MDF水泥材料的强度理论模型研究进展

ＭＤＦ水泥材料已成为当代尖端胶凝材料的重要研究方向。本文综述了ＭＤＦ水泥材料的孔隙率与强度关系模型、断裂力学模型、纤维拔出模型、微观结构与化学反应模型等方面的强度理论研究进展。理论模型研究的发展,将为超高强水泥基材料的设计与制备提供指导。     

基于灰色理论的水稳碎石抗弯拉强度预估模型

材料组成对水泥稳定碎石抗弯拉强度有重大影响.应用灰色理论对水泥稳定碎石抗弯拉强度试验研究结果进行分析并建立强度预测模型.根据水稳碎石抗弯拉强度材料组成因素的灰色关联分析结果,选取影响最为显著的水泥剂量、水泥胶砂28 d强度,集料级配分形维数、集料级配分形相关系数、含水量和集料压碎值作为预测模型参数,建立了90 d抗弯拉强度预测模型并给出6参数模型简化式,适用性验证表明模型预测值与试验实测值满足误差要求,说明该模型具有良好的可靠性,可用于在材料组成设计中根据材料组成预估水泥稳定碎石90 d抗弯拉强度.     

硫酸盐环境下PVA-FRCC强度退化与寿命预测分析

为研究硫酸盐环境下PVA纤维增强水泥基复合材料(polyvinyl alcohol fiber reinforced composites composite,简称PVA-FRCC)强度退化机理和使用寿命,采用灰色理论GM(1,1)模型模拟硫酸盐环境下PVA-FRCC试件强度退化规律,分析硫酸盐干湿循环与长期浸泡两种侵蚀方式、纤维掺量、粉煤灰掺量对强度退化的影响,基于强度退化规律预测PVA-FRCC的使用寿命。结果表明:GM(1,1)模型能够很好地预测PVA-FRCC强度退化规律,模型精度高且稳定;PVA纤维掺量为1%时材料表现出较好的抗硫酸盐侵蚀能力,使用寿命较长;相比长期浸泡,干湿循环侵蚀方式可加速材料强度的退化,降低使用寿命;大掺量粉煤灰可提高材料抗压强度,从而改善PVA-FRCC的抗硫酸盐侵蚀性能,增加使用寿命。     

低干缩延性材料-混凝土复合梁抗弯性能

为研究延性材料对普通混凝土的增强增韧效果,本文采用低干缩高延性纤维增强水泥基复合材料(LSECC)与普通混凝土复合的方式,从试验与模拟两个方面研究了复合梁的抗弯性能．结果表明,在梁底复合低干缩延性材料后不仅可以提高梁的抗弯承载能力,还大幅提升了梁的延性．当LSECC的强度比上层混凝土的强度高时,复合梁的峰值荷载受LSECC层厚的影响明显,随着层厚的增加而增大．当上层混凝土的强度较高时,复合梁的峰值荷载随LSECC层厚度的变化不明显．基于开裂强度和材料应力裂纹宽度关系的抗弯模型可良好地预测不同材料复合梁的弯曲性能,模型结果与实测值吻合良好,可用于组合结构优化设计．     

水泥强度模糊映射预测方法研究

水泥是由多种元素化合物与矿物组成的复杂体系。在此体系中，检测指标与强度不存在一一对应的函数关系，它是一个群体型的模糊信息系统。本文提出的模糊映射模型认为水泥的每一检测指标值都映射着一个强度值，所有分强度值的总和就是其预测值，算例实证表明了本模型的有效性。本文的原理对其他复杂多元物体，如冶金、化工产品等，也将是有效的。     

水泥混凝土路面国产环氧沥青防水层的性能分析

为了确定环氧沥青防水层材料在水泥混凝土路面防水应用的适用性及耐久性,结合某特大桥的水泥路面防水层材料施工应用实践,开展了系列试验.结果表明：（1）国产环氧沥青材料、SBS改性沥青材料和FYT材料进行粘附强度对比,其平均抗剪强度依次为1.98、0.39、0.33 MPa; 20℃下拉拔强度分别为1.98、0.98、0.83 MPa; 50℃下其拉拔强度分别为0.73 MPa、流淌、0.08 MPa.（2）用中和与未中和的国产环氧沥青进行抗拉强度对比,20℃下未中和的环氧沥青与混凝土7、4d的拉拔强度分别仅为0.53、1.64 MPa; 20℃下中和的环氧沥青与混凝土7、4d的拉拔强度分别达到0.9、2.0 MPa,20℃下中和的环氧沥青与钢板之间的拉拔强度达到7.8 MPa.（3）用国产环氧沥青材料与美国环氧沥青材料进行短期老化试验对比,国产环氧沥青的粘度略有增加,变形性能变化较小,抗拉强度变化较大,而美国环氧沥青老化前后各项指标变化均很小.结果表明,国产环氧沥青防水材料的各项指标与其他防水材料的性能相比具有一定的优越性,能达到国家标准要求,将国产环氧沥青防水材料应用到水泥混凝土桥面防水是可行的.     

