超高性能混凝土工作及力学性能分析北大核心

为研究水胶比、减水剂和矿物掺合料掺量对超高性能混凝土(UHPC)工作性能的影响以及水胶比、矿物掺合料和钢纤维掺量对UHPC力学性能的影响,分别进行净浆流动度试验和UHPC抗折、抗压强度试验。结果表明:提高水胶比和增加粉煤灰掺量可以改善浆体的流动性,但会降低UHPC的抗折强度和抗压强度;增加矿渣粉掺量可以在改善浆体流动性的同时,提高UHPC后期的抗折强度和抗压强度;随着硅灰掺量的增加,浆体的流动性不断降低,而UHPC的抗折强度和抗压强度呈现先上升后下降的趋势,当硅灰掺量为25%时,UHPC的强度达到峰值,抗折强度和抗压强度分别提高23.7%和32.0%;钢纤维掺量的增加会提高UHPC强度,当掺入2%的钢纤维时,UHPC的抗折强度与抗压强度分别提高39.7%和59.1%。综合考虑,建议硅灰掺量在20%~30%之内为宜,矿渣粉掺量不超过30%,粉煤灰掺量不超过20%,钢纤维掺量宜取2%。     

利用未淡化海砂配制超高性能混凝土的研究

利用未经淡化处理的海砂配制了超高性能混凝土(UHPC),并研究了不同水胶比、砂胶比、胶凝材料体系、钢纤维掺量、养护制度对海砂UHPC的流动度、抗压强度、抗折强度的影响。试验结果表明:海砂UHPC的最优水胶比、砂胶比和纤维体积掺量分别为0.16、1.0和1.5%,最佳的胶凝材料体系组成是水泥、降黏剂和硅灰分别70%、15%和15%,最合适的热养护制度是70℃蒸汽养护;按照上述参数配制的海砂UHPC力学性能完全符合相关标准的要求。     

石屑制备超高性能混凝土力学性能试验研究

使用破碎、筛分后的废弃石屑代替石英砂作为骨料制备超高性能混凝土(UHPC)。基于单因素分析试验,研究了各因素(水胶比、胶集比、减水剂掺量、钢纤维掺量)对石屑UHPC抗压强度、抗折强度及流动度的影响规律,考查了四种不同养生方式下石屑UHPC力学性能的变化。结果表明,当胶集比、水胶比、减水剂掺量、钢纤维掺量分别为0.63、0.2、2.1%和1.5%时,石屑UHPC的力学性能和工作性能最优,7d抗压强度最高为113.7MPa,抗折强度为35.2MPa;分析应力-应变曲线发现,掺加钢纤维不仅可以提高石屑UHPC的力学强度,还能显著提高石屑UHPC的韧性和残余抗压强度;经过水浴养护、干热养护和水浴+干热组合养护后,石屑UHPC的抗压强度分别提高了5.7%、27.1%和40.3%,但热养护对抗折强度影响不大。     

钢纤维掺量对超高性能混凝土性能影响的试验研究

通过纤维掺量的调整以及规范的制备流程,研究不同强度系列的超高性能混凝土制备技术,并对比分析了不同强度下超高性能混凝土的新拌浆体性能、力学性能以及耐久性能。结果表明:控制纤维体积掺量在1.5%～5.0%范围,可实现系列化UHPC制备;纤维显著影响UHPC新拌浆体扩展度及容重,但对含气量影响较小;UHPC抗压强度、抗弯强度、拉伸强度与纤维掺量呈正相关,静弹性模量与纤维掺量无明显作用关系;系列UHPC抗压强度均有明显的尺寸效应;混凝土拉伸性能与试件的尺寸及加载方式有关,劈拉抗拉评价方法数据离散性小,而单轴抗拉评价方法试验数据离散性高,结果准确获取难度大; UHPC氯离子扩散系数低于普通混凝土2个数量级,具有较好的耐久性能,可满足超高强、高耐久的性能要求。     

