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%。     

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。     

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。     

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。     

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。     

超高强水泥基复合材料力学及收缩性能研究

选取钢纤维和玄武岩纤维进行试验,研究了两种纤维掺量以及硅灰掺量对超高强水泥基复合材料抗压抗折强度、疲劳性能以及体积收缩率的影响。结果表明,纤维和硅灰的加入能有效改善水泥基材料的力学及收缩性能,钢纤维对水泥基材料强度提升较大,但玄武岩纤维表现出与材料更好的相容性,1.5%钢纤维、0.1%玄武岩纤维改善效果最明显,抗折、抗压强度分别提高了12.6%、3.0%和21.2%、2.7%,体积收缩率降低了12.2%、5.4%,且1.5%钢纤维的疲劳寿命是不掺纤维的近4倍,最大跨中挠度曲线呈现明显的阶段性特征;8%硅灰改善效果最大,抗折、抗压强度分别提高了13.3%、10.4%,体积收缩率降低了28.8%。     

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。     

RPC混凝土力学性能的试验研究

以抗折强度和抗压强度为指标,研究活性混合材、钢纤维掺量、粗细集料类别及养护方式对RPC混凝土抗折强度和抗压强度的变化情况。结果表明,当硅灰和粉煤灰掺量相等时,RPC混凝土拌合物流动性好,抗压强度和抗折强度最高,分别达到124.2MPa和19.2MPa。钢纤维掺量的增加可有效提高RPC的抗折强度和抗压强度,但RPC混凝土抗压强度提高的幅度小于抗折强度。钢纤维体积掺量在1.0%-2.0%之间较合适。通过三种不同的养护制度发现,采用标准养护方式时,抗压强度值最小,采用高温养护方式时,抗压强度值最大,热水养护的抗压强度值介于二者之间。     

常温养护条件下活性粉末混凝土力学性能正交试验研究

通过常温养护条件下活性粉末混凝土力学性能正交试验,选用普通硅酸盐水泥和超细矿渣粉作为主要胶凝材料,研究了水胶比、粉煤灰掺量、硅灰掺量、石英粉掺量、胶砂比、钢纤维掺量和减水剂含量对活性粉末混凝土抗压强度和抗折强度等基本力学性能的影响。试验结果表明,水胶比、钢纤维掺量和减水剂含量对活性粉末混凝土的力学性能影响最为显著,粉煤灰掺量对改善活性粉末混凝土的抗压和抗折性能效果最好。在此基础上,以常温养护条件下活性粉末混凝土的高强度为目标,通过大量的力学试验,得到优化的最佳因素水平组合为水胶比0.18、粉煤灰掺量20%、硅灰掺量25%、石英粉掺量20%、胶砂比1∶1.0、钢纤维掺量3.0%、减水剂含量2.0%。     

活性粉末混凝土材料性能与配制技术的试验研究

通过水泥相容性及抗压强度试验,确定了合适的减水剂和硅灰品种,考察了水胶比和硅灰掺量对胶凝材料流动性的影响,研究了水胶比、粉煤灰、硅灰、石英粉、纳米硅以及钢纤维掺量、养护制度对RPC流动性及抗压强度的影响规律.试验结果表明,采用适当比例的硅灰、粉煤灰和纳米硅,可以提高RPC的流动性及强度;RPC中加人缓凝剂,延缓了拌合物的凝结时间,提高了试件浇筑的密实度,从而提高了RPC的强度;特别是纳米硅的加入,明显改善了RPC的流动性,在蒸压养护制度下,得到了立方体抗压强度为167 MPa的活性粉末混凝土.     

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。     

硅灰对钢纤维混凝土力学性能及结构特征的影响

在混凝土基准配合比相同的情况下,掺入体积掺量为0~1.2%的钢纤维以及取代水泥质量为0~12%的硅灰,测试了标准养护28d钢纤维硅灰混凝土的抗压、抗折及劈裂强度,并通过氮吸附实验测试得到了混凝土孔结构特征参数,分析了硅灰对钢纤维混凝土力学性能及孔结构特征的影响。结果表明,对于钢纤维混凝土,随着硅灰的掺入,其抗压、抗折及劈裂强度显著提高,且硅灰掺量越高,提高幅度越大。在测试与分析的基础上,建立了混凝土28d抗折强度与钢纤维、硅灰掺量之间的定量关系,并预测了硅灰和钢纤维对混凝土28d抗折强度的影响趋势。     

