再生砖骨料混凝土架构模型试验研究

通过试验研究水灰质量比、粒径级配、再生砖骨料和砂体积分数对混凝土抗压强度的影响以及灰砂质量比对水泥石抗压强度的影响,分析骨浆体积比、灰砂质量比、再生砖骨料和砂体积分数对混凝土架构贡献强度的影响. 结果表明,再生砖骨料混凝土的抗压强度随着水灰质量比的减小而增大,当骨料粒径为19~26.5 mm时抗压强度达到最大值;当再生砖骨料体积分数为30%~43.2%时,混凝土抗压强度和再生砖骨料构架贡献强度都随着再生砖骨料体积分数的增大而增大,且都随着砂体积分数的增大而增大;当灰砂质量比为0.33~1.33时,水泥砂浆试件的抗压强度随着灰砂质量比的增大而增大;当再生砖骨料体积分数为40%和43.2%时,灰砂质量比与再生砖骨料架构贡献强度以及骨浆体积比与再生砖骨料架构贡献强度均高度线性相关;再生砖骨料架构贡献强度高于混凝土强度,主要集中在再生砖骨料体积分数为40%~43.2%,特别是再生砖骨料体积分数为43.2%、砂体积分数为18%~26%.     

组成材料对混凝土早期塑性开裂分形特征的影响

目的应用分形几何理论,探索了混凝土早期塑性开裂的分形特征,为定量描述混凝土早期塑性开裂提供有力的工具.方法试验采用平板约束法,对多种因素（水泥用量、砂率、硅灰掺量、粉煤灰掺量）下混凝土早期塑性开裂进行跟踪测试,并计算了各因素下混凝土塑性开裂的分形维数,探索了各因素对分形维数的影响.结果水泥用量的增加、砂率的增大及硅灰掺量的增加都会使裂缝的分形维数增加,裂缝复杂化趋势加剧;粉煤灰掺量的增加减小了裂缝的分形维数,裂缝复杂化趋势减缓.结论水泥用量、砂率、硅灰掺量、粉煤灰掺量影响着塑性裂缝分形特征的变化,并且与6 h时开裂总长度、最大裂缝宽度的变化规律一致;应用分形理论分析评价混凝土早期塑性开裂特征是十分有效的.     

机制砂对高强混凝土体积稳定性的影响

采用对比的方法,研究了天然砂、机制砂及机制砂中的石粉质量分数对高强混凝土的工作性、抗压强度、弹性模量、干缩和受压徐变的影响。结果表明:机制砂中适量(7%—10.5%)的石粉并不会劣化混凝土的工作性能,甚至可以改善混凝土的工作性能,且随石粉质量分数的提高,机制砂混凝土的抗压强度逐渐增大;石粉质量分数较低(小于7%时)的机制砂混凝土弹性模量接近于天然砂混凝土的弹性模量,但当石粉质量分数较高时,机制砂混凝土的弹性模量降低;石粉质量分数对机制砂高强混凝土干缩的影响与干缩龄期密切相关,石粉质量分数较高的机制砂混凝土的前7 d龄期干缩值比河砂混凝土大,而后龄期干缩值相差不大,同时,掺入粉煤灰使机制砂混凝土各龄期的干缩值减小;石粉质量分数为7%的机制砂混凝土徐变度、徐变系数与天然砂混凝土较为接近。     

混凝土架构模型研究

以吴中伟院士——廉慧珍教授提出的“大中心质”学说为理论基础，参考垛密理论，提出混凝土架构模型及架构混凝土设计理论框架，认为混凝土是由粗集料架构、砂浆和界面过渡区组合而成。采用结构参数架浆比，即用粗集料与水泥和细集料质量分数的比值取代水灰比、灰砂比取代砂率，建立了以架浆比N、灰砂比S／C偏离、单位用水量W为基本参数的混凝土架构设计理论的数学模型。该模型是在揭示混凝土宏观结构本质的物理模型基础上建立的数学模型，能更充分地体现混凝土中各材料组分对混凝土整体字性能的真正意义上的贡献，这为混凝土研究又开辟了崭新的领域，也为混凝土数化设计奠定了坚实的理论基础。     

灰砂硅酸盐混凝土的断裂行为研究

本文采用扫描电镜、显微硬度计和压汞仪等对灰砂硅酸盐混凝土的内部结构及界面性能进行了研究,提出其结构层次可划分为:硅酸盐石、硅酸盐细砂浆、硅酸盐混凝土三级.用缓慢弯曲同时以声发射技术检测的试验方法,测试了灰砂硅酸盐混凝土的断裂参数并探讨了它的断裂机制.提出了脆性率B_r和临界弹性应变能释放率(弹性断裂能)两参数,再加上G_1c综合评价灰砂硅酸盐混凝土的断裂行为,并研究了含砂率、砂粒径、水/固对其断裂行为的影响.     

