循环荷载作用下超高性能混凝土的轴拉力学性能及本构关系模型

对具有不同拉伸应变特性(应变强化和应变软化)的超高性能混凝土(Ultra high performance concrete, UHPC)进行了单调和循环荷载作用下的直接拉伸试验。试验结果表明:应变强化UHPC基体开裂后进入多点微裂纹分布的应变强化段,达到极限抗拉强度后进入单缝开裂的应变软化段;应变软化UHPC基体开裂后直接进入单缝开裂的应变软化段;循环荷载下两种类型UHPC的轴拉应力-应变曲线包络线与单调荷载下的应力-应变曲线基本一致;基于刚度退化过程建立了两种类型UHPC的轴拉损伤演化方程,根据实测应力-应变曲线和试件的裂缝分布形态建立了两种类型UHPC的轴拉本构关系模型,与试验结果基本吻合;采用能量法研究了应变强化UHPC两阶段轴拉本构关系在数值计算时的等效方法。最后,通过无筋应变强化UHPC抗弯试验梁的数值模拟对本文建立的应变强化UHPC轴拉本构关系模型和损伤演化方程及相关假定进行了验证,结果表明本文建立的应变强化UHPC轴拉本构模型能较好地预测UHPC弯拉构件的极限承载力,轴拉损伤变量能在宏观层面上较好地反应试件的裂缝分布状态。      

喷射混凝土抗冻性及冻融损伤力学行为实验研究

为系统研究喷射混凝土抗冻性能,采用快冻法,对普通喷射混凝土及钢纤维喷射混凝土进行快速冻融实验,并与同配合比模筑混凝土进行对比,研究模筑混凝土与喷射混凝土抗冻性能差异;而后对冻融循环后试件进行微观结构观察,分析其性能劣化机理。结果表明,随着冻融循环次数增加,试件相对动弹性模量、质量损失率、立方体抗压强度及劈裂抗拉强度呈下降趋势,且模筑混凝土性能衰减程度远大于喷射混凝土。而此时试件内部微气孔相互连通继而发展成为微裂缝,凝胶体在冻胀压力及过冷水渗透压作用下结构酥松且部分流失,进一步加剧试件性能劣化速度;钢纤维的加入可显著改善喷射混凝土内部微观孔结构,提高其抗冻性能。同时,对冻融循环50,100,150及200次后试件进行轴心抗压强度实验,分析冻融损伤对试件应力-应变曲线的影响。随着冻融损伤的加剧,试件弹性模量及峰值应力减小,峰值应变和极限应变增大,应力-应变曲线趋于扁平。经相同冻融循环次数作用时,钢纤维喷射混凝土峰值应变和极限应变增大,说明钢纤维的掺入可显著提高喷射混凝土延性及韧性。     

持续荷载作用下砂浆裂缝的自修复性能及其评价指标

以高吸水树脂为自修复剂,以表面裂缝愈合率（γ）和强度恢复率（η）为砂浆裂缝自修复性能的评价指标,对比研究了预裂龄期为7 d和28 d时,不同持续荷载作用对砂浆裂缝自修复性能的影响。结果表明：相较预裂龄期为28 d的砂浆组,预裂龄期为7 d的砂浆组自修复效果较好;持续压荷载下,砂浆裂缝的自修复效果较好,其η比不受荷载作用的试件分别增大3.2%(7 d预裂龄期)和9.3%(28 d预裂龄期);持续弯曲荷载和持续扭荷载作用不利于砂浆的自修复,其中持续弯曲荷载的不利影响较为显著,持续弯曲荷载作用下,其η比不受荷载作用的试件分别低43.5%(7 d预裂龄期)和47.3%(28 d预裂龄期)。微观测试表明,砂浆裂缝中的自修复产物主要是碳酸钙,且主要集中在裂缝开口位置附近,因此采用γ作为自修复评价指标有可能高估自修复效果。     

