混凝土在蒸养过程中的变形性能

为掌握蒸养过程中温度变化下混凝土的变形规律,改善蒸养混凝土的体积稳定性,采用改进的非接触式混凝土变形测试系统,研究了不同成分的混凝土在升温、恒温及降温等蒸养各阶段下的总变形和自收缩变形行为,分析了矿物掺合料、纳米颗粒、超吸水性树脂等对蒸养过程中混凝土变形的影响规律。结果表明,蒸养过程中混凝土变形呈现明显的三阶段变化特征,即升温期的快速膨胀变形阶段、恒温期的变形缓慢降低阶段以及降温期的变形快速下降阶段。相比于常温条件,蒸养过程中混凝土的自收缩变形速率显著增加,水灰比、粉煤灰、矿渣、纳米二氧化硅及超吸水性树脂的掺入均对蒸养过程中的混凝土的膨胀变形和自收缩变形有较大影响。     

钢纤维-橡胶/混凝土单轴受压全曲线试验及本构模型

将钢纤维(SF)掺入橡胶混凝土中,能够改善由于橡胶颗粒掺入导致的强度降低,并进一步增加延性。为研究SF-橡胶/混凝土的抗压性能,配制得到SF体积分数分别为0vol%、0.5vol%、1.0vol%和1.5vol%及橡胶颗粒等体积替换砂率为0%、10%和20%的10组SF-橡胶/混凝土试件,并进行单轴受压全曲线试验。结果表明:SF的桥联作用及其与橡胶颗粒的协同作用可改善混凝土的抗压性能,试件破坏呈明显延性特征。随SF掺量的增加,SF-橡胶/混凝土试件的抗压强度及弹性模量均明显增大,其相应峰值应力的应变及全曲线峰值后延性也相应增加;随橡胶颗粒掺量的增加,SF-橡胶/混凝土试件相应峰值应力的应变及全曲线峰值后延性增加,而抗压强度及弹性模量有所减小。在已有研究基础上,通过曲线拟合试验数据,提出适用于SF-橡胶/混凝土的单轴受压应力-应变全曲线数学表达式,模型与试验结果吻合较好,为此类混凝土的结构分析设计提供了理论基础。      

养护温度对长江下游疏浚超细砂浆特性影响机制

为了实现长江下游疏浚砂的综合利用，拓展细骨料来源，研究不同养护温度对不同疏浚砂掺量砂浆特性的影响。以疏浚砂为原料，设计了3种不同疏浚砂掺量的砂浆配合比，研究了40、60、80、90℃4种养护温度对不同龄期抗压、抗折强度的影响，并结合X射线衍射、热重-差示扫描量热、扫描电镜、压汞测试，分析了不同养护温度及不同疏浚砂掺量砂浆的微观结构。研究结果表明：随着养护温度升高，砂浆内部水化产物分布不均匀，阻碍了后续的水化反应，砂浆的抗压、抗折强度总体上先增大后减小，养护温度越高，蒸养损伤越大；疏浚砂颗粒粒径极小，具有良好的填充效果，适量掺入疏浚砂能提高体系的密实度，同时还能减少有害孔和多害孔的数量，进而提高砂浆的力学性能；蒸养条件下，砂浆孔结构缺陷增多，疏浚砂的优化作用被放大，一定程度上可以抵消蒸养带来的部分不利影响，随养护温度的升高，疏浚砂对抗压强度的提升率逐渐降低，最大能提升31.35%，对抗折强度的提升率先增大后减小，最大能提升14.29%。     

