轻骨料混凝土抗压强度的影响因素研究

在细观层次上将轻骨料混凝土看成是砂浆基体、骨料夹杂和界面层组成的三相复合材料,在此基础上,运用细观力学均质化理论,对混凝土的抗压强度进行了数值模拟,分别探讨了骨料和水泥砂浆的杨氏模量比和轻骨料的体积百分比对混凝土和骨料的抗压强度比的影响。研究发现:骨料与基体的杨氏模量比存在一个临界值,当小于临界值时,混凝土的强度由界面层的抗压强度控制;当大于临界值时,混凝土的强度由骨料的抗压强度控制。     

大坝混凝土非连续变形的并发多尺度区域分解法

大坝混凝土的裂缝萌生和失稳扩展分析需要尽可能准确地模拟骨料和砂浆界面的弱不连续，而界面过渡区微米级的厚度模拟使得有限元网格存在网格剖分质量不佳和网格数量庞大的问题。通过在大坝混凝土细观结构的不同材料实体单元间预嵌零厚度界面单元，并进行宏细观子区域界面节点重新匹配，建立了骨料-砂浆-界面单元的宏细观区域分解有限元网格。同时结合隐式梯度损伤模型和内聚力模型，在同一模型中实现骨料、砂浆基质的损伤失效模拟及骨料-砂浆界面的弱连接到脱开模拟，构建了大坝混凝土非连续变形的宏细观并发多尺度区域分解模型。将模型用于某大坝混凝土的直接拉伸试验模拟，不同随机骨料模型均能捕捉骨料和砂浆界面的弱连接到脱开过程。重现的混凝土试件破坏形态与已有研究结果一致，证明了模型的合理性。本研究可为大坝混凝土损伤断裂力学性能的数值试验提供技术支持。     

基于粘结裂缝模型的混凝土受拉性能数值模拟

为研究混凝土细观结构对于混凝土受拉性能的影响,采用自编程序建立骨料形状为圆形、椭圆形以及随机多边形三种混凝土细观模型。并批量插入粘结单元,形成粘结裂缝模型。与已有实验对比验证数值模型的准确性。在此基础上讨论了网格尺寸、骨料形状以及数值模型细观参数对于混凝土受拉性能的影响,结果表明:混凝土细观粘结裂缝模型可以很好的模拟混凝土宏观开裂,网格尺寸对于混凝土细观粘结裂缝模型的受拉性能、裂缝扩展形态影响很小,骨料随机分布以及骨料形状对于混凝土裂缝扩展形态影响很大,对于受拉性能影响很小。界面粘结单元的粘结强度和断裂能对混凝土的宏观受拉性能有较大的影响,研究混凝土的力学性能时应优先考虑界面的影响。     

混凝土碱骨料反应力学性质劣化机理研究

本文建立了混凝土三相介质(骨料、水泥砂浆及其交界面)细观颗粒模型,通过对不同碱骨料反应程度的混凝土试件进行单轴受压数值模拟,得到混凝土刚度退化和宏观损伤因子随碱骨料反应膨胀应变增加而增加的规律。基于细观层面,分析碱骨料反应引起的混凝土内部细观应力分布和细观损伤演化的规律。由数值结果可知,碱骨料反应造成骨料膨胀,在砂浆内产生细观拉应力,一旦超过材料的细观强度即产生微裂缝,使细观拉应力得到释放。这些微裂缝构成了混凝土内部的细观损伤,随着碱骨料反应发展,细观损伤范围不断增加,从而导致碱骨料反应的混凝土力学性质的劣化。     

基于细观层次的混凝土随机骨料建模

在细观层次上,将混凝土视为由骨料、砂浆和二者之间的界面层构成的三相复合材料,而界面层是混凝土的最薄弱环节,也是混凝土抗拉强度低的主要原因。基于MATLAB软件生成圆形、多边形和椭圆形3种随机骨料模型,并生成一定厚度的骨料界面层,结合有限元软件ABAQUS划分界面层单元,建立二维混凝土细观数值模型。通过算例表明骨料投放算法简单,模型真实可靠。通过引入界面层并对其进行网格剖分,对多边形骨料模型进行单轴拉伸试验,得到的应力-应变曲线基本符合宏观混凝土单轴拉伸试验结果,为后续研究混凝土的损伤断裂机理提供了数值模拟基础,并且有效地解决了MATLAB,AUTOCAD和有限元软件之间的接口问题。数字模拟生成的多边形骨料分布情况占有率与真实骨料最接近,可用作混凝土的损伤断裂机理分析。     

