氧化石墨烯对混凝土渗透率和力学性能影响研究

为了研究氧化石墨烯对混凝土性能的影响，制备了6组不同氧化石墨烯掺量的混凝土试件，开展了拌合物性能试验、变围压下渗透率试验和单轴压缩试验，并分析了单轴受压破坏过程中能量转化关系。结果表明：氧化石墨烯掺入混凝土中试件仍具有良好的坍落度，且不会发生泌水和离析；围压增大试件渗透率呈现负指数递减趋势，氧化石墨烯能有效降低混凝土的渗流能力；与基准混凝土相比，氧化石墨烯大幅度提升了单轴压缩试验主要特征参数，显著降低了混凝土弹性应变能释放速率，增大了混凝土的耗散能，降低了混凝土的脆性，提高了混凝土的延性和韧性。     

不同龄期碱矿渣陶粒混凝土抗压强度试验与能量特征分析

采用煤矸石陶粒与矿渣制备碱矿渣陶粒混凝土,可实现煤矸石和矿渣等固废的再利用。为研究龄期与陶粒掺量对碱矿渣陶粒混凝土抗压强度及能量特性的影响,对不同龄期(1 d、3 d、7 d、14 d、28 d)与不同陶粒体积掺量(0%、25%、50%、75%、100%)的碱矿渣陶粒混凝土进行单轴压缩试验。结果表明,不同龄期与陶粒掺量下混凝土应力-应变曲线均经历了压密阶段、弹性变形阶段、裂缝开展阶段、破坏阶段,煤矸石陶粒的掺入使呈混凝土呈现一定的延性特征。抗压强度、弹性模量与龄期呈良好的正相关指数函数关系,与陶粒掺量呈良好的负相关二次函数关系。随龄期的延长,总能量和弹性能不断升高,耗散能先降低后升高;随陶粒掺量的增大,总能量和弹性能逐渐降低,耗散能先升高后降低。     

橡胶集料掺量对混凝土弯曲性能的影响及评价方法研究

通过6组18根橡胶集料混凝土小梁的四点加荷试验,研究了橡胶集料体积率对混凝土弯曲性能的影响,提出采用应变能作为材料吸收能量的度量指标,来评价橡胶集料混凝土的弯曲性能.试验结果表明,随着橡胶集料掺量的增加,混凝土的抗折强度逐渐减小,吸收塑性应变能的能力逐渐增大,抗弯极限拉伸值明显增大,且试件表现出明显的延性破坏特征.当橡胶集料体积率达到15%时,与基体相比抗折强度下降28.5%、应变能增大10.66倍、极限拉应变增大4.21倍.     

基于声发射和DIC的碳纳米管水泥基材料抗压力学性能研究

为研究碳纳米管(CNTs)对水泥基材料抗压力学性能的影响，对不同掺量(0%～1.0%,质量分数)CNTs的水泥基材料进行单轴抗压试验，并采用声发射(AE)和数字图像相关方法(DIC)进行全过程监测。结果表明：随着CNTs掺量增加，试件的抗压强度呈先增大后减小的趋势，当CNTs掺量为0.6%时，试件抗压强度达到最大值，较对照组提升了23.6%;当CNTs掺量为0.8%时，试件抗压强度较掺0.6%CNTs时降低了10.6%,较对照组提升了10.5%。振铃计数、能量变化与试件加载过程的应力应变曲线吻合较好，振铃计数与能量突增可以作为试样损伤破坏的预警依据。加载阶段的应变值随碳纳米管掺量增加先增大后减小，并且抗压强度小的试件率先出现明显应变变化。主应变云图主要为轴向分布，表明试件表面的破坏模式以竖向劈裂为主。     

