考虑界面过渡区非均质性的混凝土弹性模量预测

混凝土骨料与水泥浆体间界面过渡区(ITZ)厚度虽小,却表现出较强的微观结构非均质性,并对混凝土弹性模量产生显著影响。本研究充分考虑ITZ的非均质特征,由水泥浆体与其中的孔隙形成等效基体,非均质ITZ与骨料形成等效颗粒,再由等效基体与等效颗粒形成混凝土等效均质体,基于细观夹杂理论提出了一种混凝土弹性模量预测的多相夹杂模型,模型预测结果与试验结果吻合较好。定量分析还表明:界面过渡区非均质性对混凝土弹性模量影响显著,ITZ非均质程度越高,混凝土弹性模量越低;弹性模量随界面过渡区厚度、水泥浆体孔隙率的增大而逐渐降低,随骨料含量的增大而增大。     

预测全级配大坝混凝土弹性模量的三相模型

在分析传统混凝土两相复合材料弹性模量计算模型不足的基础上,考虑混凝土中界面过渡区的影响,分析界面过渡区的体积与骨料体积分数、骨料颗粒级配和界面过渡区厚度之间的关系,建立预测混凝土弹性模量的三相复合材料模型,并在此基础上计算全级配混凝土与湿筛混凝土的弹性模量,并与已有试验结果进行比较,吻合良好。分析全级配与湿筛混凝土弹性模量比值与骨料及水泥基体弹性模量比值的关系,给出了随龄期变化时两者弹性模量比值的变化规律。     

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。     

基于随机骨料数学模型的混凝土弹性模量预测

按照混凝土试件的实际配比计算出各粒径区间的骨料体积含量,对骨料颗粒进行随机投放,生成随机骨料的数值模型。对不同形状骨料的随机骨料模型建立的体积表征单元(RVE)施加均匀位移边界条件,通过有限元方法计算该RVE中的应力和应变场,然后由细观力学数值均匀化方法预测RVE的有效弹性模量。数值计算结果和试验值的对比表明,基于随机骨料模型的混凝土弹性模量的预测是有效的,骨料含量为40%和60%时预测值与试验值相近;由多边形骨料模型得到的弹性模量略高于圆形骨料,骨料的空间分布对于预测结果的影响甚微。假定材料的细观单元力学性质服从Weibull分布时,预测的有效弹性模量结果偏低,且随均质度的减小而减小。     

含缺陷混凝土的弹性模量预测

提出一种新的预测含缺陷混凝土弹性模量的估算方法。将混凝土看作是由砂浆、骨料、界面和缺陷(包括圆形孔隙和币状裂隙)等组成的四相复合材料,建立随机骨料数值模型,运用细观力学数值均匀化方法预测混凝土的有效弹性模量,并与无缺陷情况下的计算结果以及试验结果进行对比,在此基础上进行各影响参数的敏感性分析。结果表明,缺陷的存在会减小混凝土的有效弹性模量;混凝土的有效弹性模量随着骨料或砂浆弹性模量的增大而增大;界面特性参数和骨料最大粒径对混凝土有效弹性模量的影响有限;任意多边形骨料模型比圆形骨料模型对混凝土有效弹性模量的预测更接近试验值。     

再生粗骨料级配对透水混凝土性能的影响研究

将骨料粒子干涉与紧密堆积理论相结合提出骨料各粒级的质量百分数范围，研究分析了单粒级和级配再生骨料配制的混凝土透水性、强度和外观状态。结果表明：以紧密堆积理论配制的连续级配骨料空隙率低于原单粒级再生骨料的平均理论孔隙率，以粒子干涉理论配制的级配骨料空隙率与骨料的粒径比、骨料级配的分级数量密切相关，级配骨料空隙率随粒径比D大/D小增大或骨料粒级分级数的增多而减小；随着单粒级再生骨料粒径的增大透水混凝土抗压强度表现出先上升后下降的变化特征，而透水性变化正好相反；随级配再生骨料空隙率的减小透水混凝土抗压强度表现出先下降后上升的变化特征，而透水系数和连通孔隙率则表现出减小趋势。     

不同粒径再生粗骨料混凝土单轴受压应力 －应变关系试验研究

研究了粗骨料粒径对再生混凝土力学性能的影响,为再生混凝土工程中合理选取再生粗骨料粒径及取代率提供参考和依据。以再生粗骨料粒径和取代率为变量,用 5 ～ 20 mm、20 ～ 30 mm 及5 ～ 30 mm 粒径范围内的再生粗骨料制作了不同取代率的二级配再生混凝土试件,利用混凝土单轴抗压的试验方法,分析了不同再生粗骨料粒径以及不同取代率再生混凝土的力学性能。实验结果表明:再生混凝土的弹性模量随取代率的增大而减小; 相同取代率下,再生粗骨料粒径为 5 ～ 30 mm 的二级配再生混凝土的抗压强度比粒径为 5 ～ 20 mm 或 20 ～ 30 mm 的二级配再生混凝土的抗压强度高; 粒径为 20 ～ 30 mm 的再生粗骨料对二级配再生混凝土力学性能的影响最大。再生粗骨料全级配取代,且取代率为 30% 时二级配再生混凝土的抗压强度最大。     