常温养护超高性能混凝土弯拉性能及轴拉本构模型

根据水化反应方程和紧密堆积理论确定了常温养护下超高性能混凝土(UHPC)的基础配合比,基于此考虑水胶比和钢纤维掺量设计了8组UHPC抗弯试件。通过四点弯曲试验,分析了试件的受弯破坏形态、荷载-挠度曲线、弯拉特征参数和弯曲韧性等;基于试验结果采用倒推方法得到了UHPC轴拉应力-应变曲线,采用回归分析提出了考虑纤维特征的轴拉本构模型,并经过材料和构件两个层次的验证。结果表明：掺加钢纤维可抑制主裂缝的发展,从而明显改善UHPC的抗弯韧性,钢纤维掺量为2.0%的UHPC弯曲韧性指数达到116.9 J;随着水胶比增大,试件抗折强度和峰值挠度均呈下降趋势;增大钢纤维掺量明显提升了试件弯曲性能,掺入2.0%钢纤维的UHPC与未掺纤维相比,其初裂挠度和抗折强度分别提升157.14%和148.63%;当纤维含量为1.5%～2.0%时,试件具有良好的弯拉性能;水胶比对曲线平台段趋势影响不大,纤维掺量大于1.0%时曲线具有较明显的应变硬化特征,可保证UHPC良好的抗拉性能,其应变硬化特征随着纤维掺量增大而变得更明显;所提模型对UHPC受拉应力-应变关系具有较好的预测性。     

配比参数对UHPC流动性及抗压强度的影响试验研究

提出了与超高性能混凝土(UHPC)特点相适应的体积法配比计算方法,研究了硅灰掺量、粉煤灰掺量、钢纤维体积掺量、水胶比4个配比参数对UHPC流动性及抗压强度的影响规律及机理。结果表明:硅灰和钢纤维对UHPC的抗压强度有较为明显的改善作用,但掺量过大时会引起流动性的大幅下降,带来强度增长边际效应;30%以内掺量的粉煤灰对UHPC的抗压强度无显著影响。水胶比过低时UHPC的流动性损失较大,UHPC在成型过程中引入缺陷的概率增大,抗压强度并未出现提高。硅灰和钢纤维对UHPC抗压强度的增强机理在于钢纤维阻碍了受压过程中裂缝的扩展,硅灰的存在增大了UHPC浆体与钢纤维间的界面粘结力,从而提高了钢纤维阻滞裂缝扩展的能力。     

超高性能混凝土配合比设计与抗压强度试验研究

目前超高性能混凝土(UHPC)的配合比研究多集中在不含粗骨料的活性粉末混凝土(RPC)上,而在RPC中掺入粗骨料可以降低成本并且减少混凝土的收缩,但是关于含粗骨料的超高性能混凝土(CA-UHPC)的配合比的研究相对较少。以原材料、生产成本和生产工艺三方面为影响因素,对UHPC发展应用的影响进行探讨,并依此给出了较为经济合理的UHPC配合比设计,考虑施工现场环境条件并简化了养护工艺,制作了38组(共计114个) UHPC立方体试块,研究了水胶比、硅灰掺量、钢纤维掺量、粗骨料掺量以及养护条件等对UHPC抗压强度的影响规律并进行分析。基于试验结果给出了最优的钢纤维掺量及粗骨料掺量。     

钢纤维搭配对超高性能混凝土拌合物性能的影响

通过设计不同水胶比、钢纤维掺量下超高性能混凝土(UHPC)配合比,比较了T_(200)与min-v漏出时间和流动度的关系,发现T_(200)能较好反映UHPC黏度的变化,与流动度共同表征UHPC的流变性能。采用较短纤维替代长纤维,其质量比小于0.75时,随着短纤维的加入能降低UHPC的黏度;当超过0.75后,长短钢纤维的"墙体效应"作用对流动度的贡献作用降低明显。长短纤维搭配能提高UHPC的综合性能。随着纤维影响因素(k)的增加,流动度先增加后降低;k值的变化与抗压强度和抗折强度呈良好的线性关系。     

超高性能混凝土三轴受压力学性能及破坏准则

为研究超高性能混凝土(UHPC)三轴受压力学性能及破坏准则，考虑围压、钢纤维体积掺量和长径比、聚丙烯纤维体积掺量等主要因素，设计制作39个超高性能混凝土圆柱体试件。通过常规三轴受压试验，考察UHPC三轴破坏形态，分析三轴应力-应变关系全曲线，揭示强度和变形性能指标变化规律，提出考虑纤维特征参数的UHPC多轴破坏准则。结果表明：三轴应力状态下UHPC的破坏形态均呈剪切型，围压对裂缝形成与分布影响显著；UHPC三轴受压全过程曲线分为线弹性段、非线性硬化段和应变软化段三部分；施加围压和掺入钢纤维均能显著改善UHPC三轴受压力学性能，当围压从0 MPa增至40 MPa时，峰值应力和峰值应变分别最大增加161.7%和224.7%,当钢纤维体积掺量由0%增至3%以及长径比由30增至80时，峰值应力和峰值应变分别最大增加24.6%和68.6%;聚丙烯纤维可有效提升UHPC的变形能力；围压对UHPC三轴受压力学性能的影响最大，钢纤维的影响次之，聚丙烯纤维的影响最小。基于Willam-Warnke五参数模型建立了UHPC破坏准则，模型预测结果与试验结果吻合较好。     

