复合配筋预应力混凝土管桩抗弯性能试验和数值分析

开发研制了复合配筋(GFRP筋)预应力混凝土管桩(以下简称PRC-G桩),并进行了抗弯性能的现场抗弯试验和数值分析。试验研究结果表明,GFRP筋可以明显改善常规管桩的抗弯性能,其开裂荷载和极限荷载均有显著的提高,破坏时PRC-G桩均是受压区混凝土破碎而PRC桩的预应力筋被拉断;数值分析结果表明,PRC桩破坏时,预应力钢筋达到屈服强度1 420 MPa,PRC桩受压区混凝土未达到标准抗压强度,桩身未被破坏;PRC-G桩破坏时,受压区混凝土最大压应力为52.03 MPa,受压区混凝土破碎,管桩破坏。抗弯数值模拟和抗弯试验的结果表明,两者的荷载-挠度曲线的规律基本一致。研究成果可为复合配筋(GFRP筋)预应力混凝土管桩在工程中的推广应用提供理论依据。     

废弃纤维再生混凝土受压徐变及预测模型

为研究再生粗骨料替代率、废弃纤维体积掺入量对废弃纤维再生混凝土受压徐变破坏时间、徐变变形和徐变度的影响规律,对普通混凝土、再生混凝土和废弃纤维再生混凝土试件在实验室条件下进行了85%、90%和95%应力水平的徐变试验。试验结果表明：随着再生粗骨料替代率的增加,徐变破坏的时间缩短、徐变变形及徐变度增大;随着废弃纤维体积掺入量的增加,徐变变形及徐变度减小,徐变破坏时间增加。废弃纤维的加入能有效缓解再生混凝土受压徐变的破坏程度。在考虑再生粗骨料替代率及废弃纤维体积掺入量的基础上,对ACI209R徐变预测模型进行修正,模型预测结果与试验值吻合较好。     

纳米SiO2超高强高流态混凝土及改性机理

通过正交试验提出纳米超高强高流态混凝土的胶凝材料配合比设计参数,并研究了纳米SiO_2的掺入对传统掺硅灰、粉煤灰超高强水泥基胶凝材料强度及工作性能的影响。在保证水胶比不变的条件下,开展了混凝土配合比试验,并研究了纳米SiO_2对混凝土抗压强度的影响及其微观机理。结果表明:超高强高流态混凝土中胶凝材料最优比例为:纳米SiO_2:硅灰:粉煤灰:水泥=1:8:20:71;在胶凝材料用量为600～1 000kg/m~3范围内,随着其掺量的增加,混凝土流动度不断增加,抗压强度先增大后减小,当其掺量为800kg/m~3时,抗压强度最大。分析认为,纳米SiO_2、硅灰与粉煤灰形成的三元多尺度堆积体系能优化粉体材料在混凝土中的微集料密实填充效应,纳米SiO_2的二次水化反应也有效改善了硬化水泥石的微观结构,并优化其形态分布,进一步增大其强度。     

海洋环境下混凝土的硫酸盐腐蚀机理

海水中存在的硫酸根离子传输至混凝土内部将导致其腐蚀破坏。针对矿粉掺量0～65%的C40引气混凝土进行海洋潮汐区、大气区和水下区腐蚀1～2a,测试其水溶和酸溶硫酸根离子浓度分布;分析水泥净浆中的腐蚀产物类型及含量。试验结果表明:海洋不同腐蚀区带混凝土中硫酸根离子传输量及传输深度排序为:潮汐区水下区大气区。混凝土中反应硫酸根离子与总硫酸根离子的关系服从线性函数分布,反应量占总硫酸根离子量的90%以上,反应的硫酸根离子量随腐蚀龄期增加而增加。海洋潮汐区和水下区生成的腐蚀产物量高于大气区,主要是钙矾石和石膏;海洋大气区暴露混凝土的腐蚀产物为钙矾石。对于P.I.52.5水泥制备的C40混凝土而言,掺加65%的矿粉有助于提升混凝土抗海洋硫酸根离子侵蚀能力。     

海洋潮汐浪溅区混凝土表面氯离子浓度的改进计算模型

收集世界不同地区304组海洋潮汐浪溅区自然暴露混凝土的试验数据,据此分析水胶比、胶凝材料种类和暴露时间对混凝土表面氯离子浓度C_(s,ts)的影响规律,进而结合二阶段多元非线性回归分析,分别确定了硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣和硅灰等胶凝材料对C_(s,ts)的修正系数,建立了海洋潮汐浪溅区C_(s,ts)的改进模型,并利用现有模型和试验数据对比,验证了该模型的适用性。分析表明:C_(s,ts)与水胶比之间近似呈线性关系,且胶凝材料种类对C_(s,ts)的影响显著;C_(s,ts)在前5a内快速增长,随后逐渐趋于稳定,可以利用指数型函数来描述其时变规律。     

