海洋既有建筑再生骨料及海洋再生混凝土的性能研究

为促进海洋环境中既有建筑混凝土的循环利用,推进建筑行业可持续化进程,在浙江省宁波市与舟山市采集废弃混凝土构件,测试其抗压强度及游离氯离子含量,利用压汞仪分析其孔隙结构。将海洋既有建筑混凝土破碎成再生骨料,测试其物理力学性能及颗粒形态。采用海水与再生骨料制备海洋再生混凝土,测试其抗压强度及劈裂抗拉强度,利用扫描电镜与X射线衍射仪分析其微观形貌及组成。研究结果表明：受局部环境的影响,海洋既有建筑混凝土的宏微观性能具有较大离散性,性能较差的海洋既有建筑混凝土,破碎成的再生骨料品质也较差,主要表现为表观密度较低,吸水率及压碎指标较高。即使再生粗骨料与再生细骨料取代率达到100%,海洋再生混凝土强度等级也可达到C40~C45,由于原材料就地取用率较高,海洋再生混凝土具有潜在的环境效益和经济效益。     

再生细骨料地基动力特性试验研究

建筑固废的处理再利用是使得建筑垃圾资源化的重要措施。为了进一步推进建筑固废动力特性的研究和工程应用,以建筑固废破碎筛分后的再生细骨料为材料,制备成地基土试样。利用三轴动力测试,分析了排水条件下,不同级配（级配良好、级配较差）、相对密度Dr（45%、70%）、围压σc（25、50、100、200 kPa和400 kPa）和含水率（0%、5%、15%、25%和30%）对再生细骨料地基动力特性的影响,并与标准砂地基的动力特性进行对比分析。试验结果表明：再生细骨料的比重为1.912,小于标准砂的（2.65）,使得再生细骨料试样动剪切模量小于标准砂的;阻尼比在剪应变γ较小（γ<0.03%）时与标准砂的差别不大,而剪应变较大（γ>0.03%）时小于标准砂的;在四个影响因素中,围压的变化对动剪切模量的影响最大,围压增大时,动剪切模量明显增大,其次影响较大的是相对密度以及含水率,级配的影响相对最小。通过对可破碎性的分析发现,再生细骨料在小围压（σc<200 kPa）条件下基本未发生破碎,即使在围压为400 kPa、等效循环应力比rcs为0.3的条件下也只发生了少量破碎,此破碎量符合国家标准。     

再生混凝土与普通混凝土动态冲击强度对比研究

为研究混凝土材料的动态抗压强度应变率效应,试验分别制作了水灰比为0.4的普通混凝土和再生粗骨料取代率为50%的再生混凝土试件,并分别做立方体静态抗压试验和霍普金森杆(SHPB)动态冲击压缩试验。试验结果表明,50%再生骨料取代率的再生混凝土的静力强度高于普通混凝土,在动态冲击下,两种混凝土的峰值应力和峰值应变均随应变率的增大而增大,表现出明显的应变率效应;普通混凝土在高应变率下抗压强度增幅及DIF增幅分别为34.4%和34.1%,均高于再生混凝土,说明普通混凝土的应变率敏感性要高于再生混凝土。     

砂率对陶粒轻集料结构混凝土性能的影响

通过对不同砂率下陶粒轻集料结构混凝土和易性、抗压强度、弹性模量、早期收缩以及长期干燥收缩的试验研究,结果表明:随砂率增大,混凝土坍落度和扩展度有所下降,但坍落度经时损失增大;混凝土表观密度、抗压强度、弹性模量、早期收缩和长期收缩均随砂率提高而增大;预湿内养护作用使轻集料混凝土的收缩大大下降,因此,相比普通混凝土其早期养护的重要性下降;预湿时间的不同对轻集料混凝土的早期收缩值有明显的影响,预湿时间越长收缩值相对越小。     

