基于正交试验的自密实混凝土塑性开裂研究

针对汉中市石门水库在泄洪排沙洞改造、大坝加高等大体积混凝土浇筑初期出现的不同程度的塑性开裂问题,借助试验研究优化混凝土配合比,利用正交试验方法探索了自密实混凝土的塑性开裂面积与28d抗压强度的影响因素与影响规律。结果表明,粉煤灰掺量、减水剂掺量、水胶比对塑性开裂的影响十分明显,粉煤灰与减水剂存在显著交互作用,效应顺序排序为粉煤灰掺量减水剂掺量水胶比交互作用,粉煤灰掺量、减水剂掺量、水胶比均取1水平时,对塑性开裂的影响权重值最大;粉煤灰掺量、水胶比、矿渣掺量对28d抗压强度的影响也十分明显,粉煤灰与矿渣存在显著交互作用,效应顺序排序为粉煤灰掺量水胶比矿渣掺量交互作用,粉煤灰掺量、水胶比取1水平时、矿渣掺量取3水平时,对抗压强度的影响权重值最大。研究成果为石门水库除险加固工程大体积混凝土配合比设计提供了参考。     

基于CT技术的矿物掺合料改性蒸养混凝土冻融试验

为研究矿物掺合料在冻融环境下对蒸养混凝土的影响情况，采用CT技术对经历冻融循环后的蒸养混凝土进行扫描，获取了其断层的扫描图像，并利用Fiji和Avizo软件进行了蒸养混凝土的三维重构，得到了试样的孔隙结构特征。研究结果表明，蒸养混凝土试样的抗压强度随冻融次数的增加而降低，孔隙结构的劣化是造成抗压强度降低的主要原因；掺加了矿粉和粉煤灰的蒸养混凝土试样在相同冻融条件下的力学性能和孔隙结构特征均优于普通蒸养混凝土，矿粉和粉煤灰对于蒸养混凝土的孔结构具有一定的改善效果。     

早期受冻损伤混凝土强度预测模型研究及其配比优化

针对严寒地区水工混凝土建筑物在浇筑施工时易受早期冻害，并可能影响后期健康服役的问题，为研究早冻混凝土强度损伤规律并对其配比进行优化，利用RSM响应面法Box-Behnken(RSM-BBD)优化试验设计，并建立以水胶比、粉煤灰掺量、引气剂掺量为变量的RSM响应面模型；同时，构建一种GA-BPNN强度预测模型，实现早冻混凝土强度的精确预测。结果表明，与RSM模型相比，GA-BPNN模型有更精确的预测性能，且能更高效地优化配比设计；GA-BPNN强度预测模型的拟合优度R²和平均相对误差e_MRE分别为0.998 5、2.13%,最优配比强度预测值与试验值的相对误差约为1%,应用该模型可实现混凝土受冻强度推演及其配比的高效优化。     

含硅微粉变态混凝土浆液性能影响评价及时变演化规律

针对变态混凝土注浆施工中出现浆液堵管、扩散不均等问题，研究了不同硅微粉掺量对浆液的流动性、流变性、稳定性、强度和时变特性的影响。采用熵权理想点法综合考虑浆液工作性及经济性确定最优配合比。试验结果表明，掺加硅微粉可改善浆液泌水率，提高抗压强度。水胶比0.4时，掺硅微粉使浆液屈服应力与流动度减小、塑性粘度增大；水胶比0.5～0.7时，流变参数随硅微粉掺量增加而增大，浆液流变性与水膜厚度呈线性相关。随水胶比增大，硅微粉对浆液性能的影响逐渐减弱。浆液屈服应力随时间呈线性增长趋势，塑性粘度呈指数增长。基于熵权理想点法，可得到固定水胶比下的最优配合比方案。     

秸秆-粉煤灰混凝土砌块试验研究

为了减少秸秆、粉煤灰的堆积处理污染，选用秸秆-粉煤灰混凝土砌块作为研究对象，比较分析不同组分的混凝土砌块的物理抗压属性及导热性能。砌块的强度要求为C20。结果表明：将油菜秸秆掺入混凝土时，掺入秸秆的质量比例为1%、2%、3%的情况下，与普通硅酸盐混凝土相比，秸秆混凝土砌块的导热系数分别降低41.7%、47.8%、57.2%。对秸秆混凝土正交试验结果进行综合分析，得到满足C20强度的节能最优组合为秸秆材料为芝麻、秸秆掺量为2%、粉煤灰掺量为10%、水胶比为0.45，测试其抗压强度为20.12 MPa，导热系数为0.466 W/(m·K)。     

