基于细观复合材料的混凝土导热系数模型

混凝土温度场分析是混凝土结构耐久性劣化、温度应力、火灾作用下结构破坏以及建筑节能分析的关键内容,而导热系数是确定温度场的重要参数。在细观尺度上,将混凝土看作由连续相水泥砂浆和分散相粗骨料组成的两相复合材料。分析了两相复合材料等效导热系数理论模型,将其用于混凝土等效导热系数的预测并与实测值进行比较,发现饱和混凝土即使采用不考虑界面热阻模型仍与实测结果吻合较好,而干燥混凝土必须考虑界面热阻的影响。为提高混凝土导热系数理论模型的预测精度,还应考虑粗骨料形状、级配、水泥砂浆与粗骨料间界面热阻以及孔隙率、含水率等方面的影响。     

粗骨料随机分布对混凝土导热性能的影响

采用COMSOL与MATLAB联合仿真的方法,基于混凝土二维细观几何模型,实现了混凝土稳态热传导的数值模拟.在利用试验结果验证数值模拟有效性的基础上,分析了骨料随机分布对混凝土导热性能的影响,并讨论了粗骨料粒径、形状及其体积分数,以及分散相导热系数对混凝土导热性能的影响规律.结果表明:粗骨料随机分布是造成混凝土导热性能产生随机性的重要因素;混凝土导热系数相对平均值随着粗骨料体积分数、分散相导热系数的增加而增大,但受粗骨料粒径和形状的影响不大;粗骨料体积分数越高,分散相与水泥砂浆导热系数相差越大,粗骨料粒径越大,轴长比越大,混凝土导热系数的变异性越显著,但当粗骨料体积分数超过35%后混凝土导热系数的变异性基本保持不变.     

混凝土导热系数试验与分析

为了研究基于现代施工工艺制成的混凝土导热系数,通过稳态平板导热仪对多种混凝土(包括普通混凝土、高强混凝土、再生混凝土以及配筋混凝土)试件进行了导热系数试验,考察了包括骨料体积分数、水灰比、骨料类型、外掺料掺量、温度、干湿状态及钢筋体积分数等因素对混凝土导热系数的影响;进一步考察了再生粗骨料取代率对再生混凝土导热系数的影响.通过这些因素的显著性分析,得到了各因素对混凝土导热系数影响的显著性大小依次为:干湿状态、再生粗骨料取代率、温度、骨料体积分数、骨料类型、钢筋体积分数、水灰比、掺和料种类.     

水泥混凝土导热性能影响因素及预估模型研究

为提高融冰雪效率,研究具有良好导热性能的混凝土铺面材料,通过试验得出了普通、钢纤维、碳纤维混凝土的配合比,采用热传导仪测定了它们的导热系数λ.系统研究了骨料体积分数、砂率、水灰比、温度、纤维种类和掺量对混凝土导热系数的影响规律,并基于广义灰关联法对各因素进行排序,依据测试结果和影响规律建立了以上3类混凝土导热系数预估模型.结果表明:钢纤维混凝土最适宜作为融冰雪路面材料;纤维种类和掺量对混凝土导热性能起主导作用,骨料体积分数、温度和水灰比的影响次之,砂率的影响最小.     

石墨掺量及骨料种类对混凝土导热系数的影响与内在机理研究

为了探究石墨、粗骨料种类对混凝土导热系数的影响,揭示石墨混凝土导热系数变化的内在机理。利用DRE-Ⅲ多功能快速导热系数测试仪,对不同石墨掺量、不同粗骨料种类的导热系数进行测试,采用对比分析法考察石墨掺量、粗骨料种类对石墨混凝土导热性能的影响,探究其作用机理;并以普通混凝土导热系数计算公式为基础,提出骨料影响系数Ⅰ、推导出可供工程利用的石墨混凝土导热系数预测公式。结果表明:混凝土的导热系数随粗骨料导热系数的增大而增大,增长幅度为5%～6%;混凝土导热系数随石墨取代率的升高而增大;石墨混凝土骨料影响系数Ⅰ与导热系数之间存在显著的线性关系,改良的导热系数公式计算值与试验值吻合较好,可为以后的实际应用提供一定的借鉴。     

再生混凝土导热系数试验与分析

采用单位体积用水量、水灰比、再生粗骨料取代率和再生细骨料取代率这4个影响因素设计正交试验,研究这些因素对再生混凝土导热系数和密度的影响;同时定义骨料影响系数C,分析了再生混凝土导热系数变化的内在机理,并基于普通混凝土导热系数的计算公式,提出了修正的再生混凝土导热系数计算公式.结果表明:4个影响因素中,再生粗骨料取代率对再生混凝土导热系数影响最大;再生混凝土导热系数与C值间存在显著的线性关系;修正的再生混凝土导热系数计算公式的计算结果与试验结果吻合较好,便于实际工程应用.     

