不同养护温度下模拟月壤地聚合物力学试验与分析

月球基地建设是月球探索的重要目标,利用原位资源进行月球建设是较好选择,可有效降低月球开发建设的风险和成本.利用模拟月壤为原料制备地聚合物进行月球资源就地利用是较为新颖的一种方法.对不同养护温度和NaOH掺量的模拟月壤进行无侧限抗压强度试验、X射线衍射试验和扫描电镜试验.结果表明:不同条件下模拟月壤地聚合物的应力-应变曲线均表现为应变软化型;高温蒸汽养护可以显著提高材料的抗压强度,但过高的养护温度可能抑制强度的发展,当养护温度60℃且NaOH掺量为4.0％时无侧限抗压强度较大;模拟月壤在碱激发作用下的水化产物为水化硅铝酸盐,适当提高养护温度可较为迅速的生成大量凝胶产物,从而提高抗压强度.     

水玻璃固化模拟月壤抗压强度增长机理分析

月球基地建设需要大量建筑材料,其中原位利用月壤能有效减少材料和运输成本。为了研究水玻璃固化模拟月壤抗压强度增长机理,分别进行了不同水玻璃掺量下的模拟月壤单轴抗压强度试验,X射线衍射和SEM(scanning electron microscope)电镜扫描试验,得到了水玻璃固化模拟月壤的单轴抗压强度变化规律,分析了能量变化特征和微观结构。研究结果表明：掺入适量水玻璃能提高模拟月壤的单轴抗压强度;采用掺量为5%的水玻璃,在85℃条件下养护28 d模拟月壤的抗压强度可达到3.23 MPa;此时模拟月壤的总能量和弹性能均达到最大值,随着水玻璃掺量不断增加,耗散能整体上呈现下降趋势。微观结构分析表明：水玻璃的碱激发作用和吸附作用所生成N—A—S—H凝胶、钙矾石(AFt)等水化产物填充在颗粒周围,松散的骨架颗粒通过凝胶胶结成致密的网状结构,从而使模拟月壤的强度得到提高。     

应力旋转对TJ-1模拟月壤变形特性的影响

登月成功后月球车辆的行驶以及月球基地的建设均涉及到主应力轴旋转问题,为此采用空心圆柱扭剪仪进行了两个系列的主应力轴旋转试验,以研究中主应力系数和平均应力对主应力轴旋转条件下同济一号(TJ-1)模拟月壤变形及非共轴特性的影响.试验系列I中保持平均应力、偏应力比不变,进行了不同中主应力系数的主应力轴旋转试验;系列II则是保持偏应力比、中主应力系数不变,进行了不同平均应力下的主应力轴旋转试验.结果表明中主应力系数、平均应力均对主应力轴旋转过程中TJ-1模拟月壤的变形特性影响显著.着重分析了中主应力系数、平均应力对TJ-1模拟月壤在主应力轴旋转过程中各应变分量、体变的发展趋势以及非共轴特性的影响,以期为登月成功后与月壤相关工程的设计提供参考.     

偏高岭土对水泥土应力-应变特性影响分析

为了研究山西偏高岭土对水泥土应力-应变曲线的影响,采用无侧限抗压强度试验对不同偏高岭土掺量、不同龄期水泥土的应力-应变特征影响规律进行分析。试验结果表明:随着偏高岭土掺量的增加,水泥土峰值应力先增加后减小,当掺量为3%时,峰值应力达到最大;随着抗压强度的增加,极限应变总体呈减小趋势,变形模量呈线性增加。     

钢管碱激发矿渣混凝土柱偏压性能试验研究

为研究钢管碱激发矿渣混凝土新型材料组合结构柱的偏压力学性能,以膨胀剂掺量及偏心率为变量,制作了4根钢管碱激发矿渣混凝土中长柱,并对其进行偏压力学性能试验研究.研究结果表明:钢管碱激发矿渣混凝土中长柱的偏压破坏过程可分为线弹性阶段、非线弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段和破坏阶段5个阶段;相同偏心率条件下,膨胀剂的掺入可延长钢管碱激发矿渣混凝土柱的弹性工作阶段,提高其偏压极限承载力;相同膨胀剂掺量条件下,随着偏心率增加,钢管碱激发矿渣混凝土柱的弹性工作阶段缩短,其极限承载力呈非线性降低趋势,应变和侧向挠度随偏心率增加;套箍效应系数v等于0.275可作为本次试验构件弹性工作阶段和弹塑性工作阶段的界限值.     