橡胶混凝土的抗裂性能和弯曲变形性能

通过净浆、砂浆和混凝土3 个层面的试验研究, 探讨了橡胶混凝土的抗裂性能和弯曲变形特性。根据圆环试件的开裂时间, 对3 种水灰比( 0. 3, 0. 4, 0. 5) 水泥净浆中掺入不同体积含量橡胶颗粒( 10%, 15%, 20%,30% , 50%) 后的开裂敏感性进行了对比分析。结果表明, 在水泥净浆中掺入橡胶颗粒可以显著延缓试件的开裂时间, 提高抗裂性, 延缓时间随着橡胶颗粒掺量的增加和水灰比的增大而延长。弯曲试验考察了4 个橡胶颗粒体积含量( 8%, 16%, 21. 4%, 32%) 砂浆试件和3 个橡胶颗粒体积含量( 10%, 12. 5%, 15%) 混凝土试件的弯曲变形性能。结果表明, 含橡胶颗粒的砂浆试件和混凝土试件在弯曲过程中会产生明显的塑性变形, 试件不会在承受最大荷载时产生脆性断裂, 而是经过较大的塑性变形后延性破坏。与基准试件相比, 砂浆试件和混凝土试件破坏时的极限变形值均有大幅度提高。      

蒸养温度效应及其对水泥基材料热伤损的影响＊

采用温度传感器测试了水泥基材料在标养和蒸养条件下温度的变化,结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)及压汞(MIP)等方法,研究了水化产物和微结构的变化。结果表明,蒸养中试件表层首先开始升温,升温结束时表层温度比内部高约30℃;随后内部升温超过表层,恒温3h,内部温度比表层高约25℃。蒸养温度效应对水化产物的生成未产生较显著的影响,但对表层孔结构和微观形貌影响显著。蒸养结束时,试件表层的总孔隙率以及大于200nm的有害孔比例分别是内部的1.22倍和10.3倍;继续标养至28d时有效降低了总孔隙率,但大于200nm的有害孔比例仍为标养试件的1.6倍。     

地应力对混凝土材料中爆炸应力波传播影响规律研究

为研究山体、坝体等自然环境下不同地应力水平对爆炸应力波传播的影响,采用数值模拟技术对不同地应力条件下混凝土试件进行爆炸模拟试验。通过对混凝土试件边界处施加不同大小的应力,观察了在不同地应力下试件承受爆炸荷载后的破坏现象;通过改变模型单边地应力数值设置对照组,随后对不同模型施加相同爆炸荷载,得到了试件中各预设的4个测点的峰值应力及质点运动速度。借助试验中测点峰值应力与质点运动速度等爆炸波特征参数的变化,进而分析了不同地应力大小对爆炸应力波传播的影响。结果表明：地应力对爆炸应力波的影响主要表现为在高地应力水平下的“抑制传播”与低应力水平下的“促进传播”。爆炸过程中,爆炸应力波与地应力的叠加耦合增大了测点峰值应力强度,反之,高地应力抑制了介质颗粒的位移,从而降低了质点运动速度。研究从不同地应力水平对爆炸应力波的传播影响角度入手,创新性地分析了地应力对应力波的抑制作用,其结果可为深地下钻孔爆破过程中破坏区的预判,地下结构抗爆防护等方面提供一定的理论依据。     

免蒸养超高性能混凝土-既有混凝土界面粘结性能试验研究

免蒸养超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete, UHPC)在常温养护下具有超高强、超耐久等优异性能，其与普通混凝土(Normal concrete, NC)界面的粘结性能是保证免蒸养UHPC加固NC结构获得良好性能的重要因素。为研究免蒸养UHPC-NC界面粘结性能，设计直剪试验，分析免蒸养UHPC龄期、NC强度、NC表面处理方式和界面粘结剂对界面粘结性能的影响，提出了免蒸养UHPC-NC界面粘结-滑移本构模型，并给出相关刚度系数建议值。结果表明：免蒸养UHPC-NC试件界面破坏模式主要分为粘结界面破坏、粘结界面和NC破坏、NC破坏及NC和UHPC破坏；刻槽组较凿毛组试件具有明显的开裂阶段，表现出一定的延性且具有更高的粘结强度，最大提高量为183.7%;界面使用SiKa 32LP结构胶时，其粘结强度为4.91 MPa,是其他界面粘结剂试件粘结强度的两倍以上。因此，当采用免蒸养UHPC加固NC构件时建议NC表面刻槽和采用SiKa 32LP结构胶。     

