基于部分反弹格子Boltzmann方法研究砂浆水渗透性能EI北大核心CSCD

为了揭示砂浆的水分传输机制,构建了细骨料-界面过渡区-水泥浆体的砂浆三相模型,采用部分反弹格子Boltzmann方法模拟了水分在砂浆内部的传输过程,研究了骨料体积分数、界面过渡区厚度及孔隙结构对砂浆水分渗透系数的影响。结果表明:当界面过渡区厚度较小、孔隙率较低时,砂浆的水分渗透系数随骨料含量的增大而降低且始终低于水泥浆体的水分渗透系数;当界面过渡区厚度增至150μm或有效孔隙率超过水泥基体2倍时,砂浆的水分渗透系数会接近甚至超过水泥浆体的水分渗透系数。界面过渡区效应、骨料稀释作用以及迂曲传输路径的相互竞争是产生上述现象的根本原因。     

再生骨料混凝土抗氯离子侵蚀的多相数值研究

为定量分析再生骨料混凝土各组成相对其抗氯离子侵蚀性能的影响,研究建立可实现任意体积分数再生粗骨料随机分布的再生混凝土五相细微观数值模型,包括新砂浆、新界面过渡区、旧砂浆、旧界面过渡区和核心区原始天然骨料.根据各相氯离子扩散性能和几何性质的不同,探究再生粗骨料体积分数、旧砂浆附着率及新、旧界面过渡区厚度等关键几何参数对再生混凝土抗氯离子侵蚀性能及离子时空分布的影响.结果 表明:作为再生骨料混凝土的重要组成部分,附着旧砂浆和核心区天然骨料的性质与含量对其抗氯离子侵蚀性能起着相互博弈的效应,导致再生骨料混凝土有效氯离子扩散系数随着骨料体积分数的增大而产生明显波动,尤其是当旧砂浆附着率较小时,此现象尤为明显;当骨料体积分数一定时,再生骨料混凝土氯离子扩散性能随着旧砂浆附着率的增大而增强,且增幅随着骨料体积分数的增大而增大;再生骨料混凝土抗氯离子侵蚀性能与新、旧界面过渡区的厚度呈负相关关系.     

离子侵蚀对再生混凝土多重界面区微观形貌影响

为了研究离子侵蚀对再生混凝土多重界面过渡区的影响,借助SEM和EDS,以Ca元素和Si元素为特征元素进行面扫描,实现了对骨料和砂浆基体的区分,发现了经NaCl溶液和Na2SO4溶液浸泡60 d后的再生混凝土界面过渡区趋于疏松;以S元素和Cl元素为示踪元素,观察到其在界面区的富集,证明了界面过渡区是离子侵蚀的主要通道;浸泡60 d后界面区显微硬度分别下降约70％和20％,界面过渡区宽度分别增加约50％和20％.研究实现了对离子侵蚀后再生混凝土界面过渡区位置和范围的界定,且表现出与显微硬度结果的一致性.     

不同强度砂浆界面过渡区对再生骨料混凝土性能的影响

为了探明不同强度砂浆界面过渡区对再生骨料混凝土性能的影响,试验以再生骨料表面不同的砂浆强度以及附着率作为变量,配置了不同强度等级的再生骨料混凝土,与普通混凝土进行了对比性强度试验以及碳化试验.试验结果表明,高强度原生混凝土经破碎后作为再生骨料配制低强度等级的再生混凝土,即再生混凝土内部旧砂浆界面过渡区强度比再生混凝土内部新砂浆界面过渡区强度高时,再生骨料混凝土的强度与普通混凝土强度几乎相同,再生骨料表面砂浆的强度以及附着率对再生混凝土的强度影响不大,但碳化深度有所增大.当使用低强度原生混凝土经破碎后作为再生骨料配制高强度等级再生混凝土,也就是再生混凝土内部再生骨料与旧砂浆界面过渡区强度比新砂浆界面过渡区强度低时,再生骨料混凝土的强度与普通混凝土相差较大,再生骨料表面砂浆的强度以及附着率对再生混凝土强度影响较大.     