碱对锂渣混凝土力学性能的影响及增强效应

为探究碱溶液对锂渣混凝土力学性能的增强效应,采用pH值为13.5的NaOH溶液或水作为拌合液配制碱锂渣混凝土,通过分析2种混凝土力学性能的差异,探究碱溶液对锂渣混凝土某时段或整个龄期的增强作用。结果表明,碱溶液对小掺量、低水胶比锂渣混凝土后期力学性能的增强作用较小,但在大掺量下,碱锂渣混凝土的影响系数仍能保持在1.1以上;各水胶比下锂渣掺量为40%时,其抗压强度均超过未掺碱的锂渣混凝土,与不掺碱溶液相比,其掺量增大了1倍;锂渣掺量从20%增至60%时,碱锂渣混凝土(水胶比为0.42)的影响系数从1.12倍增至1.39倍,锂渣掺量越大,增长速率Pm~n值大于1的时段越长。因此,碱溶液能增强锂渣混凝土早期力学性能,而后期的增强作用不明显。     

胶凝砂砾石冻融试验及影响因素分析

胶凝砂砾石作为一种新型环保建筑材料,抗冻性是其研究较为薄弱的环节。基于已有研究成果,参考现行混凝土规范标准,采用快速冻融试验和灰色关联度理论,以相对动弹性模量为抗冻指标,考察了水胶比、水泥用量、砂率及粉煤灰掺量等因素对胶凝砂砾石抗冻性的影响。结果表明,随着水胶比和砂率的减小,水泥用量和粉煤灰用量的增加,胶凝砂砾石抗冻性提高;各因素对抗冻性影响大小顺序为水泥用量水胶比砂率粉煤灰,该结论为材料的推广应用提供了理论依据。     

基于D-最优设计方法预测超高性能混凝土的湿堆积密实度及力学性能

基于D-最优设计方法超高性能混凝土试验配合比,采用"湿堆积法"测得不同配合比的湿堆积密实度,测定不同配合比在水胶比为0.20时的抗压强度、抗折强度,分别建立了UHPC的湿堆积密实度预测模型及抗压、抗折强度预测模型并进行了预测精度评价。结果表明:预测模型拟合度高,自变量因素之间交互作用显著。对于湿堆积密实度预测模型,因子的影响程度排序为硅灰水泥石灰石粉河砂;对于抗压强度预测模型,因子影响程度排序为硅灰河砂水泥石灰石粉;对于抗折强度预测模型,因子影响程度排序为硅灰石灰石粉水泥河砂。     

同强度等级下粉煤灰掺量对抗冲磨混凝土性能的影响

为了研究粉煤灰掺量对抗冲磨混凝土性能的影响，使用4种掺量粉煤灰配合比(20%、30%、40%、50%),通过水下钢球法、高速水下钢球法、旋转射流法、抗空蚀试验、温度-应力法，对抗冲磨混凝土的性能进行试验研究。结果表明，同强度等级设计时，增加粉煤灰掺量，早龄期混凝土的抗压强度无明显降低，轴拉强度略降，弹模明显降低，这对早期抗裂有利；随着龄期增加，粉煤灰掺量高的混凝土后期强度增幅明显；粉煤灰掺量增加后，混凝土表面抗悬移质冲刷强度降低，但抗推移质冲磨强度未见明显下降或提高；抗空蚀强度整体上随掺量增加而提高；粉煤灰可以明显改善混凝土的抗裂性能，以90 d为设计龄期时，最佳掺量为40%。     

低强度再生混凝土微观形态与力学性能的相关性研究

建筑垃圾来源复杂,为提高再生混凝土的资源利用,并满足基本工程应用要求,在仅考虑再生骨料密度、吸水和含水率、压碎指标的条件下,采用再生粗骨料混凝土配合比设计法配置低强度再生混凝土,结合切片法和SEM扫描电镜对再生混凝土的孔隙结构变化与微观形貌进行观察,分析水胶比、减水剂、粉煤灰对低强度再生混凝土内部结构的影响,发现当水胶比降低时,再生混凝土内部结构的密实度提升,絮状C-S-H之间更为密实,多害孔的比例降低,抗压和劈裂强度提高;当减水剂掺量提升时,钙钒石(AFt)的含量增加,内部结构更为致密;粉煤灰对再生混凝土的抗压和劈裂强度呈负面影响,降低C-S-H与再生骨料之间的粘结性,内部孔隙率变大,坍落度升高,可降低经济成本。     

