粗骨料随机分布对混凝土导热性能的影响

采用COMSOL与MATLAB联合仿真的方法,基于混凝土二维细观几何模型,实现了混凝土稳态热传导的数值模拟.在利用试验结果验证数值模拟有效性的基础上,分析了骨料随机分布对混凝土导热性能的影响,并讨论了粗骨料粒径、形状及其体积分数,以及分散相导热系数对混凝土导热性能的影响规律.结果表明:粗骨料随机分布是造成混凝土导热性能产生随机性的重要因素;混凝土导热系数相对平均值随着粗骨料体积分数、分散相导热系数的增加而增大,但受粗骨料粒径和形状的影响不大;粗骨料体积分数越高,分散相与水泥砂浆导热系数相差越大,粗骨料粒径越大,轴长比越大,混凝土导热系数的变异性越显著,但当粗骨料体积分数超过35%后混凝土导热系数的变异性基本保持不变.     

混凝土导热系数的试验研究与预测模型

采用防护热板法和瞬态平面热源法测试了粗骨料、水泥砂浆和混凝土的导热系数,考察了砂率、骨料种类及其体积分数、水灰比和饱和度对混凝土导热系数的影响;利用复合材料导热系数模型,分析了饱和/干燥状态下混凝土内水泥砂浆与粗骨料间界面热阻的影响.结果表明:混凝土导热系数随饱和度、骨料体积分数、骨料导热系数的增大而增加,随水灰比的增大而减小;对干燥混凝土导热系数的预测需考虑界面热阻的影响.在假定混凝土固相导热系数随着饱和度线性增大的基础上,提出了基于饱和度影响的混凝土导热系数计算模型.     

基于细观复合材料的混凝土导热系数模型

混凝土温度场分析是混凝土结构耐久性劣化、温度应力、火灾作用下结构破坏以及建筑节能分析的关键内容,而导热系数是确定温度场的重要参数。在细观尺度上,将混凝土看作由连续相水泥砂浆和分散相粗骨料组成的两相复合材料。分析了两相复合材料等效导热系数理论模型,将其用于混凝土等效导热系数的预测并与实测值进行比较,发现饱和混凝土即使采用不考虑界面热阻模型仍与实测结果吻合较好,而干燥混凝土必须考虑界面热阻的影响。为提高混凝土导热系数理论模型的预测精度,还应考虑粗骨料形状、级配、水泥砂浆与粗骨料间界面热阻以及孔隙率、含水率等方面的影响。     

复合轻质骨料保温抹灰砂浆的制备与性能研究

利用膨胀玻化微珠和空心微珠为轻质骨料制备了复合轻质骨料保温抹灰砂浆,研究了水泥用量和轻质骨料组成对保温抹灰砂浆性能的影响。结果表明:随胶集比提高,保温抹灰砂浆的抗压强度和导热系数均逐步增大,但增幅不同;以空心微珠等体积取代膨胀玻化微珠,随空心微珠取代率提高,保温抹灰砂浆的抗压强度显著提高,导热系数小幅增大。     

玻化微珠复合混凝土等效导热系数研究

分析了玻化微珠复合混凝土的传热机理,对该混凝土中热流的传递途径进行了划分,构建了基于最小热阻理论的导热系数计算模型,并用相关文献试验数据对模型进行了验证。结果表明,该模型能够较精确的预测玻化微珠复合混凝土干燥状态下的导热系数。后续研究还可考虑含湿率,以及玻化微珠的细度模数对玻化微珠复合混凝土的导热性能的影响。     

骨料对保温混凝土长期隔热性能的影响

采用石灰岩、砂岩、花岗岩3种不同岩性骨料,按C30～C403个强度等级拌制混凝土,开展28,90,120,180,270,360(d)7个龄期的导热系数试验.结果 表明,石灰岩骨料配制的混凝土导热系数最小,砂岩次之,花岗岩最大;混凝土的导热系数随龄期增长而增加,120d之前增加较快,之后缓慢增加并趋于稳定保温隔热混凝土的骨料优选顺序为灰岩、砂岩、花岗岩;在28～360 d龄期内,混凝土试件的导热系数随骨料体积增加而增大;相同骨料配制的混凝土强度等级越高导热系数越小;在配制保温隔热混凝土时应选择低骨料含量的配合比;提高混凝土的配制强度有助于改善混凝土的隔热性能.     

