水泥沥青砂浆力学性能的温度敏感性

研究了不同温度条件下不同沥青含量的水泥沥青砂浆的抗压性能,以揭示该类有机–无机复合材料力学性能的温度敏感性规律。在–40～80℃范围内选择不同环境温度,采用电液伺服控制材料万能试验机测试了水泥沥青砂浆静态单轴抗压荷载下的应力–应变全曲线,获得了峰值应力和弹性模量随温度变化的基本规律。结果表明:随温度的降低,应力–应变曲线的上升段斜率增大,峰后下降段逐渐变陡,力学特性逐渐出现韧–脆转换。一般而言,水泥沥青砂浆的弹性模量和峰值应力随温度的升高和沥青含量的增大而降低,其温度敏感性随沥青含量的增大而增大。沥青含量较大的水泥沥青砂浆,其弹性模量和峰值应力随沥青含量变化幅度不大。建立的经验关系式成功描述了不同沥青含量的水泥沥青砂浆力学性能随温度变化的定量关系,且拟合结果表明以温感因子表征其力学性能对温度的敏感性具有一定的合理性。温感因子随着沥青含量的增大而增大,峰值应力的温感因子大于弹性模量的。     

水泥乳化沥青砂浆力学性能的分析模型

基于能量机制研究了中国铁路轨道系统(CRTS)Ⅰ型水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)在6种应变率(3.33×10--5/s~1.67×10--1/s)条件下的力学性能。结果表明:CA砂浆的峰值应力、弹性模量及峰值应力对应的应变均随着应变率的增大而增大,峰值应力对应变率的敏感性最高,峰值应力对应的应变对应变率的敏感性最低,随着应变率的增大,CA砂浆破坏的脆性特征越明显,碎裂程度越高。机械能与耗散能随着变形的增加持续增大,弹性能在峰值应力前不断积累,峰值应力后迅速释放,导致CA砂浆的整体破坏,应变率越大,机械能与耗散能的增加速率越大,弹性能在峰值应力前的积累速率越大,峰值应力后的释放速率越大。采用统计损伤理论建立了CA砂浆的本构模型,拟合结果与试验结果的相关系数均在0.97以上,能够有效预测CA砂浆在不同应变率条件下的力学性能。     

沥青对水泥沥青砂浆力学性能的影响

采用微机控制电子万能试验机对水泥沥青砂浆(CA砂浆)进行了应力--应变压缩试验,分析了试验过程中CA砂浆的弹性能和耗散能随沥青含量的变化规律。结果表明:随着沥青含量的增加,CA砂浆的强度逐渐降低,脆性逐渐减弱,象征强度弱化区域的有机物--无机物界面的增多是强度降低的主要原因,沥青含量的增加使CA砂浆内释放的弹性能只有小部分用于缺陷的扩展,加之沥青网络结构的横向约束作用导致脆性逐渐减弱。外力功随应变的增加逐渐增大,随沥青含量的增加逐渐减小;弹性能开始向耗散能转化发生在屈服变形阶段,峰值应力后,弹性能向耗散能的转化速率加快,能量迅速释放。能量释放系数随应变的增加逐渐增大,能量释放加快;能量释放系数随沥青含量的增加逐渐增大,表明CA砂浆的阻尼性能提高,减振作用增强。     

环氧树脂掺量对CAE砂浆力学性能的影响机理分析

使用电液伺服万能材料试验机对水泥-乳化沥青-环氧树脂砂浆(CAE砂浆)进行了单轴压缩试验,分析了CAE砂浆的力学行为随环氧树脂含量的变化规律.采用SEM微观测试手段研究了环氧树脂掺量对CAE砂浆微观结构的影响.结果表明,随着环氧树脂掺量的增加,CAE砂浆的弹性模量、峰值应力和脆性指数逐渐减小,峰值应力对应的应变逐渐增加,CAE砂浆的塑性变形特征越加明显.CAE砂浆弹性能的峰值随着环氧树脂掺量的增加逐渐增大,CAE砂浆的耗散能随着环氧树脂掺量的增加逐渐减小,环氧树脂有助于增加CAE砂浆的致密性和内部黏聚力,降低外力作用对其产生的损伤.     

