碳化作用对再生混凝土界面显微结构的影响

目的研究碳化作用对再生混凝土界面过渡区显微硬度及宽度的影响,从微观层面揭示碳化反应对再生混凝土的作用机理.方法通过显微硬度仪来测量碳化前后再生混凝土多重界面的显微硬度.结果强度等级相同的再生混凝土,经28 d碳化后,老骨料-新浆体界面处显微硬度值增大,界面过渡区宽度不同程度减小;老浆体-新浆体界面的显微硬度有所增大,过渡区宽度略有减小;老骨料-老浆体界面显微硬度的影响规律与老骨料-新浆体界面显微硬度的影响规律基本一致.结论碳化反应能够提高再生混凝土中水泥浆体和界面过渡区的密实程度和显微硬度;强度等级相同的再生混凝土,界面孔隙率的大小以及碳化作用对老骨料-新浆体界面的影响最大,其次是老骨料-老浆体界面,对老浆体-新浆体界面的影响最小.     

再生骨料掺量对混凝土碳化性能的影响

为研究再生骨料掺量对混凝土碳化性能的影响,用不同再生骨料质量取代率为0、30%、50%的再生混凝土(分别记为RC0、RC30和RC50)分析不同取代率下混凝土碳化深度、抗压强度的影响规律,运用扫描电镜分析再生混凝土界面微观形貌在不同碳化时间下的变化,通过显微硬度仪对界面过渡区的显微硬度数值进行检测和分析,探讨碳化作用下再生混凝土微观结构与宏观性能的关系。结果表明：再生骨料掺量越大抗压强度越低,再生混凝土碳化深度越深;通过对比不同类型界面过渡区的抗碳化能力得出,老骨料老浆体界面>骨料新浆体界面>老浆体新浆体界面;再生骨料取代率30%的混凝土界面结构更密实;再生混凝土的微观结构与其宏观性能呈规律性变化,用界面过渡区宽度的变化表征宏观性能的规律更为准确。说明碳化对不同再生骨料掺量混凝土的界面结构优化效果不同,再生骨料掺量越大的混凝土抗碳化性能越差,且用微观结构的变化可以很好地解释宏观性能的变化。     

堆石骨料对混凝土层面剪切性能影响的试验研究

堆石混凝土层间界面上露出的块石棱角与周围自密实混凝土的相互作用决定了堆石混凝土的层间抗剪性能。该文设计并完成了24个堆石混凝土施工缝小型直剪试验,通过在施工缝上布置不同抗剪堆石骨料,研究了堆石骨料露出高度、数量和强度以及竖向荷载对堆石混凝土施工缝抗剪性能的影响。试验结果表明堆石骨料对堆石混凝土施工缝抗剪性能有显著影响。试验出现了2种典型的破坏模式:堆石骨料周围混凝土的挤压塑性破坏和堆石骨料直接剪切破坏。堆石骨料露出高度、数量和强度以及竖向荷载的变化会引起施工缝的抗剪性能和破坏模式变化。参考普通混凝土裂缝剪力传递理论,提出了堆石混凝土层间界面抗剪承载力公式,该方法考虑了外露堆石的几何特征,能够体现出不同的破坏模式。利用试验结果对所提出的公式进行验证,验证结果表明所提出的方法能够有效评估堆石混凝土的层间抗剪性能,为今后堆石混凝土层间抗剪能力的设计提供了有益的参考。     

混杂再生骨料混凝土抗压计算研究

通过试验研究了水灰比、骨料类型和再生骨料混杂比例对混凝土抗压强度的影响.通过对混凝土Bolomey抗压强度计算模型进行修正,建立了混杂再生骨料混凝土抗压强度计算模型.研究结果表明:不同骨料类型混凝土的抗压强度均随着水灰比的减小而增大;再生砖骨料混凝土在不同水灰比条件下相比天然骨料混凝土强度降低幅度在15.43%～38.34%之间;再生混凝土骨料混凝土在不同水灰比条件下相比天然骨料混凝土强度降低幅度在1.20%～15.81%之间;随着再生砖骨料在混杂骨料中取代率的增加,混杂再生骨料混凝土的抗压强度逐渐降低.建立的再生骨料混杂比例预测模型可以根据混杂再生骨料的吸水率确定再生砖骨料所占的质量比;建立的混杂再生骨料混凝土抗压强度计算模型计算误差在5%以内,计算精度较高,可为混杂再生骨料混凝土配合比设计提供参考.     

卵石高强泵送混凝土的试验研究及其应用

对混凝土中骨料和水泥浆体的界面特性进行了分析.从改善卵石界面过渡层的特性,增强卵石界面和水泥浆的黏结力出发,对混凝土外加剂和掺合料进行了选择和试验;经混凝土配合比优化,得到卵石高强泵送混凝土强度的计算公式.经性能检测,该种混凝土具有良好的力学性能、工作性能和耐久性能.工程应用表明,卵石高强泵送混凝土可以满足工程设计和施工的要求.     