砌筑灰缝对蒸压加气混凝土砌块墙体热阻的影响

采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,分析了砌筑砂浆和灰缝厚度、蒸压加气混凝土砌块、抹面砂浆等因素对蒸压加气混凝土砌块墙体传热性能的影响。结果表明,加气砌块墙体的热阻随加气砌块导热系数的增大而降低;砌筑灰缝对加气砌块墙体热阻的影响程度与灰缝厚度、砂浆导热系数和加气砌块导热系数均有关系,是三者综合影响的结果;抹面砂浆增加了墙体热阻,同时也影响了砌筑灰缝处的热流分布。     

既有裂缝对混凝土热湿物性参数的影响分析

为解决既有裂缝对混凝土热湿物性参数影响的问题，通过3D打印技术制作裂缝模型，以裂缝体积与混凝土试块体积比值作为变量，针对不同裂缝体积占比混凝土的导热系数、吸水系数、水分扩散系数和水蒸气渗透系数展开研究。结果表明：混凝土的导热系数随着含湿量的增大而增大，随着裂缝体积占比的增大而减小，且导热系数对裂缝体积的敏感性逐渐减小。裂缝体积占比0.1%～0.3%的干燥混凝土相较于无裂缝混凝土，导热系数增大比例最小为7.96%，最大为30.9%。拟合得到混凝土吸水系数、水分扩散系数与裂缝体积占比的关系曲线，两者皆随着裂缝体积占比的增大而增大。拟合得到不同裂缝体积占比的混凝土的水蒸气渗透系数与含湿量的变化曲线，曲线的斜率逐渐增大，其随裂缝体积占比的增大而增大，且含湿量越大，水蒸气渗透系数随裂缝体积增大的幅度越大。     

保温混凝土细观模型建立及导热系数分析

研究建立了针对含有大量玻化微珠颗粒的二维保温混凝土细观模型,给出了一种基于图片数字化处理方法的背景网格划分方法,有效克服了由于模型尺寸小、数量大等因素造成的有限元网格划分困难的问题。采用该模型进行保温混凝土导热系数数值模拟,并与试验数据相比较,验证了模型的有效性,且误差较小。对3种不同粗骨料形状的保温混凝土的导热系数进行了模拟分析,结果表明,粗骨料形状对保温混凝土的导热系数影响不大。     

基于总功效系数法的自保温再生混凝土配合比优化

基于总功效系数法,以抗压强度和导热系数为评价指标,选取水胶比、再生粗骨料取代率、再生细骨料取代率、玻化微珠体积掺量和活性化尾矿微粉掺量为关键影响因素,设计了自保温再生混凝土配合比正交试验,研究了各因素对其性能的影响。结果表明:玻化微珠体积掺量是影响抗压强度和导热系数的主要因素,抗压强度和导热系数随玻化微珠体积掺量的增加而降低;再生粗骨料取代率是影响抗压强度和导热系数的重要因素,抗压强度随再生粗骨料取代率的增加而降低,导热系数随再生粗骨料取代率的增加而先降低、后增加。通过设计优化,可获得28 d抗压强度达到19.0 MPa、导热系数为0.429 W/(m·K)的自保温再生混凝土。     

高温后钢纤维混凝土热学性能试验研究

为预测火灾条件下SFRC 构件内部温度场,对高温后SFRC 的表观密度、孔隙率、导热系数、导温系数和比热容等进行了试验研究,并对导热系数下降机理进行混凝土细观尺度的数值模拟分析。研究表明,SFRC 的表观密度、导热系数和比热容总体上均随受热温度的上升而下降;孔隙率随受热温度的升高而上升,其中约有1%~3%的孔隙率是由SFRC 内热开裂造成;细观尺度有限元模拟显示高温热开裂形成的裂缝热阻是引起导热系数下降的主要原因之一;砂浆与素混凝土导温系数随温度升高而降低,但SFRC 导温系数在300 ℃时出现拐点,呈上升趋势;相同受热温度下,随着钢纤维含量的增加,导热系数和导温系数均呈上升趋势。     

石墨掺量及骨料种类对混凝土导热系数的影响与内在机理研究

为了探究石墨、粗骨料种类对混凝土导热系数的影响,揭示石墨混凝土导热系数变化的内在机理。利用DRE-Ⅲ多功能快速导热系数测试仪,对不同石墨掺量、不同粗骨料种类的导热系数进行测试,采用对比分析法考察石墨掺量、粗骨料种类对石墨混凝土导热性能的影响,探究其作用机理;并以普通混凝土导热系数计算公式为基础,提出骨料影响系数Ⅰ、推导出可供工程利用的石墨混凝土导热系数预测公式。结果表明:混凝土的导热系数随粗骨料导热系数的增大而增大,增长幅度为5%～6%;混凝土导热系数随石墨取代率的升高而增大;石墨混凝土骨料影响系数Ⅰ与导热系数之间存在显著的线性关系,改良的导热系数公式计算值与试验值吻合较好,可为以后的实际应用提供一定的借鉴。     

