极端冻融环境混凝土抗冻性能研究

寒冷地区冻融损伤是混凝土结构耐久性劣化的重要原因,通过气冻气融试验与水冻水融试验,对极端冻融环境下钢筋混凝土的抗冻性能指标进行测试,包括混凝土的相对动弹性模量变化、质量损失、抗压强度损失、抗折强度损失等,得出了相应的耐久性劣化规律。结果表明:高强度混凝土的抗冻性能优于低强度混凝土,在极端冻融环境下良好的养护条件可以适当提高混凝土的力学性能,钢纤维的掺入也在一定程度上提高混凝土的抗冻性能,相较于气冻气融试验,水冻水融试验机制下混凝土的抗冻性能良好。     

煤矸石混凝土轴心受压声发射特性与损伤模型研究

对煤矸石粗集料取代率分别为0%,20%,40%,60%的4组煤矸石混凝土进行了轴心受压试验,并使用声发射(AE)技术对煤矸石混凝土受压破坏过程中的损伤演化规律进行动态分析.根据煤矸石混凝土受压损伤时所释放的声发射信号与能量,定性分析了材料的损伤程度,并以声发射参数为基础建立了煤矸石混凝土损伤演化方程与损伤本构模型.结果表明:煤矸石混凝土轴心受压应力-应变全曲线形状与普通混凝土基本一致,随着煤矸石粗集料取代率的增大,煤矸石混凝土的峰值应力略有下降,但下降幅度不大;声发射参数可有效描述煤矸石混凝土损伤的演化规律,且随着煤矸石粗集料取代率的增大,煤矸石混凝土的耗能能力减弱;以声发射参数为基础建立的煤矸石混凝土轴心受压损伤本构模型与试验结果吻合较好,可以为煤矸石混凝土的理论研究与工程应用提供可靠的依据.     

基于Weibull强度理论的混凝土冻融损伤本构模型研究

将统计学方法与细观力学方法结合,采用平行杆模型模拟混凝土等脆性材料单轴受压的损伤演化规律。研究了基于Weibull强度理论的混凝土细观统计损伤本构模型,并通过冻融后的混凝土单轴受压本构试验,拟合出模型相关参数m和ε0,提出了基于细观统计损伤力学的混凝土冻融损伤本构方程。最后通过非线性有限元分析软件ABAQUS对提出的模型进行数值模拟,并与试验结果对比分析,验证了所提出模型的合理性。     

基于ABAQUS的混凝土材料非线性本构模型的研究

主要讨论了利用大型通用非线性有限元分析软件ABAQUS对钢筋混凝土构件进行非线性有限元分析,重点对ABAQUS提供的混凝土本构模型、破坏准则、钢筋的本构关系以及如何在ABAQUS中处理钢筋与混凝土的粘结滑移效应进行深入研究,并针对混凝土受拉区的非线性行为提出了固定弥散裂缝模型进行模拟。最后通过一个算例分析,将实验结果与数值模拟结果进行分析比较,证明了运用ABAQUS对钢筋混凝土构件进行分析有较好的精度。     

微波活化煤矸石对水泥基材料的性能影响

本研究采用微波对煤矸石粉进行高温辐射以激发其潜在活性,使其作为掺合料高效运用于水泥基材料中。通过红外温度仪测量煤矸石粉微波温度,进一步利用激光粒度分析、XRD和SEM对活性煤矸石粉的矿物组成和微观形貌进行表征,对比分析了未活化和活化后煤矸石胶砂的流动度及力学性能,研究了活性煤矸石粉的水化机理。结果表明：微波高温后,煤矸石粉的粒度整体减小,颗粒圆润化和粒径均匀化。此外,微波高温使得煤矸石结构疏松多孔,所需游离水增加,胶砂流动度下降。当微波温度为500～600℃,煤矸石粉掺量为10%、20%、30%时,试块的28 d抗压强度比未活化组分别提高了46.5%、37.9%、51.1%。活性煤矸石浆体中煤矸石粉表面生成了水化活性较好的C-S-H和C-A-S-H凝胶,发挥了火山灰效应,而未反应的煤矸石粉则填充在浆体空隙中,进而提高了胶砂的力学性能。     