动载下玄武岩纤维混凝土能量耗散特征与破坏损伤规律

本文基于分离式霍普金森压杆试验装置,在4种不同的应变率下研究了4种不同玄武岩纤维掺量混凝土的破坏行为和能量耗散特征。结果表明：随应变率的增加,不同玄武岩纤维掺量混凝土的分形维数均线性增加,掺入纤维会降低分形维数增长的速率;混凝土的入射能、反射能、耗散能均呈线性增长趋势,透射能呈轻微下降趋势。随纤维掺量的增加,不同应变率下玄武岩纤维混凝土的分形维数先增大后减小,耗散能密度呈先增大后减小再增大的“S”形趋势。随着分形维数的增长,不同玄武岩纤维掺量混凝土的耗散能密度均呈线性增长。当纤维体积分数为0.1%时,混凝土的性能最优,可承受的损伤最大。     

高性能橡胶粉混凝土动态压缩性能研究

在微机控制电液伺服压力试验机上对高性能橡胶粉混凝土(HPRC)试件进行单轴压缩试验,研究了橡胶粉体积掺量和应变率对高性能橡胶粉混凝土性能的影响.研究结果表明,高性能橡胶粉混凝土峰值应力和割线模量表现出一定的应变率强化效应,而橡胶粉的掺入会降低峰值应力和割线模量提升的幅度;峰值应变未表现出应变率敏感性,橡胶粉的掺入会增强混凝土的变形能力;分析了应变能与试件破坏形态的关系,应变率增大,试件破坏前贮存的应变能增大,试件破坏更严重,呈脆性破坏,掺入橡胶粉后,混凝土的韧性改善较大,试件破坏时呈现裂而不散的特性.     

橡胶集料混凝土力学及收缩性能的试验研究

通过6组不同试件的抗压强度和翘曲变形试验,研究了不同橡胶颗粒掺量、不同养护条件对橡胶集料混凝土抗压强度和收缩变形的影响.结果表明:在保证砂率不变的前提下,橡胶集料的掺量,使混凝土强度明显下降;近似等强度的基准和橡胶集料混凝土翘曲和收缩变形值差异较大,因此用弹性模量的大小来评价橡胶集料混凝土自身收缩有待商榷,提出了通过测量构件翘曲变形值的大小,计算构件的收缩应变来评价橡胶集料混凝土收缩性能的方法;无论是非等强度,还是近似等强度及表面涂刷防水剂的近似等强度的基准和橡胶集料混凝土,橡胶集料混凝土的收缩值均大于基准混凝土.     

PVC粗骨料混凝土的力学和吸能性能分析

将聚氯乙烯(PVC)软板进行粉碎得到级配良好的片状PVC颗粒以不同掺量等体积替代天然粗骨料后加入混凝土中制成试件,做单轴压缩试验和钢球自由落体冲击试验,得到立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、卸载弹性模量和能量吸收率,用来探究不同掺量的PVC粗骨料混凝土力学和吸能性能。结果表明,随PVC粗骨料掺量增加,混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度均呈显著降低趋势,在实际工程中,PVC粗骨料掺量应该控制在20%左右;随PVC粗骨料掺量增加,混凝土脆性得到改善以及延性增强;混凝土的能量吸收能力随PVC粗骨料掺量增加呈显著增加趋势。     

高温后再生保温混凝土抗压以及变形性能研究

制备了不同再生骨料掺量的保温混凝土试件,进行了100℃~700℃的高温试验,测试了混凝土试件高温后的质量损失率和单轴抗压强度,分析了试件的受压破坏过程和变形性能随再生骨料取代率和试验温度的变化规律。研究结果表明:(1)在相同温度下,混凝土的质量损失率随再生骨料取代率的升高而增大;(2)混凝土试件在小于300℃时表现为脆性特征,在大于500℃后表现为塑性特征;(3)混凝土的峰值抗压强度随温度的增大而减小,随再生骨料取代率的升高而先增大后减小;(4)混凝土的峰值应变随温度和再生骨料取代率的增大而增大。     

冲击荷载作用下聚苯乙烯混凝土的吸能特性

采用φ100mm分离式Hopkinson压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置研究了聚苯乙烯(expanded polystyrene,EPS)混凝土在不同应变率下的能量吸收特性。以比能量法作为评价指标,分析了应变率效应以及EPS体积掺量对EPS混凝土吸能特性的影响。探讨了能量吸收特性与试件破坏形态之间的关系。结果表明:EPS混凝土材料的高应变率吸能性能呈现出显著的应变率相关性。随着EPS体积掺量的增加,EPS混凝土的吸能能力先升后降,在EPS体积掺量为20%～30%时出现峰值。     