桩基工程3D打印混凝土材料工程性质研究

通过开展桩基工程3D打印混凝土材料工程性质试验研究,提出采用42.5R快硬硫铝酸盐水泥、小粒径的建筑干砂和石子为主要材料,通过坍落度试验和抗压试验,得出水灰比越大,材料的坍落度越大;砂率越大,材料的坍落度先降低后增大,最终确定当水灰比为0.39和砂率为0.536时,流动性相对较好;同时通过添加葡萄糖酸钠缓凝剂来控制材料的凝结时间,当占比0.71%时,材料能够保持较长时间塑性,有利于较好控制拌和后混凝土的凝结时间;通过添加聚羧酸减水剂来增大材料的流动性和抗压强度,当添加比为0.48%时效果最佳。通过一系列的室内试验,制备出一种适用于桩基工程3D打印的新型混凝土材料。     

基于低温氮吸附实验的页岩储层孔隙分形特征

为研究页岩储层孔隙结构特征,以重庆南川三泉剖面泉浅1井、綦江观音桥剖面、涪陵B井和石柱打风坳剖面等龙马溪组页岩储层样品为例,通过低温氮吸附实验数据建立FHH分形模型,讨论分形维数与孔隙结构参数、TOC质量分数的相互关系.结果表明:样品孔隙以微孔为主,孔径分布集中在40nm以下,具有明显的分形特征,分形维数介于2.760~2.850之间,相关因数大多超过0.99,反映复杂的孔隙结构与较强的非均质性;部分样品显示明显的双重分形特征,以甲烷分子自由程为界可将纳米孔分为渗透孔隙和吸附孔隙,吸附孔隙阶段分形维数变化范围在2.881~2.917之间,渗透孔隙阶段分形维数变化范围在2.791~2.823之间;孔隙体积和平均孔径与分形维数具有负相关性,BET比表面积与分形维数呈明显的正相关关系,即平均孔径越小、孔隙体积越小、BET比表面积越大,分形维数越接近于3;TOC质量分数也与分形维数呈明显的正相关关系,是分形维数的重要影响因素.通过分形维数可以定量评价储层孔隙的复杂程度和非均质程度,为储层评价和页岩气在纳米孔隙中的赋存和运移机理研究提供思路.     

钢纤维对混凝土强度和韧性的影响

通过对234个钢纤维混凝土试件的力学性能试验,系统研究了钢纤维类型、体积分数、长径比和混凝土基体强度对钢纤维混凝土抗压强度、劈拉强度和弯曲韧性的影响.结果表明:钢纤维对混凝土抗压强度影响不大,但改变了受压破坏时的破坏形态;随钢纤维体积分数增大,混凝土劈拉强度和弯曲韧性显著提高,高强钢丝切断型钢纤维的改善效果最好,长径比越大,改善效果越明显.     

灰砂混凝土促硬剂研究

研究了在水泥混凝土中作为早强剂的Ｍ外加剂、ＫＭ外加剂对灰砂混凝土强度的影响，证实了两种外加剂均能在较低的蒸汽压力下提高灰砂混凝土的强度，其中，ＫＭ外加剂较为理想。并对这两种外加剂在本研究配合比条件下的最佳掺量及最佳蒸压制度进行了探索，初步估算了它们应用于灰砂混凝土生产的节能作用。     

机制砂混凝土配比设计参数研究

混凝土配比设计参数——砂率及水灰比对机制砂混凝土性能有着重要的影响。试验研究了设定水灰比、坍落度下砂率的优选及最优砂率下水灰比对机制砂混凝土坍落度及强度的影响。结果表明:设定水灰比及坍落度下,C30、C40、C50机制砂混凝土的最优砂率分别为40%、42%、40%;不同水灰比下,C40机制砂混凝土的最优砂率在40%~42%范围内;最优砂率下,各等级机制砂混凝土坍落度随水灰比提高而增大,且低水灰比时增大较明显;强度随水灰比提高略有增加后线性减小。     