常温养护型超高性能混凝土的圆环约束收缩性能

研究了HCSA膨胀剂3种掺量(0%、3%、6%)下常温养护型超高性能混凝土(Ultra high performance concrete,UHPC)的圆环约束收缩性能,包括:(1)UHPC轴拉应力应变曲线测试;(2)根据GB/T50082的UHPC自由收缩实验;(3)根据ASTM C1581的UHPC圆环约束实验。结果表明,3种UHPC的极限拉伸应变均高于3 000με,28d总收缩值分别为1 005.6με、600.0με、462.2με,并且在圆环约束作用下转化为残余应变、弹性拉应变和塑性拉应变,其中塑性拉应变分别为700.4με、437.9με、389.9με。3种UHPC在拉伸应变达到1 000με时及圆环约束实验中均未发现0.01mm以上的可检测裂缝。基于拉伸实验和声发射损伤分析方法对UHPC进行应变分析,可知具有应变强化段的3种UHPC在圆环约束实验中的塑性变形以小于0.01mm的多点分布微裂纹形式存在。通过添加HCSA膨胀剂对常温养护型UHPC进行收缩补偿,可有效地降低UHPC自身的拉应力以及对原有结构的影响。     

高延性纤维增强偏高岭土-粉煤灰基地聚合物在不同环境下的自愈合性能

在1%、2%及3%不同程度预加单轴直接拉伸应变破坏下,研究了3天、7天及28天龄期的高延性聚乙烯醇（PVA）纤维增强偏高岭土-粉煤灰基地聚合物（PVA/MK-FA EGC）在空气中和干湿循环条件下的裂缝分布及自愈合性能。结果表明：PVA/MK-FA EGC结合了传统高延性纤维增强水泥基复合材料（ECC）及地聚合物二者的优点,表现出了明显的多缝开裂特性和应变硬化行为。2~5 mm的裂缝间距、小于25 μm的最大残余裂缝宽度给裂缝的自愈合提供了更加有利的条件。带缝试件在不同环境中自愈合后,裂缝数量大大下降,极限拉伸应变可达3.8%以上,大部分试件的极限拉应变及最终应力均能超过对比试件,空气中的养护环境更加有利于PVA/MK-FA EGC材料的自愈合。裂缝内颗粒表面覆盖有凝胶状的地聚合产物,可能增强了体系中的纤维/基体界面,使力学性能恢复。     

动静态成型条件下预裂水稳碎石的力学特性

利用静压与振动压实两种方式制备骨架密实型水稳碎石试件,在养护初期对其实施预裂。研究了不同成型方式下,经早期预裂处理后水稳碎石的预裂程度发展规律、力学、干缩和抗裂性能。结果表明:试件预裂程度在振动作用下先增大后减小,在达到最大预裂程度前,静压试件预裂程度高于振动试件;在相同预裂参数下,振动试件自愈性能优于静压试件,静压试件的抗拉强度指标表现最差;预裂处理后最大可分别降低振动和静压试件35.8%和35.3%的干缩应变;试件经预裂处理后抗裂性能提升2～3倍;试件振动成型更易形成"水泥-粗集料-细集料"的稳定结构和理想的预裂纹;最佳预裂参数为振动成型,预裂时间2 d,预裂程度30%。     

基于数字散斑相关法的聚合物改性沥青混合料抗裂性能

为分析冻融循环对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）和橡胶粉（CR）改性沥青混合料抗裂性能的影响,首先,分别对盐溶液冻融循环和水溶液冻融循环改性沥青混合料进行了半圆试件弯拉试验,同时采用数字散斑相关法（DSCT）对加载过程试件表面的散斑图像进行处理,提取试件表面随着载荷变化的位移场和应变场信息;然后,通过分析变形场信息确定沥青混合料的抗裂性能,并与断裂韧性试验结果进行对比。结果表明:水平应变较适合用于对沥青混合料的抗裂性能开展特性研究;由水平应变-时间曲线可知,冻融循环后SBS和CR改性沥青混合料的抗裂性能均有所劣化,且盐溶液冻融循环对沥青混合料抗裂性能的影响要大于水溶液冻融循环的;与SBS改性沥青混合料相比,CR改性沥青混合料的抗裂性能较好。所得结论表明DSCT的分析结果与断裂韧性试验的分析结果一致,采用DSCT评价沥青混合料的抗裂性能是可行的。      