蒸养过程中水泥基材料抗拉性能试验研究

针对蒸养过程中水泥基材料抗拉强度小、位移和变形导致难以直接测量等问题,本工作提出采用直接拉伸试验结合DIC技术的方法研究蒸养过程中水泥基材料的抗拉性能,主要考虑了两种养护制度(蒸汽养护、干养护)和两种辅助胶凝材料(矿粉、粉煤灰).同时采用滴定的方法测量了蒸养过程中氢氧化钙(CH)的含量变化.研究结果表明,通过本工作提出的试验方法可以测定早龄期蒸养水泥基材料的抗拉应力-应变曲线;蒸养过程中水泥基材料抗拉强度ft的发展明显滞后于CH的生成,在本工作的辅助胶凝材料掺量和养护条件下,lgft与CH的浓度呈线性关系;粉煤灰和矿粉掺入均会降低胶凝材料的水化速度和抑制净浆抗拉强度的发展,其中粉煤灰的抑制效果更明显;水蒸气对掺加辅助胶凝材料的净浆水化速度影响较大,在蒸养构件生产中应该考虑这一点.     

基于对混凝土破损过程的模拟研究

从细观力学层次出发,把混凝土看作是由骨料、砂浆基质及两者之间的界面过渡区组成的三相复合材料,通过引入细观损伤变量及损伤变量的演化规律模拟了混凝土的破坏过程。首先生成骨料位置随机分布且颗粒级配符合Fuller曲线的数值试件,然后对每一相材料分别赋以服从Weibull分布的随机力学参数(弹模、强度和泊松比等)并规定相应的破坏准则,将通过上述途径获得的混凝土数值试件导入有限元软件Abaqus进行数值模拟。与实验结果的对比显示,提出的随机损伤数值模型能够较好地模拟混凝土板式试件在单拉、单压下的应力-应变关系曲线以及混凝土中裂纹的萌生、开裂过程。     

SHPB劈裂试验下橡胶水泥砂浆的动态力学、能量特性及破坏机理试验研究

基于静载巴西劈裂原理,开展了橡胶水泥砂浆的分离式霍普金森压杆(SHPB)劈裂试验,对其动态力学、能量特性及破坏机理进行了研究.根据损伤力学,从强度和能量的角度分析了橡胶掺量、养护湿度和冲击荷载对水泥砂浆动态劈裂损伤的影响,并探讨了三种损伤因素下的六种损伤路径.结合圆盘试件的破坏模式,建立了冲击劈裂简化平面理想受力模型,分析了破裂方式-Ⅰ和破裂方式-Ⅱ两种截然不同的动态劈裂方式,并初步探讨了破裂方式-Ⅱ下圆盘试样的破坏机理.结果表明,掺入橡胶颗粒和降低养护湿度均降低了水泥砂浆的动态劈裂拉伸强度;普通水泥砂浆和橡胶水泥砂浆有着相同的应力率和应变率演化趋势;掺入橡胶颗粒和降低养护湿度均在一定程度上阻碍了能量在水泥砂浆圆盘试件中的传递;不同的单一损伤因素和复合损伤因素对水泥砂浆圆盘试样造成的动态劈裂损伤不同;在较大的冲击荷载下,圆盘试样会因"三角形压碎区"、"劈裂拉伸区"和"弯曲断裂区"的形成而被破坏.最后,从细观的角度分析讨论了界面过渡区(ITZ)对SHPB劈裂下橡胶水泥砂浆强度和抗冲击性能的影响.     

