再生细骨料及其混凝土的微观结构特征

采用扫描电镜、能谱分析、X射线衍射、显微硬度和氮吸附等微观测试方法研究了再生细骨料及其混凝土的微观结构特征.研究结果表明:再生细骨料是一种组成复杂的、具有一定水化活性的和高渗透性的人造骨料,其主要矿物相为SiO2、CaCO3以及少量的C2S.再生细骨料混凝土内部水泥石孔隙较多,结构密实性较差,同时其与再生细骨料间存在较为明显的界面过渡区,该界面过渡区宽度较大,且界面过渡区两侧的骨料和水泥石的显微硬度均较低.再生细骨料的多孔结构,以及再生细骨料混凝土内部水泥石和界面过渡区微观结构缺陷是导致其大孔增多的主要原因,大孔的增多会对混凝土抗渗性产生不利影响.     

抛填骨料路面混凝土的研究

通过在路面混凝土中抛填一定量的粗集料,制成粗集料嵌锁型路面混凝土,并对其力学性能以及界面过渡区的显微硬度分布进行了研究。结果表明:抛填粗集料后,路面混凝土的7 d和28 d抗折强度有所提高,7 d和28 d抗压强度有显著提高,粗集料抛填量为8%～10%时强度达到最大值;掺粉煤灰的混凝土抛填骨料后强度有明显增加;抛填骨料路面混凝土的收缩率显著降低,弹性模量有所提高,显微硬度测试表明抛填骨料表面的界面过渡区比普通集料窄,且显微硬度更高。由此可见抛填干燥的骨料会吸收浆体水分,增强界面过渡区,有利于提高混凝土的性能。     

引气高性能混凝土显微结构研究

为了研究引气剂对高性能混凝土显微结构的影响,采用压汞法(MIP)、光学显微镜法、显微硬度仪、扫描电子显微镜(SEM)的手段分别对引气高性能混凝土的孔结构和界面过渡区进行了测试.结果表明:适量引气剂的引入改善了高性能混凝土的孔结构,使孔径得到了细化;同时改善了高性能混凝土的界面过渡区,使界面过渡区宽度缩短和界面过渡区水泥石结构更加致密,并使得界面过渡区与水泥石本体性质趋于均匀.     

钢筋非均匀锈蚀引发的混凝土保护层开裂细观数值研究

混凝土保护层锈裂严重影响钢筋混凝土结构的耐久性。为了研究混凝土保护层的锈裂行为,考虑到混凝土细观结构的非均质性以及钢筋锈蚀的非均匀性,将完好混凝土视为由骨料、砂浆和界面过渡区组成的三相复合材料,建立了细观随机骨料模型。在模型中,钢筋的非均匀锈蚀行为以施加非均匀径向位移的方式模拟,骨料的力学行为假定为弹性,砂浆和界面过渡区的力学特性采用塑性损伤模型来描述。在此基础上进行了中部钢筋非均匀锈蚀引发的混凝土保护层开裂行为的细观数值模拟;分析结果与已有文献中的试验结果吻合良好。另外,对比了均质模型和非均质模型中钢筋均匀锈蚀和非均匀锈蚀导致的保护层开裂模式;并探讨分析了保护层厚度和钢筋直径对保护层开裂模式、钢筋锈胀压力及保护层开裂时钢筋锈蚀率的影响。     

再生混凝土细微观结构和破坏机理研究

再生骨料相当于天然骨料表面附着了一层老砂浆,老砂浆力学性能相对天然骨料较差,造成了再生混凝土内界面过渡区的数量、分布和性能的不同,从而影响了再生混凝土的力学性能.首先通过试验方法研究了再生混凝土中老砂浆的含量和分布;利用扫描电镜考察了新老界面过渡区形貌的异同,分析了老砂浆对界面过渡区的影响;采用有限元软件ANSYS对再生混凝土细观结构的受力特征和破坏机理进行了初步分析.最后利用不同强度等级的废旧混凝土加工成再生粗骨料,制备成再生混凝土,测试其抗压强度和劈裂抗拉强度,验证了再生混凝土受力的破坏机理.     

