冻融循环作用下GO-RC界面过渡区的微观力学性能

为了研究冻融循环作用下氧化石墨烯(GO)对再生混凝土(RC)界面过渡区的影响,采用纳米压痕技术对骨料-新砂浆和新砂浆-旧砂浆2个界面过渡区的微观力学性能进行了研究.结果表明:经历100次冻融循环作用后,氧化石墨烯再生混凝土(GO-RC)和普通再生混凝土(ORC)的力学性能均有不同程度下降;GO在水化过程中的凝结核效应,提高了再生混凝土在各界面过渡区内高密度水化产物的数量,高密度水化硅酸钙的体积分数较ORC提高了7.02%～14.10%;界面过渡区内弹性模量提高了14.79%～17.74%,硬度提高了42.11%～60.80%.GO可以改善再生混凝土的微观结构,提高其抗冻性能.     

纳米改性混凝土界面过渡区的多尺度表征

从多尺度综合研究了纳米SiO_2对混凝土界面过渡区早期力学性能的影响.在宏观尺度上,主要测试了纳米改性混凝土的弹性模量及抗压、抗折强度,在微观尺度上,采用纳米压痕对其界面过渡区进行了压痕模量及其频数分布分析.结果表明:掺入纳米SiO_2后,无论水泥石还是混凝土,其早期强度及弹性模量均有所提高,且混凝土强度的提高尤为明显;纳米改性混凝土界面区的孔隙和缺陷显著减少,且形成了更高密度的C-S-H凝胶相,使其压痕模量与水泥石的压痕模量接近.     

混凝土界面过渡区弹性模量分布的数值模拟

混凝土界面过渡区是混凝土中的薄弱环节,其力学性能直接影响混凝土的强度。但因混凝土界面过渡区的尺寸太小,难以直接通过试验测量其力学性能。在处理界面微观结构照片得到孔隙率分布的基础上,通过ABAQUS软件对不同孔隙率的界面过渡区模型进行单向压缩数值模拟,得出混凝土界面过渡区孔隙率与弹性模量之间的定量对应关系,从而得到界面过渡区弹性模量的分布曲线。结果表明,混凝土界面过渡区的弹性模量不是均匀分布,其变化曲线可以用二次函数表征,越靠近砂浆的地方界面的弹性模量越接近砂浆的弹性模量,且变化率较大。     

氧化石墨烯对再生混凝土改性试验研究

氧化石墨烯具有高强度、高导电性、高导热性等优点,将其用于水泥基复合材料中,可以提高其强度,改善其耐久性能。为研究氧化石墨烯对再生混凝土改性作用,对氧化石墨烯掺量为0%、0.02%、0.04%、0.06%的再生混凝土力学性能和抗冻性能进行了试验研究。结果表明:随着氧化石墨烯掺量的增加,再生混凝土的力学性能和抗冻性能得到有效改善;为研究氧化石墨烯对再生混凝土改性机理,通过电镜扫描试验观察再生砂浆的微观结构,掺入0.06%的氧化石墨烯后再生砂浆的微观结构得到了改善。     

离子侵蚀对再生混凝土多重界面区(ITZ)性能的影响

通过研究氯离子和硫酸根离子侵蚀下再生混凝土不同界面过渡区的显微结构以及显微硬度变化,揭示了离子侵蚀对再生混凝土结构和性能的影响机理。结果表明:再生混凝土经氯离子侵蚀后,骨料老界面、骨料新界面、砂浆新界面的显微硬度逐渐降低,过渡区宽度逐渐增加;氯离子侵蚀前后,同种界面过渡区显微硬度值随着新浇筑砂浆强度等级的增加而增大,且氯离子扩散系数与界面过渡区宽度成正相关性;硫酸根离子侵蚀再生混凝土的界面过渡区宽度有所增加,显微硬度降低,界面区的致密性下降。     

水泥基复合材料ITZ力学性能及微观机理研究

通过纳米压痕试验,研究不同水胶比、硅灰掺量对界面过渡区(ITZ)弹性模量和压痕硬度影响规律,利用扫描电镜观测其微观形貌。结果表明:界面过渡区为水泥基复合材料最薄弱环节,且最薄弱部分位于至骨料表面一定距离处;在水胶比一定条件下,适量掺入硅灰,界面过渡区孔隙减少,未水化水泥颗粒减少,结构变得致密,界面过渡区弹性模量和压痕硬度提高;硅灰掺量一定条件下,随着水胶比增加,界面过渡区孔隙增多,未水化水泥颗粒减少,结构变得疏松,因此弹性模量和压痕硬度降低,界面过渡区厚度增加;硅灰掺量不是越高越好,而是要和水胶比大小相匹配,适量的掺入硅灰才有利于界面过渡区力学性能的提高。     

