高延性水泥基复合材料与既有混凝土结合面的抗溶蚀性EI北大核心CSCD

针对触水混凝土结构补强加固中高延性水泥基复合材料(ECC)与既有混凝土结合面的抗溶蚀性,采用0.5 mol/L的硝酸溶液对含结合面的ECC-既有混凝土复合试件进行加速溶蚀实验,研究既有混凝土界面凿毛、湿饱和及涂刷界面剂3种处理方式对结合面黏结强度、溶蚀深度和钙溶蚀量3种评价指标的时变影响规律,并通过扫描电子显微镜对结合面抗溶蚀性提升效果进行微观机理分析。结果表明:3种界面处理方式均能有效提高结合面的初始黏结强度和抗溶蚀性,且对溶蚀过程的时变影响规律基本一致,可用溶蚀前的黏结强度评价结合面的抗溶蚀性;凿毛对提升结合面初始黏结强度最有效,而界面剂更有利于减缓溶蚀过程中界面处理提升效果的劣化速度;组合处理模式下各界面处理方式的单一提升效果明显优于其单独使用时,且组合的其它处理方式越多,优势越明显;环氧树脂界面剂的提升效果略优于水泥净浆界面剂。     

超高性能混凝土湿接缝界面粘结性能EI北大核心CSCD

研究了超高性能混凝土(UHPC)湿接缝界面破坏特性、拉伸强度以及拉伸强度比(接缝试件界面拉伸强度相对于整体试件的比值)等。结果表明:所有UHPC湿接缝试件的破坏模式均为脆性破坏;相比于未掺纤维湿接缝试件(界面拉伸强度2.24 MPa),掺纤维UHPC湿接缝试件具有更好的界面粘结性能(界面拉伸强度可达6.64 MPa,拉伸强度比可达68.6%);当纤维体积掺量不大于2.5%时,湿接缝试件的界面拉伸强度、拉伸强度比以及界面断裂韧性均随纤维体积掺量的增大而增大,最佳纤维体积掺量为2.5%;长纤维对UHPC湿接缝界面拉伸强度、拉伸强度比以及界面断裂韧性的提升效果优于短纤维,异形纤维优于平直形纤维;配筋UHPC湿接缝试件延性特征显著优于未配筋试件,增加钢筋锚固长度、界面配筋率是提高UHPC湿接缝延性特征和界面拉伸强度的较有效方法;当钢筋锚固长度达到6倍钢筋直径时,湿接缝处界面拉伸强度大于整体浇筑UHPC拉伸强度。此外,构建了不同纤维参数下UHPC湿接缝界面拉伸应力-相对位移简化模型。     

不同珊瑚骨料对珊瑚混凝土力学性能的影响EI北大核心CSCD

研究了经冲刷的鹿角状珊瑚、轻质珊瑚礁和重质珊瑚礁作为粗骨料对珊瑚混凝土力学性能的影响。结果表明:鹿角状骨料对珊瑚混凝土立方体和棱柱体抗压强度的提高作用最显著,其次是重质珊瑚礁骨料,最后是轻质珊瑚礁骨料;珊瑚混凝土90d与28d立方体抗压强度具有正相关性,棱柱体抗压强度随立方体抗压强度增大而线性增大,与骨料种类无关;珊瑚混凝土棱柱体峰值应变随峰值应力增大而对数增大,应力–应变曲线方程以及棱柱体的受压破坏形态都不受珊瑚骨料种类的影响。     

约束对单面盐冻混凝土表面损伤的影响及机理EI北大核心CSCD

研究约束(膨胀约束、收缩约束)对单面盐冻混凝土表面损伤的影响及作用机理,测试了水灰比为0.40的自由态和约束态混凝土每4次盐冻循环的表面剥落量和首次盐冻循环降温过程中的混凝土应变,计算了混凝土表面冰层中的拉应力。结果表明:约束态混凝土表面剥落量比自由态混凝土大;约束态混凝土表面剥落量随膨胀约束应力增大而增加,受收缩约束应力影响较小。与自由态混凝土相比,约束态混凝土表面冰层中的拉应力较大且随膨胀约束应力增大而增大;根据"粘贴-剥落"理论计算并证明了膨胀约束导致冰层更易开裂,引发了冰层下混凝土发生更严重表面损伤。     

