一种新的胶凝砂砾石坝坝料应变预测模型

为了研究胶凝砂砾石料的变形特性,对胶凝掺量60kg/m~3的胶凝砂砾石料在围压为300,600,900和1 200k Pa条件下进行三轴剪切试验,在此基础上,分别采用摩尔库仑准则、改进双曲线及抛物线描述胶凝砂砾石料的强度特性、应力-应变及体积应变-轴向应变关系,形成胶凝砂砾石料的应变预测模型。研究结果表明:高围压时峰值强度之前的应力应变曲线斜率比低围压时的斜率大,但软化不明显;与高围压相比,低围压下的试件会较早出现剪胀现象;轴向应变相同时,围压越高的试件主应力差与体积应变越大。模型计算结果与三轴剪切排水试验数据较为吻合,表明该模型能较准确地反映胶凝砂砾石料应力应变关系。     

再生骨料透水混凝土力学性能和耐久性研究

从优化水泥基体角度出发，搭配使用不同掺量的再生细骨料，旨在全面提升再生骨料透水混凝土力学性能、渗透性和耐久性. 首先，采用单纯形重心设计法对水泥（C）、粉煤灰（FA）和硅灰（SF）组成的三元胶凝体系进行优化设计，获得高性能水泥基体. 然后，分析了高性能水泥基体和再生骨料质量分数（0%、30%和50%）对透水混凝土力学性能和耐久性的影响. 试验发现，使用高性能胶凝材料，可以显著提升再生骨料透水混凝土的抗压强度和冻融耐久性，且可满足渗透性要求. 当再生骨料质量分数为0%、30%和50%时，28 d抗压强度分别提升72.4%、100%和44.2%；50次冻融循环质量损失分别为1.5%、2.2%和2.5%. 此外，研究发现再生骨料透水混凝土的破坏模式与胶凝材料性能和再生骨料质量分数相关，可为再生骨料透水混凝土设计和应用提供参考.     

葡萄糖酸钠对胶凝砂砾石材料凝结时间及强度的影响

以葡萄糖酸钠作缓凝剂,测得掺量0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%、2%时胶凝砂砾石的初凝时间和终凝时间,以及3 d、7 d和28 d抗压强度,试验结果表明:在相同试验条件下,随着葡萄糖酸钠掺量的增加,胶凝砂砾石的初凝时间和终凝时间都有较明显的延长,掺量为2%时分别延长了20 h和37.5 h;葡萄糖酸钠的掺量在0.1%时对胶凝砂砾石的抗压强度有所提升,随着葡萄糖酸钠的增加,胶凝砂砾石早期抗压强度下降明显,且中后期抗压强度也有一定下降,得到葡萄糖酸钠的适宜掺量为水泥用量的0.1%~0.8%。     

细观特征对混凝土力学特性影响试验研究

混凝土材料组分极为复杂,力学性质与其内部细观结构密切相关.为了研究不同细观特征对混凝土力学特性的影响,采用常规三轴压缩试验,对9组27个混凝土试样进行常规三轴压缩试验,对比了胶凝材料类型、骨料种类、骨料含量三种决定细观特征的因素对混凝土力学特性及变形破坏的影响.研究结果表明,水泥胶凝材料的胶结力远强于石膏的胶结力,P.O32.5水泥的胶结力低于P.O42.5水泥;不同类型粗骨料产生不同的混凝土强度,碎石骨料由于其棱角分明,胶结较好,故碎石混凝土拥有较高的强度.同时混凝土强度随粗骨料含量的增加而增加;研究结论可为深入探索混凝土的力学性质提供依据.     

低温钢纤维混凝土破坏过程的数值模拟

通过实验测试了钢纤维混凝土在低温下的力学性能,发现其抗拉和抗压强度随温度降低逐渐升高.运用RMT-150B型岩石力学试验系统对钢纤维混凝土圆柱型试样进行了单轴压缩分析,发现低温下钢纤维混凝土应力应变曲线可分为弹性阶段,裂缝稳态扩展阶段,裂缝失稳扩展阶段和破坏阶段.将混凝土看成是细观上的各向异性非均匀准脆性材料, 运用RFPA2D数值分析软件对钢纤维混凝土单轴压缩全过程进行了数值模拟,模拟得到的承载力随温度降低逐渐增大,均质度好的试件声发射较为集中,声发射能量随温度降低不断提高,体现了低温下钢纤维混凝土的脆性特征.     