骨料对氯离子在水泥基复合材料中扩散系数的影响

为了确定骨料对氯离子在水泥基复合材料中扩散系数的影响,利用压汞技术和稳态电迁移法分别对含不同类型、不同粒径分布、不同体积分数骨料的砂浆和混凝土试样,进行了孔结构和氯离子扩散系数的测试,并根据试样配合比、骨料的粒径分布以及界面过渡区(简称界面区)厚度进行了界面区体积分数计算,最后提出了界面区有效扩散系数的预测模型。结果表明:氯离子在水泥基复合材料中的扩散系数由基体扩散系数、界面区扩散系数、骨料以及界面区的体积决定,而界面区的体积分数主要取决于骨料的粒径分布、骨料体积和界面区厚度;骨料改变了水泥基复合材料中浆体的孔结构,其稀释效应和曲折效应降低了氯离子的传输性能;界面区特殊的微观结构增加了传输性能,其中,界面区效应要大于其曲折和稀释效应。根据试验结果采用回归分析法,得到氯离子在砂浆和混凝土界面区的扩散系数分别是基体的13.26倍和18.45倍。     

界面过渡区与骨料特征对混凝土强度及变形影响的数值模拟研究

界面过渡区是混凝土结构中力学性能最薄弱的区域，其强度直接影响混凝土的力学性质，骨料强度及均匀性同样是混凝土结构设计需重点关注的参数。本文基于离散元方法，研究了骨料强度、界面过渡区强度、骨料均匀性及尺寸对混凝土强度及变形的影响规律。结果表明：骨料破碎为试样内部微裂纹的扩展与合并提供了新的路径，大量网状裂隙面的形成加速了试样的破坏；试样的峰值强度及弹性模量随界面过渡区强度的增加呈线性增加趋势，界面过渡区强度的增加可减小试样的径向变形，随界面过渡区强度提高，混凝土应力应变曲线的峰后段逐渐由韧性向脆性转变；骨料强度对峰值强度影响较小，对弹性模量几乎没有影响。骨料均匀性好的试样的径向变形小于均匀性差的试样，试样的峰值强度及弹性模量随骨料尺寸增加而增加，但是增加幅度远低于界面强度对峰值强度带来的提升。     

再生砂粉混凝土抗压强度与细观损伤研究

为研究再生砂粉混凝土的力学性能及细观损伤，本文基于Python语言对ABAQUS软件进行了二次开发编程，建立了考虑骨料、新老砂浆基体和界面过渡区的多相三维混凝土有限元模型，并通过抗压强度试验验证有限元模型的有效性。结果表明，本文建立的再生砂粉混凝土细观模型可有效模拟其力学性能和细观损伤情况，抗压强度实测值与模拟值的误差较小，不超过10.65%;再生砂粉混凝土试块破坏整体呈“X”形式，与试验现象基本一致，初始损伤出现在界面过渡区处，然后逐渐发展直至贯通，随着再生细骨料及再生微粉含量的增多，其损伤扩展程度更加严重，并且其力学性能也随之下降。     

基于细观尺度的再生混凝土性能研究综述

基于当前国内外学者对再生混凝土性能试验的结果,研究骨料、砂浆、界面过渡区等细观参数对再生混凝土宏观性能影响.在骨料方面,骨料分布的均匀程度高、颗粒级配较好、大中型骨料颗粒数越多的再生混凝土在抗拉、抗压、抗折强度及弹性模量等方面都会有所提高;在砂浆方面,随着新、老砂浆的强度提高,再生混凝土力学性能更好,老砂浆厚度越高,再生混凝土内部氯离子浓度越大;在界面过渡区方面,随着新、老界面过渡区弹性模量的提高,再生混凝土的性能表现地越好,界面过渡区厚度越大,氯离子扩散系数越大.     

基于均匀化理论的混凝土等效弹性模量预测

在细观层次上,将混凝土视为由骨料、水泥砂浆及骨料-水泥砂浆间界面过渡区构成的三相复合材料,基于Python语言,运用蒙特卡罗方法建立具有周期性的混凝土单胞模型,结合均匀化理论和周期性边界条件,提出了考虑界面层作用的混凝土等效弹性模量预测方法。采用已有文献结果验证了模型预测值的有效性,在此基础上,进一步研究单胞尺寸、界面层厚度、骨料体积率及骨料最大粒径对混凝土等效弹性模量的影响规律。结果表明,混凝土单胞模型可有效预测混凝土复合材料的弹性性能,与已有方法预测结果的误差范围为1.87%～4.97%,混凝土单胞模型的尺寸建议以150 mm为宜,20%～40%内的骨料体积率对混凝土等效弹性模量的影响最为明显,而界面层厚度与骨料最大粒径对混凝土弹性模量的影响较小,呈单调递减或单调递增的影响规律。     

混凝土界面过渡区微观结构及其数值模拟方法的研究进展

混凝土界面过渡区(ITZ)是混凝土中最薄弱的连接部位,对混凝土性能有关键性的影响。综合已有研究成果,从界面过渡区的空间尺度与显微硬度、孔隙率、水化产物以及未水化颗粒等方面进行了阐述。诸多因素如水灰比、水化时间、骨料种类和表面形貌以及掺合料等都会改变混凝土界面的微观结构。并介绍了在描述ITZ体积分数、ITZ对力学与传输等性能影响方面的数值模拟方法,比较分析了不同学者提出的理论模型,对未来的研究方向作出了展望。     

