低收缩高模量超高强混凝土制备技术研究

针对超高性能混凝土(UHPC)胶凝材料收缩大,弹性模量低等问题,通过添加玄武岩粗骨料和高强细骨料制备出具有高弹性模量(>54 GPa)、低收缩(<300με)和超高强(>150 MPa)的UHPC,并研究粗骨料掺量与细骨料种类对UHPC力学性能及收缩的影响。结果表明:随着粗骨料掺量的增加(0~800 kg/m3),UHPC抗压强度先提高后降低,静力受压弹性模量几乎呈线性提高;粗骨料掺量为0~200 kg/m3时,UHPC的抗弯拉强度变化较小,粗骨料掺量在200~800 kg/m3增加时,UHPC的抗弯拉强度明显降低;随粗骨料掺量的增加(0~800 kg/m3),UHPC的收缩逐渐减小,粗骨料掺量为600 kg/m3时,180 d收缩值为292με,仅为无粗骨料时的72.7%。     

粗骨料UHPC的基本力学性能及弯曲韧性评价方法

为探究粗骨料UHPC的基本力学性能及自由收缩性能,进行基本力学性能试验及自由收缩试验,并与钢纤维混凝土、UHPC的性能进行对比。评议现有纤维混凝土弯曲韧性评价方法的优点和不足;提出可量化确定UHPC梁弯拉初裂点的偏移法;分别从能量和等效弯拉强度两个角度优化UHPC弯曲韧性的评价方法,并对3种混凝土的弯曲韧性进行评估。研究结果表明：相比于UHPC,粗骨料UHPC的弹性模量提高了10%,立方体抗压强度降低了15%,抗弯拉强度降低了6%;粗骨料UHPC的抗弯拉强度为钢纤维混凝土的1.8倍。0～91d 龄期范围内,粗骨料UHPC的自由收缩量与钢纤维混凝土基本相同;3d 和91d龄期的粗骨料UHPC的自由收缩量相比UHPC分别降低了63%和55%;通过添加粗骨料可降低UHPC早期收缩开裂的风险。提出的UHPC弯曲韧性评价新方法,克服了现有评价方法的不足,适用性强,可评价UHPC梁受荷全过程的弯曲韧性。粗骨料UHPC和UHPC的弯曲韧性明显优于钢纤维混凝土;相比UHPC,粗骨料UHPC的峰前弯曲韧性指数与峰前弯曲韧性比最大降幅分别为28%和22%;峰后弯曲韧性指数与峰后弯曲韧性比降幅均在11%以内。     

钢纤维高强轻骨料混凝土力学性能的试验研究

轻骨料混凝土强度的提高导致了其脆性性能的增加,掺入钢纤维能对轻骨料混凝土起到增强、增韧效果。通过试验系统研究了LC50高强轻骨料混凝土在钢纤维体积率为0、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%时的基本力学性能,包括立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折初裂强度、抗折强度、静力受压弹性模量、泊松比和弯曲韧性等,并与国内外一些相关试验的结果进行了比较。试验结果表明:掺入钢纤维提高了轻骨料混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度和静力受压弹性模量,显著提高了轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度、抗折强度和弯曲韧性。掺入钢纤维与否,以及采用轻骨料还是普通碎石骨料对混凝土的泊松比无明显影响。     

粗骨料对钢纤维混凝土性能影响的试验研究

通过直接以普通混凝土配合比为基体组成不进行基体材料的调整配制钢纤维混凝土试验，研究了在用水量、钢纤维长径比和体积率变化条件下粗骨料对薄板剪切型钢纤维增强混凝土的拌合物工作性能及立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗拉强度和弯拉强度的影响规律。结果表明，在连续级配粗骨料的最大粒径为16～25mm、钢纤维长度与粗骨料最大粒径之比为1．28-2．0、钢纤维体积率为．05％~2．5％范围内，钢纤维混凝土拌合物的坍落度随着粗骨料粒径的增大而增大，钢纤维在基体混凝土拌合物中的“棚架”效应导致了钢纤维混凝土拌合物坍落度降低，在基体混凝土易于振动成型的这况下，这种效应迅速减弱而不明显影响钢纤维混凝土的振动成型。粗骨料粒径变化对钢纤维混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗拉强度和弯拉强度的影响规律基本上不受用水量、钢纤维长径比和体积率变化的影响。     