低水胶比大掺量多元复合胶凝体系水化特性研究

为了研究低水胶比条件下多元复合胶凝材料的水化反应规律及影响因素,设置梯度结构低水胶比,采用等温量热法、化学结合水量法,分别研究水胶比和矿物掺合料掺量对水泥-矿渣-粉煤灰三元复合胶凝体系水化放热、水化程度的影响。结果表明,与较高水胶比体系不同,水胶比为0.20～0.30时,降低水胶比均会增大样品的最大放热速率;水胶比为0.25、0.30时,复掺矿渣-粉煤灰会延长加速期持续时间,复掺40%时加速期持续时间最长,且体系第二放热峰出现的时间也有所延迟,但进一步降低水胶比至0.20,复掺矿渣-粉煤灰则会使第二放热峰出现时间略有提前,加速期持续时间随复掺量的增加而缩短;水胶比为0.20、0.30时,复掺掺量为30%的复合体系反应程度最大,水胶比为0.25时,复掺掺量为40%的复合体系反应程度最大,且低水胶比条件下硬化浆体的反应程度与水胶比几乎呈线性关系。     

预裂混凝土氯离子扩散系数计算模型及验证

为探讨水胶比、裂缝宽度、裂缝深度等因素对预裂混凝土内氯离子扩散的综合影响,采用快速氯离子迁移系数法获取多因素影响下的氯离子扩散系数,并考虑水胶比、时间衰减和裂缝等因素,建立了氯离子扩散系数计算模型。结果表明,氯离子扩散系数随水胶比增大而增大,在0.05~0.50mm裂缝宽度范围内与裂缝宽度成正相关,裂缝处氯离子渗透深度与裂缝深度成正比;氯离子扩散系数计算模型拟合结果与试验结果均吻合较好。     

不同冻融循环次数下胶凝砂砾石抗冻性能的试验研究

为研究胶凝砂砾石的抗冻性能,做了不同水胶比和养护龄期的标准试件的室内试验,研究了不同冻融循环次数下试件的抗压强度。结果表明,水胶比由0.6增大至1.4时,胶凝砂砾石抗压强度先增大后减小;水胶比为1.0时,胶凝砂砾石抗压强度最大。经历冻融作用后,水胶比为1.0的胶凝砂砾石试件的抗压强度仍最大。不同养护龄期下胶凝砂砾石的抗压强度差别较大,养护龄期越长,冻融循环作用后的抗压强度越大。相同冻融循环次数下,养护龄期为28d的胶凝砂砾石比养护龄期为7d的胶凝砂砾石的抗压强度高出57%~76%左右。     

基于单因素试验的三级配RCC施工配合比研究

根据坝体碾压混凝土性能指标和施工要求,利用单因素试验研究了坝体不同标号三级配混凝土的 粗细骨料组合、粉煤灰掺量、水胶比和砂率,并采用绝对体积法给出了施工配合比。试验结果表明,当 采用玄武岩与灰岩为粗细骨料组合、大石∶中石∶小石为35∶35∶30、砂率为32%、用水量为88 kg/m3、 粉煤灰掺量为50%时,能满足C25、C20和C15坝体碾压混凝土各项性能指标和施工要求。     

盐冻作用下掺粉煤灰混凝土超声波波速测强理论模型

在室内模拟了盐冻(5%Na_2SO_4)作用下掺粉煤灰水工混凝土抗冻性试验,探究了超声波波速及抗压强度随冻融循环次数的变化规律及波速测强理论模型。结果表明,超声波波速及抗压强度随着冻融循环次数的增加而不断下降,冻融150次后内部冻融损伤不断积累加快,掺入粉煤灰对抗冻性产生不利影响;建立了波速测强指数关系理论模型及相对超声波波速与抗压强度损失率之间的指数关系式,发现当抗压强度损失率达50%时,相对波速降为85%,这为运用超声波无损检测手段评价盐冻条件下掺粉煤灰水工混凝土的抗压强度提供了理论模型依据。     