压汞测孔评价混凝土材料孔隙分形特征的研究

用混沌分形理论结合压汞测孔技术,直接测试评价了混凝土材料孔隙的显微结构特征,计算出了对应的分形维数,并对普通混凝土与掺超细粉煤灰的混凝土孔隙的分形特征进行了比较。研究表明,硬化后混凝土材料孔隙的显微结构的几何特征采用形理论分析评价是十分有效的掺超细粉煤灰的混凝土不仅具有粗孔细化的效果,而且,孔隙的分形特征也有了明显的改善。     

基于孔隙分形几何的生物质型煤固硫性能研究

鉴于以往对生物质型煤的固硫性能的研究多限于经典的脱硫剂硫化反应,应用压汞测孔法测量多种典型配比和两种典型孔隙系统的生物质型煤的孔隙特性。根据生物质型煤的孔径分布特征,建立孔隙分形结构模型,模拟相同分维的生物质型煤的孔隙率和比表面积;从孔隙分形结构的形核、生长的角度,探究生物质型煤的脱硫机理;进而得出生物质型煤分形结构存在的孔径范围,以及分维、均孔等分形几何参数与生物质质量分数的规律,最后,提出并解释了“人工分形体”概念,用以描述类似生物质型煤孔体系的孔结构。     

活性稻壳灰对混凝土强度和耐久性能的影响

研究了高火山灰活性稻壳灰对混凝土强度和耐久性能的影响。结果表明：混凝土中掺加稻壳灰后强度提高，且高水胶比时强度提高率更大；同时，混凝土的抗盐酸溶液的侵蚀能力、抗碳化和抗渗性能也得到改善。其主要原因可归结为：稻壳灰的掺入降低了混凝土的实际水胶比，促进了水泥的水化，使混凝土中有更多的C—S—H凝胶生成，并减少了混凝土中羟钙石的数量，降低了混凝土细孔的平均尺寸，使得混凝土的结构更加密实。     

多孔介质孔隙结构重构及水蒸气传递特性

采用随机生长法分别构造了各向同性、各向异性的孔隙率相同,孔径分布和孔隙表面分形维数不同的多孔介质,探索了在多孔介质孔隙率相同的情况下,微观孔隙结构对孔隙内湿传递过程的影响。结果表明：决定多孔介质内部输运特性的孔隙结构参数,除孔隙率以外,孔径分布和孔隙表面分形维数等参数对多孔介质孔隙中水蒸气扩散过程的影响显著;孔隙率相同,孔径分布和孔隙表面分形维数不同的3种各向同性和3种各向异性多孔介质的水蒸气扩散浓度最大差别分别为30.6%和23.3%;各向同性多孔介质的小孔分布率越大,孔隙表面分形维数越大,说明孔隙的连通性和水蒸气在多孔介质孔隙中的扩散性能越好;各向异性多孔介质（水蒸气扩散的方向垂直于其生长率较大的方向）的大孔分布率越大,孔隙表面分形维数越小,水蒸气在多孔介质孔隙中的传递性能越好。     

多孔介质有效导热系数的实验与模拟

应用实验与数值模拟相结合的方法研究了多孔介质的有效导热系数.将分形理论与孔道网络模型相结合的分形孔道网络模型用于研究多孔介质的有效导热系数,为太阳池储热、地源热泵传热、食品干燥等方面打下了基础.模拟计算结果与实验结果吻合较好,证明了分形孔道网络模型适用于计算多孔介质的有效导热系数.研究了孔喉比、配位数、垂直热流方向喉道比例、喉道长度、孔隙率、固体骨架导热系数(K.)及流体导热系数(Kf)等多方面对多孔介质有效导热系数的影响.结果表明,垂直热流方向喉道会增大多孔介质的热阻,降低多孔介质的有效导热系数.当K8大于Kf时,随着孔喉比的增大以及喉道长度的减小,多孔介质的有效导热系数越大.当平行热流方向喉道数目相等时,多孔介质的有效导热系数随着配位数的减小而增大;当垂直热流方向喉道数目相等时,多孔介质的有效导热系数随着配位数的增大而增大.     