水泥基粒状复合材料的数值仿真

为研究水泥基粒状复合材料的物理力学性能,采用一种自编的特殊算法生成任意形状的单个复合材料骨料颗粒,利用HADES堆积程序来形成材料结构(HADES是模拟任意形状的颗粒碰撞和堆积的程序).在此基础上加入骨料颗粒与水泥基之间的界面过渡区(ITZ),并采用专门的网格划分工具对粗骨料、水泥浆以及界面过渡区进行网格划分,最后进行有限元计算来得到水泥基复合材料的力学性质.以混凝土作为一种典型的水泥基复合材料进行模拟分析,得到不同骨料颗粒成份下混凝土弹性模量值为14.3GPa到22.9GPa,结果表明上述数值模拟方法可有效的对三相材料(水泥基、界面过渡区、骨料颗粒)构成的混凝土弹性模量进行预测.     

轻骨料性能对界面区微观结构的影响

目的研究不同吸水率轻骨料制备的混凝土中骨料-水泥石界面区的微观形貌、水化产物的钙硅质量比、水泥石的显微硬度以及孔结构等性能参数．方法采用扫描电镜（SEM）、X射线能谱分析（EDXA）、显微硬度以及孔结构等试验手段,并与普通骨料混凝土进行对比分析．结果轻骨料-水泥石界面区各项性能均优于普通骨料,轻骨料吸水率越大、表面越粗糙,界面区水泥石结构越致密,孔结构呈细化趋势,低、中、高吸水率轻骨料-水泥石界面区显微硬度较普通骨料分别提高15．8％、79．6％和96．3％,界面增强层厚度为40～60μm,并且,中、高吸水率陶粒混凝土中,距骨料-水泥石界面-10～0μm范围内具有一个明显的内增强层．结论轻骨料性能对界面区水泥石微观结构具有显著影响,中、高吸水率轻骨料可使界面区结构得以改善．     

相邻钢筋非均匀锈蚀引发混凝土保护层开裂的细观数值模拟

对2根相邻钢筋非均匀锈蚀膨胀引发的混凝土保护层破坏行为进行了细观数值模拟研究;考虑到混凝土细观结构非均质性的影响,将混凝土视为由骨料、砂浆和界面过渡区组成的三相复合材料,以施加强制位移的方式模拟钢筋的非均匀锈胀作用,建立了混凝土保护层开裂分析的细观尺度数值模型,并进行了影响参数分析。结果表明：细观数值模拟结果与已有文献中的试验结果吻合良好;相邻钢筋非均匀锈蚀时会发生内部裂纹相互贯通先于和落后于外部开裂2种破坏模式;钢筋直径不是影响混凝土保护层破坏的主要参数;混凝土保护层厚度主要影响外部开裂的发展;钢筋间距则主要控制内部裂纹的相互贯通。     

吸水树脂集料混凝土的力学与抗氯离子侵蚀性能初探

采用具有吸水膨胀-释水养护特性的球形吸水树脂集料(简称SAP)替代砂石骨料配制混凝土,以实现混凝土的原料减量化制备,适应远海岛礁等原料缺乏地区的施工需求。通过选用与SAP相同粒径分布的EPS颗粒作为对照组,初步探索了不同SAP、EPS颗粒体积掺量对混凝土强度与氯离子渗透性能的影响规律。结果表明,由于SAP的释水养护作用,在相同粒径与体积掺量下,SAP配制的混凝土强度与抗氯离子侵蚀性能均优于EPS混凝土,这主要是由于SAP集料释水后形成的界面过渡区较EPS颗粒周围界面过渡区更为致密,形成类似拱壳结构气孔,从而具有更好的力学与抗氯离子侵蚀性能。     

