混凝土中氯盐传输的三维细观模型

为研究真实混凝土中氯盐的传输过程,采用X-ray CT测试技术,原位重构了混凝土三维骨料分布与孔隙结构,建立了混凝土的三维细观数值模型;考虑界面过渡区(ITZ),并基于Fick第二定律,研究了氯离子在混凝土中的三维传输规律,同时通过电子探针技术验证了模型的准确性.研究表明:骨料表面的凸起及凹陷处对氯离子等值线的疏密、形状及扩散方向均有很大影响;不规则骨料增加了流线迂曲度,而ITZ的存在导致骨料周围形成快速传导路径,加快了氯离子的扩散速率.     

粗骨料对混凝土氯离子扩散影响的模拟与试验

用数值模拟建立了三维随机骨料模型,分析了不同粗骨料形状、含量、粒径以及多粒径组合粗骨料对混凝土氯离子扩散的影响,并结合快速氯离子迁移系数法进行了验证.结果表明：相同体积粗骨料的形状特征参数越小,氯离子扩散受到的阻碍作用越明显;在一定浓度范围内,氯离子扩散系数随着粗骨料含量的增加逐渐减小;当粗骨料体积分数确定时,氯离子扩散系数随着粗骨料粒径的增加而减小;在相同体积分数下,氯离子扩散系数随着多粒径组合粗骨料粒径数的增加而增加.     

再生粗骨料品质和取代率对再生混凝土抗氯离子渗透性能影响北大核心

根据GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》,将废弃混凝土简单破碎后制得Ⅱ类再生粗骨料,一次颗粒整形后制得准I类再生粗骨料,二次颗粒整形后制得I类再生粗骨料。采用再生粗骨料取代（φ_z=0、50%、100%）天然骨料,研究粗骨料品质和取代率对再生混凝土的抗氯离子渗透性能的影响。结果显示：简单破碎再生粗骨料混凝土的氯离子迁移系数随着φ_z的增大而增大,其抗氯离子性能劣于普通混凝土,与普通混凝土相比,非稳态氯离子迁移系数增大了8.1%~35.1%;一次颗粒整形再生粗骨料混凝土的氯离子迁移系数随着φ_z的增大呈现减小的趋势,其抗氯离子性能接近,甚至优于普通混凝土;二次颗粒整形再生粗骨料混凝土的氯离子迁移系数随着φ_z的增大而减小,其抗氯离子性能优于普通混凝土,与普通混凝土相比,非稳态氯离子迁移系数减小了9.7%~25.5%。     

再生粗骨料品质和取代率对再生混凝土抗氯离子渗透性能影响

根据GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》,将废弃混凝土简单破碎后制得Ⅱ类再生粗骨料,一次颗粒整形后制得准I类再生粗骨料,二次颗粒整形后制得I类再生粗骨料。采用再生粗骨料取代(φ_z=0、50%、100%)天然骨料,研究粗骨料品质和取代率对再生混凝土的抗氯离子渗透性能的影响。结果显示:简单破碎再生粗骨料混凝土的氯离子迁移系数随着φ_z的增大而增大,其抗氯离子性能劣于普通混凝土,与普通混凝土相比,非稳态氯离子迁移系数增大了8.1%~35.1%;一次颗粒整形再生粗骨料混凝土的氯离子迁移系数随着φ_z的增大呈现减小的趋势,其抗氯离子性能接近,甚至优于普通混凝土;二次颗粒整形再生粗骨料混凝土的氯离子迁移系数随着φ_z的增大而减小,其抗氯离子性能优于普通混凝土,与普通混凝土相比,非稳态氯离子迁移系数减小了9.7%~25.5%。     

