界面过渡区厚度对再生混凝土损伤性能的影响分析

界面过渡区一直是混凝土和再生混凝土的薄弱点,为了进一步研究界面过渡区对再生混凝土损伤性能的影响.本文工作对再生混凝土界面过渡区厚度的计算公式进行了推导,得到了再生混凝土界面过渡区的厚度定量计算公式,并计算了再生骨料掺量为30％(质量分数)的再生混凝土中不同粒径骨料的界面过渡区厚度.采用混凝土模型试验方法,运用有限元分析软件对普通混凝土界面过渡区厚度为0.05 mm和再生混凝土界面过渡区厚度分别为1 mm、2 mm、3 mm、4 mm的混凝土模型进行了模拟分析.结果表明,不同厚度的界面过渡区对再生混凝土损伤开裂强度影响明显,随界面过渡区厚度的增加,再生混凝土损伤开裂荷载不断降低;再生混凝土的损伤开裂都是从界面过渡区开始的,且随界面过渡区厚度增加,损伤程度增加;与普通混凝土相比,当界面过渡区厚度不超过2 mm(再生骨料替代率不超过30％)时,再生混凝土损伤开裂荷载降低不明显.     

粉煤灰对煤矸石混凝土界面过渡区的改性效应

为了促进煤矸石在混凝土生产中的使用,考虑不同粉煤灰掺量(0%、10%、20%、30%、40%)对煤矸石混凝土(Coal gangue concrete, CGC)界面过渡区(Interfacial transition zone, ITZ)结构的影响,从宏观力学和微观力学两个尺度出发,揭示了粉煤灰对CGC的ITZ微观结构及宏观性能的改性机理。研究表明：在宏观力学上,掺加30%的粉煤灰可以提高CGC的劈裂抗拉强度。在微观力学上,加入30%的粉煤灰能显著提高ITZ的薄弱区的硬度值,使其硬度值的分布变得较为均匀。掺加粉煤灰后CGC的ITZ厚度明显减小。这说明掺入的适量粉煤灰在CGC的ITZ上发挥了物理作用及化学作用,改变了CGC的ITZ结构。     

废旧橡胶颗粒对混凝土强度的影响及界面分析

以旧轮胎橡胶颗粒等体积取代混凝土中的砂子,取代量分别为砂子体积的5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%、50%、60%、80%、100%.研究了混凝土抗压强度随取代量的增加的变化规律.用显微硬度方法测试了橡胶颗粒与水泥基体界面过渡区的结构,并与石子水泥界面过渡区的结构进行了比较.发现随橡胶颗粒取代砂子量的增加,混凝土的抗压强度降低,体积取代量小于25%时,抗压强度降低较快;而取代量在25%～50%之间时,强度降低较为缓慢;取代量大于50%时,抗压强度又较快降低.显微硬度测试表明石子与水泥基体界面过渡区范围在85μm左右,而橡胶水泥基体界面过渡区范围在130μm左右,而且在橡胶颗粒周围45μm左右范围无法测得显微硬度,扫描电镜分析证明,橡胶颗粒与水泥基体间存在孔隙.     

考虑过渡区界面影响的混凝土宏观力学性质研究

混凝土材料的宏观力学特性及破坏机理由其细观组分来决定,界面过渡区是影响混凝土断裂破坏路径及宏观力学特性的重要因素。认为界面过渡区是区别于远处砂浆基质的一层含较高孔隙率的近场砂浆材料,采用“两步等效法”得到了混凝土细观单元的等效本构关系模型。最后基于细观单元等效化方法分析了在单轴拉伸、单轴压缩及弯拉载荷条件下混凝土试件的破坏过程及宏观力学性质,探讨了界面过渡区对混凝土力学特性的影响,并与随机骨料模型分析结果进行了对比。结果表明:界面相的存在对混凝土的弹性模量、强度及残余强度等力学性质有很大影响,在对混凝土宏观力学特性及细观断裂破坏过程进行研究时不可忽略其影响。     

钙硅比对固硫灰蒸压混凝土性能的影响

固硫灰中CaO含量一般高于粉煤灰而SiO_2含量则低于粉煤灰,因此粉煤灰加气混凝土的钙硅比不宜直接用于固硫灰加气混凝土。改变燃煤灰渣和石灰的相对含量以调节蒸压混凝土的钙硅比,并研究钙硅比对水化产物、干密度、抗压强度及干燥收缩性能的影响。结果显示,干密度随钙硅比增大而增大;存在某一钙硅比使其抗压强度最高且干缩性能最小。当设计固硫灰蒸压混凝土配合比时,为达到较高的力学性能,其钙硅比应高于粉煤灰加气混凝土。     