不同应变速率下橡胶混凝土损伤本构模型

为获得低应变速率下橡胶混凝土的力学性能,本文进行了不同应变速率下橡胶混凝土的轴压试验,分析了混凝土细骨料的橡胶颗粒体积替换率和应变速率对橡胶混凝土力学性能的影响规律。结果表明,随着应变速率的增加,橡胶混凝土的应力-应变关系曲线和抗压强度均呈现增大的趋势,橡胶混凝土初始损伤值呈现递减的趋势,但应变速率对橡胶混凝土的弹性模量影响不显著。当应变速率从3.3×10^-5/s增加至3.3×10^-3/s时,橡胶体积替换率为0%、20%和30%的橡胶混凝土抗压强度分别增加了31%、24%、10%。当橡胶体积替换率率从0%变化到30%时,承受应变速率为3.3×10^-5/s、3.3×10^-4/s和3.3×10^-3/s的橡胶混凝土抗压强度分别减少了17%、15%、30%;橡胶混凝土的耗能随着加载速率的增加,整体呈现增大的趋势。最后基于试验数据建立了不同应变率下橡胶混凝土的损伤本构关系模型,并采用试验数据验证了新建立模型的准确性。     

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。     

BFRP筋轴心受压力学性能试验研究

为详细考察玄武岩纤维增强复合筋(BFRP)的轴心受压力学性能,设计制作了36个受压试件,测试BFRP筋的受压破坏模式、抗压强度、压缩弹性模量、压缩变形率,研究直径、长细比、破坏模式对BFRP筋受压力学性能的影响.试验结果表明,BFRP筋的受压破坏模式分为剪切、胀裂、失稳三种,以剪切破坏为主;受压应力—应变关系为线弹性,...     

低温下泡沫混凝土的动态力学性能

为了研究低温下泡沫混凝土的动态力学性能,采用φ100 mm的铝制分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对不同温度下泡沫混凝土试件进行冲击压缩试验,得到了不同温度、应变率下的泡沫混凝土的应力应变曲线、能量参数、破碎形态等。结果表明:当应变率在62.59 s^-1以下时,泡沫混凝土应力应变曲线分为线弹性阶段、屈服阶段、破坏阶段;当应变率超过62.59 s^-1时,其应力应变曲线分为线弹性阶段、屈服阶段、局部失稳、应力平台、破坏阶段;常温、0 ℃、-10 ℃、-20 ℃和-30 ℃下,泡沫混凝土的动态抗压强度以及吸收能在对应的应变率分界点前表现出显著的应变率效应,但超出该分界点后,应变率效应便不再明显;泡沫混凝土的动态峰值抗压强度与吸收能随温度的降低而提高,但峰值应变随温度降低而降低;泡沫混凝土冲击破碎后的块度随着温度的降低逐渐变大。在低温环境下泡沫混凝土的抗动载设计中,对于泡沫混凝土的峰值抗压强度、吸收能,应优先考虑温度效应的影响,而对于其峰值应变,应优先考虑应变率效应。     

端钩型钢纤维UHPC抗压强度的试验研究

本文对5组超高性能混凝土(UHPC)立方体试件进行了轴心受压试验,观察不同纤维掺量及不同尺寸UHPC试件的破坏过程及破坏形态,研究了端钩型钢纤维及不同尺寸对UHPC受压性能的影响,比较各纤维体积掺量立方体试块的荷载-位移曲线,给出了纤维约束系数,分析了其对UHPC立方体抗压强度及压缩耗能的影响,建立了UHPC立方体抗压强度的预测模型。结果表明:与未掺纤维UHPC试件相比,掺入端钩型钢纤维的试件,在载荷达到极限荷载的40%左右时,试件开始发生损伤,在载荷接近极限荷载时,试件内部发生持续的快速断裂声响;掺入端钩型钢纤维的UHPC试件最终破坏呈多条斜向裂缝,且最终破坏时试件仍能保持完整形态,呈现“裂而不碎”的状态;随着端钩型钢纤维体积掺量的增加,试件的受压峰值荷载增加,且伴随着试件的变形增大;与未掺纤维UHPC试件相比,随着纤维掺量的增大,尺寸效应对UHPC的受压性能的影响逐渐减小。基于纤维约束指数,建立了UHPC立方体抗压强度的预测模型,预测结果与试验结果吻合度较高。     