高铝砖高温弯曲应力-应变关系

采用研制的高温弯曲应力-应变测试仪研究了Ⅰ等高铝砖DL-80、Ⅱ等高铝砖GL-75和Ⅲ等高铝砖GL-55在不同温度下的力学性能,包括应力-应变曲线、弹性模量、抗折强度和断裂时的最大变形量。结果表明:高铝砖在不同温度下的应力-应变关系可以分为弹性阶段、塑性阶段和粘滞流动阶段;在低、中温范围内,高铝砖的弹性模量和抗折强度随温度的上升而增加,到达某一转折温度后,随温度的上升而明显下降;3种高铝砖高温力学性能从高到低的排列顺序为:Ⅱ等>Ⅰ等>Ⅲ等。     

混凝土静动态轴向拉伸力学性能

为了解动荷载作用下混凝土结构响应特点,探讨轴向拉伸作用下混凝土静动态力学性能关系,通过对棱柱体混凝土试件进行轴向拉伸试验,分析了7种不同应变速率条件下混凝土试件应力--应变关系曲线、轴向拉伸强度、弹性模量、峰值应变的变化规律。结果表明:随着应变速率的不同,混凝土试件破坏形态发生了变化;混凝土动态轴向拉伸强度、弹性模量和峰值应变均随着应变速率的增加而逐渐增大;混凝土动态轴向拉伸强度、弹性模量和峰值应变增长因子同动静态应变速率比值的对数呈线性增长关系。     

乳化沥青和水泥掺量对冷再生混合料性能的影响研究

为了优化乳化沥青冷再生混合料适宜的乳化沥青和水泥掺量范围,基于室内模拟现场钻芯试验、湿轮磨耗试验,研究了乳化沥青和水泥掺量下冷再生混合料的初期和终期抗松散性能,采用力学性能试验、路用性能试验和疲劳性能试验优化了设计用于乳化沥青冷再生混合料的最佳乳化沥青用量和水泥掺量.结果表明,乳化沥青和水泥掺量对冷再生混合料的早期钻芯完整性、抗松散性能、力学性能、路用性能与疲劳性能均有显著改善作用.随着乳化沥青用量的增大,冷再生混合料力学性能、路用性能与疲劳特性均存在峰值.增大水泥掺量能够显著提高冷再生混合料的水稳定性和高温稳定性及低应力水平下的疲劳寿命,但是过多的水泥掺量导致乳化沥青冷再生混合料刚性增大、柔韧性降低、高应变水平下的疲劳寿命减低.根据优化结果,推荐1.5％～2.0％水泥、3.5％～4％乳化沥青为最佳配比.     

白炭黑对苯基硅橡胶动态力学性能的影响

采用橡胶加工分析仪研究了添加不同用量和不同种类白炭黑的苯基硅橡胶在不同应变、不同温度下的动态力学性能。结果表明:在不同应变下,随着应变增加,苯基硅橡胶的弹性模量逐渐减小,损耗因子逐渐增大;在相同应变下,白炭黑用量越多,苯基硅橡胶的弹性模量和损耗因子越大。在不同温度下,白炭黑用量不同的苯基硅橡胶的弹性模量和损耗因子在70～170℃范围内变化不明显;随着白炭黑粒径的减小,苯基硅橡胶的弹性模量和损耗因子增大,细粒径白炭黑比粗粒径白炭黑的补强效果好。     

水对水泥乳化沥青砂浆静态力学性能的影响

为了研究水对水泥乳化沥青砂浆(SL砂浆)静态力学性能的影响,采用阳离子型(A1)、复合离子型(A2)和阴离子型(A3)3种乳化沥青制备了沥青与水泥质量比(mA/mC)为0.3、0.5、0.7和0.9的SL砂浆圆柱体试件,将其真空吸水饱和后经低湿和恒湿两种干燥方法获得不同饱水度,再对不同饱水度的试件进行抗压试验。结果表明:SL砂浆的饱和体积吸水率均大于10%,且与mA/mC值和乳化沥青种类有关;其抗压强度和弹性模量随饱水度增加而显著降低,且抗压强度降低幅度较大,最大可达40%以上;mA/mC值越大,力学性能降低幅度也越大。3种乳化沥青制备的试件中,A1试件降低幅度最大,A3试件次之,A2试件最小。提高SL砂浆抗水性的关键是增强界面结合力和减小吸水率。     

钢渣沥青砂浆动态模量试验及其主曲线研究

为了获得细钢渣取代石灰岩细集料后沥青砂浆动态特性变化和更宽温频域下钢渣沥青砂浆的动态模量,根据AC-13石灰岩沥青混合料配合比去除粗集料影响得到石灰岩沥青砂浆配合比,应用等体积代换确定钢渣沥青砂浆级配,采用旋转压实成型沥青砂浆试件,并进行动态模量试验,测定不同温度和不同频率下沥青砂浆的动态模量及相位角,依赖时温等效原理计算、确定和分析钢渣沥青砂浆的动态模量主曲线和相位角主曲线.结果表明:在相同的沥青砂浆试件和温度下,动态模量随着频率的增大而增大,相位角整体变化趋势随之减小;在相同实验模式和高频下,沥青砂浆动态模量和相位角受集料的影响较小;在一定条件下,细钢渣的掺入提高了沥青砂浆的动态特性.     