微通道板热加工过程中芯皮玻璃界面的成分扩散EI北大核心CSCD

通过扫描电子显微镜、质量能谱仪和原子力显微镜测试了微通道板单丝、复丝及坯板中芯皮玻璃界面的成分和结构彤貌,并分析了其变化趋势。采用压片法模拟了不同热加工条件下芯皮玻璃界面的状态,测试并分析了工艺参数变化对界面成分扩散能力和表面形貌的影响。结果表明：微通道板芯皮玻璃界面的Si4＋、Bi3＋、Pb2＋、Ba2＋、La3＋离子的界面扩散能力强,O2-、K＋离子在界面处的扩散能力弱。界面处的离子进行芯皮玻璃间的相互扩散,其中Bi3＋的扩散甚至可渗透微孔间最薄处的皮玻璃层,而扩散能力的差异致使微孔表面玻璃成分呈现不均匀分布。界面的扩散能力受到温度和压力的影响,并随温度的提高和压力的增加而增强。微通道板微孔内壁表面的粗糙度随芯皮玻璃界面的扩散增强而增大,酸蚀剥离芯玻璃后的皮玻璃表面出现岛状结构,这种岛状颗粒在光纤拉制时就已经在界面处形成,表明芯皮玻璃界面的扩散存在相互反应扩散。     

不同温度下超高性能混凝土的弯拉性能EI北大核心CSCD

为明确常温和低温环境下超高性能混凝土(UHPC)材料弯拉性能的不同特征,对–20℃和20℃两种温度下UHPC的弯曲性能进行了研究。结果表明:随着温度的降低,UHPC的强度和弹性模量均有所提高,且强度的提高幅度更为显著。与20℃时的相应值相比,–20℃时UHPC的立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、劈裂抗拉强度、弯拉开裂强度、弯拉极限强度和轴压弹性模量分别提高了7.3%、8.0%、10.8%、13.7%、9.0%和4.1%;随着温度的降低,UHPC材料的变形性能和延性性能总体上有所降低。与20℃时的相应值相比,–20℃时虽然由于UHPC的开裂强度较其弹性模量提高的幅度更大使得弯拉试件的初裂应变提高了6.3%,但其峰值应变、极限应变、残余应变以及延性系数则分别降低了2.9%、8.2%、5.5%和6.4%。     

超高性能混凝土抗折强度尺寸效应EI北大核心CSCD

通过3个强度等级、2种钢纤维类型和4组钢纤维掺量超高性能混凝土(UHPC)小梁试件的抗折试验,研究了强度等级、钢纤维类型和体积掺量对超高性能混凝土抗折强度及尺寸效应的影响。结果表明:随UHPC强度等级的增加,小梁试件抗折强度尺寸效应趋于明显,R160级试件抗折强度尺寸效应约为R120试件的1.26倍。钢纤维掺量对UHPC抗折强度尺寸效应有较大影响,钢纤维掺量越大,尺寸效应越明显,掺入3%(体积分数)平直型钢纤维和端勾型钢纤维的R120级UHPC小梁试件抗折强度尺寸效应比未掺加钢纤维的试件提高了71%和78%。建议了UHPC抗折强度尺寸换算系数,提出了UHPC抗折强度尺寸效应律计算公式。     

冻融循环下混凝土中氯离子传输研究进展EI北大核心CSCD

钢筋混凝土结构遭受氯盐侵蚀和冻融循环的共同作用时,其耐久性能会迅速降低。本文针对冻融循环下混凝土中氯离子传输过程,从混凝土物理性能、氯离子传输性能和保护措施3个方面总结相关研究成果。冻融循环过程中混凝土损伤分为两个阶段,两阶段损伤理论可以较好描述冻融损伤初始和扩散阶段。结合实验可量化氯盐侵蚀和冻融循环双重作用下混凝土的损伤程度,冻融损伤和氯离子扩散系数之间的关系能够有效描述冻融循环对氯离子传输的加速效应,以此为基础可探究各影响因素对冻融循环下混凝土中氯离子传输性能的影响。但是目前的研究结果、规律多为实验室条件下获得,对于定量评估实际混凝土结构的寿命仍有局限性。最后介绍了3种常见的防护方法,分别是表面处理、电化学修复/防护技术以及添加掺合料,并对未来该领域的发展方向从实验、理论和模型三方面进行展望。     