活性粉末混凝土的组成及养护条件对其力学性能的影响

研究了微碳铬铁粉渣掺量、砂用量及粒径、钢纤维掺量及养护条件对活性粉末混凝土(RPC)力学性能的影响。结果表明:随着微碳铬铁粉渣掺量的增加,RPC的强度降低,但其掺量占水泥质量的120%时,RPC的抗压强度仍在60 MPa以上;随着砂最大粒径的减小,RPC的强度降低;随着砂用量和钢纤维掺量的增加,RPC的抗压强度均基本呈先提高后降低的趋势,最佳砂灰比为2.0,最佳钢纤维体积掺量为2%;不同养护方式下养护的RPC强度以90℃水养最高,标准养护次之,室内自然养护最低。     

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。     

多掺矿物掺合料再生混凝土力学性能研究

通过测试再生混凝土坍落度、立方体抗压强度及劈裂抗拉强度,并对再生混凝土微观形貌、矿物组成进行分析,探究矿物掺合料种类及掺量对再生混凝土力学性能的影响。研究结果表明：将粉煤灰分别与矿渣、硅灰、偏高岭土组合使用能够明显改善再生混凝土和易性;单掺矿物掺合料中,偏高岭土能显著提升再生混凝土力学性能,相较于基准组,养护龄期90 d时,抗压强度和劈拉强度分别提升24.0%和11.0%;复掺矿物掺合料中,粉煤灰-偏高岭土对混凝土的劈拉强度提升效果突出,劈拉强度提升14.0%,抗压强度提升6.5%;三掺矿物掺合料中,粉煤灰-硅灰-偏高岭土对再生混凝土的劈拉强度提升较好,劈拉强度提升9.8%,抗压强度提升4.6%;粉煤灰-矿渣-硅灰-偏高岭土四掺再生混凝土力学性能表现良好,抗压强度最高提升18.4%,劈拉强度最高提升15.5%。     

自然养护下UHPC制备方式与抗压强度分析

UHPC是具有较高强度的新型混凝土,但其制备方式与养护条件较复杂。为了促进UHPC推广与应用,探究其在自然养护条件下的较佳制备方式,论文进行了实验研究,测试了不同养护条件与制备方式下UHPC的抗压强度,结果表明:(1)自然条件养护下,如能保持UHPC试块的高湿度,仍能得到较高的抗压强度;(2)相比液态减水剂,添加高效固态减水剂能使UHPC试块具有更高的抗压强度;(3)随硅灰掺量增加,UHPC试块抗压强度先增加后减小,取硅灰与水泥比值为30%较好。     

不同养护条件下钢纤维掺量对RPC强度及韧性的影响

为探究不同养护条件下钢纤维掺量对活性粉末混凝土强度和韧性的影响规律,进行了5种钢纤维掺量在蒸汽、热水、标准、自然4种养护条件下的抗压强度和抗折强度试验。试验结果表明:掺加钢纤维的活性粉末混凝土的抗压强度和抗折强度有明显提升;当钢纤维掺量不大于3.5%时,随着掺量的增加,在4种养护条件下抗压强度均有较明显的增长;当钢纤维掺量大于3.5%时,蒸汽养护下的抗压强度还略有提高,其他3种养护条件下的抗压强度出现倒缩;随着钢纤维掺量的增加,4种养护条件下的抗折强度持续增加,韧性逐渐提高,脆性特征得到改善。     

钢纤维透水混凝土的应用研究

拟通过掺钢纤维及硅灰来研究的透水混凝土的基本性能的变化规律,解决普通透水混凝土强度不足、透水性能较差的问题。试验表明:单掺钢纤维时其掺量不应超过0.5%,钢纤维掺量为0.5%时,透水混凝土的抗压强度26.48 MPa,抗折强度5.74 MPa,渗透系数4.32 mm/s;复掺硅灰和钢纤维时,其最佳掺量为硅灰掺量为6%,钢纤维掺量为0.5%时,这时透混凝土的抗压强度38.7 MPa,抗折强度6.47 MPa,渗透系数2.51 mm/s。     

基于灰熵理论的超长池体混凝土强度影响因素研究

研究了养护方式、养护龄期、镁质高性能抗裂剂掺量、矿物掺合料等因素对砂浆强度的影响规律;采用灰熵理论方法分析影响砂浆强度的显著因素,并分析了镁质高性能抗裂剂等材料对砂浆强度影响的微观机理。结果表明,合适掺量的镁质高性能抗裂剂可提高砂浆试件抗压强度,但当其掺量较多时,试件的抗压强度有所降低。养护条件对试件抗压强度存在显著影响,覆膜养护与标准养护试件的抗压强度相差不大,自然养护条件下试件的抗压强度显著降低。镁质高性能抗裂剂通过影响试件内部裂纹宽度与长度、水化产物数量,进而影响其宏观力学性能。