硅烷防水剂改性CNT/水泥基复合材料的抗冻分析

通过采用3因素3水平的正交试验方法分别考察水灰比(W/C=0.3、0.32、0.35)、碳纳米管(CNT)掺量(wCNT=0.1%、0.2%、0.3%)、KH550掺量(wKH55=0.1%、0.3%、0.5%)对硅烷防水剂改性CNT/水泥基复合材料(rCNTRC)试件抗冻融破坏的影响。通过快冻法分析质量损失率(MLR)、相对动弹模量损失(RDM)指标测试rCNTRC的抗冻融循环能力。结果表明:W/C=0.32,wCNT=0.3%,wKH55=0.1%的抗冻性能最好,经150次冻融循环后,F10组的rCNTRC试件的MLR和RDM分别降低1.05%和18%左右。为发展抗冻性能优良的水泥基本征传感器提供了可能。     

聚丙烯纤维水泥基复合材料的抗冻性能研究

为改善桥梁伸缩缝处混凝土结构的冻害问题,本试验成功制备了加入聚丙烯纤维的超韧性水泥基复合材料(PP-ECC),对其进行了抗冻性能研究,采用先干搅再湿搅的搅拌工艺,并以试件质量损失为评价指标,分析了冻融循环条件下材料的抗冻性能;以抗压、抗折、抗拉等指标为依据,研究了该复合材料经受不同冻融次数后的力学性能变化,并对PP-ECC的体积膨胀变形进行了时程分析。结果表明,随着冻融次数的增加,抗压、抗折、抗拉强度呈下降趋势,试件质量损失逐渐增大;冻融体积膨胀应变随着冻融温度的交替升降也呈现出时程规律性变化,此外,最大膨胀应变随着冻融次数的增加而明显增大。最后通过在相同冻融循环次数后与普通混凝土相对比,可知PP-ECC材料的基本性能指标,包括质量损失率、抗压强度、极限抗拉强度、极限拉应变、抗折强度以及抗冻融体积膨胀变形性能等仍能保持较高的水平,极限拉应变是普通混凝土的120～400倍,有显著的拉伸韧性,并且300次冻融循环后PP-ECC的质量损失率低于5%,该研究成果可为PP-ECC在国内寒冷地带桥梁伸缩缝无缝化的推广应用提供一定的理论参考。     

高海拔寒冷地区混凝土抗冻耐久性试验研究

高海拔寒冷地区具有海拔高、气温低、昼夜温差大等特点。在冻融循环作用下，高海拔寒冷地区混凝土结构容易发生损伤而影响建筑物使用年限，当损伤严重时甚至威胁建筑物的安全。为了研究高海拔寒冷地区混凝土的工作性能、力学性能、抗冻耐久性以及冻融损伤机理，在某高海拔寒冷地区桥梁施工项目制作了4种不同混凝土试件，开展了混凝土冻融循环试验，并对不同冻融循环次数下的高寒混凝土试件进行了核磁共振试验。结果表明：从宏观力学性能来看，高寒引气减水混凝土的抗冻耐久性表现最佳。同时，4种高寒混凝土试件的抗冻耐久性与混凝土内部的小孔(<0.01μm)和中孔(0.01μm～0.05μm)所占比例密切相关，即高寒混凝土内部的小孔和中孔所占比例越大，混凝土抗冻耐久性越好。     

超高性能混凝土与普通混凝土的黏结抗冻性能

对147个超高性能混凝土与普通混凝土的100mm×100mm×100mm立方体黏结试件进行了冻融循环后的黏结性能研究,测量了冻融后试件的相对动弹性模量、质量损失率以及劈裂抗拉强度,研究了超高性能混凝土中的钢纤维掺量、普通混凝土的强度等级、黏结面形式、试件的浇筑方向等因素对黏结试件抗冻性能的影响。结果表明,冻融循环结束后,所有黏结试件中的超高性能混凝土部分都没有出现损伤,超高性能混凝土可以作为普通混凝土结构的理想外围护材料;随着冻融循环次数的增加,黏结试件的相对动弹性模量逐渐减小,质量损失率先降低后增加,黏结试件的劈裂抗拉强度线性下降;影响黏结试件冻融后劈裂抗拉强度下降速度的关键因素是超高性能混凝土中的钢纤维掺量和黏结面的形式。     

