活性粉末混凝土的性能与微细观结构

研究了活性粉末混凝土(reactive powder concrete．RPC)的强度、动弹模量、气体渗透性、碳化以及长期热处理条件下的膨胀性等宏观性能。用压汞测孔仪、扫描电镜等现代微观手段分别研究了RPC的孔结构及微观形貌。分析了RPC的性能与微细观结构之间的相互关系．提出了相应的细观结构模型。结果表明：RPC具有非常低的孔隙率．其气体渗透系数比传统混凝土的低1～2个数量级。经过21d热处理后．其试样长度基本不产生膨胀。RPC优异的宏观性能得益于其致密、均匀的内部微观结构。     

基于均匀化理论的混杂纤维混凝土有效弹性模量计算

混杂纤维混凝土是典型的多相多层次非均质复合材料,在弹性阶段其宏观尺度力学行为由细观、微观乃至纳观组成与结构决定。为探究材料微细观结构对宏观尺度力学性能的影响,在微细观力学框架下,基于Mori-Tanaka法和三相模型,建立了考虑界面作用的钢-聚丙烯混杂纤维混凝土弹性模量的多尺度均匀化理论模型,在经过试验结果验证的基础上,进行了影响因素拓展分析。结果表明:钢纤维的掺入提高了混凝土弹性模量,其提高幅度随钢纤维体积掺量的增大而增大,而聚丙烯纤维的掺入对弹性模量的影响不大;混杂纤维混凝土弹性模量随纤维界面弹性模量的增大而增大,且纤维掺量越大其增大幅度越大;增大钢纤维和聚丙烯纤维界面厚度均会减小其弹性模量;骨料体积分数是影响整体弹性模量的主要因素,表现在骨料所占体积越大,材料整体弹性模量也越大。     

骨料对混凝土力学性能的影响研究

骨料是组成混凝土的骨架,骨料的粒径、颗粒形状及级配等对混凝土的力学性能影响较大.本文从混凝土宏观力学、断裂力学和细观力学三个方面总结分析近年来骨料对混凝土力学性能的影响.结果表明骨料对混凝土宏观力学的影响同对断裂力学和细观力学性能的影响基本一致,期望为改善混凝土的力学性能提供参考.     

梯度结构混凝土的离子传输性能与微观结构

引入梯度结构设计原理进行梯度结构混凝土的设计.采用加速扩散法、自然扩散法测试其离子传输性能,采用压汞法、扫描电子显微镜测试梯度结构混凝土的微观结构.结果表明:与单层结构的高性能混凝土(high performance concrete,HPC)相比,梯度结构混凝上的Cl-扩散系数DNEL下降了2个数量级,6 h导电量Q下降了30%～40%,表观Cl-扩散系数Dd下降了25%～45%.可见,梯度结构混凝土的抗离子渗透性能显著提高.无细观界面过渡区水泥基复合材料(meso-interfacial transition zone-free cement-based materials,MIF)孔结构的改善程度比低渗透混凝土(low permeability concrete,LPC)的更大,MIF的孔隙率、最可几孔径、孔径≥50nm的孔含量均小于LPC的.MIF的集料-水泥石界面过渡区的改善程度比LPC和HPC的更大,MIF的界面过渡区也更为致密.同时,MIF-HPC的界面结合区的结构比LPC-HPC的更为致密.最后提出了梯度结构混凝土抗离子渗透性能的简化物理模型.     

短碳纤维增强熔石英玻璃陶瓷复合材料力学性能(英文)

根据高温烧结短碳纤维增强熔石英玻璃陶瓷复合材料的工艺原理,建立了一个研究短碳纤维增强熔石英玻璃陶瓷复合材料性能的细观力学理论模型,该模型由熔石英基体、氮化硅颗粒和碳纤维增强相组成的多相复合体,并假设细观结构呈周期性均匀分布,采用二尺度展开法计算了复合材料的力学性能.得出了在不同烧结温度和短碳纤维增强相体积分数条件下,复合材料横向Young氏模量、Poisson比和剪切模量的变化曲线,其变化规律与实验数据吻合较好.研究表明:在烧结温度为1 400℃和短碳纤维增强相体积分数为30%时,复合材料的有效刚度系数,以及Young氏模量和剪切模量均随着碳纤维体积分数的增大先增大后减小;在碳纤维体积分数为30%时,上述各量取得最大值,此时复合材料具有最佳的力学性能.     