橡胶粒径和掺量对水泥基材料收缩和抗开裂性能的影响

本文考虑了粉末状和颗粒状两种典型粒径的橡胶,定量研究橡胶粒径和掺量对水泥基材料收缩和抗开裂性能影响。采用直接测量长度的方法研究橡胶对水泥基材料自由收缩的影响;采用圆环约束收缩实验方法研究橡胶对水泥基材料约束收缩和抗开裂性能的影响。试验结果表明:橡胶的掺入会加剧水泥基材料的自由收缩。橡胶掺入量相同时,掺入橡胶粉末的水泥基材料比掺入橡胶颗粒的水泥基材料自由收缩率高。橡胶的掺入会抑制水泥基材料的约束收缩和开裂。橡胶掺入量相同时,掺入橡胶粉末的水泥基材料比掺入橡胶颗粒的水泥基材料抗开裂性能好。     

混凝土材料层裂强度的实验研究

利用Φ74大尺寸Hopkinson压杆和混凝土长杆试件研究了混凝土材料的层裂强度及其应变率效应.入射的压缩波通过压杆透入试件并反射成拉伸波而形成层裂.实验中采取在试件上多点贴应变片,讨论了应力波在混凝土试件中传播的波形弥散和幅值衰减,并在考虑了损伤演化影响的基础上确定了试件材料的层裂强度.对某种普通混凝土在不同应变率下的测试显示层裂强度受应变率影响明显.结果表明,本文提出了一种测定混凝土层裂强度的有效方法.     

掺入橡胶颗粒混凝土的抗压性能实验研究

把橡胶加入到混凝土中可以增加其韧性,耐磨性,抗震性。本文通过胶粒代替不同体积的沙制成标准试块,研究了橡胶掺量对抗压强度的影响。将废旧橡胶轮胎破碎后掺入到混凝土中,能改善混凝土的性能同时又能解决大量废旧橡胶的回收问题,所以橡胶混凝土的研究和应用正成为热点。     

不同初始损伤混凝土动态轴向拉伸试验研究

利用MTS-NEW810动态试验机,通过对30根混凝土棱柱体试件施加应力幅值为1 kN到5 kN、频率为5 Hz、应变速率为10~(-4)/s的5组不同循环荷载,研究不同初始损伤对混凝土棱柱体试件动态轴向拉伸特性的影响。研究结果表明,遭受初始损伤程度越严重,混凝土棱柱体试件动态轴向拉伸破坏断面越整齐,且破坏断面粗骨料被拉断数目越少;随着初始损伤程度的增加,混凝土棱柱体试件逐渐产生有不可恢复变形,随着损伤程度的增加,不可恢复变形的增幅明显增大;初始损伤程度对混凝土棱柱体试件动态拉伸应力应变关系曲线上升段影响较小;混凝土棱柱体试件动态轴向拉伸强度和峰值应变均受初始损伤程度影响不大。     

钢纤维-橡胶/混凝土抗剪性能试验

抗剪强度和剪切韧性是反映构件在复合受力状态下承载能力及耗能能力的重要指标。为研究钢纤维(SF)-橡胶/混凝土的剪切性能,设计了14组SF-橡胶/混凝土试件,通过双面剪切试验,研究了SF体积分数掺量、橡胶掺量和水胶比对SF-橡胶/混凝土试件的抗剪性能及剪切破坏形态的影响。研究表明:SF的桥联作用及其与橡胶颗粒的协同作用可显著改善混凝土的抗剪性能。SF对SF-橡胶/混凝土试件的抗剪性能起主导作用,SF-橡胶/混凝土试件的抗剪强度、峰值变形及剪切韧性相比普通混凝土及橡胶/混凝土试件均显著提高,且增幅随SF掺量的增加而增大,剪切破坏呈现出明显的延性特征。当SF体积分数为1.5vol%时,橡胶掺量(等体积取代砂取代率)为10%的SF-橡胶/混凝土试件的抗剪强度、峰值变形相比橡胶/混凝土分别提高了78%、63%。橡胶对SF-橡胶/混凝土试件的抗剪性能也起到辅助作用,SF-橡胶/混凝土试件的剪切韧性及延性相比SF/混凝土试件进一步增加。采用水胶比优化设计后,随着橡胶掺量的增加,SF-橡胶/混凝土的抗剪强度、峰值变形及峰值前剪切韧性可基本保持不变,而峰值后韧性指标进一步增加,增幅可高达96%。根据试验结果,考虑橡胶及SF掺量的影响提出了SF-橡胶/混凝土的抗剪强度计算式。      