活性粉末混凝土的层裂性能研究

采用60%的超细工业废渣取代水泥制备了一种生态型的活性粉末混凝土(RPC),采用分离式霍普金森压杆装置对不同纤维掺量的RPC材料进行了层裂性能实验.研究得出了入射波强度和冲击次数对层裂过程中应力波传播的影响规律.按一维弹性波理论编写了入射压缩波和反射拉伸波在试件自由端附近相互作用的程序,计算出试件自由端附近拉应力的分布,由试件的层裂位置得到材料的层裂强度.结果表明,随着入射波强度的增加和冲击次数的提高,材料的拉伸损伤逐渐增加,反射拉伸波的强度逐渐降低.RPC材料层裂强度和破坏形态具有明显的应变率效应,层裂强度和破坏程度随着应变率的提高而增加.通过纤维的增强作用,层裂裂缝的宽度和深度都降低了.     

预裂水泥稳定碎石的自愈行为及作用机理

为了研究预裂水泥稳定碎石(PCSM)自愈合行为及相关机理,对混合料的结构类型、水泥用量、成型方式、预裂实施时间以及预裂程度对PCSM自愈合性能的影响情况进行分析,对各试件预裂缝进行观测,并基于正交试验建立了PCSM自愈控制模型.研究结果表明:水泥用量、混合料结构类型对PCSM自愈性能影响不显著;振动压实成型(VCM)试...     

龄期和砂子对SHCC单轴拉伸性能的影响

应变硬化水泥基复合材料(SHCC)优越的抗拉性能和超强韧性显著改变了传统水泥基材料的脆性特征,在工程上有很好的应用前景。通过试验研究了龄期和砂子类型对SHCC单轴拉伸性能的影响。结果表明,SHCC试件的初裂强度随龄期的延长逐渐增大,由3d的2.23MPa增大到28d的4.71MPa;而其韧性随龄期延长逐渐减小,极限拉伸应变由3d的3.24%降低为28d的1.93%;普通河砂、不同粒径石英砂对SHCC单轴拉伸性能及裂缝宽度带来不同影响,粒径越小的石英砂配制的SHCC越能表现出准应变硬化特性和优异的裂缝无害化分散能力,最大粒径为0.15mm石英砂配制的SHCC极限应变达5.24%,裂缝宽度控制在30~90μm。该研究为SHCC材料在实际工程中的应用提供了量化的性能参数依据。     

3D打印再生粗骨料混凝土抗冻性能试验研究

3D打印技术在建筑领域得到显著发展,为解决混凝土3D打印行业实现可持续发展。通过对再生粗骨料(RCA)取代率为0%、50%、100%的3D打印试件和铸模试件进行抗冻性能研究,结合3D打印再生粗骨料混凝土(3DPRAC)界面过渡区的电镜扫描分析其劣化成因。结果表明,在前200次冻融循环中RCA的掺入并没有明显降低3D打印混凝土的质量和动弹模量;在600次冻融循环后RCA为100%掺量的3D打印再生混凝土抗冻性能表现优于RCA掺量为50%。基于3D打印再生混凝土逐层堆叠的建造特点,提出了3DPRAC孔隙区域集中分布模型,揭示了3DPRAC冻融损伤劣化机理。建立的冻融损伤模型能够较好地反映3DPRAC抗冻性能变化规律。     