基于 DIGIMAT 的混凝土等效弹性模量研究

通过解析法和有限元分析法在细观结构上研究了混凝土的弹性模量,并与试验比对进行多尺度分析并验证其可行性。在细观结构上混凝土可作为由水泥砂浆、骨料、界面和孔隙组成的多相复合材料,采用 DIGIMAT 软件建立混凝土细观力学模型。本文基于 DIGIMAT 预测了骨料体积比分别取0. 2,0. 4,0. 6 和 0. 8 时的混凝土等效弹性模量值,并分析了各个细观组成部分对混凝土等效弹性模量的影响。研究结果表明: 解析解和有限元数值解与试验测定值相比产生的误差均较小,但解析解与试验测定值更为接近; 随着水泥砂浆弹性模量的增加,混凝土弹性模量随之增加; 随着骨料纵横比的增大,混凝土弹性模量呈下降趋势; 孔隙率增加,混凝土弹性模量减小,界面层厚度增加,混凝土弹性模量也随之减小。研究成果可用于预测混凝土的等效弹性模量。     

基于多相复合材料的混凝土导热系数预测模型

混凝土温度场分析是混凝土结构耐久性以及服役寿命预测的重要依据,而导热系数则是确定时变温度场分布的主要参数。考虑材料组成的非均质性,将混凝土视为由连续相水泥砂浆、分散相粗骨料以及二者薄弱界面过渡区(ITZ)组成的三相复合材料,并基于复合材料导热系数模型,建立了混凝土及其组成单元(水泥砂浆和ITZ界面)导热系数的计算模型;在此基础上,对比分析了水灰比、粗骨料体积分数、砂率、饱和度和界面热阻等因素对混凝土导热系数的影响规律。结果表明:混凝土导热系数随饱和度、粗骨料体积分数的增加而增大,随水灰比的增大而减小;考虑界面热阻的混凝土导热系数预测模型,能够更好地揭示饱和度与砂率对混凝土导热系数的影响机理。     

全级配混凝土干缩变形性能研究

混凝土裂缝会对结构的稳定产生不利因素,为此进行了全级配和湿筛混凝土的干缩变形试验。通过分析混凝土的干缩机理,在弹性力学理论基础上建立了考虑骨料粒径和含量的混凝土干缩模型,分析了混凝土的干缩变形与骨料及水泥浆体弹性模量之间的关系。同时通过分析试件尺寸对混凝土干缩性能的影响,对比研究了全级配与湿筛混凝土干缩变形随龄期的变化规律,结果显示模型计算数据与试验数据吻合良好。研究表明,全级配与湿筛混凝土干缩变形比值随龄期增加而逐渐增大,180d龄期时的比值约为0.29左右。     

聚合物改性水泥混凝土集料分形特征研究

利用分形几何学原理对集料分形特征进行分析,研究了分数维与聚合物改性水泥混凝土(PMCC)集料级配、振实空隙率、强度及刚度性能的相关联系。研究结果表明,分数维与集料级配、空隙率具有较好的线性关系;分数维与PMCC强度、刚度性能的内在联系并不明显,但当分数维D为2.394时,PMCC的抗折强度与折压比均出现最大值,D≥2.394时,其弹性模量减小幅度显著增加。利用集料分数维实现对集料级配及PMCC性能的定量描述,可为PMCC的组成设计与性能研究提供一种新方法。     

混合骨料在BEJ拱坝混凝土中的应用研究

在某些情况下,工程受客观条件限制而无法选择满足现场混凝土配置需要的骨料,为了改善骨料级配,会采用人工和天然混合骨料的施工方案。以新疆BEJ大坝为例,通过试验对混合骨料混凝土的各项性能指标进行比较分析。结果表明:使用混合骨料的大坝混凝土和易性较好,坍落度和含气量均在控制范围内;各个强度等级混凝土90 d龄期抗压强度均能达到设计强度等级,混凝土早期强度增长较快;早期弹性模量和极限拉伸值随着粉煤灰掺量的增加而降低,但后期增加;混凝土耐久性能也均能满足设计要求,质量损失随粉煤灰掺量增加而增大,煤灰掺量对抗渗性能影响较小。     

混杂纤维改善LC30轻骨料混凝土性能试验研究

以LC30轻骨料混凝土为试验对象,研究了轻骨料预湿时间对混凝土抗压强度的影响,考虑了将体积率0．75%和1．5%的钢纤维分别与掺量600g/m3和1200g/m3的聚丙烯纤维单掺或混掺对混凝土拌合物工作性能、抗压强度、劈裂抗拉强度、拉压比、静力受压弹性模量的影响。结果表明,轻骨料混凝土3d抗压强度随预湿时间的延长有所降低,28d抗压强度有所增加;除单掺聚丙烯纤维对混凝土抗压强度呈现负增强效应外,其余纤维均能有效改善混凝土的力学性能;采用混掺体积率0．75%的钢纤维,600g/m3的聚丙烯纤维,在节省1/2钢纤维的基础上,表现出较好的协同混杂效应,尤以劈裂抗拉强度最为显著。     

混凝土抗压弹性模量研究

弹性模量是混凝土重要的力学性能,它反映了混凝土所受应力与所产生应变之间的关系,是计算混凝土结构变形、裂缝开展和温度应力所必需的参数之一。为了提高混凝土的抗裂能力,通常是提高混凝土的抗拉强度和极限拉伸值,降低混凝土的弹性模量及收缩变形等。降低混凝土的弹性模量将有助于提高混凝土的抗裂性能。本文提出影响混凝土弹性模量的因素,通过U.C．康脱模型分析骨料和水泥石组分性能与含量对混凝土弹性模量的影响,提出降低混凝土弹性模量的措施。这对防止混凝土的开裂是有利的。