热养护UHPC后期水稳定性

热养护能够提高超高性能混凝土(UHPC)的早期力学性能和促使UHPC的水化,但也带来了UHPC后期水稳定性问题.本文通过力学性能、SEM、XRD和孔结构分析研究了20℃标养、90℃蒸汽养护和250℃干热养护三种养护制度下试件接触水和隔绝水时对UHPC长期力学性能和微观结构的影响,结果表明:20℃标养和90℃蒸养下接触水分和隔绝水分对于试件的强度和微观结构影响较小,接触水分能够更好地提高试件的后期强度;250℃干热养护下,接触水分则会显著增加试件的微观孔隙,导致试件在后期出现明显的强度倒缩,引起严重的水稳定性问题.     

钢纤维和碳纤维的混合效应对高性能混凝土力学性能的影响

通过在混凝土基体中加入一种纤维和混合纤维,制备了高性能混凝土试件和混合纤维高性能混凝土试件.通过劈裂抗拉强度试验和落锤冲击试验,研究了单掺钢纤维、单掺碳纤维和混合纤维对高性能混凝土试件劈裂抗拉强度和抗冲击性能的影响,分析了混合效应对试件力学性能的增强作用.劈裂抗拉强度试验结果表明,只掺入碳纤维,且碳纤维掺入量为1％时,...     

聚乙烯醇纤维混凝土温度疲劳损伤演化声发射监测技术研究

本文通过对掺入聚乙烯醇（PVA）纤维的混凝土试件进行温度疲劳声发射试验,来研究PVA纤维混凝土损伤演化机理。首先,通过温度疲劳试验,得到了PVA纤维混凝土损伤实时的声发射监测数据;然后,基于试验全过程的声发射特征信号,根据声发射能量、计数相关图,并通过比较不同掺量PVA纤维混凝土声发射信号,揭示了PVA纤维混凝土的损伤演化过程;最后,利用裕度指标分析声发射信号,对混凝土的损伤程度做出定性的评估;此外,通过计算声发射特征信号的Kurtosis指标和b值指标,发现PVA纤维混凝土的温度疲劳有三个明显的损伤阶段。     

复合材料高温强度测试分析及数值模拟

对碳纤维环氧树脂复合材料T300/AG80的力学性能进行了测试与计算.采用QBT-70-400x高低温测控系统与万能试验机相结合,得到了材料在不同温度下的拉伸破坏强度和有效弹性模量,分析了温度对材料力学性能的影响,并结合试件破坏断口形貌分析了试件的损伤模式及破坏机理.以试验所得纵横向有效弹性模量为基础,参考其它实测热物理参数,用有限元方法对试件拉伸过程进行了数值模拟分析,将计算结果与试验结果相对比,数据基本吻合.分析试验和数值结果可知,温度升高所带来的温度应力和环氧树脂软化分解是材料力学性能下降的主要原因,但受温度影响的试件破坏模式的差异对材料力学性能的影响也很明显.     

混凝土SHPB试验的数值模拟

利用有限元分析软件LS-DYNA对混凝土的分离式霍普金森压杆(SHPB)冲击压缩过程进行了数值模拟,再现了混凝土试件在冲击试验过程中的应力波形、应力波震荡现象、应力-应变曲线以及试件的破坏过程,模拟结果与试验实测结果具有较好的类似性。模拟研究还发现:在SHPB冲击试验的过程中,混凝土试件内部应力波经历了多次来回震荡后近似稳定,混凝土试件的破坏稍微滞后于应力峰值,混凝土试件的破坏是从周边脱落开始,最后发展到试件中间。