层合界面单元在混凝土细观数值模拟中的应用

为了解决混凝土细观数值模拟中单元数量过多、计算效率不高的问题,提出了层合界面单元的概念。在交叠骨料微步长迭代自动调整算法的基础上,采用任意凹凸型骨料随机配置模型,生成了混凝土细观数值试件。通过对主要影响因素进行组合分析,建立了层合界面单元模型。同时,分析了界面单元中不同材料组分比例及界面厚度对该单元力学性质的影响,进而研究了界面单元对混凝土试件宏观表征强度的影响,并用数值算例验证了模型的有效性。数值算例表明,所建立的层合界面模型较为合理地模拟了混凝土界面过渡区对试件力学性能的影响,揭示了界面强度变化对混凝土试件强度的影响规律。     

混凝土随机参数化骨料模型及加载的数值模拟

在细观层次上,混凝土被认为是一种由粗骨料、水泥砂浆以及二者间的黏结界面所组成的三相非均质复合材料。为此,在二维情形下,基于参数曲线的自由变形技术,将混凝土骨料及黏结界面的轮廓线用确定的、形式统一的参数方程予以表示,建立了混凝土随机参数化骨料数学模型。对骨料为卵石和碎石的混凝土,分别给出了级配、含量、配合比等可控制的随机混凝土数值试样。该数学模型描述了骨料、砂浆与黏结界面组成的二维三相复合结构形式。最后,使用MATLAB、AutoCAD和ANSYS软件建立了有限元网格模型,并进行了数值加载试验。结果表明,该方法可较好地满足混凝土动静力学性能细观数值分析的要求。     

混凝土随机参数化骨料模型及加载的数值模拟

在细观层次上研究混凝土，一般应将其视为一种由粗骨料、水泥砂浆以及二者间的粘结界面所组成的三相非均质复合材料。为此，在二维情形下，基于参数曲线的自由变形技术，将混凝土骨料及粘结界面的轮廓线用确定的、形式统一的参数方程予以表示，建立了混凝土二维随机参数化骨料数学模型。对骨料为卵石和碎石的混凝土，分别给出了级配、含量、配合比等可控制的随机混凝土数值试样。该数学模型较好地描述了骨料、砂浆与粘结界面组成的二维三相复合结构形式。最后，使用MATLAB、AutoCAD和ANSYS软件建立了有限元网格模型，并进行了数值加载试验。结果表明，该方法可较好地满足混凝土动静力学性能细观数值分析的要求。     

基于随机骨料模型的混凝土弹性模量预测研究

为确定混凝土的弹性模量,基于细观层次假定混凝土是由骨料、砂浆和两者之间的粘结界面组成的三相复合材料,借助蒙特卡罗方法和瓦拉文公式,在二维平面上建立了随机骨料模型。通过有限元法预测混凝土的弹性模量,并将数值计算结果与试验结果进行比较,验证了该细观有限元模型的有效性。在此基础上研究了混凝土各细观组成成分的弹性模量、骨料体积率、骨料最大粒径、骨料级配、界面厚度以及孔隙等因素对混凝土弹性模量的影响规律。结果表明:在混凝土的各细观组成成分中,砂浆弹性模量对混凝土弹性模量的影响最大;连续级配的混凝土弹性模量在相同条件下大于间断级配的混凝土;孔隙的存在以及界面层厚度的增大均会使混凝土的弹性模量减小。研究结果为混凝土配合比的设计及力学性能的优化提供参考。     