高活性稻壳灰混凝土的强度特性和孔结构研究

研究了高活性稻壳灰混凝土的强度特性和孔结构，结果表明，随着混凝土中稻壳灰掺量的增加，混凝土的强度明显提高，龄期为7d和28d获得较高的强度提高率。稻壳灰替代水泥掺入混凝土后，能明显的改善孔结构，孔隙明显细化，小于20nm的无害孔明显增多。混凝土中Ca(OH)2的减少和孔结构的改善是稻壳灰混凝土强度提高的主要原因。     

石灰改良黄土渗透性与孔隙结构的关系研究

土是一种具有多孔介质的岩土工程材料, 其微观孔隙结构决定着宏观渗透性。为了研究渗透特性与孔隙结构之间的依存关系, 以石灰改良黄土为研究对象, 首先对不同石灰掺量下的改良黄土进行室内变水头渗透试验, 随后选取有代表性土样进行扫描电镜(SEM)试验, 并利用Image-Pro Plus 6.0(IPP)图像处理软件统计不同石灰掺量下改良黄土的微观孔隙结构参数, 结合室内渗透试验结果建立宏观渗透特性与微观孔隙结构之间的联系。结果表明: 随着石灰掺量的增加, 充填于大中孔隙的结晶胶结物不断增多, 对应微观图像中大中孔隙的数量、面积、面孔隙度及大孔的平均直径逐渐减小, 而微小孔隙的数量、面积及孔隙的分形维数呈上升趋势, 孔隙结构趋向复杂化, 使得有效渗流通道占比减小, 从而降低了土体渗透性, 说明微观孔隙结构参数与宏观物理性质存在密切联系, 在一定程度上可以反映宏观物理性质的变化。     

压汞测孔评价磷渣-水泥浆体材料孔隙分形特征的试验

用混沌分形理论结合压汞测孔技术,直接测试评价了磷渣-水泥浆体材料孔隙的显微结构特征,计算出了对应的分形维数,并对普通水泥浆体与掺磷渣的水泥浆体孔隙的分形特征进行了比较;同时探讨了孔体积分维数与孔隙率、孔表面积、孔分布及磷渣掺量的关系.研究表明,磷渣-水泥浆体的孔结构具有明显的分形特征,孔体积分形维数在2.4~2.8之间;掺磷渣的水泥浆体不仅具有粗孔细化的效果,而且孔隙的分形特征也有了明显的改善;在磷渣掺量大于30%时,其分维数、孔隙率与小于20 nm的微孔数有明显的突变性.     

Pore Size Distribution of High Performance Metakaolin Concrete

The Compressive strength, porosity and pore size distribution of high performance metakaolin (MK) concrete were investigated. Concretes containing 0,5%,10% and 20% metakaolin were prepared at a water/cementitious material ratio (W/C) of 0.30.In parallel, concrete mixtures with the replacement of cement by 20% fly ash or 5 and 10% silica fume were prepared for comparison.The specimens were cured in water at 27℃ for 3 to 90 days .The results show that at the early age of curing(3 days and 7 days),metakaolin re-placements increase the compressine strength ,but silica fume replacement slightly reduces the compressine strength.At the age of and after 28 days ,the compressive strength of the concrete with metakaolin and silica fume replace-ment increases.A strong reduction in the total porosity and average pore diameter were observed in the conctete with MK 20% and 10% in the first 7 days.     

渝东南地区海相页岩有机质孔隙发育特征

有机质孔隙是高—过成熟海相页岩主要的气体储集空间。基于四川盆地东南部(渝东南地区)五峰组—龙马溪组页岩研究,将有机质划分为干酪根和沥青两种基本类型,其中,干酪根可进一步划分为无结构型干酪根和结构型干酪根两种类型,沥青可划分为固体沥青和复合有机质; 根据有机质孔隙的分布和发育特征,将其划分为干酪根内孔隙、海绵状孔隙和气泡状孔隙3种类型。通过扫描电镜实验和ImageJ软件提取有机质孔隙,结合圆度、凸性、伸长率、分形维数等孔隙形态参数分析不同类型有机质孔隙发育特征。结果表明:①随总有机碳的增加,有机质面孔率逐渐增加; ②当总有机碳低于2%时,随总有机碳的增加,平均孔径、分形维数逐渐减小,有机质孔隙趋于均一; 当总有机碳高于2%,随总有机碳的增加,平均孔径、分形维数逐渐增大,有机质孔隙趋于复杂; ③无结构型干酪根有机质孔隙以微孔(孔径小于25 nm)和小孔(孔径为25～100 nm)为主,发育少量中孔(孔径为100～1 000 nm); 结构型干酪根有机质孔隙以微孔为主,小孔其次,中孔发育较少; 沥青有机质孔隙以小孔为主,发育部分中孔和大孔(孔径大于1 000 nm); ④与沥青有机质孔隙相比,干酪根有机质孔隙圆度、凸性较大,伸长率较低; 但由于干酪根有机质孔隙的平均孔径较小,小孔含量高,分形维数相较于沥青偏高。