适合3D打印施工的超高性能混凝土研究

针对适合3D打印施工的超高性能混凝土(UHPC)的配制及性能进行了研究,研究了硅灰、粉煤灰和矿渣粉3种掺合料的掺量、砂胶比、水胶比对UHPC流动性和抗折、抗压强度的影响,以及钢纤维对UHPC强度和单轴拉伸性能的影响.结果表明:硅灰、粉煤灰、矿渣粉的掺量分别为5％、10％、10％,砂胶比为1:0,水胶比为0.17时,制备...     

纤维对海砂超高性能混凝土性能的影响

采用未经淡化处理的海砂配制超高性能混凝土(UHPC)对于岛礁建筑具有重要意义。通过水泥胶砂的力学性能和流动度试验确定了海砂UHPC的基准配合比,研究了钢纤维和PVA纤维对海砂UHPC力学性能和流动度的影响。试验结果表明:随着钢纤维体积掺量的增加,海砂UHPC的抗压和抗折强度提高,综合考虑力学性能和经济性,钢纤维最优体积掺量为1.5%。当钢纤维体积掺量为1.0%时,PVA纤维等体积完全取代钢纤维对抗压强度影响不大,抗折强度降低22.5%;当钢纤维体积掺量为1.5%时,混杂体积掺量0.75%以内的PVA纤维对抗压和抗折强度的影响不大,但流动性明显降低。     

掺玻璃粉超高性能混凝土力学性能

为解决超高性能混凝土胶凝材料用量高,能耗高的问题,在制备超高性能混凝土（简称UHPC）时可用玻璃粉替代部分胶凝材料,在减少水泥、硅灰等胶凝材料用量的同时,促进废弃玻璃的再利用。通过试验研究了玻璃粉掺量、外加剂掺量和纤维类型及掺量对掺玻璃粉超高性能混凝土基本性能的影响。试验结果表明：掺加10%玻璃粉时抗压强度提高最多,玻璃粉掺量对流动性影响较小。UHPC对外加剂较为敏感,制备时应保证外加剂的同一性。消泡剂能够很好的消除材料气孔,增加流动度,建议掺量为0.3%。圆直型钢纤维比端钩型钢纤维对UHPC的抗压强度提升更高,但抗折强度不及端钩型。在保证UHPC流动度的前提下,建议钢纤维的掺量不超过2%。玄武岩纤维可有效提高UHPC的抗折强度,但对抗压强度影响不大,且会减少材料的流动性。研究结果对减少UHPC能耗,解决废玻璃再利用,促进UHPC工程应用具有积极的意义。     

利用玄武岩粉末制备超高性能混凝土及其性能研究

为降低超高性能混凝土（UHPC）的成本,实现绿色可持续发展,采用玄武岩粉末制备UHPC,研究了水胶比及玄武岩粉末掺量（等质量取代河砂）对UHPC力学性能的影响。通过结合压汞试验、XRD、SEM探讨了养护温度对玄武岩粉末UHPC微结构的影响。结果表明：随着水胶比的增大,UHPC的抗折与抗折强度明显降低;随着玄武岩粉末掺量的增加,UHPC的抗折与抗压强度先提高后降低。当玄武岩粉末掺量达到55%时,UHPC的抗折与抗压强度较参照组分别提高了43.99%、15.85%。提高养护温度可有效降低混凝土内部的孔隙,提高混凝土内部的密实度,优化混凝土的微观结构。     

海砂超高性能混凝土性能影响因素试验研究

为更好地开展海砂UHPC配合比设计,研究了水胶比、砂胶比、硅灰、钢纤维等因素对海砂UHPC性能的影响,试验结果表明：水胶比越低,海砂UHPC强度越高;海砂UHPC的流动度随胶砂比增大而增大,抗压、抗折强度的变化规律为先增大后减小;随硅灰掺量增加,海砂UHPC的流动度、抗压强度、抗折强度均先增加后降低;随钢纤维体积掺量增加,海砂UHPC的流动度随之降低,抗压强度、抗折强度随之增加,其中钢纤维掺量对抗折强度影响极为显著。     

