黏附砂浆含量对再生混凝土抗氯离子侵蚀性能影响

针对再生粗骨料黏附砂浆含量高的特点,分析其含量变化与再生粗骨料性能的关系,研究全再生粗骨料混凝土在不同黏附砂浆含量下的抗氯离子侵蚀性能演化规律,界定再生粗骨料黏附砂浆含量的门槛值.研究发现:黏附砂浆含量对再生粗骨料和再生混凝土性能影响很大;随着黏附砂浆含量的增加,再生粗骨料吸水率、开口孔隙率和压碎值线性增大,表观密度线性减小,再生混凝土的3、7、28 d抗压强度出现不同程度的降低,孔隙率则逐渐增大;再生混凝土的氯离子扩散系数、自由氯离子含量和结合氯离子含量均随着黏附砂浆含量的增加而逐渐增大,且氯离子结合能力不断增强;再生混凝土氯离子扩散系数与再生粗骨料的黏附砂浆含量呈二次抛物线关系,在D级和E级氯盐环境下,能满足再生混凝土50 a抗氯离子侵入性指标的黏附砂浆含量最大值分别确定为35.03％和23.01％.     

骨料含量和界面区体积对混凝土氯离子扩散性能的影响

将混凝土视为由骨料、界面区和砂浆所组成的三相复合材料,利用MATLAB软件建立混凝土粗骨料随机模型.把模型导入COMSOL软件,通过设定不同骨料含量和界面区体积,来探究这2种因素对氯离子在混凝土中扩散的影响.首先借助试验设计方法验证了所建立的随机模型的重复性和再现性,进而确定了其模拟精度,并通过与试验数据的对比分析,验证了上述方法的有效性;随后展开了骨料含量和界面区体积对混凝土氯离子扩散性能影响的模拟试验.模拟结果表明:氯离子在混凝土中的扩散受骨料含量和界面区体积的影响;骨料含量的增加抑制了氯离子的扩散性能,表现为骨料的曲折效应;界面区体积的增加加速了氯离子的扩散性能,表现为界面效应;随着骨料含量的增加,界面效应越来越明显.     

吸附砂浆对再生混凝土抗氯离子渗透的影响

旨在揭示吸附砂浆含量对RAC抗氯离子渗透性能的影响规律,并确定吸附砂浆界限含量。选取5种不同吸附砂浆含量的再生粗骨料和1种天然粗骨料作为对照组,将其制备成6组混凝土,利用快速氯离子迁移系数法测出各自氯离子渗透系数。试验结果发现:随着再生粗骨料吸附砂浆含量增加,再生混凝土的抗压强度和抗氯离子渗透性能降低;当混凝土设计使用年限为50年,氯化物环境等级分别为D和E时,吸附砂浆界限含量分别为48.2%和41.3%;当混凝土设计使用年限为100年,氯化物环境等级分别为D和E时,其吸附砂浆界限含量分别为43.2%和37.1%。     

粗骨料对混凝土氯离子扩散影响的模拟与试验

用数值模拟建立了三维随机骨料模型,分析了不同粗骨料形状、含量、粒径以及多粒径组合粗骨料对混凝土氯离子扩散的影响,并结合快速氯离子迁移系数法进行了验证.结果表明：相同体积粗骨料的形状特征参数越小,氯离子扩散受到的阻碍作用越明显;在一定浓度范围内,氯离子扩散系数随着粗骨料含量的增加逐渐减小;当粗骨料体积分数确定时,氯离子扩散系数随着粗骨料粒径的增加而减小;在相同体积分数下,氯离子扩散系数随着多粒径组合粗骨料粒径数的增加而增加.     

基于分散模型的混凝土流动机理研究

基于粗骨料分散于砂浆中的混凝土结构模型,研究了砂浆流变性及用量对混凝土流动性的影响规律.结果表明:基于砂浆流变的粗骨料润滑作用和依赖于砂浆用量的粗骨料空间分离作用是造成混凝土体系失稳进而流动的主要因素,这两个因素相互影响,当一个因素超过临界值时,另一因素的作用效果被削弱;利用分散模型研究混凝土流动性,能够充分体现混凝土组成、结构与性能的关联作用,通过深入解析两个因素的作用规律,将现有混凝土调控参数分解、转化成砂浆流变和用量2个参数,可为混凝土性能预测及调控提供新思路.     

