纤维掺量对PVA纤维混凝土力学参数的影响及压缩韧性指标的计算方法

通过聚乙烯醇(PVA)纤维混凝土的力学试验,研究纤维掺量对于混凝土破坏形态、峰值应力、峰值应变、抗折强度以及折压比的影响,依据单轴抗压应力-应变曲线,提出一种适用于普通C40纤维混凝土的压缩韧性指标计算方法,并采用拟合法,建立了损伤变量服从对数正态分布的损伤本构方程.分析表明:由于纤维的桥接作用,纤维混凝土呈现“裂而不碎”的特征,与素混凝土存在较大差异;随着PVA纤维掺量的增加,混凝土的峰值强度、抗折强度和折压比呈现先增加后降低的趋势,峰值应变则持续增长,压缩韧性指数随着PVA纤维掺量的增加提高明显,综合考虑力学性能影响,建议的工程最佳纤维掺量为0.2％(体积分数).根据试验曲线拟合对比,对数正态分布损伤本构方程优于Weibull分布的损伤本构方程,误差更小,充分反映了PVA纤维掺量对峰后力学特性的影响规律,而且能反映纤维掺入量引起的损伤性质突变现象,对工程优化设计具有重要参考价值.     

充填层自密实混凝土力学性能

为掌握高速铁路CRTSIII型板式无砟轨道充填层自密实混凝土(SCC)持荷特性,通过系列试验,采用膨胀剂和粘度改性剂制备了适用于充填层的SCC,并对比分析了不同组成自密实混凝土、普通混凝土(NC)的单轴压缩应力-应变曲线和三点弯曲下的荷载-位移曲线等,探讨了膨胀剂、粘度改性剂对SCC力学特性的影响规律.结果表明:充填层自密实混凝土的破坏方式与同强度等级普通混凝土有较大不同,且其单轴压缩应力-应变曲线峰值应变明显较大,而峰后曲线下降较为迅速.硫铝酸盐类膨胀剂掺入,使得SCC的断裂韧性显著减小、脆性明显增大;与基准自密实混凝土、普通混凝土相比,双掺膨胀剂和粘度改性剂的充填层自密实混凝土的断裂性能仅稍许降低,其断裂能和延性指数降低率均不大于10％.     

高性能橡胶粉混凝土动态压缩性能研究

在微机控制电液伺服压力试验机上对高性能橡胶粉混凝土(HPRC)试件进行单轴压缩试验,研究了橡胶粉体积掺量和应变率对高性能橡胶粉混凝土性能的影响.研究结果表明,高性能橡胶粉混凝土峰值应力和割线模量表现出一定的应变率强化效应,而橡胶粉的掺入会降低峰值应力和割线模量提升的幅度;峰值应变未表现出应变率敏感性,橡胶粉的掺入会增强混凝土的变形能力;分析了应变能与试件破坏形态的关系,应变率增大,试件破坏前贮存的应变能增大,试件破坏更严重,呈脆性破坏,掺入橡胶粉后,混凝土的韧性改善较大,试件破坏时呈现裂而不散的特性.     

氧化石墨烯对混凝土渗透率和力学性能影响研究

为了研究氧化石墨烯对混凝土性能的影响，制备了6组不同氧化石墨烯掺量的混凝土试件，开展了拌合物性能试验、变围压下渗透率试验和单轴压缩试验，并分析了单轴受压破坏过程中能量转化关系。结果表明：氧化石墨烯掺入混凝土中试件仍具有良好的坍落度，且不会发生泌水和离析；围压增大试件渗透率呈现负指数递减趋势，氧化石墨烯能有效降低混凝土的渗流能力；与基准混凝土相比，氧化石墨烯大幅度提升了单轴压缩试验主要特征参数，显著降低了混凝土弹性应变能释放速率，增大了混凝土的耗散能，降低了混凝土的脆性，提高了混凝土的延性和韧性。     