保温混凝土细观模型建立及导热系数分析

研究建立了针对含有大量玻化微珠颗粒的二维保温混凝土细观模型,给出了一种基于图片数字化处理方法的背景网格划分方法,有效克服了由于模型尺寸小、数量大等因素造成的有限元网格划分困难的问题。采用该模型进行保温混凝土导热系数数值模拟,并与试验数据相比较,验证了模型的有效性,且误差较小。对3种不同粗骨料形状的保温混凝土的导热系数进行了模拟分析,结果表明,粗骨料形状对保温混凝土的导热系数影响不大。     

骨料品质对混凝土性能的影响研究

针对新疆地区现有粗骨料级配不合理、针片状及不规则颗粒含量高、粗骨料空隙率较大、机制砂细度模数大、含石率高等现象,研究了新疆地区有代表生的骨料对混凝土性能的影响,并与新疆地区石灰石尾矿资源开发出的高品质骨料进行对比。研究结果表明:利用石灰石尾矿加工的高品质骨料配制的C25～C60混凝土,胶凝材料用量少,和易性良好,28d强度高,抗氯离子渗透性能好,与目前新疆商品混凝土常用的卵石与破碎卵石相比,技术优势明显,经济生好,具有良好的发展前景。     

碎石非常不规则颗粒对混凝土性能的影响

为改善粗骨料粒形,提出粗骨料非常不规则颗粒的概念,研究碎石非常不规则颗粒含量对混凝土流动性、强度、耐久性的影响。研究表明:随碎石非常不规则颗粒含量的增加,混凝土的流动性、强度和耐久性随之下降。因此,为提高混凝士性能,碎石非常不规则颗粒含量应作为一项技术指标进行控制。     

混凝土用骨料相关标准存在的问题与思考

通过比较不同国家标准对混凝土用骨料的规定,发现在骨料粒形及级配合比面存在的区别与问题。对于骨料级配,通过分析二区中砂各分计筛余情况,发现用累计筛余和细度模数作为机制砂级配的控制指标存在不合理性;对于骨料粒形,现行规范对于粗骨料针片状颗粒的规定过于宽泛,而对于细骨料粒形没有相应的规定。通过对这些问题的分析与思考,建议用分计筛余百分率作为级配控制的指标,避免间断级配的出现;提出粗骨料不规则颗粒和机制砂片状颗粒的定义、检测方法,为高品质骨料的生产提供技术和质量控制的依据。     

再生粗骨料混凝土抗氯离子渗透性能的研究

试验用RCM法研究了再生粗骨料的种类、取代率,胶凝材料用量及粉煤灰对再生粗骨料混凝土抗氯离子渗透性能的影响.结果表明,颗粒整形再生粗骨料混凝土抗氯离子渗透性能,优于简单破碎再生粗骨料混凝土,但差于天然粗骨料混凝土;再生粗骨料混凝土的抗氯离子渗透性能,随粗骨料取代率的增加而降低,随胶凝材料用量的增加而有所提高;掺加粉煤灰可提高再生粗骨料混凝土的抗氯离子渗透性能.     

混凝土真实细观模型的生成及氯离子传输的数值模拟

基于改进的遗传算法和8邻域边界跟踪法,对混凝土断面的数字图像进行处理,得到二值图像并提取粗骨料的边界坐标;根据提取的坐标编写程序,生成浆体集料界面过渡区（ITZ）,得到真实的混凝土细观模型;将得到的混凝土细观模型导入COMSOL软件,模拟海洋水下区氯离子侵入混凝土内部过程,得到不同时刻混凝土内部氯离子浓度云图。研究结果表明：使用的建模和模拟方法所得结果与长期实海暴露混凝土实验结果一致,可以用来研究和评价海洋环境下混凝土的耐久性能;ITZ的存在会加速氯离子向混凝土内部扩散,其厚度越大,扩散过程越快,界面区厚度增大1倍,混凝土表观氯离子扩散系数增大12.3%;对比真实混凝土细观模型与参数化生成的圆形随机骨料模型中氯离子传输模拟结果发现,圆形随机骨料模型中氯离子的浓度总是小于真实细观模型中氯离子的浓度。     