煅烧纳米凹凸棒土对再生混凝土抗冻性能影响研究

为利用固体废弃物,以再生粗骨料的取代率为30%替代天然粗骨料并将煅烧纳米凹凸棒土取代水泥(0%、2%、4%、6%、8%)制成纳米再生混凝土,进行冻融循环试验,探究NAT对NRC抗冻性能的影响。利用扫描电镜及氮吸附法研究NRC微观结构的变化规律。结果表明,随着冻融循环次数增加,NRC质量损失率呈现先负增长后正增长的变化规律;在相同的冻融循环次数下,NRC的相对动弹性模量均在NAT掺量为6%时为最大值。适配掺量下NAT掺入后通过二次水化反应生成C-S-H凝胶,提高了砂浆内部及砂浆与骨料之间的密实度,填充了NRC内部部分中孔、大孔孔隙,提升界面过渡区强度,优化内部孔隙结构,进而提升再生混凝土的抗冻性能。     

粉煤灰对玻化炉渣路面混凝土界面微观结构改善影响研究

探究粉煤灰对玻化炉渣混凝土工作性能与力学性能的影响,采用显微硬度、扫描电镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)等微观手段对玻化炉渣混凝土界面展开研究,分析粉煤灰对玻化炉渣骨料-水泥石的界面过渡区作用机理。研究表明:玻化炉渣混凝土中粉煤灰最佳掺量为10～20 kg/m3。掺入粉煤灰能有效改善玻化炉渣混凝土界面过渡区结构,降低界面区钙硅比,提高界面区显微硬度,降低界面过渡区CH晶体与AFt晶体的富集,促进C-S-H凝胶的生成,降低孔隙率,提高界面过渡区密实程度,进一步提高玻化炉渣混凝土的力学性能和工作性能。     

再生混凝土细微观结构和破坏机理研究

再生骨料相当于天然骨料表面附着了一层老砂浆,老砂浆力学性能相对天然骨料较差,造成了再生混凝土内界面过渡区的数量、分布和性能的不同,从而影响了再生混凝土的力学性能.首先通过试验方法研究了再生混凝土中老砂浆的含量和分布;利用扫描电镜考察了新老界面过渡区形貌的异同,分析了老砂浆对界面过渡区的影响;采用有限元软件ANSYS对再生混凝土细观结构的受力特征和破坏机理进行了初步分析.最后利用不同强度等级的废旧混凝土加工成再生粗骨料,制备成再生混凝土,测试其抗压强度和劈裂抗拉强度,验证了再生混凝土受力的破坏机理.     

水泥基材料高速纳米压痕聚类分析与矿相识别

通过高速纳米压痕技术测绘了3种水灰比（0.2、0.4和0.6）水泥净浆的弹性模量与硬度云图,引进K-medoids聚类分析方法划分水泥基材料的微观矿相,根据K-medoids聚类结果将力学性能图转化为矿相分布图,并对矿相的尺寸分布进行了统计分析.结果表明：水泥基材料主要包括多孔复合相（PP）、低密度/高密度C-S-H相（LD/HD C-S-H）、氢氧化钙相（CH）和超高性能相（UHP）等;随着水灰比的增加,PP、LD C-S-H的含量逐渐增加,HD C-S-H、UHP的含量逐渐减少;水泥石微观矿相的尺寸符合对数正态分布.     

掺废橡胶粉页岩陶粒混凝土的受压性能

用不同掺量的废橡胶粉取代页岩陶粒混凝土中的部分砂,配制成橡胶轻骨料混凝土(RLC),对RLC立方体抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量以及受压破坏形态进行研究,并结合微观结构就废橡胶粉对页岩陶粒混凝土受压性能的影响进行了讨论.结果表明,随着废橡胶粉掺量的增加,RLC的干密度、抗压强度和弹性模量均逐渐减小,破坏形态也与普通陶粒混凝土的脆性破坏形态截然不同,表现出明显的塑性破坏特征.研究还发现废橡胶粉有一定的引气作用,且废橡胶粉与水泥石界面结合较好.     

用于混凝土弹性模量预测的三相格构模型

讨论了用于混凝土弹性模量预测的三相格构模型。通过模拟混凝土细观结构并应用梁单元三角形网格，提出了预测混凝土弹性模量的数值方法、计算结果表明，在合理地考虑了混凝土中骨料、水泥浆基体和界面分布的基础上，该模型预测结果与相应的实验结果良好吻合。另外，基于该模型，可分析界面层厚度、弹性模量和泊松比对混凝土相对弹性模量的影响。     

再生混凝土耐久性与界面结构性质研究

混凝土的主要薄弱环节为相对均质的骨料与水泥浆体之间的界面过渡区。与天然骨料相比,再生混凝土骨料—浆体结构更为复杂,界面数量更多,因而再生骨料混凝土较天然骨料混凝土的而言,具有更为突出的抗冻融性、干缩率,抗渗透性,抗碳化性,抗盐酸侵蚀性和耐磨性等耐久度问题。本文从己经比较成熟的普通混凝土界面形成机理、结构特征着手,通过了解再生混凝土界面的复杂性,从而探求其作用机理及改善措施。在文章最后介绍了降低水灰比、掺加活性掺合料、选择合适骨料、改善搅拌工艺等改善界面黏结性能的有效手段。     