冲击荷载作用下掺橡胶颗粒自密实混凝土的力学性能

为探究掺橡胶颗粒自密实混凝土(SCC)在冲击荷载下的力学特性,采用?75 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验方法,对比分析了不同橡胶颗粒掺量SCC的冲击压缩破坏模式及其应力–应变关系,并基于应变等价性假说和统计损伤理论建立了其动态力学本构模型。结果表明:橡胶颗粒的掺入增强了SCC抵抗不同应变率条件下的破坏作用;SCC的动态强度增长因子DIF随应变率的增加而显著增大,且随橡胶掺量的增加,DIF的增长率提高;在应变率相同时,橡胶颗粒对SCC动态强度的增强效果大于普通混凝土;掺橡胶颗粒SCC弹性模量的应变率相关性不明显,但在所调查的应变率范围内,SCC弹性模量有一定的增加,橡胶掺量为0、10%、20%和30%时,其各自的平均弹性模量比静态弹性模量分别提高了35.1%、39.7%、53.3%和57.7%;所建立的本构模型与试验结果吻合较好。     

荷载-冻融耦合作用下充填层自密实混凝土的耐久性及损伤模型

为掌握处于冻融服役环境条件下充填层自密实混凝土(SCC)的耐久性,设计了轴压荷载-冻融耦合作用模拟试验,对比研究了SCC在冻融循环作用、荷载-冻融循环耦合作用下的质量、峰值应力、峰值应变等参数随冻融循环次数的变化规律;结合统计损伤理论,建立了相应的损伤本构模型,讨论了损伤变量与冻融循环作用次数的变化关系。结果表明:相较于单一冻融作用,1/3应力水平的轴压荷载与冻融循环耦合作用下的充填层自密实混凝土劣化速率更大,此时难以抵抗300次冻融循环作用,掺适量聚丙烯纤维或橡胶粉可较好改善其在荷载-冻融循环耦合作用下的耐久性。所建立的损伤本构模型可较好地描述荷载-冻融耦合作用后混凝土应力-应变关系,其损伤变量与冻融次数具有良好相关性。     

DIC技术分析玄武岩纤维混凝土单轴受压应力应变曲线研究

基于DIC技术对玄武岩纤维混凝土在单轴受压过程中的全场位移和应变进行采集,分析混凝土在不同纤维掺量、不同受力阶段下应变云图的变化特征和变形参数的变化规律,并拟合出玄武岩纤维混凝土单轴受压的应力应变曲线.结果 表明:掺入玄武岩纤维可减小混凝土的变形,0.2％纤维掺量的混凝土整体变形性能更好.不同玄武岩纤维掺量混凝土的应力-应变曲线上升段几乎重合,下降段表现出不同的变形性能.掺入纤维可以降低峰值应变到极限应变下降斜率,掺入0.2％玄武岩纤维更有利于提高本试验条件下混凝土的延性性能.     

单轴压缩固化泥炭土的弹塑性损伤模型试验研究

为了研究固化泥炭土的力学性能,将机制砂作为填充材料,水泥和磷石膏作为胶结材料,针对昆明泥炭土开展了一系列固化试验。根据固化土体的无侧限抗压强度试验和单轴循环加-卸载试验,讨论了泥炭土在不同水泥掺量和磷石膏掺量下的固化效果。基于损伤理论和应变等效性假设,建立了单轴压缩状态下固化泥炭土的弹塑性损伤模型。研究结果表明:固化泥炭土抗压强度随水泥掺量的增加而增大,同时随着磷石膏掺量的增加,强度增长速率表现为先增大后减小的趋势。固化泥炭土的应力-应变滞回曲线呈下部不闭合的新月形,且在塑性开始和接近破坏阶段不闭合区域面积较大,说明这两个阶段产生较大的能量损耗。最后,考虑水泥掺量和磷石膏掺量的影响,根据试验结果采用曲线拟合的方法,得到了固化泥炭土弹塑性损伤本构模型的各项参数。     

高温后混凝土初始压实阶段应力-应变关系

本文对经历5种温度(20 ℃、200 ℃、400 ℃、600 ℃和800 ℃)后的混凝土进行了单轴压缩试验。通过定义压实系数φ和相对密实度Φ两个指标,评价了高温后混凝土的密实程度,探讨了混凝土初始压实阶段随温度的变化规律。同时采用统一形式的分段函数建立了考虑初始压实阶段的高温后混凝土应力-应变全曲线方程。结果表明,当温度为200 ℃和400 ℃时,混凝土峰值应力和弹性模量小幅下降,基体密实度较高,应力-应变曲线的初始压实阶段几乎可以忽略,整个压缩损伤过程呈脆性特征。当温度为600 ℃和800 ℃时,峰值应力和弹性模量大幅减小,峰值应变迅速增加,基体密实程度迅速下降,应力-应变曲线具有明显的初始压实阶段,并且整个压缩损伤过程呈延性特征。本文建立的应力-应变全曲线方程具有拟合度高且参数较少的优势。     