再生粗骨料混凝土基本徐变试验及再生粗骨料混凝土徐变的二维随机凸骨料计算模型研究

以再生粗骨料取代率为参数,进行了再生混凝土基本徐变试验。试验结果表明,再生混凝土基本徐变度随再生粗骨料取代率的增加而增加。在试验研究的基础上,采用ANSYS软件建立了再生混凝土二维随机凸骨料徐变计算模型,并对再生粗骨料混凝土的徐变进行了计算,计算结果表明,该模型可以较好的计算再生混凝土的徐变。在此基础上,采用再生混凝土二维随机凸骨料徐变计算模型研究了再生粗骨料和老砂浆的随机分布,再生粗骨料的级配,天然骨料和老砂浆的含量、力学性能和徐变性能等因素对再生混凝土徐变的影响。研究结果表明,再生混凝土中老砂浆的含量、老砂浆的徐变和再生粗骨料的级配对再生混凝土徐变具有较大影响,老砂浆的弹性模量对再生混凝土的徐变具有不利影响,再生粗骨料和老砂浆的随机分布、天然粗骨料弹性模量对再生混凝土徐变影响较小。     

混凝土中氯离子扩散过程的细观数值模拟研究

在细观层次上将混凝土看成由砂浆、粗骨料及二者界面组成的三相复合材料,提出了适用于物质扩散的细观格构网络模型(Truss network model),模型中的不同类型单元能够描述混凝土各相组成材料的扩散性能。考虑混凝土对氯离子的结合能力和氯离子扩散系数的浓度依赖性,建立了基于格构网络模型的一维氯离子非线性扩散方程及其有限元方程的离散差分格式。计算结果表明,混凝土对氯离子的结合能力和扩散系数的浓度依赖性对混凝土中氯离子的扩散速度具有重要影响。可以预见,该方法能够方便地应用到开裂或损伤混凝土的物质扩散性能评价中。     

再生粗骨料混凝土压缩徐变特性的研究

通过对再生粗骨料取代率为0%、50%、100%的混凝土试件进行徐变试验,研究再生粗骨料混凝土的徐变特性。结果表明:再生粗骨料混凝土的基本徐变和总徐变都随再生粗骨料取代率增大而增大,并且再生粗骨料取代率对再生粗骨料混凝土总徐变的影响大于对基本徐变的影响。基于试验结果,分析了徐变过程中的再生粗骨料、新砂浆、旧砂浆的相互作用机理,引入了新砂浆、旧砂浆与再生粗骨料混凝土徐变的关系计算模型,即修正的Neville徐变模型。利用该模型,计算了旧砂浆在再生粗骨料混凝土基本徐变和总徐变过程中的徐变量。基于ANSYS软件,建立了再生粗骨料混凝土的二维随机凸集料模型,以验证修正的Neville徐变计算模型的可靠性,并采用该有限元模型,分析再生粗骨料随机分布对再生粗骨料混凝土徐变的影响。最后,基于提出的修正Neville模型,建立了能够计算旧砂浆徐变、反映旧砂浆含量和性能的再生粗骨料混凝土徐变预测模型。     

混凝土真实细观模型的生成及氯离子传输的数值模拟

基于改进的遗传算法和8邻域边界跟踪法,对混凝土断面的数字图像进行处理,得到二值图像并提取粗骨料的边界坐标;根据提取的坐标编写程序,生成浆体集料界面过渡区（ITZ）,得到真实的混凝土细观模型;将得到的混凝土细观模型导入COMSOL软件,模拟海洋水下区氯离子侵入混凝土内部过程,得到不同时刻混凝土内部氯离子浓度云图。研究结果表明：使用的建模和模拟方法所得结果与长期实海暴露混凝土实验结果一致,可以用来研究和评价海洋环境下混凝土的耐久性能;ITZ的存在会加速氯离子向混凝土内部扩散,其厚度越大,扩散过程越快,界面区厚度增大1倍,混凝土表观氯离子扩散系数增大12.3%;对比真实混凝土细观模型与参数化生成的圆形随机骨料模型中氯离子传输模拟结果发现,圆形随机骨料模型中氯离子的浓度总是小于真实细观模型中氯离子的浓度。     