人工砂中石粉含量对泵送水工混凝土性能的影响

在保证混凝土水胶比、砂率、外加剂掺量不变的条件下,混凝土坍落度控制在160~180mm范围内,研究了人工砂中石粉含量对两种水胶比(0.45、0.37)的二级配泵送水工混凝土性能的影响。结果表明,随着人工砂中石粉含量从12%增至28%,混凝土用水量呈先增后减趋势;对于水胶比较大的A组混凝土,增加石粉含量显著降低了拌合物1.5、2.0h的坍落度经时损失率,而对水胶比较小的B组的坍落度经时损失率影响略小;拌合物的含气量随石粉含量增加而降低,而相同含气量时,引气剂的掺量必然随石粉含量的增加而增大;凝结时间随石粉含量的增加整体呈下降趋势;当石粉含量上限值增至20%时,混凝土的抗压强度高于原级配混凝土,抗冻性能满足设计要求。综合考虑,二级配泵送水工混凝土所用人工砂的石粉含量可控制在15%~20%之间。     

复掺磷渣粉与石灰石粉完全替代粉煤灰对外掺MgO碾压混凝土性能的影响

针对部分水利水电工程很难采购到粉煤灰或粉煤灰落地价格过高的问题,以复掺磷渣粉与石灰石粉完全取代粉煤灰配制的外掺氧化镁(Mg O)碾压混凝土为例,采用力学试验、变形观测、压汞测试、扫描电镜观察等手段,研究复掺磷渣粉与石灰石粉对外掺Mg O碾压混凝土的力学性能、自生体积变形性能、微观性能的影响。结果表明,与单纯使用粉煤灰作为掺合料配制的外掺Mg O碾压混凝土相比,采用复掺磷渣粉与石灰石粉完全替代粉煤灰配制的外掺Mg O碾压混凝土的工作性、抗渗性和抗冻性无明显变化,对自生体积膨胀变形影响不大,但无害孔减少,平均孔径和孔隙率总体增大;随着石灰石粉掺量增大或磷渣粉掺量减少,外掺Mg O碾压混凝土的抗压强度、劈拉强度、极限拉伸值下降;在石灰石粉掺量超过20%后,龄期90d的外掺Mg O碾压混凝土的抗压强度低于常用的坝体混凝土抗压强度的最低值15MPa。     

硫酸盐腐蚀作用下水工混凝土的细观损伤本构模型

水工混凝土的力学性能是影响水利工程设施稳定性的重要影响因素。采用力学试验与理论分析相结合的方法建立考虑硫酸盐腐蚀效应的细观损伤本构模型。结果表明，硫酸盐腐蚀提高了混凝土破坏后的损伤程度；随着腐蚀时间增加，抗压强度和弹性模量呈指数型衰减规律，破坏应变呈增大趋势；由试验结果求解了形状参数m和尺度参数ε₀,进而求解了考虑硫酸盐腐蚀影响的细观损伤本构模型；通过实测试验数据验证了采用理论模型预测应力—应变关系的合理性。提出的本构模型可为水工混凝土力学行为的预测提供参考。     

新型膨胀纤维混凝土在混凝土缺陷修补工程中的应用

针对水工混凝土中大面积麻面、蜂窝、孔洞等缺陷,在试件中凿除缺陷混凝土并使其形成深度和形状都相同的方形凹槽,采用正交法设计比原混凝土小一级配、强度高一等级的膨胀纤维混凝土进行修补。试验分析了不同粉煤灰掺量、纤维膨胀剂掺量、减水剂掺量和砂率对膨胀纤维混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度和静力抗压弹性模量的影响程度,推荐出最佳配合比,并对比了原状、带缺陷和经修补后的混凝土力学性能。结果表明,纤维膨胀剂掺量是影响其抗压强度、劈裂抗拉强度和静力抗压弹性模量的最重要因素,修补后的混凝土在强度方面效果较好。     

基于BP神经网络的混凝土抗硫酸盐侵蚀预测研究

鉴于新拌混凝土流变参数与硫酸盐侵蚀劣化指标之间存在的非线性映射关系,基于新拌混凝土流变参数,利用BP神经网络建立了硫酸盐干湿循环侵蚀后混凝土抗压强度损失率、质量损失率及相对动弹性模量的预测模型,预测了混凝土受硫酸盐侵蚀程度。结果表明,BP神经网络模型预测的硫酸盐侵蚀结果与实测结果吻合较好,且预测误差较小,说明BP神经网络模型对混凝土受硫酸盐侵蚀后的劣化程度具有良好的预测效果。