超细水泥注浆材料煤壁注浆加固试验研究

目前工作面煤壁注浆加固主要采用有机注浆材料,成本过高,普通水泥注浆材料在煤体中扩散性差,且与煤体黏接力小.将成本低廉的超细水泥注浆材料应用于煤壁注浆加固,研究了浆体黏度、凝结时间以及结石体强度等性能,并在山西晋煤集团赵庄煤业有限责任公司3305工作面撤架通道煤壁进行了注浆加固试验,结果发现,浆液凝结时间短,结石体强度达到9.6MPa,浆液扩散半径大于3 m,煤体黏接强度达到3.6MPa,证明超细水泥注浆材料可以在煤壁中良好渗透扩散,对控制煤壁片帮具有良好效果.     

超细粉煤灰高功能PRC材料的研究

用超细粉煤灰配制出超高强ＰＲＣ材料,优化设计采用三因子多水平的均匀设计,探索成型压力,粉煤灰掺量和粉煤灰颗粒分形维数对ＰＲＣ材料强度特征的影响规律,建立了相应的模型,配制了粉煤灰掺量为５０％,抗压强度为１５０ＭＰａ的ＰＣＲ。用白水泥,硫铝酸盐水泥和粉煤灰,配制出相应的超高强ＰＲＣ材料,为工程应用提供了重要的依据。     

水泥石膏材料相似模拟节理岩体有限元分析

水泥石膏材料（Cement Plaster）是模拟岩体的一种新型材料,其既保留了水泥砂浆流动性好的优点,又大幅度地提高了砂浆的抗压强度和抗剪强度,且破坏形式与实际岩体十分接近,是一种较好的相似材料。本文利用这种水泥石膏材料模拟单节理岩体,进行有限元分析,分别建立了不同节理倾角的三维岩体模型,进而讨论了其抗压强度的变化规律。研究验证了水泥石膏材料模拟岩体的可靠性,为进一步开展岩体的尺寸效应、分形节理岩体的力学性能等研究工作奠定了基础。     

锂渣粉对水泥性能的影响

主要研究了不同细度锂渣粉作为掺合料时对胶凝材料需水量、强度以及与外加剂适应性的影响和锂渣作为混合材对水泥物理力学性能的影响。研究结果表明:以不同细度的锂渣粉代替30%水泥,随锂渣粉细度增加,胶凝材料需水量增加,3 d强度大幅降低,28 d强度降低较小,这说明锂渣粉作为掺合料的掺量不宜过大;当外加剂掺量为胶凝材料的5‰、锂渣粉比表面积为901 m2/kg、锂渣粉代替12%水泥时,水泥与外加剂适应性较好。锂渣粉作为混合材掺量在6%以内,水泥的凝结时间正常,安定性合格,28 d强度满足P O42.5要求,早期强度稍低于对照组,但后期强度与对照组相当甚至高于对照组强度。     

高韧性水泥基材料基本性能研究

为研究高韧性水泥基材料养护龄期与其力学性能之间的关系,对不同纤维掺量的水泥基材料开展抗压、抗折性能试验,测定不同纤维掺量的混凝土在7d、14d、28d、35d的抗压强度和抗折强度,并与基准混凝土试块对比。结果表明:纤维的掺入能够较好地提高混凝土的力学性能,高韧性水泥基材料的抗压强度和抗折强度与基准混凝土相比差异较大;基体抗压强度增幅不高而抗折性能有较大提高,试验抗折强度最高提高92.32%;高韧性水泥基材料抗压强度与抗折强度均随养护龄期的增加而增大,适当延长养护龄期有利于提高高韧性水泥基材料的工作性能。     

粉尘类水泥基材料早期强度预测的试验研究

近年来粉尘类水泥基材料的应用越来越广泛.从试验方法、试验结果分析等方面进行了论述,介绍了其早期强度的推定情况.通过试验,主要对加速养护强度与28 d标准养护强度进行了对比,采用线性回归方法建立了强度关系式.结果表明,所建立的强度关系式能满足水泥基材料质量控制的要求,且线性方程计算简单,可以通过早期强度预测28 d抗压强度.     