骨料及混凝土中氯离子含量若干检测方法的对比验证

通过对骨料及混凝土中氯离子含量若干检测方法的对比验证,提出了海卵石应在恒温水浴或全部破碎室温水浸泡条件下进行氯离子含量检测,海卵石混凝土应采用同时磨细砂浆、海卵石的方法进行氯离子含量检测,混凝土中氯离子含量检测时可不考虑粗骨料表面的氯离子吸附量,海砂应在比2 h更长时间的室温水浸泡后进行氯离子含量检测及海砂应在潮湿状态下检测氯离子含量的建议。     

废弃玻璃骨料混凝土氯离子渗透性试验研究

对废弃玻璃混凝土抗氯离子的渗透性进行了试验研究。试验表明:废弃玻璃作为混凝土粗骨料,其抗氯离子扩散能力比天然骨料要差,而且随着废弃玻璃粗骨料的增加,混凝土抗氯离子扩散能力下降;相反,废弃玻璃作为细骨料,其抗氯离子扩散能力比天然骨料要好,而且随着废弃玻璃骨料的增加,其混凝土抗氯离子扩散能力增加。     

再生粗骨料混凝土碳化分析的多场耦合模型及验证

再生粗骨料混凝土的碳化是一个复杂的物理扩散和化学反应过程,其分析和预测较为困难。鉴于此,基于再生粗骨料混凝土的碳化机理,结合再生粗骨料混凝土中CO_2的扩散定律和可碳化物质的质量守恒定律,综合考虑再生粗骨料混凝土中CO_2的有效扩散系数、碳化反应速率系数、可碳化物质的量、再生粗骨料的表面附着砂浆等重要参数的影响,建立了再生粗骨料混凝土碳化分析的多场耦合模型,并通过试验数据验证了模型的有效性和适用性。     

双轴受压下再生混凝土氯离子扩散规律

为了研究复杂应力状态下再生混凝土的氯离子传输特性,首先通过破碎不同水灰比的母体混凝土得到不同性能的再生粗骨料,并对天然混凝土和不同性能再生混凝土进行双轴受压试验。然后利用电场加速氯离子扩散和双轴受压装置测试了不同类型再生骨料混凝土和天然骨料混凝土在不同应力水平和不同应力比下的氯离子扩散系数,并利用压汞仪测试了混凝土内部的微观孔隙结构。最后建立了考虑双轴应力水平、再生骨料吸水率和粗骨料体积分数的再生混凝土氯离子扩散系数理论模型,并进行了试验验证。结果表明:来自不同母体混凝土的再生骨料中的附着老砂浆具有不同的孔隙结构,再生混凝土中老砂浆的孔隙率随着母体混凝土水灰比的增加而变大,进而影响再生混凝土的氯离子扩散性; 应力比相同时,随着双轴受压应力水平的增加,再生混凝土氯离子扩散系数普遍呈现先下降再上升的趋势,在应力水平约为0.5时再生混凝土氯离子扩散系数出现最小值; 在双轴受压荷载作用下,母体混凝土水灰比分别为0.4,0.5,0.6的再生混凝土氯离子扩散系数最多分别下降到无荷载时的0.76%,0.78%,0.78%。     

混凝土中氯盐传输的三维细观模型

为研究真实混凝土中氯盐的传输过程,采用X-ray CT测试技术,原位重构了混凝土三维骨料分布与孔隙结构,建立了混凝土的三维细观数值模型;考虑界面过渡区(ITZ),并基于Fick第二定律,研究了氯离子在混凝土中的三维传输规律,同时通过电子探针技术验证了模型的准确性.研究表明:骨料表面的凸起及凹陷处对氯离子等值线的疏密、形状及扩散方向均有很大影响;不规则骨料增加了流线迂曲度,而ITZ的存在导致骨料周围形成快速传导路径,加快了氯离子的扩散速率.     