矿物掺合料调控界面过渡区微结构对混凝土力学性能的影响EI北大核心CSCD

系统测试了利用石灰石粉、矿粉及不同集料体积掺量、粒径分布配制试件的抗压强度与动弹模量,采用压汞法对相应试件孔径分布特征进行对比分析,研究掺合料对基体及界面过渡区(ITZ)孔结构的作用,分析掺合料调控ITZ微结构对混凝土力学性能的影响机理。结果表明:掺加5%石灰石粉可细化样品孔结构,使总孔隙率及10 nm以上孔的含量有所降低;掺加10%石灰石粉则会提高总孔隙率和10~100 nm孔体积,但降低100 nm以上孔的含量;掺加35%矿粉虽然减少了试件的总孔隙率及10 nm以上孔的含量,但会提高10 nm以下孔的体积;在大掺量矿粉时(70%),大于10 nm的毛细孔有所减少,而小于10 nm的微孔含量显著增加;掺加5%石灰石粉或35%矿粉,试件56 d抗压强度、动弹模量略有增加,且增加幅度随集料体积掺量增加或集料平均粒径的减小而增大;混凝土力学性能的改善主要取决于100 nm以上区间即界面过渡区孔结构的优化。     

C/SiC拉伸强度与声发射演化的关联性EI北大核心CSCD

对平纹编织C/SiC复合材料样品拉伸破坏过程的声发射进行监测,采用基于改进遗传算法的无监督聚类方法对声发射信号进行模式识别,统计分析各类声发射模式的特征及其演化过程,结合断口分析,研究了C/SiC复合材料的拉伸强度、损伤机制与声发射信号演化之间的关系.结果表明:维断裂的声发射能量能够反映纤维/基体界面结合强度;低强度C/SiC材料中存在引起应力集中的基体富集区,在加载初期基体开裂事件占比超过50%;中强度C/SiC材料由于较强的界面,纤维损伤以单丝或部分纤维断裂事件为主;高强度C/SiC材料界面结合强度适中,纤维簇断裂是主要的失效模式.     

机制砂超高性能混凝土的冲击压缩力学性能EI北大核心CSCD

采用机制砂等质量替代河砂用于制备超高性能混凝土(UHPC),替代率分别为0%,25%,50%,75%以及100%,研究了机制砂对UHPC动静态力学性能的影响。结果表明:机制砂替代河砂后,所制备的UHPC抗压强度与仅用河砂配制的UHPC抗压强度相近;机制砂UHPC具有优异的抗冲击性能,可以承受多次冲击行为,此外机制砂UHPC具有明显的应变率效应,动态增强因子DIF与应变率呈对数函数关系。采用有限元法(LS-DYNA)模拟了机制砂UHPC的冲击过程,数值模拟结果表明应力应变曲线和破坏形态均与试验较为吻合。     

轴压与偏压状态下混凝土损伤全过程声发射特征参数分析

声发射技术可以评估混凝土的损伤演化过程。为合理描述混凝土的受压损伤演化过程,开展了轴压和偏压状态下混凝土损伤全过程的声发射试验,分析了轴压和偏压状态下混凝土损伤全过程声发射特征参数的演化规律,进而合理遴选了描述混凝土损伤演化过程的声发射特征参数,揭示了混凝土应力-应变曲线特征点与声发射特征参数特征点之间的对应关系。分析表明:振铃计数、持续时间、幅值、信号强度和平均频率可以较好地表征轴压与偏压状态下混凝土损伤的演化规律;混凝土试件受压破坏过程中声发射特征参数特征点与应力-应变曲线特征点之间具有高度的相关性,其中声发射特征参数特征点中的第一个分界点对应于应力-应变曲线弹性阶段的起点,第二个分界点对应于应力-应变曲线的峰值应力点,信号强度的最大突变点对应于应力-应变曲线的开裂点。     