PVA纤维高强混凝土的力学性能试验研究

对体积掺量为0～1.5%、基体强度为110MPa以上的PVA纤维高强混凝土(PFRHSC)进行了立方体抗压、轴心抗压、劈裂抗拉、抗弯性能和弹性模量的测试,并对PFRHSC梁弯曲韧性进行了试验研究。试验结果表明,PFRHSC立方体抗压强度和轴心抗压强度随纤维掺量的增加有一定的降低,弹性模量随着材料抗压强度的降低略有增加;PVA纤维对PFRHSC的劈裂抗拉、抗弯强度有显著的增强作用。     

钢纤维改善轻骨料混凝土力学性能的试验研究

研究了钢纤维掺量不同(体积分数分别为0,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%)的钢纤维轻骨料混凝土(SFLWC)静态力学性能和自由落锤抗冲击性能,其中的静态力学性能包括立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折初裂强度、抗折强度、静力受压弹性模量、抗折模量和弯曲韧性等.试验结果表明:掺入钢纤维能显著提高轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度、抗折强度、弯曲韧性和抗冲击性能,但对轻骨料混凝土的抗压强度和弹性模量影响较小.另外,钢纤维的掺入提高了轻骨料混凝土的拉压比,很大程度上改善了轻骨料混凝土的脆性.     

再生废砖粗骨料混凝土基本力学性能研究

进行了再生废砖粗骨料混凝土基本力学性能的试验,主要研究了与普通混凝土强度等级相同条件下再生废砖粗骨料混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量。试验结果表明:再生砖粗骨料混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量均要低于普通混凝土,其主要原因可能为再生砖粗骨料强度较低;再生砖粗骨料混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度与普通混凝土的破坏形式相类似。     

再生粗骨料含量对混凝土力学性能的影响

本实验目的是研究再生粗骨料取代原来混凝土中石子的含量后对混凝土力学性能的影响,再生粗骨料的来源为废弃混凝土。将其按要求压碎后以0~100%的取代率(中间级差为10%)取代原混凝土中的石子含量,得到11种再生混凝土。在每种取代率的混凝土下制作3个标准混凝土立方体试块(150 mm×150 mm×150 mm),3个标准混凝土棱柱体试块(150 mm×150 mm×300 mm),3个尺寸为150 mm×150 mm×550 mm试件共得到33个标准混凝土立方体试块,33个标准混凝土棱柱体试块,33个150 mm×150 mm×550 mm试件。然后按照标准试验方法进行力学性能试验。通过实验测得不同再生粗骨料取代率下再生混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗折强度、应力应变变化曲线、弹性模量等力学性能指标之间的关系。实验结果表明:当粗骨料取代率不断增加后,再生混凝土立方体抗压强度与轴心抗压强度呈现不断上升趋势,抗折强度呈现先上升后降低趋势,而弹性模量总体呈现下降趋势。综合考虑再生混凝土基本力学性能指标和经济性能指标,建议以30%~40%作为再生混凝土的最优取代率。     

含粗骨料超高性能混凝土的制备及其性能研究

针对超高性能混凝土(UHPC)胶凝材料用量大、非绿色化、成本高、自收缩大等问题,通过引入5～10 mm粒径的粗骨料,采用普通河砂代替石英砂,并优化钢纤维体积掺量,成功制备出了经济环境效益良好、性能优良的含粗骨料超高性能混凝土(UHPC-CA)。研究了粗骨料掺量对UHPC-CA工作性和力学性能的影响,并与UHPC性能进行了对比分析。结果表明:UHPC-CA的流动性能相比UHPC有所降低,粗骨料掺量为675 kg/m3的UHPC-CA能保持良好流动性能,但随着粗骨料掺量的增加,流动性降低的十分明显;UHPC-CA抗压强度、抗折强度低于UHPC,弹性模量则高于UHPC,不同粗骨料掺量UHPC-CA力学性能变化并不明显;UHPC-CA抗氯离子渗透性能和抗冻性能表现良好,但是不如UHPC优异;掺入粗骨料能够改善UHPC-CA的自收缩性能,相比UHPC,其早期自收缩率明显降低。     

钢纤维轻骨料混凝土力学性能的试验研究

将钢纤维掺入轻骨料(人造膨胀珍珠岩)混凝土成为钢纤维轻骨料混凝土,它集中了钢纤维混凝土和轻骨料混凝土的优点,弥补了普通混凝土存在的抗拉强度低和自重大等不足。本文对这种新型混凝土材料的力学性能开展初步研究,针对试验中得到的钢纤维轻骨料混凝土的立方体抗压强度、劈拉强度、抗折强度、轴心抗压强度和弹性模量等进行讨论,分析钢纤维体积率的变化对钢纤维轻骨料混凝土力学性能的影响,给出相应的计算表达式,以利于其在工程实践中的推广和应用。试验结果表明,采用轻骨料和加入钢纤维后,混凝土的强度和变形等力学性能的改善效果十分明显。     