海水海砂再生混凝土的基本力学性能

利用海水、原状海砂及再生粗骨料,制备了设计预期强度为C20~C50的海水海砂再生混凝土。通过240个标准立方体(150 mm×150 mm×150 mm)和96个棱柱体(150 mm×150 mm×300 mm)试件,完成了工作性能、立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度以及弹性模量试验,研究了海水海砂再生混凝土的基本力学性能;最后基于试验数据,得到了海水海砂再生混凝土立方体抗压强度与轴心抗压强度关系公式以及弹性模量与轴心抗压强度关系公式。结果表明:海水海砂再生混凝土工作性能良好,C40和C50强度等级的坍落度比一般再生混凝土分别提高5%和33%;立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度随着龄期变长而增加,且长期强度趋于稳定;与普通混凝土相比,海水海砂再生混凝土7 d立方体抗压强度提高13%~52%,28 d抗压强度降低约5%,90 d抗压强度降低约15%,180 d抗压强度降低18%~29%;海水海砂再生混凝土28 d弹性模量比普通混凝土略有降低,降低幅度在14%以内;再生粗骨料对混凝土力学性能、工作性能的影响大于海水海砂。     

珊瑚混凝土骨料净浆界面区强度

采用纳米压痕和劈裂试验方法,研究了珊瑚骨料与水泥净浆界面试件在不同养护龄期的纳米压痕弹性模量、纳米压痕硬度、界面黏结劈拉强度、水泥净浆抗压强度和劈拉强度,以及它们之间的相关性.结果 表明:与普通混凝土类似,珊瑚混凝土存在薄弱的界面过渡区(ITZ),内掺10％珊瑚微粉能够强化珊瑚骨料-水泥净浆界面的宏观和纳米力学性能,界面黏结劈拉强度不仅与水泥净浆抗压强度、劈拉强度间存在显著线性关系,还与ITZ、水泥净浆基体的纳米力学性能有显著相关性.     

再生粗骨料混凝土材料与梁抗剪性能研究

通过再生粗骨料混凝土一系列试验,研究了再生粗骨料混凝土的材料特性和梁的抗剪性能,主要包括再生粗骨料混凝土的配合比、抗压强度、弹性模量和再生混凝土简支梁的抗剪性能等。结果表明：相对于普通混凝土,随着再生粗骨料取代率的增加,再生粗骨料混凝土具有强度和弹性模量降低等特点；再生粗骨料混凝土梁斜截面在受力过程中,梁的变形和斜裂缝开展情况与普通混凝土梁基本相似,但随着再生粗骨料取代率的增加,再生混凝土梁的抗剪承载能力也有下降的趋势。     

基于2D随机骨料模型的C80混凝土参数分析

利用DIGIMAT和ABAQUS联合建立细观混凝土2D随机骨料模型,模拟了粗骨料的分布、形状、含量以及界面过渡区性能、孔隙率对C80高强度混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量和劈裂抗拉强度的影响,并将模拟结果与各参数对低强度混凝土的影响进行比较。结果表明:粗骨料的分布模式对混凝土的基本力学性能几乎没有影响,不同分布形式下混凝土立方体抗压强度最大相对误差为4.18%; 不同形状的粗骨料对混凝土力学性能有着不同的影响,圆形和椭圆形状粗骨料的模拟结果与试验值更为接近; 不同骨料含量下混凝土立方体抗压强度呈现出先减小后增大的趋势,轴心抗压强度则是先减小后增加再减小,劈裂抗拉强度在粗骨料含量为33%时达到最大值4.61 MPa,之后便逐渐降低; 随着孔隙率的增加,混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度和弹性模量均逐渐减小,劈裂抗拉强度在孔隙率为1.5%时降低较多,孔隙率为2%时有所上升。     

模型再生混凝土单轴受压动态力学特性试验

试验设计了再生粗骨料取代率为100%的模型再生混凝土（MRC）、模型普通混凝土（MC）、再生粗骨料取代率55%的模型再生混凝土（MCP）和模型砂浆（MM）4种试件,在不同应变速率下进行单轴受压试验。研究表明：随着加载应变速率的提高,试件应力-应变曲线形状相似,峰值应力和弹性模量表现出增大的趋势,峰值应变的变化无明显规律;MRC、MC、MCP试件破坏时裂缝最先出现在界面区附近,然后逐渐发展直至贯通,随着应变速率的提高,裂缝较宽且开展更快,试件完全断裂成若干碎块;模型再生混凝土静态强度越低,峰值应力和弹性模量增长越大,动态效应越显著;再生粗骨料取代率为55%时,峰值应力和弹性模量增长最大;模型砂浆试件的动态效应最显著,模型普通混凝土和模型再生混凝土次之,且相差不大。