水泥乳化沥青砂浆的静态热机械性能及拟合模型

为了获得水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)的静态热机械性能,采用德国GABO公司生产的动态热力学谱仪EPLEXOR500 N系统研究了CA砂浆在–40~60℃的温度范围内和0.1 MPa的恒定荷载下变形随温度的发展规律。结果表明:CA砂浆的变形随着温度的升高逐渐增大,整体变形可分为减速变形阶段和变形速率相对稳定的第1、第2匀速变形阶段;当温度相同时,CA砂浆的变形随着沥青和水分含量的增大而增大;当沥青/水泥比由0.3增加到0.9和水/水泥比由0.63增加到0.83时,由减速变形阶段进入第1匀速变形阶段的转变温度T1分别由–30.1℃升高到–27.2℃和由–31.3℃升高到–21.7℃;当沥青/水泥比由0.3增加到0.9,由第1匀速变形阶段进入第2匀速变形阶段的转变温度T2由33.3℃降低到15.6℃,当水/水泥比由0.63增加到0.83时,T2由15.6℃升高到17.9℃。建立了CA砂浆的静态热机械模型,模型拟合结果与试验结果的相关系数均大于0.97,能够有效体现转变温度T2随沥青和水分含量的变化规律。模型参数较少,可为CA砂浆变形性能的温度依赖性提供有效预测。     

温度对新拌水泥沥青浆体流动性和水化速率的影响

研究了温度对不同沥青含量的新拌水泥沥青浆的流动性和水化速率的影响,以揭示该类复合胶凝材料流动性和水化速率的温度敏感性规律。在0,20℃和40℃下测量浆体的扩展度,获得了流动性随温度变化的基本规律。通过测定新拌浆体凝结硬化过程中半绝热温升来研究温度对水泥水化过程的影响。结果表明:随温度的降低,水泥水化速率下降,浆体初始流动性和流动保持性增强;随沥青掺量的增大,初始流动性和水化速率的温度敏感性降低,流动保持性的温度敏感性增大;含阳离子乳化沥青的浆体初始流动性、流动保持性以及水泥水化延缓程度受温度的影响均大于含阴离子乳化沥青的浆体。水泥水化、乳化沥青在水泥颗粒表面的吸附以及沥青的破乳是决定新拌水泥沥青浆流动性的关键因素。     

基于动态蠕变试验的沥青混合料黏弹性分析

基于沥青混合料Burgers模型的黏弹性理论,通过动态蠕变试验进行AC-20黏弹性分析,得到不同温度及应力下的混合料变形特征曲线及Burgers模型4个参数的变化规律．结果表明：在同一温度下,随应力水平增加,永久变形随之增大,稳定期永久应变发展速率增大且破坏期提前到来,Burgers模型参数中E1、E2增大,η1、η2减小;在同一应力水平下,永久变形会随温度升高而增大,同时E1、E2减小,η1,η2增大．因此应力及温度对沥青混合料黏性及弹性影响程度不同,随着应力增加,弹性增强而黏性降低;随温度升高,则弹性降低而黏性增加,该结论与路面实际使用状况一致．     

可再分散乳化沥青粉末改性水泥砂浆的力学性能和微观形貌

为解决水泥基材料脆性大、韧性差问题,本文提出了掺加可再分散乳化沥青粉末（REAP）以改善水泥基材料韧性的方法。试验制备了REAP 掺量为胶凝材料用量0、10%、20%、30%的可再分散乳化沥青颗粒改性水泥砂浆（REAPMCM）,研究了REAP对REAPMCM抗压、抗折强度、折压比、弹性模量等力学性能影响,分析了其对水泥水化产物微观形貌影响,对比了其与采用乳化沥青制备水泥乳化沥青砂浆微观形貌。结果表明,随着REAP掺量增加,REAPMCM抗压、抗折强度与弹性模量均有所降低,折压比有所提高,REAP掺量30%的REAPMCM折压比为28.5%,其相比未掺加REAP砂浆的折压比提高了46.6%;掺入REAP改善了水泥基材料的韧性,但其改善效果随着水泥水化龄期增长而有所降低;随着REAP掺量增加,一方面浆体总孔隙率含量有所增大,另一方面水泥水化产物间填充覆盖的沥青膜面积增大,且其断面显微形貌与相同沥青固含量掺量的乳化沥青砂浆断面基本类似,证实了REAP亦可较好分散、成膜分布于水泥水化产物间,达到了其与乳化沥青乳浊液对水泥基材料改性相类似的使用效果。     