不同胶凝体、骨料对透水混凝土的透水系数和抗压强度的影响

从透水混凝土的组成成分和配合比设计研究了透水混凝土的透水性能和抗压强度,以水灰比、胶凝材料、骨料作为变量,研究了透水混凝土的性能与胶凝体、骨料和水灰比的关系,结果表明:当胶凝材料是水泥时,混凝土的整体性能与水灰比成负相关;当其他材料相同时,与树脂作为胶凝材料相比,水泥作为胶凝材料时,透水性能较差,但力学性能较好。     

随机再生骨料增强混凝土受压应力-应变关系

为研究再生混凝土材料的力学性质,应用ANSYS的APDL参数化编程和AUTOCAD几何功能,生成含随机分布再生骨料、粘结界面和水泥砂浆基体的三相复合材料的细观模型,从细观力学的角度建立再生混凝土材料的非线性损伤本构方程,模拟再生混凝土材料单轴受压时的细观破坏过程,分析界面强度和损伤参数对再生混凝土材料的抗压强度的影响,所得应力-应变关系体现了再生混凝土材料的应变软化现象,与现有的试验结果相比,具有较好的一致性.     

基于再生微粉的复合胶凝体系水化特性研究

为了解基于再生微粉的复合胶凝材料的水化硬化机理，本文将再生微粉和粉煤灰单掺或与硅灰复掺以50%、60%、70%的取代率取代水泥制备水泥净浆试件，研究其抗压强度、水化放热速率、放热量及水化产物的变化规律。结果表明：随着取代率增加，胶凝材料抗压强度降低，取代率为50%时，胶凝材料力学性能最佳，其中复掺再生微粉和硅灰龄期为7d时，其抗压强度达到了29.1MPa;复掺再生微粉和硅灰的早期放热速率与复掺粉煤灰和硅灰基本一致，但加速了二次放热且放热量均低于纯水泥组；通过XRD试验可以发现，随着取代率增大，复掺再生微粉和硅灰的Ca(OH)₂衍射峰逐渐减弱，表明其促进了二次水化，也证明了再生微粉具有火山灰活性，且再生微粉的火山灰活性大于粉煤灰。该结果可为研发生态建筑材料提供理论支撑。     

辅助胶凝材料对再生混凝土性能影响的研究

再生混凝土力学性能较差,无法广泛应用,在预先浸泡再生骨料的基础上,将辅助胶凝材料纳米硅溶胶（1%,3%, 5%）与粉煤灰（10%, 15%, 20%）复合掺入再生混凝土中制备了改性再生混凝土。通过抗压强度、劈裂抗拉强度、坍落度试验探究了辅助胶凝材料对再生混凝土综合使用性能的影响;并在微观层次上揭示了辅助胶凝材料对再生混凝土性能影响的作用机理。结果表明,两种材料复合掺入后的协同作用使再生混凝土的力学性能、工作性能得到了全面提升,经试验测得纳米硅溶胶与粉煤灰的最佳复掺量分别为3%, 15%,其90 d抗压强度和劈裂抗拉强度最多提升50.5%, 73.6%,坍落度保持在165 mm左右。微观表征显示复掺两种材料加快了水泥水化反应,降低了水泥浆体的钙硅比,并由此增加了C-S-H凝胶含量;絮凝状C-S-H凝胶紧密包裹着水化产物,填充了混凝土内部的孔隙和裂缝,优化了界面过渡区结构,再生混凝土的强度得到显著提升。     

混凝土轴心受拉试件细观数值模拟

为在细观层次研究混凝土轴心受拉状态下的损伤破坏机理,基于ANSYS参数化设计语言,建立了能够表征混凝土骨料随机分布和细观相材料力学参数非均匀性的混凝土轴心受拉试件细观数值模型.通过数值模拟,得到了混凝土内部微裂缝产生、发展直至试件断裂的演化过程和应力—应变曲线.结果表明,对于混凝土轴心受拉试件,虽然受到均匀拉应力的作用,但是由于骨料分布的随机性和细观相材料力学性质的差异,试件内应力和应变分布并不均匀,裂缝扩展存在弥散、集中、局部化阶段.骨料的存在既是导致裂缝产生的根源之一,又可在一定程度上阻碍裂缝的发展.本文的数值方法可以克服物理试验加载时难以对中的局限,弥补宏观层次采用均匀化方法研究的不足,有利于揭示混凝土轴心受拉损伤的破坏机理.     