混凝土弯曲拉伸力学性能及尺寸效应细观数值研究

为反应骨料颗粒细观组分对混凝土弯曲拉伸宏观力学行为的影响,建立混凝土随机骨料细观尺度力学模型,细观组分材料采用塑性损伤和线弹性本构关系,开展混凝土弯曲拉伸细观尺度数值模拟,探讨骨料颗粒的影响机理,并与混凝土弯曲拉伸试验进行对比。研究显示：（1）混凝土细观数值模型能较好地模拟混凝土在弯曲拉伸荷载下的宏观力学行为。（2）弯曲拉伸损伤从模型底部薄弱的界面过渡区形成,并向砂浆基质延伸。骨料粒径越大,损伤路径相对越曲折。（3）随着骨料粒径的减小,混凝土弯曲抗拉强度略有提高,尺寸效应现象更为显著。     

铝箔气泡膜的研发及其性能研究

利用传热机理研制出一种新型保温材料——铝箔气泡膜,并使用Y-BOAT导热系数测试仪分析其保温性能。测试结果显示:气泡层数对铝箔气泡膜的导热系数影响不大,而随着气泡体积的增大,铝箔气泡膜的导热系数减小,保温性能提高。介绍该材料的保温原理及应用。     

三相混凝土抗压强度的细观力学研究

从细观力学的角度给出分析外界荷载作用下混凝土受压强度影响的一种解析方法,基于等效夹杂理论求得骨料夹杂和水泥砂浆基体的平均应力场,所提的细观力学模型能同时考虑骨料体积百分比和基体和夹杂的杨氏模量比对混凝土压缩强度的影响。研究发现:骨料的体积百分比存在一个临界值,当大于临界值时,混凝土与界面层抗压强度比随着骨料与基体的杨氏模量比的增大而增大,当小于临界值时,混凝土与界面层抗压强度比随着骨料与基体的杨氏模量比的增大而减小。     

影响二氧化硅气凝胶/玻化微珠保温砂浆性能的因素

通过对二氧化硅气凝胶/玻化微珠保温砂浆轻骨料添加顺序、水泥与轻骨料质量比、气凝胶与玻化微珠体积比以及是否采用化学发泡方法的对比试验,分析了这几种因素对保温砂浆干密度和导热系数的影响。结果表明:先将气凝胶颗粒与浆料搅拌均匀后再倒入玻化微珠快速搅拌成型,有利于提高砂浆的保温性能;降低水泥与轻骨料的质量比可减小保温砂浆的导热系数和干密度;单纯调整玻化微珠与气凝胶的体积比,保温砂浆的干密度变化不大,但导热系数随着气凝胶掺量的增大而减小;在保温砂浆浆体中添加双氧水进行化学发泡可以显著减小砂浆的导热系数。     

再生混凝土导热系数试验与分析

采用单位体积用水量、水灰比、再生粗骨料取代率和再生细骨料取代率这4个影响因素设计正交试验,研究这些因素对再生混凝土导热系数和密度的影响;同时定义骨料影响系数C,分析了再生混凝土导热系数变化的内在机理,并基于普通混凝土导热系数的计算公式,提出了修正的再生混凝土导热系数计算公式.结果表明:4个影响因素中,再生粗骨料取代率对再生混凝土导热系数影响最大;再生混凝土导热系数与C值间存在显著的线性关系;修正的再生混凝土导热系数计算公式的计算结果与试验结果吻合较好,便于实际工程应用.     

提高轻骨料混凝土墙板保温性能的有效途径

目前,我国的轻骨料混凝土主要用作外墙板。在北方地区,这种外墙板大都要求具有既承重又保温的两种功能。但由于所使用的轻骨料混凝土往往采用普通砂作细骨科,用它制成的混凝土墙板容重大、保温差。特别是刚竣工后的1～2年内,混凝土的含水率较大,导热系数增加,热阻降低,以致冬季结露。尤其是墙角和山墙结露更为严重,使轻骨料混凝土外墙板的推广使用受到很大影响。     

混凝土导热系数试验与分析

为了研究基于现代施工工艺制成的混凝土导热系数,通过稳态平板导热仪对多种混凝土(包括普通混凝土、高强混凝土、再生混凝土以及配筋混凝土)试件进行了导热系数试验,考察了包括骨料体积分数、水灰比、骨料类型、外掺料掺量、温度、干湿状态及钢筋体积分数等因素对混凝土导热系数的影响;进一步考察了再生粗骨料取代率对再生混凝土导热系数的影响.通过这些因素的显著性分析,得到了各因素对混凝土导热系数影响的显著性大小依次为:干湿状态、再生粗骨料取代率、温度、骨料体积分数、骨料类型、钢筋体积分数、水灰比、掺和料种类.     

玉米芯生物质混凝土绿色墙体材料性能研究

以生物质材料玉米芯颗粒作为粗骨料,建筑废弃物再生砂作为细骨料,普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥组成的复合水泥作为胶凝材料,通过试验测得生物质混凝土的良好级配,研究其抗压强度、导热系数等性能指标,开发玉米芯生物质材料。实验结果表明,在生物质混凝土强度要求允许值内增加玉米芯占比有助于增强保温性能。