SAP内养生混凝土抗渗性能与细观结构相关性研究

为研究高吸水性树脂(Super absorbent polymer,简称SAP)参数对路面混凝土抗渗性能及细观结构的影响规律,并从细观角度探索SAP对路面混凝土抗渗性能的增强机理,选用3种目数,3种掺量的SAP,基于抗氯离子渗透试验(RCM)研究SAP参数对路面混凝土抗渗性能的影响;基于压汞试验(MIP)研究其对路面混凝土不同层位、不同龄期的孔结构参数的影响;基于数值分析法研究内养生路面混凝土抗渗性能与孔结构间的相关性.试验结果表明:SAP可有效提高路面混凝土的抗渗性能,且掺量为0.160％的40 ～ 80目SAP提高效果最显著;SAP的掺入虽然在一定程度上增大了路面混凝土的孔隙率,但能够减小平均孔径、临界孔径尺寸,并使各层位之间的孔结构更加均匀,且随着龄期的增长,SAP的优化效果更加明显;氯离子迁移系数与孔隙率和过渡孔、毛细孔总含量显著相关,且其含量越大,混凝土抗渗性能越差.     

单纤维拉拔过程数值模拟

介绍了纤维复合材料作为具有强烈的结构特性的多相体材料,其力学性能及损伤破坏规律不仅取决于各组分材料性能,同时也取决于细观结构特征.单纤维拔出测试方法作为增强纤维表面改性效果和评价复合材料界面质量的重要手段一直受到人们的极大重视.利用有限元软件,对纤维拉拔过程进行了数值模拟,分别得到不同时问下的应力和位移图及纤维拉拔时的应力状态及其对界面性能的影响.     

准静态拉伸下PBX力学性能的三维细观模拟

为了研究PBX在准静态拉伸下的力学响应行为，探索细观结构对力学性能的影响规律及机制，采用有限元计算方法，结合双线性内聚力模型，基于自编程序构建的PBX三维细观模型，研究了在单轴拉伸条件下颗粒体积分数、颗粒尺寸以及界面性能3个细观参数对PBX力学性能的影响。结果表明，三维模拟获得的宏观力学性能与实验数据能够较好吻合。此外，还发现颗粒体积分数增加会导致杨氏模量显著增加，同时也会导致抗拉强度升高，颗粒体积分数从61.2%增加至95.6%使得抗拉强度升高了38.9%,增加颗粒尺寸则会导致抗拉强度降低，颗粒尺寸从120μm增加到160μm,使其抗拉强度降低了13%;界面性能对抗拉强度的影响最为显著，当界面强度从0.5MPa升至5MPa时，抗拉强度从2.58MPa升至6.82MPa,说明相比于颗粒体积分数及尺寸，改善界面性能是提升PBX抗拉强度更为有效的方法。     

江苏某桥结构混凝土耐久性现场检测与评估研究

对江苏某桥不同的结构部位混凝土外观、力学性能、碳化深度、钢筋保护层厚度、钢筋锈蚀进行现场检测.检测结果表明各个结构部位混凝土存在竖向裂缝.虽然结构混凝土力学性能存在一定波动性,但总体上处于较好和良好状态.结构混凝土的碳化深度较小,碳化深度与钢筋保护层厚度比值均小于1,结构混凝土碳化深度对钢筋锈蚀影响程度为轻微.混凝土钢保护层厚度变化较小,对钢筋耐久性影响不显著.钢筋锈蚀电位检测表明结构混凝土钢筋锈蚀不明显.江苏某桥各个结构部位混凝土使用状态良好.     

三维编织复合材料的细观结构与力学性能

归纳、梳理了三维编织复合材料细观结构表征方面较有代表性的单胞模型,分析、比较各结构模型的优缺点,从理论分析与试验测试两方面总结三维编织复合材料刚度和强度性能的研究成果与进展,探讨了细观结构表征与力学性能预报中存在的主要问题,并展望今后的研究重点与发展方向。     

掺加改性辅助胶凝材料混凝土实海服役试验研究

对掺加改性辅助胶凝材料混凝土进行实海服役试验,研究0.5年、1年、1.5年实海服役条件下改性辅助胶凝材料对混凝土力学性能及耐久性能的影响.结果表明:在实海服役1.5年内,海水对混凝土结构具有较强的侵蚀效果,掺加改性辅助胶凝材料能显著提高混凝土抗压强度,C50混凝土电通量降低到500 C以下;相同渗透深度混凝土氯离子含量降低效果显著,微观结构有效改善,结构耐久性大大提高.     