混凝土内裂纹沿水泥石/骨料界面或穿透骨料发展的条件

采用有限元方法,通过计算能量释放率并与材料断裂韧性对比,对弯曲荷载下骨料/水泥石界面区域裂纹走向进行分析判定。研究了水泥石、骨料性质对裂纹走向的影响。计算结果表明,对于给定骨料的混凝土,随着混凝土抗压强度(σ_c)的增大,弯曲型裂纹和穿透性裂纹两种裂纹走向的能量释放率之比呈逐渐减小趋势,而界面与骨科的断裂韧性之比则逐渐增大。两曲线的交点为的临界点,对应的混凝土标准抗压强度称为临界抗压强度σ_(cr)。当σ_c<σ_(cr)时,裂纹将沿水泥石与骨料的分界面发展,形成弯曲型裂纹;当σ_c>σ_(cr)时,裂纹将穿透骨料发展,形成穿透型裂纹。骨料种类对于σ_(cr)值的影响较大,花岗岩骨料为80 MPa左右,卵石骨料为72MPa,石灰石骨料为58MPa。     

聚合物胶乳超细水泥灌缝材料的力学性能

针对水泥路面早期裂缝类病害出现频率不断升高,有机灌浆材料难以满足苛刻的裂缝界面条件及自然环境,研究开发了苯乙烯/丙烯酸脂类共聚物R161乳液改性U型超细水泥裂缝修补材料(RMFC),基于修补材料的工作性能研究,重点对其力学强度、裂缝粘结性能、收缩性及耐久性进行了全面的试验研究。结果表明:改性后的修补材料RMFC的抗折强度可提高50%以上;界面粘结强度较基准浆体提高了36%;抗渗、抗腐蚀及耐磨性均得到明显改善;其路用性能得到全面提升。     

聚丙烯纤维对高寒地区水稳基层冷再生混合料性能的影响

为了改善高寒地区水泥稳定冷再生混合料的抗冻和抗干缩性能,提高水泥稳定冷再生技术在市政道路中的应用效果。研究了聚丙烯纤维对水泥稳定冷再生混合料的低温抗冻性、抗干缩开裂能力、抗拉和抗压强度性能的影响。聚丙烯纤维在水泥稳定碎石中起到加筋作用,增强了水泥稳定冷再生混合料的强度、韧性和抗裂性。综合分析得出在标准养护条件下,振动成型法成型的水泥稳定再生混合料的聚丙烯纤维最佳掺量为0.9 kg/m³,最佳纤维长度为12 mm。结合包头等高寒地区全年的气候情况,设计了具有代表性的不同养护条件,研究高寒地区环境对聚丙烯纤维水泥稳定冷再生混合料性能的影响。聚丙烯纤维水泥稳定冷再生混合料在恶劣养护条件下仍能保持较高的力学性能,在确保混合料抗压强度、抗拉强度、抗冻性满足规范要求的情况下,聚丙烯纤维的加入可以减少0.5%的水泥用量。聚丙烯纤维水泥稳定冷再生混合料有效地解决了高寒地区低温、低湿度和昼夜温差大导致水泥稳定冷再生基层易发生的强度不足和开裂等病害,延长了冬季可施工时间。     

不同密度等级泡沫混凝土的性能和孔结构

泡沫混凝土的密度等级对其性能有显著影响。笔者制备了干密度在300～1 000 kg/m~3范围内的泡沫混凝土,对其浆体流动度、抗压强度、吸水率和干燥收缩进行了测试,利用X射线计算机断层扫描成像(X-ray computed tomography, X-CT)对试件的孔结构进行表征。结果显示:随着泡沫混凝土密度等级增加,其浆体流动度先增大后减小,密度为600 kg/m~3时流动度最大;抗压强度随密度等级增加而逐渐增大,并与密度等级之间存在指数关系;干燥收缩和吸水率均随密度等级增加逐渐减小,这是由于其内部孔隙率降低、封闭孔增多所致。X-CT分析结果显示,密度低于600 kg/m~3的泡沫混凝土内部孔隙分布不均,试件表面的大孔较多,这是由于浆体与泡沫的体积比过低、浆体无法均匀地包裹在泡沫表面所致。     

裂纹连续度对非均质材料中雁行裂纹扩展的影响

应用材料破裂过程分析(MFPA2D)系统,通过对非均质材料试样中预置的雁行裂纹在单轴压缩下裂纹扩展、演化过程的数值模拟,研究了裂纹连续度的变化对裂纹尖端邻域应力场及裂纹扩展模式的影响,同时分析了连续度变化对裂纹起裂应力及强度所造成的影响·数值模拟结果表明随裂纹连续度的减小,裂纹内尖端的应力场逐渐由拉应力场过渡为压应力场,裂纹的扩展模式相应地经历拉模式(T)、拉剪模式(T S)及压模式(C),裂纹扩展的起始角度与最大压应力之间的角度也逐渐增大·此外,数值模拟结果还表明裂纹尖端的起裂应力大致为试样极限强度的1/2～1/3·     