再生粗骨料混凝土界面参数研究EI北大核心CSCD

对不同再生粗骨料取代率和水灰比下9组混凝土的力学性能及耐久性能进行了测试;基于测试结果及分析,提出了长度界面参数、体积界面参数和广义界面参数的概念,并比较分析了3个界面参数与再生粗骨料取代率、水灰比、力学性能及耐久性能的关系.结果表明:再生粗骨料混凝土的力学性能及耐久性能与再生粗骨料取代率、水灰比紧密相关;广义界面参数可反映界面体积和新砂浆水灰比对混凝土性能的影响,较好揭示了再生粗骨料混凝土性能的劣化机理.     

玻化微珠在无机保温承重材料中的传热机理分析

细观尺度是宏观特征和微观组成之间联系的纽带,对混凝土进行细观尺度的研究,能够形象地揭示混凝土各组成成分对整体性能的传热机理,是研究该类型保温混凝土传热机理的一种有效方法。研究了保温骨料粒径、所占体积比对保温混凝土有效导热系数的影响,并建立了保温混凝土细观模型,针对其保温特性,采用有限元模拟的方式对保温混凝土温度场和热流通道进行了分析。研究表明:保温骨料所占体积比越大,导热系数越低;当保温骨料粒径在0.315～0.63 mm时,混凝土能够获得较好的导热系数;随着保温骨料占比的逐渐增大,保温骨料类似于"热阻器",能够使粗骨料与砂浆形成的大热流通道不断被阻隔、压缩,大热流通道在混凝土试件中的比例不断缩小,从而使混凝土整体热阻增大,传热能力减弱。     

尺寸效应对水泥净浆与粗骨料界面黏结性能的影响

分析了粗骨料的尺寸对混凝土过渡区界面黏结性能的影响,并通过劈裂抗拉试验、压剪试验获得了粗骨料和硬化水泥浆之间的劈裂抗拉强度及抗剪强度.结果表明:粗骨料的尺寸对界面过渡区的黏结性能有较大的影响,界面黏结强度随粗骨料尺寸的增大而减小;水灰比越低,界面黏结性能越好;粗骨料的类型对界面过渡区黏结性能也有较大性能的影响.     

基于总功效系数法的自保温再生混凝土配合比优化

基于总功效系数法,以抗压强度和导热系数为评价指标,选取水胶比、再生粗骨料取代率、再生细骨料取代率、玻化微珠体积掺量和活性化尾矿微粉掺量为关键影响因素,设计了自保温再生混凝土配合比正交试验,研究了各因素对其性能的影响。结果表明:玻化微珠体积掺量是影响抗压强度和导热系数的主要因素,抗压强度和导热系数随玻化微珠体积掺量的增加而降低;再生粗骨料取代率是影响抗压强度和导热系数的重要因素,抗压强度随再生粗骨料取代率的增加而降低,导热系数随再生粗骨料取代率的增加而先降低、后增加。通过设计优化,可获得28 d抗压强度达到19.0 MPa、导热系数为0.429 W/(m·K)的自保温再生混凝土。     

Experimental investigation on aggregate interlocking concrete prepared with scattering–filling coarse aggregate process

To secure good flowability and segregation resistance of the fresh concrete mixture, the volume fraction of the coarse aggregate in the conventional plastic concrete is controlled at a relatively low level. A new type of coarse aggregate interlocking concrete was prepared with a new invented concrete placing method named as scattering–filling aggregate process. The strength of concrete prepared with this method obviously increases whereas the shrinkage ratios of them decrease significantly with the extra adding aggregate volume ratio from 10% to 30%. These concretes with high strength and low shrinkage can be prepared with much lower cement dosage compared to the conventional process. The SEM observation indicated that the interfacial transition zones at the interface of the added aggregate are much tighter than those of the original aggregate. The interlocking and homogeneous distribution of the coarse aggregate and the water absorption of the extra added coarse aggregate contribute to the strength improvement and performance modification.     

Factors affecting the thermal properties of concrete and applicability of its prediction models

In this paper an investigation on thermal conductivity of mortar, concrete and its major constituent aggregate is presented. Four different types of rocks were tested for their conductivities at dry and fully saturated states, which were further crushed and used as coarse aggregates in concrete. Thermal conductivity of mortar and concrete have been measured at various moisture contents. The applicability of Campbell-Allen and Thorne's model in assessing the influence of aggregate type has been investigated. Using a few advanced models for thermal conductivity of porous material, it has been demonstrated that there exists a possibility to gain insight into the nature of the pore that is likely to be encountered in the concrete. The relationship between concrete conductivity and aggregate conductivity at various degrees of saturation including at dry and fully saturated conditions have been developed. Further, equivalent conductivity of solid, which is a necessary input parameter for porous material models, has been evaluated for all the types of concrete under consideration.     