赤泥和磷渣调控水泥混凝土界面过渡区微结构的研究

混凝土是由硬化浆体、骨料和界面过渡区组成的多相复合材料,以贵州典型赤泥、磷渣为原料,采用微机控制抗压抗折试验机、全自动压汞仪和扫描电子显微镜研究赤泥、磷渣对水泥混凝土力学性能及微观结构的影响.结果 表明:赤泥和磷渣均能导致28 d养护龄期的水泥净浆硬化体力学性能下降,20％ ～ 30％用量的磷渣或10％用量的赤泥对水泥混凝土过渡区具有一定优化作用;纯水泥混凝土、掺赤泥或磷渣水泥混凝土微孔直径均主要分布在20 ～ 100 nm区间,在养护龄期28 d时混凝土过渡区均发生了不同程度的收缩,不利于混凝土力学性能的提高;赤泥的高碱性导致过渡区及基体内微孔数量增多,晶体较大,而磷渣粉的微集料效应、火山灰活性效应导致浆体中孔数量减少和晶体较小.     

再生混凝土单轴受压下多重界面过渡区的破坏机理研究

为研究再生粗骨料混凝土在单轴受压荷载下的破坏特性,使用数字图像相关技术记录混凝土立方体在破坏过程中的应变变化规律,并结合显微硬度测试、背散射电子成像技术等观测手段对界面过渡区的宽度和孔隙率进行定量表征。试验结果表明,分别经骨料强化和砂浆强化后,再生混凝土的抗压强度较未处理试样提升了17.86%和35.55%,说明砂浆强化更有利于提升再生混凝土的抗压强度。骨料强化可以提升老砂浆显微硬度值,降低老骨料-老砂浆界面过渡区孔隙率;砂浆强化可以提升新砂浆显微硬度值,降低老骨料-新砂浆界面过渡区以及新-老砂浆界面过渡区的孔隙率。经强化处理后的特定界面产生贯通裂缝的概率降低。     

水泥基复合材料集料与浆体界面研究综述(二):界面微观结构的形成、劣化机理及其影响因素

首先概括介绍了目前国际上存在的几种界面过渡区微观结构的模型,然后分新拌混凝土阶段和水化早期、材料硬化过程中以及材料使用过程中3个阶段描述了界面微观结构的形成以及劣化机理。在第1阶段,界面过渡区形成的可能机理为：边壁效应,絮凝成团作用,微区泌水效应,离子的迁移、沉积与成核生长,水化产物的单边生长效应以及脱水收缩效应。在第2阶段,界面过渡区可能的形成与劣化机理为：自身收缩、化学收缩和自干燥收缩、干缩,集料与浆体膨胀系数的差别,浆体的进一步水化以及水化产物的重结晶。在第3阶段,界面过渡区的形成与劣化机理为：荷载的作用,环境介质的侵蚀,冻融的破坏,碱集料反应以及胶凝材料的进一步水化。同时给出了几种常规的以及可能成为界面过渡区微观结构的表征方法。最后,从原材料的物理、化学组成,配合比以及材料制备工艺角度分析了影响界面过渡区微观结构的因素。     

界面过渡区对混凝土徐变性能的影响

为分析界面过渡区对混凝土徐变性能的影响,运用Laplace变换原理,建立了考虑界面过渡区黏弹性的混凝土徐变模型,将该模型与不考虑界面过渡区的混凝土徐变预测模型进行对比和实验验证.结果表明:考虑界面过渡区的混凝土徐变模型与实验数据吻合较好,该模型能够反映界面过渡区在混凝土徐变中的作用,加载龄期为365 d时,界面过渡区使...     

热活化煤矸石粉对基体-骨料界面过渡区性能的影响

煤矸石是煤炭工业产生的固体废弃物，持续产生及长期堆存会对环境产生一定影响，亟需开展资源化利用研究。以贵州黔西市煤矸石为研究对象，以粗粒级煤矸石为骨料，热活化后细粒级煤矸石为矿物掺合料，采用微机控制抗压抗折试验机、显微硬度仪、扫描电子显微镜研究热活化煤矸石粉对基体-骨料界面过渡区性能的影响。结果表明：随着热活化煤矸石粉掺量的增加，胶砂试块的抗折强度和抗压强度均先升高后降低，质量分数为2.5%的热活化煤矸石粉对胶砂试块力学性能具有提升作用，能够减小界面过渡区宽度，提高界面过渡区显微硬度，同时密实界面结构；随着热活化煤矸石粉掺量进一步增加，界面过渡区宽度反而增大，微孔数量和尺寸也增加，部分胶凝物质呈团状附着在煤矸石骨料表面，进而对胶砂力学性能产生不利影响。     