不同养护条件和钢纤维掺量对超高性能混凝土收缩性能的改善

为改善超高性能混凝土（ultra-high performance concrete,简称UHPC）的收缩性能,研究了钢纤维掺量为1.5%、2.0%、2.5%的UHPC在自然养护、标准养护、热水养护3种养护条件下的收缩性能变化,通过X射线衍射（X-ray diffraction,简称XRD）和扫描电镜（scanning electron microscopy,简称SEM）分析,进一步分析了影响其收缩性能变化的微观因素。结果表明：标准养护和热水养护条件下对UHPC的收缩抑制作用比较显著,随着钢纤维掺量的提高,UHPC的收缩性能会降低,钢纤维掺量为2.5%时UHPC的收缩性能仍满足要求,且在热水养护中混凝土的收缩率最小;此外,加入矿物掺合料可以促进水泥二次水化,形成致密的微观结构,使钢纤维与基体黏结更紧密。     

高温后超高性能混凝土残余受压性能试验研究

超高性能混凝土（UHPC）具有优异的强度、韧度、耐久及抗裂性能。但UHPC在高温下易发生爆裂,由此可能严重影响其力学性能。对高温后UHPC的残余受压性能进行了试验研究。试验参数包括受火温度、纤维类型和养护条件。评估了UHPC高温后的抗压强度、弹性模量和应力-应变关系。结果表明,随着受火温度的升高,UHPC的残余抗压强度和弹性模量逐渐下降,延性逐渐提高。无纤维试件和POM纤维掺量较少试件（0.33%）在500℃时发生完全爆裂。与这两类试件相比,UHPC中添加钢纤维和0.33%含量的PP纤维可显著提高混凝土的残余受压性能及降低爆裂风险。利用这些数据,提出以温度为变量表示的UHPC高温后残余受压性能的函数关系,以评估UHPC结构的耐火性。     

不同配合比下UHPC的早期性能研究

研究了水胶比以及粉煤灰、矿渣粉、硅灰、钢纤维掺量对UHPC工作性能和早期力学性能的影响。结果表明:水胶比对UHPC工作性能影响较大,随着水胶比的增大,拌合物流动性增加,强度降低;粉煤灰、矿渣粉的掺入可有效改善拌合物的流动性,适量硅灰的掺入有助于改善拌合物的流动性,存在最佳掺量。粉煤灰、矿渣粉的掺入会使UHPC的1 d强度降低,但会提高3 d、7 d强度,且矿渣粉的提高效果强于粉煤灰。硅灰的掺入对UHPC早期强度具有提高效果,但掺量的改变对强度影响不大。增加钢纤维掺量会显著降低新拌混合物的流动性,对抗折强度有较大提高效果。     

活性粉末混凝土配合比及导电性能研究

通过改变水胶比、石英粉、石英砂等的掺量,研究了不同配合比活性粉末混凝土流动度、强度的变化规律.讨论了超细钢纤维、短切碳纤维不同掺量对活性粉末混凝土强度及电阻率的影响.结果表明:0.23水胶比的活性粉末混凝土,3d热养护抗压强度为181.97 MPa,抗折强度为30.14 MPa,工作性良好;活性粉末混凝土的电阻率随纤维掺量增加而不同程度减小.     

纤维对含粗骨料超高性能混凝土高温性能的影响

为了探究改善超高性能混凝土(UHPC)高温性能的措施,从力学性能、质量损失、超声检测等方面研究了纤维(不掺纤维、单掺钢纤维、混掺钢纤维与合成纤维)对UHPC高温性能的影响.结果表明:当纤维掺量增加时,UHPC的工作性与抗压强度均随之下降,抗折强度则先升后降;随着目标温度的升高,UHPC的残余抗压强度先升后降,损伤逐步加...     

基于正交试验的钢纤维活性粉末混凝土配合比优化设计

活性粉末混凝土是一种高强度、高韧性、高耐久性的超高性能混凝土.为了研究钢纤维活性粉末混凝土的最佳配合比,设置水胶比、钢纤维掺量、粉煤灰掺量、硅粉掺量和减水剂掺量5个因素在4种水平下的正交试验,并以试件的抗压强度和抗折强度为评价指标.结果表明:5个因素对活性粉末混凝土强度的影响程度依次为:水胶比、减水剂掺量、钢纤维掺量、粉煤灰掺量和硅灰掺量;活性粉末混凝土的最佳配合比为:水胶比0.2、减水剂掺量5%、钢纤维掺量2%、粉煤灰掺量0.2、硅粉掺量0.18.