再生混凝土抗氯离子渗透的五相细观数值模拟

考虑到再生混凝土微细观结构的非均质性,建立了包括新、旧界面过渡区,新砂浆、旧粘结砂浆和天然骨料的再生混凝土五相模型。基于Monte Carlo理论,借助MATLAB软件平台开发了更贴近实际的再生混凝土凸多边形粗骨料分析模型。模型计算结果与试验结果相近,证明五相凸骨料细观模型能较好地预测再生混凝土中氯离子的渗透行为,进而定量分析了再生骨料混凝土特性因子对氯离子渗透的影响。研究结果表明:当再生粗骨料体积分数由0增至50%时,氯离子扩散系数和扩散深度分别增加102.0%和23.9%;当界面过渡区厚度从25μm扩大至100μm时,氯离子扩散深度和扩散系数分别增加13%和37.0%;当再生粗骨料含量较大时,旧粘结砂浆的增加会显著降低再生混凝土抗氯离子渗透性能,旧砂浆粘结率从0.1增加到0.4,氯离子扩散系数增加18.2%;新、旧界面过渡区和旧粘结砂浆是影响再生混凝土抗氯离子渗透能力的根本原因。     

Improvement of the FRP sheet bonded to concrete substrate by silane coupling agent

We experimentally studied the fine lightweight aggregate with the particle size range of 3.15-4.75 mm used as functional bridge between FRP sheet and concrete substrate. However, problems would appear and how to deal with the interfacial transition zone (ITZ) and make it stronger is the key point for this concept. Considering that silane coupling agent (SCA) can provide a better bond on a silicon-containing material surface, it was introduced as a modifying material to further improve the bond quality of the ITZ between lightweight aggregate and cement paste. Results indicated that the water absorptivity of lightweight aggregate can be controlled by SCA solutions, and the pull-off bond strength, mechanical strength, and microhardness were increased, which was attributed to the optimized microstructure under the condition of an appropriate concentration of SCA.     

基于多场耦合模型的混凝土冻融三维细观研究

基于蒙特-卡洛理论和工程粗骨料粒径分布情况,将骨料形状简化为球形,应用Matlab与Comsol Multiphysics接口进行二次开发,以生成区分骨料、界面过渡区（ITZ）和砂浆的混凝土三相三维细观模型. 采用改进的热-水-力耦合模型,将耦合模型与物理试验进行验证分析,结果吻合较好. 将该耦合模型应用于研究冻融作用下混凝土三维细观尺度的性能演化规律. 研究结果表明,当渗透率较高时,试件整体第一主应力急剧减小,且出现骨料受压而砂浆受拉的情况;当骨料体积分数增大时,试件应力整体呈现下降趋势. 砂浆渗透率和骨料体积分数对混凝土抗冻融性能的影响较大. 不同的ITZ线膨胀系数下混凝土应力变化不大,说明ITZ线膨胀系数对混凝土抗冻融性能的影响相对较小.     

混凝土界面体积百分比的计算方法

讨论了混凝土界面体积百分比的计算.根据混凝土细观结构模拟技术,提出了混凝面体积百分比的计算方法.计算结果表明,对于给定的骨料体积百分比,界面体积百分比着骨料最小直径的减小而增大;对于给定的骨料最小直径,界面体积百分比随着骨料体积百分比的增大而增大.基于这些模拟结果,给出了界面体积百分比的计算公式.     

Modificatin of ITZ Structure and Properties of Regenerated Concrete

1Introduction Increasingattentionispaidtotheinvestigationand applicationofregeneratedconcrete(RC)forthesustain abledevelopmentofsociety[13].TheRCispreparedwith demolitionwasteconcreteoroldconcreteastherecycled aggregate(RA).RAcontainsacertainamountofhard enedcementmortar,someofwhichhaveaformofinde pendentlumps,andothersadhereontothesurfaceofnat uralaggregate.SinceRAhasagreaterporosityanda higherwaterabsorptioncapacitythannaturalaggregate,whichhasagreaterinfluenceontheperformanceofRC;conse…     