考虑微观结构影响的混凝土界面过渡区裂隙渗流-溶蚀耦合模型

根据四参数随机生长法生成了混凝土界面过渡区(ITZ)的微观结构,基于格子Boltzmann方法,采用双分布函数分别模拟渗流速度场和溶质浓度场的演化,建立了考虑微观结构影响的ITZ裂隙渗流-溶蚀耦合过程的数值模型。结合2个经典算例,验证了计算模型在处理溶质对流-扩散及反应-扩散问题方面的准确性。最后讨论了渗流流速、Ca(OH)₂含量以及Ca(OH)₂排布状态等因素对ITZ裂隙渗流-溶蚀耦合作用特性的影响。研究表明:裂隙初始渗流流速越快,壁面的溶蚀速率越快,其整体孔隙率增加越快。ITZ的Ca(OH)₂含量越高,在壁面处其与流体的接触面积越大,溶蚀现象越易发生,并导致裂隙内Ca2+浓度也相应的增加。如果溶蚀出来的Ca2+得不到及时运移,将反过来抑制Ca(OH)₂的进一步溶蚀,故ITZ裂隙的渗流-溶蚀过程受控于Ca(OH)₂含量与Ca2+浓度的综合作用。对于Ca(OH)₂不同排布状态的ITZ裂隙,由于渗流受到微观结构的影响,溶蚀过程稳定后其相对渗透率水平生长最大,均匀生长次之,竖向生长最小。     

混凝土中水泥浆体与骨料界面过渡区的形成和改进综述

界面过渡区是水泥浆与骨料之间的薄层部分,具有孔隙率高、氢氧化钙晶体富集和定向排列等特点。其形成机理主要包括边壁效应、微区泌水效应、离子迁移和成核效应、单边生长效应、絮凝成团效应及脱水收缩效应。各种效应协同作用,导致界面过渡区成为混凝土最薄弱的环节。提高界面过渡区的粘结性能有利于改善混凝土的力学性能和耐久性。本文综述了常用的界面过渡区改进方法,即掺加矿物掺合料和纳米材料、改性骨料、生物矿化以及二氧化碳养护等,并比较了不同改进方法的优缺点,可为界面过渡区的形成机理和改进方法的研究及其在实际工程中的应用提供参考。     

基于细观尺度的再生混凝土多相导热系数理论模型

为分析再生混凝土导热系数变化机理,进行了再生混凝土导热系数理论模型研究。在细观尺度上,将再生混凝土看作由新硬化砂浆、天然骨料、界面过渡区、孔隙相组成的四相复合材料。采用等效化方法,建立了界面过渡区导热系数模型并进行了验证,同时定义了等效界面过渡区(NITZ)影响系数η,η与再生混凝土导热系数有显著的线性关系。基于复合材料导热系数计算模型,利用η建立再生混凝土导热系数理论模型,计算结果与测试结果吻合较好,误差小于6%。在此基础上,根据该模型分析了各相组分导热系数、水灰比、骨料取代率、孔隙饱和度等因素对再生混凝土导热系数的影响,揭示了再生混凝土与普通混凝土传热差异,为再生混凝土传热机理的进一步研究提供了理论基础。     

聚合物再生混凝土力学性能研究

本文设计并完成了不同聚合物不同用量的再生混凝土,制备了掺入量为7%、14%、21%、28%丁苯胶乳再生混凝土、再生橡胶粉再生混凝土和普通混凝土试块,进行了立方体抗压强度和阻尼性能相关试验,并以普通混凝土作为基准进行对比分析试验,结果表明:聚合物再生混凝土立方体抗压强度破坏过程和破坏形态与普通混凝土基本一致;在水胶比、砂率和单位体积材料用量不变的情况下,聚合物再生混凝土立方体抗压强度低于普通混凝土,阻尼性能则高于普通混凝土,抗压强度与阻尼性成反比关系。     