严苛侵蚀作用对优化导电混凝土性能的影响

干湿交替和硫酸盐腐蚀引起的损伤严重影响导电混凝土服役时的长期稳定性。本研究以碳纤维、石墨作为导电相材料,掺入粉煤灰和硅灰制备导电混凝土,在干湿交替和硫酸盐腐蚀耦合作用下,讨论粉煤灰、硅灰掺量对导电混凝土力学性能与电学性能的影响。综合导电混凝土的力学性能与电学性能衰变定义了服役性能劣化指标。结果表明：掺入粉煤灰和硅灰后提升了导电混凝土在干湿交替和硫酸盐腐蚀下的耐久性和导电稳定性;当粉煤灰和硅灰的总掺量一定时,提高粉煤灰占比能够有效降低干湿交替和硫酸盐腐蚀造成的强度损失,并提高导电混凝土的导电稳定性。     

利用煅烧硅藻土制备高稳态超高性能混凝土基体研究

超高性能混凝土(UHPC)早期自收缩大,使结构存在收缩开裂风险,掺入天然多孔活性粉料以激发其火山灰和内养护协同效应可有效降低UHPC自收缩,改善基体体积稳定性。本文利用煅烧硅藻土以一定体积分数(3%、6%、9%)置换水泥制备UHPC基体,并对其新拌性能、力学性能、自收缩、耐久性能及孔结构与微观结构进行了系统评价。结果表明:掺入煅烧硅藻土能显著改善UHPC力学性能和体积稳定性,并进一步提升其耐久性能;掺入煅烧硅藻土UHPC基体孔结构得到优化,孔隙率降低,孔径细化;掺入煅烧硅藻土UHPC基体中C-S-H凝胶平均Ca/Si比下降,C-S-H(I)占比提高,水化产物结构及致密性改善。优化设计条件下,UHPC基体56 d抗压强度提高9%,56 d抗折强度提高18%,7 d自收缩下降29%,28 d快速氯离子迁移系数下降35%,28 d电通量下降27%。     

钢渣粉在水泥基材料中应用研究综述

目前,钢渣废弃物堆存造成了严重的环境污染和资源浪费,钢渣资源化利用迫在眉睫。将钢渣粉应用于水泥基材料中,不仅可以提高固废资源利用率,还可以减少天然资源的消耗,替代水泥降低CO₂的排放。本文介绍了钢渣的物理化学特性、胶凝性能和活性激发方式,综述了钢渣粉在混凝土复合胶凝材料、全固废胶凝材料、充填胶结材料、干混砂浆四个领域的资源化利用现状。从凝结时间、和易性、力学性能、耐久性和体积稳定性等方面分析了钢渣粉对水泥基材料性能的影响。掺入适量的钢渣粉,可有效改善水泥基材料的性能,特别是在调控拌合物和易性与提升耐久性方面有显著优势。最后,提出了将钢渣粉应用在水泥基材料中存在的问题和未来的研究发展方向。     

磷铝酸盐水泥浆体的抗冻性研究

抗冻性是砼耐久性的重要方面,尤其影响北方地区砼工程的使用寿命。引气能提高砼的抗冻性,但同时又存在气泡的稳定性问题和砼其他性能的受损问题。若能提高砼中水泥浆体的抗冻性,则对提高砼耐久性更有意义。作者从宏观和微观两方面研究了磷铝酸盐水泥浆体的抗冻性,同时与硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥浆体进行了比较;采用压汞测孔方法测试了三种水泥浆体冻融前后的孔结构,并用分形理论分析了各自特征。结果证实:磷铝酸盐水泥具有优越的抗冻融性能,其自身优良的水化特性以及体系的低碱度是良好抗冻性的内在原因。     

盐冻作用下玄武岩纤维混凝土力学性能损伤研究

针对西北寒旱地区混凝土结构易开裂耐久性降低的问题,选取力学性能优异的玄武岩纤维作为混凝土增强材料,采用室内快速冻融试验,以纤维体积掺量为变量,研究了不同纤维体积掺量(0.05%、0.1%、0.15%、0.2%)混凝土试件分别在清水、质量分数为3%的NaCl溶液、质量分数为5%的Na₂SO₄溶液冻融作用下动弹性模量、抗压强度、抗折强度三个力学性指标的变化。研究发现,玄武岩纤维的掺入能有效提升混凝土的初始抗折强度和抗盐冻能力,纤维体积掺量在0.15%~0.2%时混凝土试件动弹性模量、抗压强度与抗折强度在盐冻作用下的衰减速率减缓明显,玄武岩纤维混凝土在三种冻融介质中力学性能下降速率排序为清水<5%Na₂SO₄溶液<3%NaCl溶液。以动弹性模量为损伤变量,拟合混凝土相对抗压强度、相对抗折强度与损伤度的相关模型,模型相关性良好。研究结果可为玄武岩纤维混凝土的实际运用与后期维护提供理论依据与参考。     