基于2D随机骨料模型的C80混凝土参数分析

利用DIGIMAT和ABAQUS联合建立细观混凝土2D随机骨料模型,模拟了粗骨料的分布、形状、含量以及界面过渡区性能、孔隙率对C80高强度混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量和劈裂抗拉强度的影响,并将模拟结果与各参数对低强度混凝土的影响进行比较。结果表明:粗骨料的分布模式对混凝土的基本力学性能几乎没有影响,不同分布形式下混凝土立方体抗压强度最大相对误差为4.18%; 不同形状的粗骨料对混凝土力学性能有着不同的影响,圆形和椭圆形状粗骨料的模拟结果与试验值更为接近; 不同骨料含量下混凝土立方体抗压强度呈现出先减小后增大的趋势,轴心抗压强度则是先减小后增加再减小,劈裂抗拉强度在粗骨料含量为33%时达到最大值4.61 MPa,之后便逐渐降低; 随着孔隙率的增加,混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度和弹性模量均逐渐减小,劈裂抗拉强度在孔隙率为1.5%时降低较多,孔隙率为2%时有所上升。     

无机聚合物轻骨料混凝土基本力学性能试验研究

通过试验研究了无机聚合物轻骨料混凝土(Inorganic Polymer Lightweight Aggregate Concrete,简称IPLAC)的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗压强度和弹性模量等力学性能,分析了水胶比、砂率、预吸水对无机聚合物轻骨料混凝土的力学性能和表观密度的影响。试验结果表明:水胶比大于0.38时,无机聚合物轻骨料混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量随着水胶比的降低而增加,水胶比小于0.38时其影响不再明显;砂率存在最优砂率为40%;轻骨料经预吸水处理的无机聚合物轻骨料混凝土28 d抗压强度较高;本试验的无机聚合物轻骨料混凝土的表观密度为1 834~1 893 kg/m~3,比强度为18.21~23.57((N/m~2)/(g/m~3))。     

石粉含量对人工砂全再生粗骨料混凝土力学性能影响研究

为研究石粉含量对不同强度等级人工砂全再生粗骨料混凝土力学性能的影响规律，设计并制作了标准立方体和棱柱体试件各90个进行基本力学性能测试；分析了石粉含量对C25、C35、C45这3种强度等级人工砂全再生粗骨料混凝土抗压强度(f_cu)、轴心抗压强度(f_c)、劈裂抗拉强度(f_t)和弹性模量(E_c)的影响规律，提出了抗压强度与其他性能指标的换算关系。结果表明：随着石粉含量的增加，3种强度等级下f_cu、f_c和f_t均呈先提高后降低趋势，但不同强度等级下E_c呈现不同的变化规律；石粉含量介于10%～15%之间时3种强度等级下混凝土的各项力学性能指标均较优；人工砂全再生粗骨料混凝土的弹性模量约为普通混凝土弹性模量的2/3。     

再生骨料混凝土不同龄期的力学性能

将废旧混凝土试块破碎加工成再生粗骨料,按照与天然粗骨料颗粒级配相一致的原则重新配制,然后以0％(质量分数,下同),50％和100％这3种粗骨科取代率、相同配合比配制再生骨料混凝土(RAC),测试其不同龄期的力学性能.结果表明:随着粗骨料取代率的增加,相同养护龄期的RAC立方体抗压强度、轴心抗压强度以及弹性模量均有不同程度降低;RAC的7d抗压强度增长较快,360 d抗压强度较28d的提高34.4％～47.8％;28 d轴心抗压强度与相同龄期的立方体抗压强度呈线性关系;弹性模量随养护时间的延长有所提高,与天然骨料混凝土(NAC)相比,RAC的360 d弹性模量降低13.9％～24.2％.     

钢纤维轻骨料混凝土准静态力学性能研究

采用NYL-2000型压力试验机和SHT4106型电液伺服万能试验机,分别对基体强度等级为LC60,钢纤维体积率(Vf)为0~3%的钢纤维轻骨料混凝土(SFRLAC)进行立方体抗压、劈拉、轴压试验,测得SFRLAC立方抗压强度、劈拉强度、轴压强度和应力-应变曲线。试验结果表明:随Vf的增加,SFRLAC抗压强度逐渐增大,但增幅有限,劈拉强度增幅明显,最大可达122%;钢纤维的掺入可显著提高基体轻骨料混凝土(LC)的韧性,弹性模量也随Vf的增大缓慢增长,但增幅逐渐减小。观察其破坏形态可发现:钢纤维的掺入改善了LC的脆性破坏形态,使其具有一定的塑形破坏形态,且Vf越大,其塑形破坏体现越明显,破坏程度越小。     