混凝土劈裂抗拉力学性能的细观数值研究

采用随机骨料模型模拟混凝土的细观结构,在细观层次上将混凝土看成是由硬化水泥砂浆体、粗骨料颗粒及二者间的黏结带构成的三相非均质复合材料。利用有限元方法数值模拟混凝土试件的细观损伤断裂和劈裂抗拉,并对其劈裂抗拉破坏进行了研究。结果表明:骨料与砂浆的界面是混凝土劈裂抗拉破坏的薄弱环节,所采用的数值模拟计算方法基本可行。     

水泥净浆和水泥砂浆材料的Ⅰ型断裂韧度测定

本文针对水泥净浆和水泥砂浆两种灌浆材料，采用三点弯曲梁进行了不同强度、不同尺寸以及不同初始缝高比的断裂试验。根据水工混凝土断裂试验规程，利用试验中测得的最大荷载及对应的裂缝口张开位移计算了水泥净浆和水泥砂浆的失稳断裂韧度，并通过电阻应变片法确定的起裂荷载得到了二者起裂韧度的实测值。试验中发现，水泥净浆并不是一经起裂就失稳破坏，而是在失稳破坏前存在着一个比较明显的裂缝稳定扩展过程。结果表明，随试件强度的提高，两种材料的起裂韧度和失稳韧度均增大，而随试件尺寸和初始缝高比的变化，水泥净浆的起裂韧度和失稳断裂韧度     

液态无碱速凝剂性能检测方法探讨

为了探讨适合液态无碱速凝剂性能的检测方法,分别采用JC 477—2005(我国建材行业标准)和TGPS.T 31—2005(参考欧洲标准制定的三峡集团企业标准)进行混凝土速凝剂性能检测试验,从速凝剂凝结时间、水泥胶砂抗压强度和水泥胶砂抗压强度比等几方面比较分析采用两种标准检测的液态无碱速凝剂的性能差异。结果表明:将JC 477—2005中速凝剂掺量提高2%左右,用两种标准检测的速凝剂凝结时间相差不大;TGPS.T 31—2005中增加的速凝剂水泥胶砂90 d抗压强度比的检测更能客观反应液态无碱速凝剂水泥胶砂的后期强度增长性能;液态无碱速凝剂水泥胶砂的抗压强度与龄期呈对数增长关系。     

基于细观层次的轻骨料混凝土压缩破坏及端面效应数值模拟

为探索轻骨料混凝土力学性能及破坏规律,采用细观数值模拟方法,将轻骨料混凝土看作由球形轻骨料颗粒与砂浆基质组成的两相非均质复合材料,建立三维随机骨料模型,模拟轻骨料混凝土单轴抗压破坏过程,研究分析加载端面约束效应对其裂纹扩展及材料力学性能的影响。研究结果表明：(1)与普通混凝土相比,轻骨料混凝土压缩破坏时,裂纹最先发生在轻骨料处,且裂纹会直接贯穿轻骨料进行延伸;(2)加载端面无约束试件最终形成轴向劈裂破坏,有约束试件最终形成倒锥形破坏;(3)加载端面无约束试件的抗压强度与峰值应变相对于有约束试件分别降低了29.6%、45.5%。该模型及模拟结果为传统宏观试验的不足提供了有效补充。     

喀浪古尔水利枢纽引水泄洪洞混凝土缺陷修补

介绍丙乳砂浆、聚硫密封膏、堵漏剂、聚氨酯灌浆材料、硅粉抗磨蚀剂、环氧灌浆材料等修补材料的主要性能 .针对新疆喀浪古尔水利枢纽引水泄洪洞混凝土存在的渗漏、裂缝、蜂窝、狗洞、麻面、错台等缺陷 ,提出采用上述材料进行相应缺陷修补的方案 .经修补后的引水泄洪洞混凝土衬砌内在强度明显提高 ,硅粉砂浆 2 8d平均抗压强度达到 48.6MPa,抗折强度达到 1 1 .8MPa;丙乳砂浆 2 8d平均抗压强度达到 3 9MPa ;混凝土衬砌抗磨蚀性能及表观状况也得到大幅度改善     