考虑钢筋锈蚀的纳米SiO2强化再生骨料混凝土梁受力性能研究

采用纳米强化再生骨料表面的措施来改善再生骨料性能,分别考虑强化液中纳米SiO₂掺量、再生粗骨料取代率的影响,设计制作了1根普通混凝土基准梁和8根再生骨料混凝土矩形截面梁,采用内置近距离小阴极的方法对梁内受力钢筋进行通电非均匀加速锈蚀,待受拉主筋锈蚀到一定程度后进行四点受弯加载,对加载过程中的裂缝开展情况、荷载-挠度曲线以及极限承载力进行了记录及分析。考虑钢筋锈蚀率及再生骨料取代率等因素的影响,对锈胀开裂之后的再生骨料混凝土梁的承载力计算公式进行了修正,得出了可用于设计的受弯承载力计算公式。结果表明:相同锈蚀程度下,强化再生骨料混凝土梁的抗弯承载力比天然骨料混凝土有所降低,其中25%再生骨料取代率时承载性能退化较多,抗弯承载力下降19.3%; 混凝土裂缝开展趋势较为一致,最大裂缝宽度随钢筋锈蚀程度增加而增大,随纳米SiO₂掺量增加先减小后增大; 近距离小阴极通电可实现混凝土内钢筋的加速非均匀锈蚀; 所提出的方法及获得的结论有助于推动再生骨料混凝土在沿海等不利环境中的应用。     

基于集料裹浆厚度的水泥基透水砖配合比设计

基于透水砖的结构特征与设计要求,确定了以集料裹浆厚度为主要设计参数,通过改变集料裹浆厚度来满足强度要求的配合比设计思路,提出了一种水泥基透水砖配合比设计方法.该方法首先根据集料紧密堆积密度确定单位体积透水砖中集料的用量,然后根据集料的表观密度和粒径计算集料的比表面积,设定集料裹浆厚度与水灰比(质量比),再计算出水泥浆体体积与水泥用量,最后用减水剂来调整透水砖拌和物的工作状态.试验表明,该透水砖配合比设计方法切实可行.     

骨料种类对混凝土孔结构及微观界面的影响

基于RapidAir和MAP-BEI测试技术,对比研究了分别以玄武岩、砂岩和灰岩为人工骨料的大坝混凝土内部孔结构及界面特征.结果表明:配合比一定时,灰岩混凝土气泡数量最多,间距系数和平均孔径最小;砂岩混凝土气泡数量最少,间距系数和平均孔径最大,工程中应予以足够重视.界面Ca(OH)2的富集程度受骨料化学属性及物理性能(如长期吸水率)影响.上述3种骨料-浆体界面Ca(OH)2的富集程度为砂岩玄武岩灰岩,界面过渡区厚度为砂岩灰岩玄武岩,砂岩界面性能最薄弱.     

粗集料形态特征的定量评价指标研究

为了提出能够合理评价粗集料形态特征(形状、棱角)的定量指标,采用洛杉矶磨耗仪对4.75~9.5mm,9.5~13.2mm,13.2~16mm,16~19mm共4档粗集料分别磨耗0,600,1 200次,以改变粗集料的形态特征,然后通过自主研制的粗集料形态特征研究系统(MASCA)测得粗集料轴向系数、凸度、粗糙度、棱角参数、圆度、分形维数共6个定量评价指标值,并运用二元方差法比较它们对颗粒形态变化的敏感性,发现分形维数是能够合理评价粗集料形态特征的最优定量指标.为验证这一结论,利用磨耗得到的不同形态特征的粗集料分别成型AC-16,SAC-16,SMA-16级配类型混合料试件进行车辙试验和贯入剪切试验,验证结果表明分形维数与沥青混合料高温性能之间具有很好的相关性.     

全级配混凝土二维细观模型的自动生成

将COMSOL软件与MATLAB软件有机结合,提出基于数值图像处理技术和骨料嵌入判别准则的混凝土细观数字模拟方法,实现了全级配混凝土二维细观几何模型和有限元模型的自动生成.骨料的生成主要依据混凝土级配中的骨料粒径分布,骨料的投放以骨料颗粒不相互嵌入为原则.为了验证该方法的有效性,采用4种形状的粗骨料试件进行模拟.结果表明:对于骨料含量高的全级配混凝土细观模拟试件,无论是骨料投放还是有限元网格自动剖分,此方法均可获得较高效率.     

高温后高强混凝土剪切强度与细观结构

通过高温后高强混凝土(HSC)试件的push-off试验,研究了温度和混凝土抗压强度对HSC剪切强度的影响.基于剪切面细观结构的变化,分析了高温后HSC剪切强度变化的机理,研究了高温后HSC骨料断裂率与剪切强度的关系.结果表明:常温下HSC抗压强度为64.7,94.0 MPa时,200℃后HSC剪切强度较常温时分别略有减小和略有增大;超过200℃后,HSC剪切强度随温度的升高而降低;无论经历多高的温度,混凝土的抗压强度越高,则HSC剪切强度越大;HSC试件剪切面上的骨料断裂率随温度的升高而减小,随混凝土抗压强度的增加而增大.最后,建立了高温后HSC的骨料咬合模型.