微孔混凝土基本力学性能试验研究

研究了以球形与柱形两种黏土陶粒为粗骨料的微孔混凝土的基本力学性能,讨论了表观密度与各力学性能的相关性,分析了轴心抗压强度、抗拉等强度性能、变形性能与立方体抗压强度的量化关系。试验结果表明,微孔混凝土表观密度在600~1 200 kg/m~3时,拉压比为7%~15%,折压比为5%~13%,弹性模量为6×10~2~7.5×10~3 MPa,泊松比为0.18~0.31;在本试验条件下,以球形黏土陶粒为粗骨料的混凝土的力学性能优于使用柱形陶粒的情况。     

钢纤维混凝土基本力学性能试验研究

为使钢纤维混凝土在工程结构中得到有效的应用,对不同体积掺量的钢纤维混凝土的立方体抗压强度、劈裂强度、轴心受压应力-应变关系曲线及弹性模量等进行了试验研究,分析了钢纤维掺量对钢纤维混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度及弹性模量的影响。研究结果表明:当钢纤维体积掺量为1.5%时,28 d混凝土立方体抗压强度增加23.8%,劈裂抗拉强度提高78.7%;对混凝土轴心受压强度和弹性模量有一定程度的增加,但增幅较小;不同掺量的钢纤维混凝土试件泊松比在0.17～0.20之间变化。     

含粗骨料UHPC的强度尺寸效应与性能研究

研究了胶凝材料组成比例、钢纤维类型（平直型、端钩型）对含粗骨料超高性能混凝土（UHPC）强度尺寸效应、工作性和收缩性能的影响,分析了减缩剂掺量（0～2.0%）对含粗骨料UHPC收缩性能、力学性能、抗氯离子渗透性能和孔结构的影响。结果表明：适当增加粉煤灰掺量有利于改善含粗骨料UHPC的工作性,降低收缩;掺入钢纤维降低了含粗骨料UHPC的工作性,但抑制了收缩,且端钩型钢纤维抑制效果更显著;掺入1%钢纤维能够有效降低含粗骨料UHPC的强度尺寸效应,且平直型钢纤维的降低效果更好;掺入减缩剂明显降低了含粗骨料UHPC的收缩,但会使抗压强度降低,总孔隙率增大,抗氯离子渗透性能变差。     

含小型粗骨料UHPC板抗弯性能研究

研制新型的含小型粗骨料UHPC板,提升传统大跨径组合梁斜拉桥普通混凝土桥面板的抗弯性能。通过对含小型粗骨料UHPC进行基本材料性能研究,以及对含小型粗骨料UHPC板试件进行抗弯试验,材性试验探究含小型粗骨料UHPC材料的本构关系、弹性模量和终凝后的干燥自收缩等,发现在UHPC中添加小型粗骨料后,UHPC在抗压性能方面得到提高,减小终凝后的干燥自收缩,但会降低一定的抗弯拉强度和韧性;含小型粗骨料UHPC板试件的抗弯试验探究了试件的荷载 挠度关系与弯矩 最大裂缝宽度关系。发现UHPC板试件具有较高的开裂强度,结构破坏呈现出多裂缝发展。抗弯试验、有限元分析和承载力公式计算结果表明：含小型粗骨料UHPC板具有较好的抗弯、抗裂性能,但计算承载能力时应充分考虑添加小型粗骨料后对结构拉伸性能降低的影响。     

海水海砂再生混凝土的基本力学性能

利用海水、原状海砂及再生粗骨料,制备了设计预期强度为C20~C50的海水海砂再生混凝土。通过240个标准立方体(150 mm×150 mm×150 mm)和96个棱柱体(150 mm×150 mm×300 mm)试件,完成了工作性能、立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度以及弹性模量试验,研究了海水海砂再生混凝土的基本力学性能;最后基于试验数据,得到了海水海砂再生混凝土立方体抗压强度与轴心抗压强度关系公式以及弹性模量与轴心抗压强度关系公式。结果表明:海水海砂再生混凝土工作性能良好,C40和C50强度等级的坍落度比一般再生混凝土分别提高5%和33%;立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度随着龄期变长而增加,且长期强度趋于稳定;与普通混凝土相比,海水海砂再生混凝土7 d立方体抗压强度提高13%~52%,28 d抗压强度降低约5%,90 d抗压强度降低约15%,180 d抗压强度降低18%~29%;海水海砂再生混凝土28 d弹性模量比普通混凝土略有降低,降低幅度在14%以内;再生粗骨料对混凝土力学性能、工作性能的影响大于海水海砂。