水分与冻融环境下岩石动态拉伸试验及细观分析

利用直径为100 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置与电液伺服压力试验机,进行不同含水率及冻融环境下砂岩试件的动静态劈裂抗拉试验,而后对试件破坏断口进行电镜扫描观察(SEM),立足于细观尺度分析断口形貌特征,并对断口裂隙网络进行量化处理。试验结果表明:饱水、冻融循环处理均会削弱岩样的静动态拉伸强度,其中动态拉伸强度表现出显著的应变率增强效应;基于动态拉伸强度定义软化系数与抗冻系数,该软化系数随应变率的增长近似指数下降,而抗冻系数随应变率的增长近似指数上升;红砂岩破坏断口细观形貌特征主要有3类,分别对应不同的宏观力学性质。以裂隙网络的面积作为损伤变量,探究动态劈拉破坏中的水-应变率效应、冻融-应变率效应对岩石内部损伤扩展的影响,并基于此分析了不同状态下红砂岩的动态劈裂破坏机理,对寒区岩体工程的建设、后期维护具有一定指导意义。     

克裂速纤维增强混凝土抗裂性能

用聚丙烯纤维来防止混凝土的早期塑性收缩裂缝是近年来为解决混凝土裂缝难题而采取的新措施。研究了两种聚丙烯纤维(Cemfiber和DF)的掺量、纤维种类等参数对塑性收缩裂缝的影响规律;分别采用圆形、平板状试件来研究砂浆、普通混凝土和高性能混凝土的抗裂性能。研究结果表明:(1) 聚丙烯纤维可以显著提高混凝土抗裂能力,纤维掺量越高,抗裂能力越强;(2) 为防止裂缝,应该尽可能降低水泥用量和提高骨料用量;(3) 聚丙烯纤维提高混凝土抗裂能力的主要原因是纤维提高混凝土的早期应变能力、减小收缩应变、提高塑性抗拉强度和减小毛细管的表面张力。     

AA5182铝合金两步高速拉伸的试样设计及其性能研究

目的 提高铝合金塑性成形性能,解决高速成形贴模缺陷.方法 设计一种两步高速拉伸试样,在液压式伺服高速拉伸机上开展2次拉伸实验,并采用非接触式光学测量技术(Digital image correlation,DIC)测量全场应变,利用数值模型确定拉伸速度,获得期望的预拉伸应变率和应变.将单次高速拉伸性能与2次不同应变率和...     

硅灰掺量对应变硬化水泥基复合材料裂缝控制能力的影响

目前,大跨度、高强度、高质量的建筑物层出不穷,这就要求建筑材料性能在强度和韧度上需同步提升。应变硬化水泥基复合材料(SHCC)具有显著的准应变硬化特性和优异的裂缝无害化分散能力,而硅灰的掺入可以显著提高水泥浆体的强度。通过对三组不同硅灰掺量试件单轴拉伸应变硬化过程及裂缝宽度分布情况的测定,结果表明:硅灰的掺入可以显著提高材料的初裂强度,100kg/m3硅灰掺量对材料初裂强度提高了将近1倍,且三组试件的极限应变均达到了5%以上。但硅灰的掺入对应变硬化水泥基复合材料裂缝控制能力造成了负面影响,100kg/m3硅灰掺量试件的裂缝宽度比0硅灰配比试件裂缝宽度增大了3倍左右。     

玄武岩纤维对煤矸石陶粒混凝土抗冻性的影响

为促进废弃煤矸石在寒冷地区的建材资源化利用,研究了煤矸石陶粒作为粗骨料对混凝土抗冻性能的影响,探究了玄武岩纤维对煤矸石陶粒混凝土抗冻性能提升的效果。试验共设计了4种类型混凝土,纤维体积掺量分别为0%,0.1%,0.2%和0.3%。采用快速冻融循环试验,比较了纤维掺入对基体动弹性模量的影响规律,同时,利用图像识别技术引入分形维数定量表征试件冻融损伤程度。之后,开展了毛细吸水试验,对比了冻融损伤后基体的累积吸水量和毛细吸水系数的变化规律。结果表明,玄武岩纤维的加入能显著提高煤矸石陶粒混凝土的抗冻性能。随着纤维掺量的增加,煤矸石陶粒混凝土的动弹性模量损失率降低,基体表面冻融剥蚀明显缓解,引入分形维数可以定量地分析煤矸石陶粒混凝土外观形貌的变化规律。冻融损伤后,基体毛细吸水能力显著提高,而在相同的冻融循环下,基体的毛细吸水能力随着玄武岩纤维掺量的增加而降低。