阴离子CA砂浆的制备及性能

制备了阴离子乳化沥青CA砂浆,并研究了CA砂浆的弹性模量、流动度、可工作时间等性能,结果表明:先加乳化沥青时CA砂浆的早期弹性模量低于后加乳化沥青CA砂浆的早期弹性模量,而两种加料顺序的后期弹性模量基本相同;CA砂浆的流动度随着乳化沥青含量的增大而增大,而可工作时间随着乳化沥青含量的增大而减小;随着砂浆中水含量增加,可工作时间和空气含量增加,而流动度和单位体积质量减小。     

高温下混凝土冲击变形特性研究

利用自主研制的高温SHPB试验系统对混凝土进行冲击压缩试验,研究不同温度、不同应变率对混凝土冲击变形特性的影响.结果表明:温度相同时,混凝土应变率随冲击弹速的增大而增大,弹速相同时,应变率随温度的变化由大到小依次为200℃,800℃,600C,常温,400℃;随着应变率的增大,混凝土峰值应变与冲击韧性在同一温度下不断提高,弹性模量在常温下显著降低,在高温下略有起伏;同一应变率下,温度越高,峰值应变越大,弹性模量越小,且冲击韧性在400℃之前逐渐增大,400℃之后开始下降,高温下混凝土冲击韧性的应变率效应较常温时有所提高.     

阳离子乳化沥青CA砂浆的制备及性能

CA砂浆是板式无碴轨道结构弹性调整层的核心。通过正交试验研究了水泥、沥青乳液和砂的用量对CA砂浆工作性能的影响规律。结果表明:流动度随着水泥、沥青和外加水用量的增加而增加,而随着砂的用量的增加而减小;膨胀率随着铝粉掺量的增加而增大;弹性模量随着水泥和砂的用量的增加而增加,随着沥青乳液用量的增加而降低。     

CRTS Ⅱ型水泥乳化沥青砂浆力学性能的应变率效应及模型

研究了CRTS Ⅱ型水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)应力--应变关系的应变率效应,利用统计损伤力学的方法建立了CA砂浆的应变率本构模型。结果表明:随着应变率的提高,CA砂浆通过增加应力和产生更多细小裂纹来抵消和耗散外部能量,CA砂浆的抗压强度增大,破坏时的贯通裂纹增多,碎裂程度增大;CRTS Ⅱ型CA砂浆力学性能的应变率效应低于CRTS I型CA砂浆的。用建立的应变率本构模型对CRTS Ⅱ型CA砂浆的应变率效应进行拟合,其结果与实验结果的相关系数均大于0.98,对CRTS I型CA砂浆的拟合结果与实验结果的相关系数均大于0.97,拟合结果与实验结果在峰值强度前的相关性较好,峰值强度后的相关性相对较差。     

不同温度下大理岩静动力学特性研究

高温下岩石的力学参数是地下工程设计、施工以及支护的重要依据,因此研究高温下岩石力学特性具有重要的实际意义。在云南省卡房地区现场取得大理岩样本,在6种温度(25、100、200、400、600、800℃)下进行力学试验,共制作72个试样,在单轴压缩冲击试验系统上对高温作用后的大理岩试样分别进行静、动载试验,结果表明:静载作用时,大理岩试样在不同温度下的应力-应变曲线可分为压密、弹性、塑性变形和破坏4个阶段,峰值应力从79.70 MPa降至33.27 MPa,降幅为58.3%;动载作用时,峰值应力从224.00 MPa降至43.11 MPa,降幅达80.8%;大理岩试样在静、动载作用下,峰值应变均随温度的升高而增大,动载时的峰值应变普遍大于静载作用时的;静载作用时的峰值应变增长率要略大于动载作用时的;弹性模量均随温度的升高而降低;静载作用下,弹性模量与温度的线性关系明显;动载作用下,弹性模量的数据较分散,在400℃之后,弹性模量急剧减小,弹性模量随应变率的增大有增大的趋势;在同一温度下,加载速率越大,弹性模量越大。     

冲击荷载下水工地聚物混凝土的力学性能

本文利用直径100 mm的分离式霍普金森压杆试验系统,研究了不同应变率下长期水环境作用对地聚物混凝土动态力学性能的影响.结果表明:GC试件的动压强度、动压韧性随应变率增大而增大,表现出明显的应变率效应;水环境下,GC试件静压强度低于干燥试件,随应变率增大,试件动压强度提升幅度较大,动压强度高于干燥试件.水环境提升了GC试件动压强度的率敏感性.同时,GC试件动压韧性受水环境影响较小,但试件的动弹性模量大于干燥试件,变形能力降低.