冻融环境下煤矸石混凝土损伤度评估方法研究

本研究对不同取代率的煤矸石粗集料混凝土冻融后的损伤演化行为及损伤评估方法进行了研究,依据超声波评测法确定损伤层厚度,并对冻融后煤矸石混凝土的抗压强度、损伤层厚度、损伤层特征值的变化规律进行分析;提出以便于工程检测的损伤层作为煤矸石混凝土冻融损伤的评价标准,并通过考虑损伤区域材料的残余强度对所测得的损伤层进行修正。研究结果表明:随着冻融次数的增加,煤矸石混凝土的抗压强度与损伤层特征值逐渐减小,损伤层厚度逐渐增大;引入损伤层修正系数后,冻融损伤度评估结果的精确性显著提高,且随着冻融次数的增加,修正系数逐渐增大,反映出损伤区域材料的残余强度不断减小,实际损伤度逐渐增大的演化行为。     

煤矸石理化性质对混凝土抗压强度的影响

为研究不同地层的煤矸石物理化学性能及其骨料取代率对煤矸石混凝土力学性能的影响,通过X射线衍射(XRD)、骨料压碎指标、混凝土强度等试验研究了不同地层的煤矸石化学成分、压碎指标及骨料取代率(0、30%、60%与100%)等因素对煤矸石混凝土抗压强度的影响。结果表明:随着煤矸石粗骨料取代率的增加,混凝土的压强度明显降低,细骨料取代则无明显规律;不同地层的煤矸石压碎指标和化学成分相差较大,骨料的压碎指标越小,相应混凝土的抗压强度越高;SiO_2、Al_2O_3、Ca O含量相对较高,Fe_2O_3含量相对低的煤矸石更适合做混凝土的骨料。研究结果可为分类利用煤矸石,提高其资源化利用率提供参考。     

冻融作用下聚丙烯纤维煤矸石混凝土孔结构研究

基于低场核磁共振技术,研究了聚丙烯纤维掺量分别为0、0.6 kg/m^3、0.9 kg/m^3和1.2 kg/m^3以及粗骨料取代率为40%的煤矸石混凝土在冻融作用下T2谱面积的分布与变化特征、内部微观孔结构分布特性以及孔隙冻融损伤规律。结果表明,随着冻融循环次数的增加,T2谱整体呈右移趋势,即向大孔隙方向偏移,且T2谱面积逐渐增大的同时第一峰面积所占百分比在减小,第二峰和第三峰面积所占百分比在增加,表明冻融循环使煤矸石混凝土内部的大孔隙大幅增加,内部出现了明显的冻融损伤;0.6 kg/m^3的聚丙烯纤维对煤矸石混凝土内部孔隙的细化作用最好。     

钢纤维煤矸石混凝土受压损伤声发射特性试验研究

采用声发射技术,通过钢纤维掺量为0,0.5％,1％,1.5％的煤矸石混凝土单轴抗压试验,研究了钢纤维煤矸石混凝土受压损伤破坏与声发射特性参数之间的关系.依据声发射振铃计数,反演钢纤维煤矸石混凝土受压损伤全过程;根据钢纤维煤矸石混凝土受压释放的声发射能量定义损伤变量,建立损伤演化模型.研究表明:声发射特性参数与钢纤维煤矸石混凝土内部裂纹的形成、拓展和贯通有着密切的联系;依据钢纤维煤矸石混凝土受压声发射振铃计数,其破坏过程可近似概括为损伤累计,微裂缝发展,宏观裂缝发展3个阶段;依据声发射能量定义的损伤变量,建立的损伤演化模型,与试验数据符合较好,实现了用声发射特性参数,定量分析不同掺量钢纤维煤矸石混凝土的损伤.     

干湿循环下煤矸石混凝土孔结构特性及抗氯离子侵蚀机理

氯离子侵蚀是影响混凝土耐久性的重要因素。通过干湿循环试验,研究了煤矸石混凝土的抗氯离子侵蚀性能,分析了煤矸石体积取代率(0%、20%、40%、60%)对氯离子浓度分布和表观扩散系数的影响。通过压汞试验,测定了煤矸石混凝土的孔结构参数,通过计算其孔隙体积分形维数,研究了孔结构对煤矸石混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响。结果表明:随着煤矸石掺量的增加,自由氯离子的浓度先减小后增加,而表观扩散系数先增加后减小;煤矸石掺量为40%时,混凝土密实性最好,孔隙体积分形维数最大;与未添加煤矸石的混凝土相比,掺量40%的煤矸石混凝土氯离子浓度最低,此时抗氯离子侵蚀性能最好,且表观扩散系数下降35.68%。