沥青混合料永久变形过程中粗集料空间运动分析

编写了三维不规则多面体粗集料的随机生成程序,重构了包含粗集料、沥青砂浆及空隙的沥青混合料车辙试件的三维离散元模型.通过对三维离散元模型进行数字切割获取了沥青混合料车辙试件的二维离散元模型,对沥青混合料车辙试件二维离散元模型中微观组成结构之间的接触赋予了相应的微观接触模型及模型参数.进行了沥青混合料车辙试验的二维离散元模拟,分析了沥青混合料永久变形过程中粗集料的平动和转动.结果表明:二维离散元模型能够较为精确地描述粗集料在沥青混合料永久变形过程中的空间运动情况,从而为今后沥青混合料车辙形成机理的探讨提供新的研究方式.     

Evaluation of quarternary aggregate resources in Norway

The paper refers to some results of recent research in Norway on aggregate/concrete interaction. The objective has been to establish criteria for classification, based on knowledge of the geological origin of the aggregates. The evaluation system developed incorporates an automatic data processing information system and a new method of mineralogical quality classification of sand aggregates. The latter refers primarily to the properties of aggregates determining the water requirement and strength of concrete. The system has been used for evaluating a large number of Quaternary aggregate deposits throughout the country, and the results have been correlated with relevant concrete testing.     

全级配混凝土二维细观模型的自动生成

将COMSOL软件与MATLAB软件有机结合,提出基于数值图像处理技术和骨料嵌入判别准则的混凝土细观数字模拟方法,实现了全级配混凝土二维细观几何模型和有限元模型的自动生成.骨料的生成主要依据混凝土级配中的骨料粒径分布,骨料的投放以骨料颗粒不相互嵌入为原则.为了验证该方法的有效性,采用4种形状的粗骨料试件进行模拟.结果表明:对于骨料含量高的全级配混凝土细观模拟试件,无论是骨料投放还是有限元网格自动剖分,此方法均可获得较高效率.     

橡胶集料混凝土氯离子渗透性试验研究

将废旧汽车轮胎经过处理后得到的橡胶细颗粒取代部分骨料配制成橡胶集料混凝土。采用ASTMC1202-97法对5组不同橡胶掺量的混凝土进行抗氯离子渗透性研究，结果表明。橡胶集料混凝土具有很低的氨离子渗透性。28d电量值均小于1000C，且导电量随橡胶掺量增加而减少。     

考虑施工需求的混凝土结构耐久性定量设计参数协调取值方法

由传统耐久性设计方法所确定的混凝土结构一维和二维扩散区的耐久性定量设计参数取值往往互不相同,导致混凝土的制备和施工浇筑存在困难。鉴于此,提出了考虑施工需求的混凝土结构耐久性定量设计参数的协调取值方法。首先考虑氯离子扩散系数的时变特性,推导了混凝土结构中一维和二维扩散区氯离子浓度分布的时变解析模型;然后分析了混凝土结构角部箍筋弯折对混凝土附加保护层厚度的影响,并依据不同扩散区耐久性定量设计参数的协调一致性要求,建立了箍筋协调弯弧内半径的计算表达式,进而提出了混凝土结构耐久性定量设计参数的协调取值方法,从而满足对于同一截面上具有不同扩散区的构件能够一次性完成混凝土浇筑的施工需求。分析表明,该方法基于箍筋协调弯弧内半径和耐久性定量设计确定混凝土结构的耐久性设计参数取值,使混凝土结构能够在规定的腐蚀环境作用下满足预定的设计使用年限要求,从而克服传统耐久性设计方法所存在的缺陷。     

Application of genetic algorithm for modeling of dense packing of concrete aggregates

Sequential Packing Algorithm (SPA) was developed to model the dense packing of large assemblies of particulate materials (in the order of millions). These assemblies represent the real aggregate systems of portland cement or asphalt concrete. To improve the SPA performance, the program engine was updated with a genetic algorithm (GA) search module. Multi-cell packing procedures, fine adjustment of the algorithm’s parameters, as well as implementation of GA were effective tools to optimize the computational resources, to speed-up the SPA and to pack very large volumes of spherical entities.The developed algorithm generates and visualizes dense packings corresponding to concrete aggregates. The influence of model variables on the degree of packing and the corresponding distribution of particles was analyzed. Based on the simulation results, different particle size distributions of particulate materials are correlated to their packing degree. These packings agreed well with the standard requirements and available research data. The results of the research can be applied to the optimal proportioning of concrete mixtures.     