再生骨料透水混凝土的透水性和抗压强度

为系统掌握再生骨料透水混凝土的制备和性能变化规律,采用实验手段研究了再生骨料透水混凝土的透水性能和抗压强度。参考一般混凝土试验方法,分析在不同骨料粒径组合下原生骨料透水混凝土透水性能和抗压强度的差异。在此基础上,选择透水性能和抗压强度均较优的骨料粒径组合,在其中加入再生骨料,探究不同再生骨科取代率对再生骨料透水混凝土透水性能和抗压强度的影响以及透水系数与抗压强度间的相关性。结果表明:(1)对于采用的粒径组合(10 mm+20 mm),再生骨料透水混凝土的抗压强度较原生骨料透水混凝土高,当取代率不超过50%时,其抗压强度随取代量的增加而增大,但当取代率超过50%时,其抗压强度则有所下降;(2)再生骨料透水混凝土的透水性能较原生骨料透水混凝土好,透水系数随取代量的增加会有30%~195%的增幅;(3)与原生骨料透水混凝土抗压强度随透水系数增加持续下降变化不同,再生骨料透水混凝土的抗压强度随透水系数的增加会呈先上升后下降的变化。     

养护制度对混凝土微结构形成机理的影响进展

养护制度是影响混凝土微结构形成的关键因素,进而决定了混凝土的性能.早在20世纪60年代,国内外学者就尝试通过控制养护温度或湿度来改善混凝土的性能,但由于控制变量的单一性,其对混凝土性能的提升效果有限.随着现代混凝土技术的发展,同时控制养护温度、湿度,甚至压力的蒸汽养护与蒸压养护应运而生.蒸汽养护和蒸压养护主要通过生成大量高密度C-S-H凝胶来为混凝土提供强度,且随着蒸压养护的持续,C-S-H凝胶向强度高、密度大的托勃莫来石转变,促进混凝土强度进一步增长.然而,蒸汽养护与蒸压养护在快速提高混凝土强度的同时,也会使混凝土产生孔隙率增大、孔径粗化及界面过渡区性能变差等问题,从而影响混凝土的长期耐久性.为此,常采用降低水胶比、掺加矿物掺合料、延长养护时间、二次养护等措施,来改善蒸汽养护与蒸压养护混凝土的界面过渡区性能和孔隙结构,从而提升混凝土微结构的稳定性.本文在综述标准养护、蒸汽养护和蒸压养护对混凝土水化产物的组成与形貌、界面过渡区和孔隙结构影响的基础上,归纳了不同养护制度下改善混凝土界面过渡区和孔隙结构的有效措施,分析了不同养护制度提升混凝土微结构稳定性的作用和机理,以期为混凝土养护制度的选择提供参考.最后,指出了不同养护制度下超高性能混凝土微结构形成与演变研究的不足.     

水泥基复合材料界面过渡区体积分数的定量计算

借助邻近函数公式, 给出了水泥基复合材料集料与浆体间界面过渡区体积分数的定量计算公式, 并采用随机点采样方法验证采用该定量公式计算水泥基复合材料界面过渡区体积分数的可行性。在此基础上, 预测了由符合Fuller 分布的集料制备的混凝土中界面过渡区体积分数随集料体积分数和集料粒径范围的变化曲线。讨论了界面厚度变化、集料体积分数变化以及集料粒径分布变化对界面过渡区体积分数影响的差别, 并给出了衡量界面过渡区重叠程度的定性和定量方法。结果表明: 在常规集料体积分数下, 三者中对界面过渡区体积分数以及界面过渡区重叠程度影响的主次顺序均为: 界面过渡区厚度变化带来的影响> 集料体积分数变化带来的影响> 集料细度变化带来的影响。      

水泥浆-碳化协同增强再生混凝土骨料研究

提高再生混凝土骨料(RCA)的性能对其在结构工程中得到更广泛的应用有着重要的研究意义。本研究利用水泥浆-碳化协同增强方法对再生混凝土骨料(RCA)进行强化处理,并与未强化、单一水泥浆增强、单一碳化增强处理RCA进行对比分析。结果表明：协同强化后RCA的基本性能明显改善,吸水率、压碎值、孔隙率较未处理RCA分别降低了16.04%、19.77%、36.29%;与单一强化相比,水泥水化与碳化的协同效应可以在加固RCA表面的同时,进一步利用碳化产物修补RCA的附着砂浆和界面过渡区(ITZ)。水泥浆-碳化协同强化是一种效果明显、环境友好且成本低的RCA增强方法。     