钢–聚丙烯混杂纤维增强超高性能混凝土单轴循环受压力学性能EI北大核心CSCD

对钢-聚丙烯混杂纤维超高性能混凝土(SP-UHPC)开展受压力学性能研究,通过单调和循环受压加载试验,分析纤维种类、长径比和体积掺量对SP-UHPC关键力学性能指标的影响,并基于扫描电子显微镜结果揭示钢-聚丙烯混杂纤维增强机理。结果表明:钢-聚丙烯混杂纤维可以显著提高SP-UHPC受压力学性能;与未掺入纤维的UHPC相比,SP-UHPC表现出明显的延性破坏特征,峰值强度、峰值应变和韧性明显提高,刚度退化速率减缓。建立了SP-UHPC单轴循环受压应力-应变关系数学表达式,能够准确预测含有不同纤维特征参数的SP-UHPC在单轴受压条件下的力学响应。     

尾矿砂改性混凝土的强度与声发射损伤特征研究

为了研究尾矿砂改性混凝土的受压损伤特征,对4组不同磷矿尾矿砂取代率的混凝土进行了单轴压缩-声发射监测试验。根据混凝土受压损伤时所释放的声发射(AE)信号,定量探讨了材料的损伤程度,并以AE指标为基础分析了混凝土损伤演化特征。结果表明:混凝土的应力-应变曲线可分为弹性变形、塑性变形、断裂破坏和残余变形4个阶段;随着尾矿砂含量增加,混凝土的抗压强度先增加后保持稳定,尾矿砂取代率为30%(质量分数)的改性混凝土峰值抗压强度最大;由AE信号提出了损伤因子,损伤因子-应变曲线表明普通混凝土的结构损伤主要在塑性变形阶段,而尾矿砂改性混凝土的结构损伤集中在塑性变形和断裂破坏阶段;一定比例的磷矿尾矿砂有助于提高水泥砂浆的密实度,从而增强抗压强度和变形性能。这为尾矿砂改性混凝土的研究提供了重要参考。     

层间水膜对3D打印混凝土界面性能的影响

混凝土材料的制备与性能优化是建筑3D打印结构化发展与应用的基础。3D打印混凝土材料的宏观力学性能、长期耐久性能均与界面细观结构直接相关。本文明确了3D打印混凝土层间界面水分状态(水膜)的形成机制,测试了不同打印层厚条带的水膜随时间的演化规律,通过CT扫描技术研究了层间间隔时间、打印层厚、环境状态对层间界面孔隙特征的影响,揭示了层间界面水分状态、层间界面孔隙特征及层间黏结性能三者之间的相互影响机制。结果表明：层间界面孔隙率随单位面积上层间界面水分质量的增长而降低,层间界面水分质量是较打印参数而言更直接的层间界面状态影响因素;层间水分状态和界面细观孔隙特征直接影响着3D打印混凝土材料的宏观力学强度。     

干燥与饱水状态下岩石混凝土一体两介质损伤特征研究

基岩与其上的混凝土结构组成的一体两介质结构的力学性能直接影响到上部工程结构安全性与可靠性.为了探讨岩石混凝土一体两介质结构在干燥与饱水状态下的损伤力学行为,开展了干燥与饱水状态下岩石、混凝土和岩石混凝土一体两介质三种材料在单轴荷载条件下声发射试验研究.根据声发射事件数表征损伤变量与本构关系,对比分析了岩石混凝土一体两介质材料的变形、损伤破坏特征.结果表明:干燥与饱水状态下三种结构的声发射特性大体相似,可按材料变形将声发射事件分成压密阶段、弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段.在压密与弹性阶段,干燥一体两介质结构声发射特征与岩石类似,撞击数出现小幅阶跃现象,声发射能量极少甚至没有,饱水一体两介质结构撞击数很少且没有出现明显的阶跃现象,声发射能量与干燥状态下一致;在塑性与破坏阶段,干燥一体两介质结构撞击数随着应力增大而逐渐增加,声发射特征与混凝土相似,并且撞击数峰值介于构成其结构的两种材料之间.饱水一体两介质结构撞击数峰值相比应力峰值稍稍滞后一点,一体两介质结构没有出现明显的脆性而是偏延性破坏,其声发射撞击数与能量计数出现两个单峰,分别对应着两次大的破坏;三种材料的声发射撞击数峰值与能量计数峰值相比于应力峰值具有滞后现象.     