表征真实骨料形态的三维数值骨料建模

利用图像处理技术将骨料截面轮廓处理为二值图像,识别出各独立轮廓的形态特征后获取Hurst指数值的统计学规律,并使用改进的分形布朗运动(FBM)生成随机的数值骨料截面轮廓.使用该轮廓作为垂直于构建轴线的三维骨料上下两部分的连接面,基于改进的随机中点位移法,分别建立三维骨料的上曲面和下曲面并组装成完整的三维骨料模型.按相同纵长比生成的数值骨料与真实骨料具有相近的轮廓、扁平比和球度,且随机生成的数值骨料样本库与实测的真实骨料样本库具有类似的体积分布规律.按级配生成数值骨料并投放生成圆柱形沥青混凝土数值试件,相同工况下的仿真结果与单轴压缩蠕变试验数据的趋势吻合.     

Effects of coarse and fine aggregates on long-term mechanical properties of sea sand recycled aggregate concrete

Typical effects of coarse and fine aggregates on the long-term properties of sea sand recycled aggregate concrete (SSRAC) are analyzed by a series of axial compression tests. Two different types of fine (coarse) aggregates are considered: sea sand and river sand (natural and recycled coarse aggregates). Variations in SSRAC properties at different ages are investigated. A novel test system is developed via axial compression experiments and the digital image correlation method to obtain the deformation field and crack development of concrete. Supportive results show that the compressive strength of SSRAC increase with decreasing recycled coarse aggregate replacement percentage and increasing sea sand chloride ion content. The elastic modulus of SSRAC increases with age. However, the Poisson’s ratio reduces after 2 years. Typical axial stress–strain curves of SSRAC vary with age. Generally, the effect of coarse aggregates on the axial deformation of SSRAC is clear; however, the deformation differences between coarse aggregate and cement mortar reduce by adopting sea sand. The aggregate type changes the crack characteristics and propagation of SSRAC. Finally, an analytical expression is suggested to construct the long-term stress–strain curve of SSRAC.     

利用海砂制备高性能混凝土试验研究

研究了细集料砂对水泥胶砂性能的影响,并以海砂为细骨料制备高性能混凝土,分别进行了C60、C100等级海砂高性能混凝土工作性能、力学性能以及耐久性能试验研究。结果表明:海砂水泥胶砂抗压强度比河砂低,但是抗折强度要高于河砂;海砂制备同等级高性能混凝土的工作性、28 d抗压强度及劈裂抗拉强度要优于天然河砂,且早期强度发展迅速;采用电通量法和NEL法评价的氯离子渗透性都处于很低的水平,为海砂混凝土的研究与应用提供了研究基础,为制定海砂混凝土应用技术规范提供重要参考。     

混凝土氯离子扩散系数预测的格构模型

提出了混凝土氯离子扩散系数预测的格构模型;应用能量等效原理,导出了格构梁和连续体氯离子扩散系数之间的解析关系式.基于模拟所得的骨料分布和格构梁与骨料之间的相对位置,确定了每一个格构梁单元的刚度矩阵.通过有限单元分析,获得了混凝土氯离子扩散系数;定量评价了最大骨料直径、界面氯离子扩散系数和骨料级配对混凝土氯离子扩散系数的影响.基于数值结果,发现混凝土氯离子扩散系数随着最大骨料直径的增大而减小;随着界面氯离子扩散系数的增大而增大;骨料级配对混凝土氯离子扩散系数有较大影响.