矿物掺合料对结构轻集料混凝土氯离子渗透性能的影响

混凝土抗氯离子渗透性能直接关系到混凝土结构的耐久性.轻集料是多孔材料,其孔隙易成为氯离子渗透通道,因而良好的水泥石-集料界面结构是保证结构轻集料混凝土(SLC)具有高抗Cl渗透能力的关键.采用ASTMC1202-97方法,研究了粉煤灰、矿渣、硅灰等矿物掺合料对SLC氯离子渗透性能的影响;应用SEM扫描电镜对SLC水泥石-集料界面过渡区形貌以及粉煤灰对界面过渡区的改善作用进行了研究分析.     

盐冻作用后风积沙混凝土孔结构对抗压强度影响的灰熵分析

为了研究盐冻环境下孔结构对风积沙混凝土抗压强度的影响,对不同风积沙掺量下的混凝土进行抗压强度和核磁共振孔结构试验。采用灰熵法分析孔结构特征参数对冻融循环后混凝土抗压强度的影响规律,在此基础上建立了不同冻融循环次数下孔结构参数和风积沙贡献率的复合型抗压强度模型。结果表明：混凝土的抗压强度和束缚流体饱和度随着冻融循环次数的增加逐渐降低,孔隙率和自由流体饱和度随着冻融循环次数的增加逐渐增大。30%以内风积沙掺入对混凝土的抗冻性能具有一定增强作用,20%的风积沙对混凝土抗盐冻后的抗压强度、孔隙率和束缚流体饱和度的抗损伤劣化提升效果最为明显。由灰熵分析可知,束缚流体饱和度和孔径小于10μm的孔体积占比与抗压强度的关联度较高。本研究建立了混凝土抗压强度与束缚流体饱和度、孔径小于10μm的孔体积占比和风积沙有效贡献率的抗压强度复合模型,模型拟合度较高。本研究可为风积沙混凝土在西北地区的推广提供理论基础。     

再生骨料影响混凝土渗透性的数值模拟

出于环境保护及经济方面的考虑,再生骨料在混凝土生产中得到越来越多的应用。混凝土可认为是由天然或再生骨料、多孔基体和界面过渡区三相组成的复合材料。基于随机骨料结构生成算法,建立了三相混凝土数值模型并应用于气体渗透性的分析。对于混凝土二维数值模型的稳态渗透问题,应用有限单元法求解压力场,并基于压力-流量的宏观等效关系计算混凝土材料的总体渗透率。数值分析结果表明:1) 总体渗透率随过渡区厚度及其相对渗透率的增加而非线性地增长;2) 由于骨料的存在而导致的稀释效应及曲折度效应是影响混凝土总体渗透性的两个重要因素;3) 再生骨料渗透率对混凝土宏观渗透率的影响呈“S”形曲线的关系。出于控制回收骨料混凝土渗透性能的考虑,回收骨料的渗透率最好比砂浆基体的渗透率低一个数量级,同时回收骨料的掺量也需要合理选择确定。     

掺合料粉体种类对泡沫混凝土性能的影响

以普通硅酸盐水泥为结合剂,用粉煤灰和硅灰取代砂和部分水泥,研究掺和料种类对泡沫混凝土抗压强度、吸水率以及抗冻性的影响。结果表明:泡沫混凝土的性能不仅与孔隙率有关,还与基体材料中掺合料的种类有关。加入硅灰可引起泡沫混凝土的成型水胶比增加,显著提高了泡沫混凝土的早期强度,但同时引起吸水率的增加,也不利于抗冻;当掺合料为粉煤灰时,提高了泡沫混凝土的抗冻耐久性,当将原状粉煤灰磨细,使泡沫混凝土的后期强度增长较快,并大幅度的降低了吸水率,但对抗冻性影响不大。     

再生混凝土配合比设计及其强度与龄期的关系

混凝土的质量和强度取决于混凝土的配合比设计,根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2000),在普通混凝土公式的基础上,通过附加用水量和替换回归系数的方法,计算再生混凝土配合比。并通过对28个标准立方体试块的抗压强度试验,探讨了再生混凝土强度随龄期的变化规律。为再生混凝土应用打下坚实的试验和理论基础,必须加强对再生混凝土性能的研究。