改善搅拌过程提高混凝土强度

为了提高混凝土的强度,围绕混凝土的拌和过程,分别从活化水、2次搅拌工艺以及振动搅拌设备3个方面开展了提高混凝土强度的试验研究。对拌和混凝土的关键组分水,通过高压电场处理,使其具有较强的物理、化学活性,促使拌和过程中的水化反应更加充分,并加快水化反应和凝结硬化速度。研究结果表明:与普通水的对比试验表明活化水提高了混凝土硬化强度;采用多步骤的2次搅拌工艺,促使拌和过程水泥浆体内水灰比梯度形成,降低过渡区的水灰比,改善过渡区孔隙结构,提高砂石等骨料界面的粘结强度,与传统搅拌工艺的对比试验表明,2次搅拌工艺综合提升了混凝土的整体性能;通过在搅拌机内设置深度激振器,采用振动作用与强制搅拌相结合的工作装置,消除拌和过程中的水泥颗粒团聚,降低混合物粘度和内摩擦力,使水泥颗粒快速均匀分散,水化反应更加彻底,与普通强制搅拌机对比试验表明,振动搅拌能明显改善混凝土的微观均匀性,提高了硬化强度。     

再生粗骨料取代率对圆不锈钢管再生混凝土黏结性能的影响

为研究圆不锈钢管再生混凝土黏结性能,考虑再生粗骨料取代率不同设计了5个圆不锈钢管再生混凝土试件进行往复推出试验。根据试件破坏现象、黏结强度-滑移量曲线及荷载-钢管应变曲线等,分析试件黏结界面处的传力机制、黏结破坏类型、极限黏结强度及对应的滑移量。研究表明:黏结强度-滑移量曲线呈三段式分布,反复加载对黏结强度影响较大,黏结强度随再生粗骨料取代率的提高而逐渐降低。通过回归分析提出考虑再生粗骨料取代率、混凝土强度两个参数的黏结强度实用计算公式。     

基于改进随机骨料模型的含砖再生混凝土损伤破坏研究

细观数值模拟进行材料特性研究的重要手段.本文将含砖再生混凝土看成砂浆、废弃砖、废弃混凝土和界面的多相复合材料,对其进行简化,将粗骨料简化成不规则凸多边形,借助于级配理论,按照废砖和废弃混凝土配比随机地对骨料进行参数化,建立改进的二维随机骨料有限元模型,进行单轴压缩破坏过程模拟,结果可知:(1)随着位移加载增大,横向变形呈左右大,中间小,废弃砖含量越大,变形越大;(2)在同一水平位移荷载作用下,含砖再生混凝土破坏时间较早,损伤区位于红砖与界面交接的红砖内部,这和不含砖再生混凝土从界面开始破坏的现象不同;(3)在屈服破坏之前,单轴压缩应力应变模拟值和实测值相吻合,达到最大应变后二者存在一定偏差,表明对再生混凝土细观材料破坏准则的描述还不合理,有待于进一步改进.     

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.     

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.     

界面强度对混凝土双丝拉拔性能的影响

从细观角度考虑界面、骨料、钢丝、混凝土基体四相材料物理力学参数的非均匀分布,利用有限元软件建立双丝拉拔数值模拟模型,研究界面强度变化对双丝拉拔试件破坏模式和力学性能的影响,给出双丝-混凝土基试件在位移加载下的荷载-位移曲线、声发射计数曲线和剪应力分布。研究表明:界面强度变化会改变拉拔试件的破坏模式和声发射现象。界面强度较低时,双丝拉拔试件峰值荷载和韧性随界面强度增加而增加;而界面强度较高时,界面强度的提高对峰值荷载和韧性影响不明显。     

超材料混凝土抗冲击效应数值研究

作为一种广泛应用的工程材料,混凝土材料抗拉强度低的缺点限制了其应用.当高速冲击荷载作用在混凝土结构上时,由于混凝土的脆性和较低的抗拉强度,结构后部的混凝土通常会产生严重的层裂破坏.因此,有效降低混凝土的层裂破坏对于提高结构性能很重要.近些年学者提出了局域共振超材料,它利用人造微结构的存在能使该超材料呈现出天然材料所不具备的超常物理性质.本文借鉴局域共振超材料的工作原理,通过将混凝土中的部分天然骨料替换为人工骨料超材料来降低冲击荷载下的层裂破坏.通过LS-DYNA,建立考虑随机分布的砂浆、天然骨料和人工骨料的超材料混凝土三维细观模型来进行层裂实验的数值模拟.研究超材料混凝土在冲击荷载作用下的材料性能以及人工骨料的材料属性和几何属性对超材料混凝土动态性能的影响.     