老混凝土中骨料-水泥界面过渡区(ITZ)(Ⅱ)——元素在界面区的分布特征

利用电子探针（EPXM）对骨科颗粒和水泥浆体界面过渡区（ITZ）进行了研究，研究的重点是化学元素在ITZ附近的分布情况，试验结果表明：Ca、K和Fe有不同程度地集中于界面过渡区的趋势，而Si的浓度在界面处相对比较低，但随着远离界面其浓度逐渐升高。Mg、Al等元素在ITZ的局部出现，且有不连续分布的特点。通过对老混凝土中ITZ元素分布的分析，可以部分地了解混凝土内部所发生的离子和物质迁移，骨科和水泥浆体之间发生的化学反应，从而为评估混凝土的化学稳定性乃至其耐久性提供依据。     

Quantitative characterization and elastic properties of interfacial transition zone around coarse aggregate in concrete

Backscattered electron images (BSE) obtained by scanning electron microscope was used to quantitatively characterize the microstructure of interfacial transition zone (ITZ) in concrete. Influences of aggregate size (5, 10, 20, and 30 mm), water to cement ratio (0.23, 0.35 and 0.53) and curing time (from 3d to 90d) on the microstructure of interfacial transition zone between coarse aggregate and bulk cement matrix were investigated. The volume percentage of detectable porosity and unhydrated cement in ITZ was quantitatively analyzed and compared with that in the matrix of various concretes. Nanoindentation technology was applied to obtain the elastic properties of ITZ and matrix, and the elastic modulus of concrete was then calculated based on the Lu & Torquato model and self-consistence scheme by using the ITZ thickness and elastic modulus obtained from this investigation. The experimental results demonstrated that the microstructure and thickness of ITZ in concrete vary with a variety of factors, like aggregate size, water to cement ratio and curing time. The relative low elastic properties of ITZ should be paid attention to, especially for early age concrete.     

混凝土材料的细观结构数值模拟与性能分析

在细观上将混凝土看作是由粗骨料、水泥砂浆和界面三相介质组成的复合材料,根据体视学原理并应用蒙特卡洛方法模拟出混凝土的二维圆形骨料分布;应用理论公式计算出界面厚度,并将界面看作是包围在骨料外面的一层圆环,在细观上模拟生成混凝土的三相组成;基于骨料随机模型,应用有限单元法提出了混凝土稳态氯离子扩散系数的计算方法并与试验结果进行了对比。结果表明,该模型用于计算混凝土稳定氯离子扩散系数是有效的。     

Quantitative Analysis and Affecting Factors of the Overlapping Degree of Interfacial Transition Zone between Neighboring Aggregates in Concrete

Based on the nearest surface function formula, a quantitative formula to measure the overlapping degree between the interfacial transition zone (ITZ) of neighboring aggregate particles was put forward. The formula was further deduced to quantitatively analyze the influence of the volume fraction of aggregate, ITZ thickness and the maximum aggregate diameter on the overlapping degree between neighboring ITZ. The volume of ITZ was quantitatively calculated in actual concrete by comparing the nearest surface f...     

老混凝土中骨料-水泥界面过渡区(ITZ)(Ⅰ)——元素与化合物在ITZ的富集现象

利用扫描电子显微镜（SEM）、电子探针（EPXM）和电子能谱（EDXA）对骨料颗粒和水泥浆体界面过渡区（ITZ）进行了研究，研究的重点是老混凝土中骨料－水泥界面过渡区的微观结构特征和成份分布，结果表明，老混凝土由于在成熟度高，其ITZ中水化物十分丰富，密实度高。ITZ内部和外部的水化产物组成存在一定的差别，表现在Ca,K和Fe等元素富集于ITZ，而Si元素在此区域的含量相对较低，对于特定的元素或物质在ITZ中的富集现象的研究，有助于提高对混凝土材料稳定性的认识。