砂岩、大理岩-浆体界面区结构特征

混凝土中骨料-浆体界面区的性能受着各方面的影响,并最终影响到混凝土的整体性能.利用扫描电镜、能谱分析、X射线衍射、显微硬度、背散射电子像以及体视显微镜研究了大理岩、砂岩骨料与水泥浆体界面过渡区的微观结构特征.结果表明:大理岩骨料-浆体界面有着大量的Ca(OH)2,并形成明显的定向排列.砂岩的酸性和高吸水率的特点使得界面区显微硬度增大、Ca(OH)2富集程度减小,但骨科--浆体界面过渡区存在较大孔隙,砂岩的吸水率和酸性特征应该辨证看待.     

水泥基复合材料集料与浆体界面研究综述(一):实验技术

关于界面研究,概括起来主要可以从以下5个方面考虑：(1)界面研究的相关技术手段;(2)界面微观结构特征的研究;(3)界面微观结构的形成及劣化机理;(4)影响界面微观结构因素的研究;(5)界面过渡区的性能对材料宏观性能(包括：力学性能和耐久性)影响的研究。对这些问题的研究是为了回答以下2个问题：(1)各种层次的界面过渡区到底在多大程度上影响着整个材料的力学性能和耐久性;(2)通过改善界面来达到改善水泥基复合材料的性能这一措施是否可行。由于界面研究的技术手段与方法随着其它相关技术与设备的引入而不断取得新的进展,促进了水泥基复合材料集料与浆体界面相关研究也不断取得新的成果。关于界面研究的新实验技术和方法,从如下4个方面进行了描述：(1)与界面过渡区微观结构表征相关的实验技术;(2)与界面过渡区力学性能(包括：粘结强度、刚度和断裂力学性能)相关的技术和方法;(3)与界面过渡区传输性能相关的技术和方法;(4)与界面过渡区收缩性能相关的技术和方法。     

粉煤灰和磨细矿渣对高强轻骨料混凝土抗渗及抗冻性能的影响

研究了粉煤灰和磨细矿渣对高强轻骨料混凝土抗渗及抗冻性能的影响。结果表明：粉煤灰和磨细矿渣的复合掺入能显著提高高强轻骨料混凝土的强度、抗渗及抗冻性能。在不掺入引气剂的情况下,轻骨料混凝土的抗冻性达F200以上。轻骨料混凝土的扫描电镜照片表明：粉煤灰和磨细矿渣的综合效应,使火山灰反应更加充分,Ca(OH)2含量降低,轻骨料与水泥石的界面过渡区得到强化,混凝土结构更加密实,其抗渗、抗冻性能得到进一步提高。     

硫酸盐侵蚀对再生混凝土多重界面显微结构的影响

通过研究经硫酸盐侵蚀的再生混凝土不同界面的显微硬度变化,确定不同强度等级再生混凝土不同界面过渡区的宽度,研究硫酸盐侵蚀期对再生混凝土不同界面显微结构的影响规律,揭示了再生混凝土受硫酸盐侵蚀的劣化机理.研究表明:随着硫酸盐侵蚀龄期的增长,同强度再生混凝土老骨料-新浆体界面(LG-XJ界面)、老浆体-新浆体界面(LJ-XJ界面)、老骨料-老浆体界面(LG-LJ界面)的显微硬度先增大后减少,界面过渡区宽度先减少后增大.当侵蚀龄期为60d时,高强度等级再生混凝土LJ-XJ界面过渡区宽度的变化仍不明显,当侵蚀龄期为90 d时,该界面过渡区宽度有所增加.同强度等级再生混凝土三种界面抗硫酸盐侵蚀性能的优劣:LG-XJ界面最弱,LG-LJ界面次之,LJ-XJ界面最强.随着再生混凝土强度等级的增加,同种界面的显微硬度增加,界面过渡区宽度减小,界面抗硫酸盐侵蚀的能力增强.     

不同强度等级再生混凝土多重界面结构显微硬度分析

根据再生混凝土界面结构的特点,建立了多重界面重构模型.通过测试分析不同强度等级再生混凝土多重界面过渡区的显微硬度,研究了再生混凝土多重界面结构及其对性能损伤的影响规律.研究结果表明:提高再生混凝土的强度等级能有效地增大砂浆基体及界面过渡区的显微硬度;由C40废弃混凝土加工成的再生粗骨料,配制C30或C40再生混凝土,其薄弱界面为老骨料-新浆体界面;而配制的C50再生混凝土的薄弱界面则为老浆体-新浆体界面.