双轴受压下再生混凝土氯离子扩散规律

为了研究复杂应力状态下再生混凝土的氯离子传输特性,首先通过破碎不同水灰比的母体混凝土得到不同性能的再生粗骨料,并对天然混凝土和不同性能再生混凝土进行双轴受压试验。然后利用电场加速氯离子扩散和双轴受压装置测试了不同类型再生骨料混凝土和天然骨料混凝土在不同应力水平和不同应力比下的氯离子扩散系数,并利用压汞仪测试了混凝土内部的微观孔隙结构。最后建立了考虑双轴应力水平、再生骨料吸水率和粗骨料体积分数的再生混凝土氯离子扩散系数理论模型,并进行了试验验证。结果表明:来自不同母体混凝土的再生骨料中的附着老砂浆具有不同的孔隙结构,再生混凝土中老砂浆的孔隙率随着母体混凝土水灰比的增加而变大,进而影响再生混凝土的氯离子扩散性; 应力比相同时,随着双轴受压应力水平的增加,再生混凝土氯离子扩散系数普遍呈现先下降再上升的趋势,在应力水平约为0.5时再生混凝土氯离子扩散系数出现最小值; 在双轴受压荷载作用下,母体混凝土水灰比分别为0.4,0.5,0.6的再生混凝土氯离子扩散系数最多分别下降到无荷载时的0.76%,0.78%,0.78%。     

再生粗集料混凝土界面微观结构的发展规律

分别制作相同配合比的再生粗集料混凝土和普通混凝土试件.在养护龄期为3,7,14,28d时,将再生粗集料混凝土试件切割,取样,然后对其内部不同界面微观结构进行扫描电镜观测;同时对再生粗集料混凝土和普通混凝土试件进行了抗压强度试验,观察了加载后再生粗集料混凝土试件内部裂纹的分布情况.结果表明:随着龄期的增长,再生粗集料混凝土各个界面过渡区都有不同程度的发展;天然粗集料新砂浆界面过渡区发展相对缓慢;再生粗集料中老砂浆新砂浆界面发展较快,老砂浆与新砂浆结合较好;再生粗集料中天然粗集料老砂浆界面为混凝土浇筑前已存在的界面,并且存在着一定数量的微裂缝.再生粗集料混凝土3d抗压强度略高于普通混凝土,7,14,28d抗压强度则与普通混凝土基本相当.荷载作用下,再生粗集料混凝土内部裂纹主要分布在天然粗集料新砂浆界面以及天然粗集料老砂浆界面处.     

混凝土界面过渡区水分传输特性试验研究

设计制作了一批圆柱形水泥砂浆试件和混凝土试件，通过水分传输试验获取各试件的平均水分传输系数，引入界面过渡区（ITZ）与砂浆基体水分传输系数的比值β，再根据混凝土试件的并联传输模型反算获得β值。研究了截面形式、砂浆水灰比、砂灰比、粗骨料材质、表面粗糙度等因素对β值的影响。试验结果表明：ITZ与砂浆基体水分传输系数的比值β在90~175的范围内；截面形式相同时，花岗岩质粗骨料表面不进行处理时的β值均比进行喷砂处理时的β值大；β值随着砂浆水灰比的变化无明显变化，随着砂浆砂灰比的增大而减小；截面形式及砂浆配合比相同时，β值的大小不仅与骨料表面粗糙度相关，还与骨料材质相关。     

粗集料强度对混凝土抗折强度的影响

试验研究了4种粗集料(碎石、钢集料、砂浆、页岩陶粒)与3种抗压强度等级水泥砂浆基体组合的混凝土的抗折强度及其发展规律.结果表明,粗集料与水泥砂浆基体的协调性对混凝土抗折强度影响十分显著.当粗集料强度和弹性模量与水泥砂浆基体相匹配时,增加粗集料强度可提高混凝土抗折强度,但粗集料强度和弹性模量过高反而会因较大的应力集中而降低混凝土抗折强度;当粗集料强度比水泥砂浆基体抗压强度低时,单纯通过增大水泥砂浆基体抗压强度来提高混凝土抗折强度的效果不明显;粗集料与水泥砂浆基体在抗压强度和弹性模量上的差异对混凝土抗折强度及其发展规律有很大影响.只有在两者相互协调的基础上,才能充分发挥粗集料和水泥砂浆基体的作用.