核电用聚四氟乙烯密封件老化状态研究及使用寿命预测

选用核电用聚四氟乙烯（PTFE）材料,在不同温度下（315、300、285 ℃）进行高温加速老化试验。通过傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、热失重分析仪（TG）对材料的微观结构、热性能进行了表征分析,然后采用热老化和热失重法建立了2种老化寿命预测模型。结果表明,随着老化时间的延长,PTFE的FTIR谱图出现了明显的红移,表面出现了明显的孔洞,材料的热稳定性和力学性能变差;寿命预测模型显示热失重法与热老化法推算出的寿命预测结果基本一致,并且随着使用温度的增加,误差进一步缩小,这表明热失重法对PTFE材料使用寿命的推算是可靠的,这种简单易行的方法非常适用于PTFE材料。     

钢渣混凝土性能优化研究综述

钢渣混凝土存在着诸多缺陷,限制了其在实际工程中的应用,因此本文探究并提出了钢渣混凝土性能优化方案。首先分析了钢渣对混凝土自重、和易性和体积安定性的不利影响,并建议了可行的优化方案。接着,从钢渣替代率的角度,对钢渣混凝土的耐久性能和力学性能进行了分析,发现合适比例的钢渣用量在混凝土中的再生利用是可行的,且钢渣混凝土的整体性能较优于普通混凝土。最后,在全文分析的基础之上,为了充分优化钢渣混凝土的性能,建议将钢渣作为粗、细骨料和钢渣粉的替代率控制在合理范围之内。本文旨在探究钢渣及其替代率对钢渣混凝土性能优化的影响,并建议可行的优化方案,为工程应用试验提供参考。     

Air‐void characterisation of foam concrete

The pore structure of cementitious material, predetermined by its porosity, permeability and pore size distribution, is a very important characteristic as it influence the properties of the material such as strength and durability. The pore parameter could therefore be a primary factor influencing the material properties of foam concrete and an in depth look into this aspect is required to establish relationships between this and material properties. In order to evaluate these relationships it was necessary to develop parameters to explain and quantify the air‐void structure of foam concrete. This paper discusses the investigations done to characterise the air‐void structure of foam concrete by identifying few parameters and influence of these parameters on density and strength. A camera connected to an optical microscope and computer with image analysis software were used to develop these parameters. It is found that out of the air‐void parameters investigated, volume, size and spacing of air voids have influence on strength and density. Mixes with a narrower air‐void size distribution showed higher strength. At higher foam volume merging of bubbles seems to produce larger voids, results in wide distribution of void sizes and lower strength. Air‐void shape has no influence on the properties of foam concrete.     

Strength, durability and micro-structural aspects of high performance volcanic ash concrete

This paper presents the results of investigations to assess the suitability of using volcanic ash (VA) as a cement replacement material to produce high performance concrete. Tests were conducted on concrete mixtures replacing 0 to 20% by mass of ordinary Portland cement (OPC) by VA. The performance of high performance volcanic ash concrete (HPVAC) mixtures was evaluated by conducting comprehensive series of tests on fresh and hardened properties as well as durability. The mechanical properties were assessed by compressive strength, while durability characteristics were investigated by rapid chloride permeability (RCP), drying shrinkage (DS), mercury intrusion porosimetry (MIP), differential scanning calorimetry (DSC) and microhardness tests. HPVACs showed better durability properties compared to control concrete with 0% VA. The improved performance of HPVACs was attributed to the refinement of pore structure, and pozzolanic action of VA. HPVAC having a minimum 28-day compressive strength of 60 MPa can be obtained by replacing up to 20% (by mass) of cement by VA. Development of non-expensive and environmentally friendly HPVAC with acceptable strength and durability characteristics (as illustrated in this study) is extremely helpful for the sustainable development and rehabilitation of volcanic disaster areas around the world.