碳纤维混凝土动态力学特性试验研究

为探究碳纤维混凝土在动载作用下的安全性,采用非金属超声波检测仪测量不同掺量下碳纤维混凝土试件纵波波速,采用扫描电镜试验观测碳纤维与混凝土间的黏结方式,并利用直径为74 mm的变截面分离式霍普金森压杆试验装置在不同应变率下对四种不同碳纤维掺量混凝土试件进行冲击压缩试验,分析其应力-应变曲线、峰值应力、极限应变和DIF(动态强度增强因子)变化规律。结果表明:随着碳纤维掺量的增加,试件纵波波速随之增大,碳纤维能够在混凝土试件内部形成空间网状结构,增强试件整体性;相同碳纤维掺量下,随着应变率的增大,试件峰值应力、极限应变和DIF都随之增大,试件存在明显的应变率效应;相同应变率作用下,随着碳纤维掺量的增加,试件峰值应力先增大后趋于定值,两者呈现出很好的二次函数关系,DIF随之增大,极限应变随之减小,两者呈现线性关系,碳纤维对混凝土试件的强度和整体性存在显著提高。     

机制砂混凝土应力-应变试验研究

为研究机制砂混凝土单轴应力状态下的力学性能,通过对0%、4%、8%、12%、16%、20%(质量分数)六种石粉含量,C20、C30和C40三类强度等级的机制砂混凝土棱柱体试件进行单轴抗压试验,并与河砂混凝土进行对比,获得了其在单轴受压下的应力-应变全曲线,拟合得到了适用于机制砂混凝土单轴受压的本构方程,结果表明:机制砂混凝土应力-应变曲线变化趋势和河砂混凝土基本相似,在曲线的上升段,机制砂混凝土与河砂混凝土基本重合,但在曲线下降段,机制砂混凝土比较陡峭;随着石粉含量的增加,机制砂混凝土试件的峰值应力和峰值应变都呈现出先增加后减小的趋势,当石粉质量分数为8%时,三种不同强度等级的机制砂混凝土峰值应变均达到最大;机制砂混凝土峰值应力和弹性模量均随着混凝土设计强度等级的提高而增大;基于Sargin模型拟合得到的机制砂混凝土应力-应变全曲线与试验全曲线吻合性较好。     

单轴受压地质聚合物再生混凝土损伤特性及本构模型研究

建筑固体废弃物与工业固体废弃物的协同、高效处置对固体废弃物的综合利用有着重要意义。本文采用CT扫描技术与数字体相关法,对单轴受压地质聚合物再生混凝土的损伤演化特性进行分析,并以此建立单轴受压地质聚合物再生混凝土损伤本构模型。研究结果表明,地质聚合物再生混凝土内部非均匀应变场的产生是其发生破坏的主要原因,考虑数值特征和空间特征的损伤因子与应变呈5次函数关系,基于应变等效原理建立的损伤本构模型可以较好地表征在荷载作用下的应力-应变关系。本研究可以为地质聚合物再生混凝土在工程上的应用提供理论基础和技术支撑,同时为再生混凝土的力学损伤研究提供新方法。     

基于DIC的BFRC受压损伤特性及本构模型研究

采用数字图像相关(DIC)技术对玄武岩纤维混凝土(BFRC)受压过程中试件表面应变场进行计算,分析了试件表面水平应变云图变化情况,得到了BFRC受压损伤演化规律;通过对水平应变场统计分析,利用应变场标准差统计指标定义损伤演化因子,得到不同纤维掺量下BFRC损伤演化曲线;同时,基于应变等效原理及损伤演化因子,推导出BFRC单轴受压损伤本构模型,通过对比试验与模型曲线,发现两者吻合较好,该模型在峰值应变之前可有效描述BFRC单轴受压下损伤演化过程;对比曲线发现玄武岩纤维可有效提高混凝土峰值应力及峰值应变,提高其变形能力,并具有延缓损伤作用.     