不同碱当量、粉煤灰和矿渣掺量对碱激发粉煤灰-矿渣地聚物力学性能及微观结构的影响

粉煤灰、矿渣复配组成碱激发复合水泥可以改善单一组分碱激发水泥的性能劣势。为了研究不同碱当量、不同粉煤灰和矿渣掺量对碱激发粉煤灰-矿渣砂浆力学性能、干燥收缩及微观结构特性的影响,采用抗压、抗折强度试验、吸水率试验、干燥收缩试验、微观扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)及傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectrometer, FTIR)试验进行表征。结果表明:3、7、28 d龄期时,随着碱当量和矿渣掺量增加,粉煤灰-矿渣砂浆抗压、抗折强度呈逐渐增加趋势,吸水率和干燥收缩率呈逐渐下降趋势。其中龄期为28 d,碱当量为6%、矿渣掺量为100%时,碱激发粉煤灰-矿渣砂浆抗压强度达到峰值110.84 MPa,抗折强度达到峰值10.77 MPa,吸水率最小,为1.2%,与4%的粉煤灰-矿渣砂浆相比,碱当量为6%的砂浆干燥收缩率均减少10%以上。由微观分析知,粉煤灰-矿渣砂浆在碱激发作用下水化产物主要为铝硅酸盐凝胶和水化硅酸钙凝胶,粉煤灰掺量越大,凝胶结晶度越低。碱当量越大,体系水化产物数量越多,结构越密实。     

超高性能混凝土轴心受拉力学性能试验研究

为了研究钢纤维掺量对超高性能混凝土(UHPC)轴心受拉力学性能的影响,设计、制作了纤维掺量为0%~5%的6组8字型单轴受拉试件,标准养护28d后进行单轴拉伸试验,得到了不同纤维掺量UHPC单轴受拉应力-应变全曲线;分析了钢纤维掺量对UHPC抗拉强度、峰值应变以及受拉韧性的影响.试验结果表明:在不影响UHPC工作性能的前提下,纤维掺量可达到5%,其抗拉强度为8.50MPa,对应的应变为1 619με;随着钢纤维掺量的增加,UHPC的抗拉强度、峰值应变、抗压强度以及受拉韧性均逐渐提高.最后依据试验数据建立了UHPC单轴受拉本构方程.试验结果可为UHPC材料的工程应用提供参考.     

橡胶颗粒沥青混合料低温抗裂性试验研究

以AC-13级配为基础,将橡胶颗粒代替部分集料掺入混合料中,以低温弯曲试验为评价方法对不同橡胶颗粒掺量下沥青混合料的低温抗裂性进行研究,并引入应变能密度值对混合料的低温抗裂性进行综合评价.试验结果表明:橡胶颗粒沥青混合料试件的破坏微应变均超过2 300,满足冬寒区的技术指标;无论是否掺加橡胶颗粒,随着温度的下降,沥青混合料破坏时的最大弯拉强度增大,弯拉应变降低,劲度模量增大;弯曲应变能密度在胶粒掺量为1%左右时具有较大的弯曲应变能密度值,此时橡胶颗粒沥青混合料具有较好的低温抗裂性.     

生物酶改良膨胀土的应力-应变关系归一化特性

以生物酶改良膨胀土的应力-应变关系归一化特性为研究对象,提出了基于生物酶掺量的生物酶改良膨胀土的应力-应变关系特性的归一化方程.通过不同生物酶掺量下的三轴固结排水剪切试验,生物酶改良膨胀土的应力-应变关系均表现为应变硬化型,应力-应变关系曲线为典型的双曲线.基于Duncan-Chang模型参数拟合方法,分析了生物酶掺量对相应参数的影响,提出了生物酶掺量与相应参数的关系表达式.采用主应力差渐近值(σ_1-σ_3)_(ult)作为归一化因子,给出了相应的归一化条件,对生物酶改良膨胀土在不同生物酶掺量、不同围压σ_3下的应力-应变关系特性进行归一化分析,其应力-应变关系特性归一化程度较高.通过所建立的应力-应变关系归一化方程对生物酶改良膨胀土的应力-应变曲线进行预测,预测曲线与试验曲线较为接近,可以较好地预测出不同生物酶掺量、不同围压σ_3下的应力-应变关系.     

纤维煤矸石改良膨胀土强度特性及邓肯-张模型参数

为了改善膨胀土胀缩性能和强度特性,以煤矸石和纤维为改良材料,研究聚丙烯纤维和煤矸石对膨胀土的强度影响及本构关系。将不同质量比的煤矸石掺入膨胀土中进行无荷载膨胀率试验和收缩试验,将不同质量比的聚丙烯纤维掺入煤矸石改良膨胀土中进行三轴固结排水试验,分析其应力-应变关系,获取改良土邓肯-张模型参数,并采用MATLAB软件对模型参数进行分析。结果表明：煤矸石可有效抑制膨胀土的胀缩性,煤矸石掺量为40%时,对膨胀土胀缩性的改良效果最好;在此煤矸石掺量下,随着纤维掺量的增加,改良膨胀土的抗剪强度呈先增大后减少的趋势,纤维掺量为0.3%时,改良膨胀土的强度最高,并且当纤维掺量相同时,周围压力越高,纤维对改良土强度提高越显著;采用MATLAB软件得到纤维掺量和围压对模型参数a、b的拟合函数,代入到邓肯-张模型中,模型能较好地模拟试验获得的应力-应变数据。