酸处理铣刨料用于水泥稳定再生集料基层的性能

基层铣刨料的再生利用一直以来是公路工程建设中的难题,而酸处理为提高铣刨料自身性能提供了一种有效的处理方法,将处理后的铣刨料重新应用到基层也变得尤为重要。为了得到酸处理后的铣刨料对水泥稳定混合料基层的性能影响,对酸处理前后铣刨料的各项性能指标进行了试验测定,同时对水泥稳定再生集料进行路用性能试验研究;并铺筑鲁南地区某二级公路基层试验路段。研究结果表明,经0. 1 mol/L盐酸处理的铣刨料其力学与物理性能得到改善。当水泥剂量为3%～7%时,采用酸处理铣刨料所制备的水泥稳定再生集料,其抗压强度、劈裂强度均能满足二级及二级以下公路基层强度要求,可以用作二级及二级以下公路基层集料。采用水泥剂量为5%所铺筑的试验路段,公路通车3个月后并未发现明显的裂缝。     

含粗骨料超高性能混凝土力学性能研究

针对超高性能混凝土(UHPC)胶凝材料用量大,前期成本高等问题,通过在UHPC体系中掺入粗骨料,用河砂代替石英砂,成功制备了具有优异力学性能的含粗骨料UHPC,并通过试验研究了粗骨料掺量以及钢纤维几何参数对含粗骨料UHPC力学性能的影响.结果表明:随着粗骨料掺量的增加(0~800kg/m3),UHPC抗压强度先增加后下降,静力受压弹性模量几乎呈线性增加;粗骨料掺量为0~400kg/m3时,UHPC抗弯拉强度和初裂强度变化较小,粗骨料掺量为400~800kg/m3时,UHPC抗弯拉强度和初裂强度明显下降;随着粗骨料掺量的增加(0~800kg/m3),UHPC弯拉荷载-挠度曲线变化明显,弯曲韧性明显下降,但均存在应变硬化过程;随着钢纤维长度增加,UHPC的抗压强度、抗弯拉强度以及弯曲韧性均增加,但是静力受压弹性模量和初裂强度变化较小.     

玉米芯骨料生态混凝土的物理和力学性能

基于多源固废开发玉米芯骨料生态混凝土，并对其物理和力学性能进行试验研究.结果表明：当玉米芯吸水量为其吸水率的80%时，生态混凝土强度最高，玉米芯中的水分可对水泥起到内养护作用；当玉米芯的体积分数为30%～50%时，生态混凝土的干密度为1 200～1 550 kg·m^-3、抗压强度为2.0～5.7 MPa、抗折强度为0.21～1.00 MPa、收缩应变为380×10^-6～590×10^-6;生态混凝土的弯曲分为弹性阶段、裂缝产生、裂缝扩展和破坏4个阶段，玉米芯颗粒在其中起到桥联作用，可约束裂缝的产生和扩展，所得生态混凝土的弯曲韧性为0.86～3.78 kN·mm.     

苯丙乳液与纳米SiO2复合改性超细水泥胶浆的力学性能

结合混凝土桥梁底板裂缝注浆材料应满足流动度好、变形能力强及凝结时间短等技术要求,通过苯丙乳液和纳米SiO₂对超细硅酸盐水泥和超细硫铝酸盐水泥胶浆进行复合改性,系统研究了苯丙乳液掺量对超细水泥胶浆的施工性能和力学性能的影响规律,最终确定了其合理配比。试验结果表明：尽管苯丙乳液对超细水泥胶浆的抗压强度具有一定不利影响,但能显著改善超细水泥胶浆的施工性能,提高其抗折强度、拉伸变形能力和折压比,从而提升超细水泥胶浆的韧性。经苯丙乳液和纳米SiO₂复合改性的超细水泥胶浆可望在混凝土桥梁底板裂缝的修补工程中得以推广应用。     

基于压电陶瓷的固井水泥石损伤检测

固井水泥的裂缝损伤检测对于油气钻井井壁稳定性具有重要实际意义。基于压电陶瓷传感器的主动感应法,对固井水泥石进行裂缝损伤检测,获得裂缝深度及数量变化对传感器所接受信号值的影响,通过小波包能量分析得到时域信号图及小波包能量图,计算并分析其损伤指标。结合单轴试验对裂缝性固井水泥石进行轴压并分析其强度,且对裂缝深度与强度及损伤指标进行函数拟合。结果表明,传感器所接收的信号值及轴压强度随固井水泥石损伤程度的增大而减小,损伤指标能较好地反映其损伤程度。基于压电陶瓷传感器的主动感应法能够有效地检测并评价固井水泥石的损伤状况。