聚合物改性自密实混凝土的工作性能及力学性能

聚合物改性水泥混凝土具备较好的抗拉性能和耐久性,其应用较为广泛,而聚合物改性自密实混凝土的应用较少。本文主要针对环氧树脂改性自密实混凝土基本力学性能和工作性能进行研究,试验采用四种掺量(0%、5%、10%、15%,质量分数)的环氧树脂,得到不同环氧树脂掺量对改性自密实混凝土基本力学性能和工作性能的影响。结果表明:与普通自密实混凝土相比,当环氧树脂的质量分数为5%时,对抗压强度有一定的改善作用;当环氧树脂的质量分数为10%时,抗折强度增强效果最优;当环氧树脂的质量分数大于等于10%时,混凝土中大孔转变为微孔;当环氧树脂的质量分数达到15%时,环氧树脂会固化成团,破坏混凝土内部结构。自密实混凝土的弯曲韧性随着环氧树脂掺量的增加而提升。虽然环氧树脂的掺量较多时,会减小自密实混凝土的流动度,但适当增加减水剂可增大流动度。     

不同应变率下橡胶混凝土抗压性能及能量特性研究

对四种橡胶体积掺量(0%、5%、10%、20%)的级配良好橡胶混凝土开展单轴抗压试验,对力学性能和破坏形态方面进行分析,得到了橡胶混凝土综合性能最优时的橡胶掺量,进而对最优掺量组进行不同应变率下的单轴压缩试验,并分析了不同应变率下橡胶混凝土的能量特性。试验结果表明,橡胶混凝土表现为裂而不散的类延性破坏,而非普通混凝土的脆性破坏。随着橡胶掺量的增加,抗压强度大幅降低,但变形能力得到增强,在掺量为10%时,橡胶混凝土的抗压强度达标,变形能力最好。橡胶混凝土受压时能量演化和转化过程是输入能先大量转化为弹性能并储存;接着耗散能转化率开始增加,使试件表面产生大量微裂纹;最后弹性能快速释放,耗散能转化率占比明显提高,从而导致试件整体破坏。另外随着应变率增大,橡胶混凝土的抗压强度和初始弹性模量明显提高,而峰值应变降低,同时输入总能量、弹性能与耗散能均呈现上升趋势,其中弹性能增加更明显。     

早期受冻损伤混凝土应力-应变试验研究

北方地区混凝土冬季施工过程,新浇筑混凝土容易因突然降温而遭受早期损伤。为研究早期受冻对混凝土单轴受压状态下力学性能的影响,通过对不同冻结温度(-5 ℃、-10 ℃)、不同起冻时刻(1.0 h、3.5 h、8.0 h、24.0 h)养护条件下的混凝土进行单轴受压试验,获得了应力-应变全曲线,拟合得到了适用于早期受冻混凝土的单轴受压本构方程。结果表明:早期受冻后混凝土应力-应变曲线在下降段更为陡峭,延性和塑性变形能力降低;冻结温度对峰值应力和峰值应变影响不明显;随起冻时刻的延后,峰值应力先下降后上升,峰值应变先上升后下降,初凝后至终凝前受冻混凝土力学性能损伤最为严重;基于过镇海教授模型拟合得到的早期受冻后混凝土应力-应变曲线方程与试验曲线吻合较好;对早期受冻混凝土峰值应力、峰值应变及延性和塑性变形能力最不利的起冻时刻均在养护4 h前后。     

Phase distribution and microstructural changes of self-compacting cement paste at elevated temperature

Self-compacting concrete, as a new smart building material with various advanced properties, has been used for a wide range of structures and infrastructures. However little investigation have been reported on the properties of Self-compacting when it is exposed to elevated temperatures. Previous experiments on fire test have shown the differences between high performance concrete and traditional concrete at elevated temperature. This difference is largely depending on the microstructural properties of concrete matrix, i.e. the cement paste, especially on the porosity, pore size distribution and the connectivity of pores in cement pastes.In this contribution, the investigations are focused on the cement paste. The phase distribution and microstructural changes of self-compacting cement paste at elevated temperatures are examined by mercury intrusion porosimetry and scanning electron microscopy. The chemical decomposition of self-compacting cement paste at different temperatures is determined by thermogravimetric analysis. The experimental results of self-compacting cement paste are compared with those of high performance cement paste and traditional cement paste. It was found that self-compacting cement paste shows a higher change of the total porosity in comparison with high performance cement paste. When the temperature is higher than 700 °C, a dramatic loss of mass was observed in the self-compacting cement paste samples with addition of limestone filler. This implies that the SCC made by this type of self-compacting cement paste will probably show larger damage once exposed to fire. Investigation has shown that 0.5 kg/m³ of Polypropylene fibers in the self-compacting cement paste can avoid the damage efficiently.