围压荷载下混凝土静动力强度的细观力学模型

本文从混凝土细观机理出发，采用翼型裂纹模型分析了围压荷载下混凝土内微裂纹扩展、弯折和相互作用直至材料破坏的过程。采用伪面力法计算了考虑相互作用的弯折扩展裂纹应力强度因子，并通过一些简化得到了显式的表达式。在假定混凝土的断裂韧度不随加载速率变化的前提下，分析和计算了不同围压荷载下的混凝土静动力强度，并与试验结果进行比较。结果表明，本文提出的模型能较好地反映围压荷载下混凝土的静动力特性和破坏机理。     

抗蚁混凝土的制备机理研究

由于混凝土具有较高的碱性,白蚁分泌的蚁酸对混凝土结构具有较大的破坏,研制一种抗蚁混凝土极为必要。针对抗蚁混凝土制备的可行性问题,为探讨杀白蚁剂在抗蚁混凝土中的作用机理,给抗蚁混凝土的制备提供参考,选用联苯菊酯和毒死蜱两种杀白蚁剂,开展了强度试验、XRD检测和SEM观测,分析了这两种杀白蚁剂对砂浆抗压强度和净浆水化产物、微观结构的影响。研究结果表明:杀白蚁剂对砂浆强度有一定的不利影响。随着杀白蚁剂浓度的提高,砂浆强度有所降低;通过控制杀白蚁剂的浓度可以控制砂浆的强度损失,满足工程要求;杀白蚁剂对浆体的水化产物类型和数量的影响均较小;当毒死蜱杀白蚁剂浓度达到4%时还可促进Ca(OH)_2的生成;在适当浓度下,两种杀白蚁剂对浆体微观结构的影响均较小。     

混凝土再生粉复合锰渣的胶凝性试验研究

原材料各组分对胶凝材料性能的影响较大,为此,探讨混凝土再生粉、锰渣、Na2SO4的掺量及水灰比对砂浆力学性能的影响,并采用吸水动力学法测定砂浆的孔结构参数(孔均匀系数、平均孔径、干表观密度),同时测定高温后砂浆的力学性能。结果表明:砂浆中掺入适量的Na2SO4、混凝土再生粉、锰渣或降低水灰比,均有利于提高砂浆的抗折强度,在早期较为显著,对后期的影响较小;适量的锰渣掺量有利于提高砂浆的抗压强度和耐高温性能; Na2SO4、混凝土再生粉、锰渣和水灰比都能在一定程度上改变砂浆的孔径分布,细化孔结构。因此,适量混凝土再生粉、锰渣、Na2SO4的掺入或降低水灰比,有利于提高砂浆的抗折/抗压强度和耐高温性能,细化砂浆孔结构。     

石灰石粉对掺加钢渣的水泥砂浆力学性能的影响

在钢渣掺量一定的情况下,通过水泥砂浆力学性能试验,对掺加不同细度的石灰石粉的水泥砂浆进行了不同龄期的抗折、抗压强度测试。结果表明:在钢渣掺量一定的情况下,与未掺加石灰石粉的水泥砂浆比较,掺加一定量的石灰石粉可以提高水泥砂浆的抗压、抗折强度;钢渣掺量一定的情况下,随着石灰石粉细度的增加,水泥砂浆的压折比减小,水泥砂浆的柔韧性变好。用MATLAB曲线拟合工具箱对水泥砂浆的压折比进行模拟,结果发现,用指数函数形式模拟压折比拟合度较好。     

水泥细度对水泥砂浆抗冻性能的影响研究

为研究水泥细度对水泥砂浆抗冻性能的影响,对3种不同水泥细度的水泥砂浆试件进行了抗冻性试验,对比分析水泥细度对水泥砂浆抗压强度、电阻率演化特性的影响规律,建立了相应的冻融损伤模型。结果表明:适当增加水泥细度可以提高砂浆的抗冻耐久性,过度提高水泥细度对抗冻性的提高没有帮助,不同水泥细度的砂浆抗压强度大致呈指数衰减。砂浆的冻融破坏是由表及里逐渐加大的一个过程,不同深度的电阻率与冻融次数间的也是呈指数衰减。