单一粒径混凝土的透水性研究

作为一种新型环境友好型现代建筑材料,透水混凝土的强度和透水性相协调至关重要。以透水系数3.0为目标,研究粗骨料单一粒径条件下,C30混凝土的水灰比、骨料粒径与强度和透水性的关系。结果表明,在粒径不变的条件下,透水混凝土强度随水灰比的增大而提高,透水性随水灰比的增大而降低;在水灰比不变的条件下,透水混凝土强度随骨料粒径的增大而降低,透水性随骨料粒径的增大而提高。当水灰比增大时,粒径对混凝土强度和透水性的影响率趋于稳定;当骨料粒径增大时,水灰比对混凝土强度和透水性的影响率呈现先增大后减小的趋势。     

混凝土中界面结合及其破坏机理的研究

本文对混凝土中两相界面的结合状态(包括界面的粘结强度和过渡层的强度)及影响界面结合的因素作了分析研究,在此基础上提出加强界面结合的理论依据和措施。同时对单向压缩下界面上的应力进行了理论计算并分析了破坏过程。     

再生骨料掺量对再生混凝土性能和强度的影响

通过试验表明:用再生骨料部分或全部替代天然碎石配制再生混凝土时,其工作性能和强度与普通混凝土不同,系统研究了在水灰比相同的情况下,再生骨料掺量对混凝土基本性能的影响.结果表明:对于工作性能而言,随着再生骨料掺量的增加,新拌混凝土的流动性变差,而黏聚性和保水性变好,对于强度而言,存在一个合理掺量,再生骨料掺量在50%左右,对强度有利.     

混凝土二次搅拌的机理分析

针对混凝土强度破坏常发生在水泥石与骨料界面的情况,指出传统混凝土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,提出用新的二次搅拌工艺改善混凝土界面区的结构和性质,可提高混凝土性能.剖析了二次搅拌的机理,并与传统搅拌方法进行了对比.结果表明:二次搅拌改善了混凝土界面的微观匀质性;减少了水泥颗粒的团聚现象,提高了水化程度;改善了混凝土界面区的水化物分布状态,综合提高了混凝土各项性能.     

浮石混凝土风沙吹蚀与冻融耦合的破坏机理研究

以内蒙古天然浮石作为粗骨料,配置3种强度的浮石混凝土.利用气流携沙法和快冻法研究浮石混凝土在风沙吹蚀与冻融耦合破坏中的耐久性,分析质量损失及相对动弹性模量的变化规律,并进行核磁共振测试,探究破坏机理.结果表明,风沙吹蚀与冻融耦合破坏相比单一因素破坏更为严重;风沙吹蚀起到"催化"作用,破坏混凝土表面水泥砂浆层,加快了冻融破坏;相对动弹模量比质量损失率更为敏感,更能表现混凝土的破坏程度;核磁共振表明水灰比越大,混凝土内部有害的大孔越多,自由流体饱和度可作为评判浮石混凝土耐久性的一个指标;北方寒带风沙区的建筑物的重要结构,应增防风沙设施,才能更好延长使用寿命.     

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。     

不同温度下钢-改性聚氨酯混凝土界面黏结滑移性能试验研究

在钢桥运营过程中,铺装层与桥面板的黏结层常会因车辆碾压、温度等因素的影响而出现脱黏现象。近年来,国内出现一种新型改性聚氨酯混凝土,具有较好的工程适用性,已用于多座钢桥梁铺装工程。为研究该混凝土与钢桥面板的界面黏结性能,设计并制作该改性聚氨酯混凝土与Q345钢的层间复合试件。考虑温度的影响,分别在-10、15、40和60℃下进行斜剪试验。基于数字图像处理技术(DIC)采集试件界面的滑移量和应变,分析试件在不同温度下的破坏形态、界面黏结性能及界面应变分布规律。基于试验结果,建立钢-改性聚氨酯混凝土界面剪切强度、刚度与温度的关系式。研究结果表明：温度对试件界面黏结性能的影响显著,试件的界面剪切强度和刚度随温度升高而降低,而其界面极限滑移量与温度无明显关系,界面应变的绝对值均沿胶层方向从试件混凝土层的加载端到未加载端逐渐减小;随着温度升高,试件由脆性破坏向塑性破坏过渡;据所建立的钢-改性聚氨酯混凝土界面剪切强度、刚度与温度的关系式所得剪切强度、刚度计算结果与试验结果较吻合,可为聚氨酯类混凝土钢桥面铺装工程应用提供参考。     

再生细骨料对混凝土力学及抗冻性能的影响

通过设计不同水灰比的普通混凝土及引气混凝土,研究不同再生细骨料替代率对不同强度等级混凝土的力学及抗冻性能的影响.研究结果表明:随再生细骨料替代率的增加,普通混凝土的抗压强度和抗折强度都下降明显,而引气混凝土只是抗压强度下降明显,其抗折强度受影响较小;无论是否掺加再生细骨料,高水灰比(m(水)∶m(水泥)=0.52)混凝土抗冻性能均很差,通过掺加引气剂可适度提高其抗冻融循环能力,但抗冻耐久性仍较差;低水灰比(m(水)∶m(水泥)=0.35)混凝土本身具有很强的抗冻耐久性,掺加再生细骨料不会对其抗冻耐久性能产生明显影响.因此,对于高水灰比再生细骨料混凝土,降低水灰比比掺加引气剂更能显著提高混凝土的抗冻耐久性能.