低热水泥吸热储能材料研究

基于低热水泥吸热储能相变材料的作用原理,采用国标水泥水化热试验方法,分别对煤焦沥青、松香及石蜡3种相变材料进行了水化热和水泥石强度研究。研究表明,3种吸热储能相变材料中,松香与石蜡加入水泥浆中导致水泥石强度低于3.5 MPa,不能满足强度要求,而煤焦沥青水化的热温差为14.5℃左右,水泥石强度为4.8 MPa左右,符合低热水泥的标准,可以作为低热水泥外加剂。     

超细硅灰石粉体细度与活性的数学模型

本研究全面测试了超细加工的四种不同细度的天然硅灰石矿物的细度与活性，并用逐步回归分析的方法建立了粉体细度与活性的数学模型。研究表明，建立的二次数学模型模型能够准确地描述细度、掺量与水泥基材料各龄期的抗压强度、抗折强度、活性指标等相互之间的内在规律。     

水泥混凝土强度推定的多参数模型应用研究

为了提高超声法评定水泥混凝土抗压强度的精度,开展了水泥混凝土的多参数强度推定模型的应用研究。在声波传播过程中,由于混凝土物性以及检测距离的变化,除声速以外的其它声参数也会随之而变化,这种变化也应被考虑到强度推定的数学模型中。为此,通过理论分析建立相应的多参数数学模型,分别是声速、衰减系数Ⅰ与抗压强度,声速、衰减系数Ⅱ和抗压强度,及声速、衰减系数Ⅰ、衰减系数Ⅱ与抗压强度之间的3参数数学模型关系。与单参数模型的相关系数对比表明,多参数强度推定模型相关系数较高。     

纤维保水效应对失水成型水泥基材料强度的影响

通过室内自然失水成型和恒温干燥失水成型水泥基材料的强度试验,研究了聚丙烯纤维的保水效应对水泥基材料弯拉强度的影响。结果表明:与保湿成型养护相比,失水成型条件下普通水泥基材料的早期强度下降显著,而失水成型聚丙烯纤维水泥基材料的强度则降低较小;在相同失水环境下,聚丙烯纤维水泥基材料的早期强度相对普通组可提高30%~40%,纤维的保水效应及其对水泥基材料的增强作用显著。此外,纤维的保水、增强效果会随纤维体积掺量的不同而不同,就文中水泥净浆组的研究结果而言(纤维长为9mm),纤维体积掺量为0.4%时的增强效果最佳,然后依次是0.3%和0.1%,而纤维体积掺量为0.2%时的效果最差。     

粉煤灰对水泥稳定碎石材料力学性能的影响

针对国内外对于水泥粉煤灰稳定碎石材料的力学性能研究不够完善、系统,力学参数不够合理、材料无法推广应用等问题,通过系统研究粉煤灰对水泥稳定碎石材料的早期强度、长期强度、劈裂强度以及回弹模量等力学性能的影响,探讨了粉煤灰对水泥稳定碎石材料的力学性能影响规律,为水泥粉煤灰稳定碎石材料的改性机理研究、合理力学设计参数研究提供了必要的基础。     

120MPa超高强水泥基材料的研究

采用常规原材料，普通成型工艺，通过正交设计试验研究，配制出了抗压强度为120MPa的超高强水泥基材料，并给出了优选配比。超高强水泥基材料的杭压强度和抗折强度试验的极差方差分析结果表明：水胶比为影响超高强水泥基材料强度的最显著因素，超细掺合料硅灰的掺量和减水剂的掺量也有一定的影响。     

FRCC连梁核心筒数值模拟

根据纤维增强水泥基复合材料(FRCC)材性试验结果,建立该材料的应力-应变本构关系.运用有限元模拟软件ABAQUS建立钢筋混凝土核心筒数值模型CW-1,对模型在低周反复荷载作用下的抗震性能进行数值计算,计算结果与试验结果基本一致.将所建核心筒模型连梁材料由普通混凝土替换为同强度等级FRCC,进行数值计算.结果表明,用FRCC替代普通混凝土作为连梁基体,可以显著提高核心筒结构的延性和抗剪承载力,减缓刚度退化.     

混凝土材料的动态承载力与惯性效应

混凝土材料的宏观承载力包括材料的真实动态强度与惯性效应两部分,本文为了建立描述混凝土宏观承载力的物理模型,分析了材料真实动态强度与惯性效应的物理机制,建立了一个质量-阻尼元器件模型,进行了混凝土材料的SHPB数值实验.研究结果表明混凝土宏观承载力中的真实动态强度取决于材料特性及应变率的大小;惯性效应与应变率的梯度成正比例关系,而与应变率无关;提出的质量-阻尼元器件模型可以定性地表征混凝土材料的真实动态强度和惯性效应.