循环荷载作用下珊瑚混凝土的阻尼特性EI北大核心CSCD

以珊瑚砾石、珊瑚砂拌和海水、水泥及减水剂制备全珊瑚砂混凝土。开展不同上限应力、下限应力及不同加载频率下的正弦波循环加载、卸载试验,得到了珊瑚混凝土阻尼比随变形破坏全过程演化曲线,分析了荷载波形参数对珊瑚混凝土阻尼特性的影响及机理。结果表明:阻尼比随循环周次呈现初始衰减、稳态和加速3阶段演化特征;珊瑚混凝土平均阻尼比为3.9%~5.9%,高于普通混凝土,主要归因于珊瑚骨料多孔隙、多棱角和易破碎性质;提高上限应力、降低下限应力水平或提高加载频率均会使珊瑚混凝土阻尼比增大,且阻尼比对上限应力的变化最为敏感,对下限应力变化次之,对频率变化敏感度最低。     

速凝剂种类对钢纤维喷射混凝土力学及界面性能影响EI北大核心CSCD

采用三分点加载法系统地评价了液体速凝剂种类对喷射大板成型钢纤维混凝土的力学强度与弯曲韧性行为的影响,设计同配比钢纤维砂浆体系,从早期力学强度发展与钢纤维-水泥基体微观界面方面探究了液体速凝剂种类对钢纤维增韧作用的影响机理,结果表明:相对于有碱速凝剂,无碱速凝剂的掺入对混凝土基体后期强度影响较小,有利于发挥钢纤维的增韧抗弯作用,体系荷载-挠度曲线更为饱满;从早期力学强度发展角度,无碱速凝剂通过促进短柱状钙矾石与纤维针状C-S-H凝胶的早期水化环境形成,有效地改善了水泥基体与钢纤维的界面粘结效果,有利于提高钢纤维喷射混凝土的早期初期支护能力。     

膨胀剂与内养剂对超高性能混凝土性能的影响EI北大核心CSCD

为降低或完全补偿超高性能混凝土(UHPC)的自收缩,研究了膨胀剂单掺、内养剂单掺、膨胀剂与内养剂复掺对UHPC的流动性、凝结时间、强度和自收缩的影响。结果表明:膨胀剂的加入明显降低和缩短了UHPC的流动性和凝结时间,内养剂的加入可以提高和延长掺膨胀剂UHPC的流动性和凝结时间;4%掺量的膨胀剂能小幅提高UHPC的强度,8%掺量的膨胀剂会降低UHPC的强度,内养剂的加入能改善掺8%膨胀剂UHPC的强度;4%掺量的膨胀剂能降低34.4%的自收缩,8%掺量的膨胀剂能完全补偿UHPC的自收缩,但存在体积安定性不良的问题,内养剂的加入能进一步降低掺4%膨胀剂UHPC的自收缩和改善掺8%膨胀剂UHPC的体积安定性。因此膨胀剂与内养剂复掺是一种较理想的用于降低UHPC自收缩的方法。     

基于聚乙烯纤维表面改性的超高性能混凝土应变硬化机理EI北大核心CSCD

采用不同浓度硅烷偶联剂(SCA)溶液对憎水的聚乙烯纤维(PE纤维)进行表面改性处理,用表面改性后的PE纤维制备超高性能混凝土(UHPC),测定其直拉应变硬化与开裂行为。结果表明:对于低水胶比(0.18)UHPC,掺有3%浓度SCA溶液改性PE纤维得到了较好的应变硬化效果,多缝开裂效果更为显著。改性PE纤维影响UHPC应变硬化的机理是,附着在PE纤维表面的硅烷偶联剂官能团与基体之间建立较强的化学粘结力,其中的自由羟基(—OH)与基体中水化产物C-S-H发生缩合反应,羟基(—OH)与Ca(OH)_(2)中的Ca^(2+)之间发生配位化合作用。