纤维增强泡沫混凝土的力学强度及吸水性能

以普通硅酸盐水泥和动物蛋白发泡剂为基材,制备了泡沫混凝土,研究了:试样强度随水灰比、干密度、纤维长度、纤维类型的变化规律;单轴受压下应力应变全曲线;试样微观泡孔分布以及吸水性能的变化。结果表明,素泡沫混凝土和纤维增强泡沫混凝土的抗压强度均随孔隙率增加呈指数减小,水灰比对抗压强度的影响随纤维添加量、孔隙率的不同而不同。短丝纤维对强度的提升优于长丝纤维,网状纤维对强度的改善优于丝状纤维;纤维泡沫混凝土应力应变全曲线包括上升、下降和峰后三段,与素泡沫混凝土相比,其峰值应力对应的峰值应变减小,而弹性模量和残余应力均大幅增加;大直径泡孔占比随纤维添加量增加而降低,添加纤维提升了试样的吸水性能。     

三光束光内同轴送丝激光熔覆成形新方法研究

目的研究"三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法以及单向、多向单道熔覆成形效果。方法采用光线追迹法分析了三光束光斑几何特性,运用TracePro分析了光斑能量分布。利用研制的三光束光内送丝装置进行了单向以及多向单道熔覆实验,对其展开成形表面质量以及单道熔覆层的组织和硬度分析。结果 "三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法可以将原始圆形激光束整形为周向均匀分布的三个扇形光斑,三个光斑光通量均沿着z轴方向呈"尖顶状"分布,丝材能够被三个光斑均匀包裹。基材和丝材采用不锈钢304材料,丝材线径为0.8 mm,负离焦量为2.5 mm,激光功率为1500 W,扫描速度为3.5 mm/s,送丝速度为20.5 mm/s,展开单向和多向单道熔覆成形测试,丝材熔化充分,熔覆层表面均匀平滑。熔覆层形貌和质量基本不受扫描方向的影响。单道熔覆层和基体结合良好,组织整体比较细密,无气孔和裂纹等缺陷,熔覆层底部到顶部晶粒形态主要为树枝晶、柱状晶、胞状晶和树枝晶,熔覆层组织为铁素体δ和奥氏体γ,凝固模式为FA模式,熔覆层底部到顶部铁素体δ的主要形态为板条状铁素体、蠕虫状铁素体、骨架状铁素体和板条状铁素体。熔覆层的平均硬度(228HV)明显高于基材硬度,熔覆层底部到顶部的硬度过渡平稳,不存在明显软化区,组织整体比较细小致密,晶粒分布均匀。结论 "三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法可以实现光、丝耦合,基材和丝材采用不锈钢304材料,选择合理的工艺参数,可以获得理想的单向以及多向单道熔覆成形效果。     

混凝土中钢筋空间锈蚀特征参数的测试及分析

通过45个混凝土试件中135根光圆钢筋和带肋钢筋的加速锈蚀试验,采用研发的钢筋空间锈蚀形态测试装置和空间锈蚀特征参数分析方法,确定了混凝土中钢筋的空间锈蚀形态图像和空间锈蚀特征参数,进而定量分析了钢筋的质量锈蚀率与最大锈蚀深度、最小剩余截面积、最大截面锈蚀率和点蚀因子等空间锈蚀特征参数之间的相关性,为准确描述混凝土中钢筋的空间锈蚀分布形态提供了基础.结果表明:随着钢筋质量锈蚀率的增加,其最大锈蚀深度和最大截面锈蚀率呈线性增大,而最小剩余截面积和面积点蚀因子呈线性减小;随着钢筋最大锈蚀深度的增加,其最小剩余截面积呈线性减小;与光圆钢筋相比,带肋钢筋的非均匀锈蚀程度更高;与深度点蚀因子相比,钢筋面积点蚀因子与质量锈蚀率之间的相关性更加明显.     

冻融循环作用后BFRC宏微观性能的灰熵法分析

通过玄武岩纤维混凝土(BFRC)的快速冻融试验和微观孔结构试验,研究了2种冻融介质(水和质量分数为3.5%NaCl溶液)条件下BFRC相对动弹性模量、冻融损伤度以及强度的变化规律,分析了孔结构参数(含气量、孔比表面积、气泡间距系数和气泡平均弦长)与BFRC抗压强度、抗折强度和冻融损伤度的关系,采用灰熵法探讨了BFRC孔结构参数对其抗压强度、抗折强度以及冻融损伤度的影响规律.结果表明:BFRC强度随其含气量、气泡间距系数、气泡平均弦长的增加而减小,而冻融损伤度随上述3个孔结构参数的增加而增加;BFRC强度随其孔比表面积的增加而增加,而冻融损伤度随孔比表面积的增加而减小;对BFRC抗压强度、抗折强度影响最大的因素均为孔比表面积;影响BFRC冻融损伤度的主要因素为气泡间距系数和气泡平均弦长,这2个因素随冻融循环次数、玄武岩纤维掺量的变化而变化.     

箍筋约束混凝土轴压本构模型研究

分析了箍筋约束混凝土的受力机理,提出了综合反映约束混凝土轴压性能的约束指标,并且按照约束效果将约束混凝土划分为高约束、中约束和低约束3类约束水平.在试验数据的基础上,给出了箍筋约束混凝土抗压强度、峰值应变、极限应变和破坏应变的计算公式并进行了验证,提出了箍筋约束混凝土轴心受压本构模型.结果表明:所提出的本构模型与试验结果符合较好且满足损伤边界条件,可用于该类构件的理论分析和设计计算.