Experimental study of strength and deformation of plain concrete under biaxial compression after freezing and thawing cycles

This study attempts to generate information about the strength and deformation behavior of plain concrete under biaxial compression after 0, 25, 50 and 75 cycles of freezing and thawing. Concrete cubes were tested under biaxial compressive stresses. Five principal compression stress ratios and four different cycles of freeze-thaw were the main variables. Static compressive strengths, stress-strain relationships and failure modes were examined. Failure modes of specimens are also described. The experimental results showed that the biaxial compressive strength of plain concrete decreased as the freeze-thaw cycles were repeated. The influence of freeze-thaw cycles and the stress ratio on the biaxial strength, the strain corresponding to peak stress and the elastic modulus after freeze-thaw cycles was also analyzed. The formula of the biaxial compressive strength in principal stress space is proposed.     

Dynamic mechanical properties of carbon fiber reinforced geopolymer concrete at different ages

In order to improve the strength and toughness of geopolymer concrete (GC) at different ages under impact load, using slag and fly ash as cementitious materials, NaOH and sodium silicate as alkaline activators, carbon fiber as reinforcement, carbon fiber reinforced geopolymer concrete (CFRGC) was prepared. The dynamic compression test of CFRGC was carried out by Φ 100 mm SHPB test system. The effects of age (3 d, 7 d, 28 d) and fiber content on the dynamic mechanical properties of CFRGC were studied, and the strengthening and toughening effects of carbon fiber on GC were analyzed. In addition, the strengthening and toughening effects of carbon fiber on GC and ordinary Portland cement based concrete (PC) were compared and analyzed. The results show that the performance indicators of CFRGC at different ages have strain rate effect under impact load, and the dynamic compressive strength and specific energy absorption of CFRGC increase approximately linearly with the strain rate. With the increase of age, the dynamic compressive strength and specific energy absorption of CFRGC increase, and the strain rate sensitivity of dynamic compressive strength and specific energy absorption also increases. With the increase of carbon fiber content, the dynamic compressive strength and specific energy absorption of CFRGC increase first and then decrease, and the strain rate sensitivity of dynamic compressive strength and specific energy absorption also increase first and then decrease. When the carbon fiber content is 0.2%, the dynamic mechanical properties of CFRGC are the best, and the strain rate sensitivity of performance indicators is the strongest. Carbon fiber has strengthening and toughening effects on GC and PC. When the fiber content is 0.2%, carbon fiber has the best strengthening and toughening effects on GC and PC. The strengthening and toughening effects of carbon fiber on GC is better than that of PC. Compared with 28 d, carbon fiber has better strengthening and toughening effects on GC at the ages of 3 d and 7 d.     

氧化铝陶瓷压缩破坏过程离散元数值模拟

陶瓷的压缩破坏是一个爆炸式破碎的过程,在短时间内急剧释放大量能量,并伴随大量高速飞行碎片的产生,实验上较难获取陶瓷压缩破坏过程中碎片的飞溅速度。本文采用离散元数值模拟氧化铝陶瓷的压缩破碎过程,分析了不同应变率下产生碎片的尺寸分布、碎片的平均飞溅速度,以及试件内部不同区域碎片的速度变化规律。研究表明:(1)陶瓷的表观破坏强度以及破碎后碎片的平均飞溅速度与加载应变率正相关;(2)碎片飞溅速度与其初始位置相关,外侧碎片的飞散速度最大,随着初始位置与试件中心轴距离的减小,碎片飞溅速度逐渐减小;(3)随着加载应变率的提高,碎裂产生的碎片数逐渐增多,对应的碎片平均尺寸变小。进一步讨论了试件压缩破碎过程中的能量守恒和转换模式,并对碎片飞溅的平均速度进行了理论分析。