废轮胎再生混凝土抗氯离子侵蚀试验研究

为了研究废轮胎再生混凝土抗氯离子侵蚀性能,采用了DY-2501B氯离子快速测定仪,对废轮胎再生混凝土试件的氯离子含量进行了测定,研究了水灰比、橡胶取代率、再生粗骨料取代率对废轮胎再生混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响规律。结果表明:随着水灰比的增大,废轮胎再生混凝土抗氯离子侵蚀性能逐渐减弱,30~60 d内氯离子含量的增加速率减缓;随着橡胶取代率的增加,废轮胎再生混凝土内氯离子含量呈现先增加后减小的现象,而拐点因再生粗骨料取代率的变化而变化;废轮胎再生混凝土内氯离子含量随着再生粗骨料取代率的增加而增加,但当橡胶取代率为30%,再生粗骨料取代率为30%时氯离子含量下降。     

基于力学性能的吸附砂浆界限含量分析

基于再生粗骨料吸附砂浆定量分析及文献数据,研究吸附砂浆含量变化与再生粗骨料物理性能之间的关系,以及再生粗骨料取代率为100％的再生混凝土在不同吸附砂浆含量下的力学性能演化规律;以吸附砂浆含量为自变量、力学性能为因变量、目标强度为限值,利用数学方法确定吸附砂浆界限含量.研究发现:随着吸附砂浆含量的增加,再生粗骨料的物理性...     

再生混凝土骨料咬合模型修正及其参数分析

为分析再生混凝土中再生粗骨料咬合机制,基于Walraven提出的普通混凝土骨料咬合模型,提出了考虑再生粗骨料原始混凝土强度的再生混凝土骨料咬合修正模型。结合再生混凝土界面剪切试验结果,确定适用于再生混凝土的骨料咬合模型关键参数。理论分析结果与试验结果对比表明,修正的骨料咬合模型对于界面剪切作用的预测值较普通混凝土及再生混凝土的试验值均偏高,修正的骨料咬合模型较适用于对再生混凝土剪切作用的预测。在再生混凝土剪切作用理论计算中,需按实际裂缝开展情况对骨料咬合作用进行折减,折减系数取值范围为0.7~0.9。采用修正的再生骨料咬合模型及计算方法展开变参数分析发现,再生粗骨料性能对骨料咬合作用有重要影响,即再生粗骨料原始混凝土强度越高,旧砂浆含量越低,再生粗骨料咬合作用越强。     

粗骨料含量对混凝土渗透性影响试验

细观结构下,混凝土可看成由水泥砂浆体、骨料及两者的界面区共同组成的三项复合材料。由于三相组成渗透性能的不同,混凝土中骨料含量的变化势必要影响混凝土的渗透性能。研究在水泥砂浆体和四种不同骨料含量混凝土快速渗透试验的基础上,结合混凝土三维骨料分布模型,对快速渗透试验结果进行了对比和模型分析,研究了骨料含量对混凝土渗透性能的影响。结果表明:尽管骨料的增加使界面区也随之增加,但是骨料含量对混凝土渗透性能的影响还是占据了主导作用,骨料含量的增加将减小混凝土的渗透性能;混凝土的骨料三维分布模型可以通过混凝土切片图进行重建,氯离子渗透扩散可采用差分模型进行模拟,其分析结果与试验结果一致。     

粗骨料对混凝土抗氯离子渗透性的影响研究

为研究粗骨料对混凝土抗氯离子渗透性能的影响,采用交流电测量法、RCM法和电通量法进行混凝土抗氯离子渗透试验。3种试验方法均表明氯离子的渗透阻力随粗骨料体积分数的增加而增加;当最大粗骨料粒径小于25 mm时氯离子渗透阻力随着粗骨料最大粒径的增加而增加,大于25 mm时氯离子渗透阻力随之降低。粗骨料最大粒径对边界效应层厚度的影响较小。     

砂浆中细骨料携带氯离子腐蚀机理与强度规律

研究了细骨料携带氯离子的砂浆中,氯离子结合率及其扩散机理,以及钢筋锈蚀参数的变化规律.结果表明,氯离子稳定结合率约60%,细骨料中氯离子是由砂表面向水泥凝胶中逐渐扩散,水化初期的扩散包括水化和渗透两个方面;砂浆试件中的钢筋在28 d之前存在一个加速锈蚀阶段.另外,从宏观强度的角度进一步验证了细骨料携带氯离子的腐蚀机理.