 30% and 50%. Both phosphorus slag and fly ash have obvious effect on elongating time setting, reducing hydration heat to a large extent and increasing creep value. Crack resistance of phosphorus slag concrete is divided into three stages, namely early hazardous stage, growth stage and later mature stage. With microstructure analysis, mechanism of effect of phosphorus slag on concrete performances and P and F on cement hydration is explored. It is concluded after comprehensive evaluation that the crack resistance of phosphorus slag concrete is approximate to, even to some extent better than that of fly ash concrete. Foundation item: Supported by the Guizhou Goupitan Hydro-Power Plant Project     

基于等效时间的混凝土水管冷却等效热传导

采用等效时间成熟函数反映不同温度历程下混凝土的水化反应状态,对考虑混凝土水化度的水管冷却等效热传导进行了研究,推导了基于等效时间的混凝土水管冷却等效热传导有阴无计算公式,研制了相关的有限元程序．在计算有热源水管冷却问题的混凝土平均温度时,需要存储各高斯点、各增量步等效时间增量．以获得时间增量区间对应的等效时间增量区间,然后计算考虑混凝土水化度时,该时间区间内的水化热温升增毓．针对采取骨料预冷和通水冷却等温控措施的某实际混凝土工程,分析在高温季节浇筑的混凝土块的温度和徐变应力,结果表明温度变化范围在12－27℃,考虑混凝土水化度时计算的浇筑块温度最大增高1.022℃,但徐变应力差民较小。     

碱磷渣加气混凝土的微观形貌及水化产物

实验以碱激发磷渣活性的方式制备免蒸压加气混凝土,研究测试了加气混凝土的孔隙率并对孔隙进行了微观形貌分析,运用XRD,SEM,DSC-TG和FTIR等测试方法分析了碱激发免蒸压磷渣加气混凝土的水化产物.分析结果表明:表观密度500~800kg/m3的加气混凝土孔隙率在66.79%~77.06%之间,孔隙呈椭圆形,大小比较均匀,相互联通的孔隙较少,孔径大小在0.5~1.5mm之间.碱磷渣加气混凝土的水化产物主要有水化硅酸钙凝胶、白钙沸石和水化硅铝酸钙,部分水化产物碳化生成了CaCO3.     

混凝土内钢筋锈蚀速率时变的全过程模式

讨论恒定气候环境下,混凝土内钢筋锈蚀速率的变化。在恒定气候环境和氯盐侵蚀条件下,对混凝土中钢筋的锈蚀电流密度进行测量。测量结果表明,在钢筋锈蚀过程中,锈蚀速率(锈蚀电流密度）具有时变特性,并且其时变过程可以划分为6个阶段。试验结果也显示了混凝土强度及混凝土电阻率对钢筋锈蚀速率变化的影响。基于不同锈蚀水平下钢筋与混凝土交界面过渡区(ITZ）的细观结构,开展了试验结果的机理分析,发现锈蚀层的发展和锈胀开裂是影响锈蚀过程的主要因素。最后,建立了钢筋锈蚀速率时变的全过程模式。     

利用固硫灰制备混凝土膨胀剂试验

探讨了利用固硫灰、锂渣、硬石膏为原料制备混凝土膨胀剂。通过正交试验研究了原料掺量和细度对其膨胀性能的影响。结果表明：固硫灰、锂渣和硬石膏按照质量比25：15：60能制备出满足GB23439—2009的I型膨胀剂;各原料掺量和细度对混凝土膨胀剂的7d和28d膨胀性能的影响不尽相同。运用SEM电镜扫描、x—ray衍射分析研究了混凝土膨胀剂掺入水泥的水化反应,表明随着水化龄期延长钙矾石含量增多。制备的膨胀剂是以钙矾石为主要膨胀源的混凝土膨胀剂。     

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.     

掺CeO_2的MgO－CaO系中CaO和MgO的晶粒生长动力学

研究了ＭｇＯ－ＣａＯ系耐火材料中主要氧化物ＣａＯ和ＭｇＯ在高温下的晶粒生长动力学，发现ＣｅＯ２的存在降低了ＣａＯ和ＭｇＯ的晶粒生长活化能，提高了结构基元的扩散速率，促进了ＣａＯ和ＭｇＯ晶粒的生长，从而揭示了掺ＣｅＯ２的ＭｇＯ－ＣａＯ系耐火材料抗水化性提高的本质     

混凝土水化放热模型的实验分析和计算

大体积混凝土因早期水化热引起的温度场 会导致开裂, 影响结构安全和正常使用, 其中混凝土热学参数的准确性会直接影响混凝土温度场计算的准确性. 从胶凝材料水化反应机理出发, 基于化学反应动力学原理及不同矿物组成的水泥水化热实验数据, 提出了一种考虑粉煤灰掺入和温度影响的混凝土水化放热模型. 该模型可以准确地反映混凝土水化放热量及温升随龄期的变化, 且与实测值吻合良好.     

原料粒度对磷酸镁水泥水化硬化特性的影响

研究了原料粒度对新型磷酸镁水泥(MPC)水化硬化过程的影响规律.首先,以一定量不同粒度的烧结氧化镁粉(MgO)和磷酸二氢钾(KH2PO4)搭配并掺入不同量的缓凝剂硼砂(Na2B4O7.10H2O)配制MPC.然后,测试MPC浆体3h内半绝热温升曲线、凝结时间和MPC硬化体的强度,并分析硬化体的物相组成和微观结构形貌.结果表明:MgO粉和KH2PO4的粒度对MPC水化硬化特性有显著影响,随着MgO粉和KH2PO4的颗粒粒径减小,早期水化反应速率加快,凝结时间缩短;但对于抗压强度并非颗粒越小其值越大,在最佳MgO粉和KH2PO4粒度范围内,MPC硬化体抗压强度最高.同样,对一定粒度MgO粉和KH2PO搭配的MPC浆体,在硼砂适量时,MPC硬化体才能具有适宜的凝结时间、水化反应速度和较高的抗压强度.