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.     

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。     

全再生废砖骨料混凝土导热系数试验分析与预测

以3种不同的再生废砖粗骨料替代率(40%、70%、100%)和再生废砖细骨料替代率(40%、70%、100%)设计7组试验,对再生废砖骨料混凝土导热系数进行试验和分析。试验结果表明:提高再生废砖粗骨料替代率可降低再生废砖骨料混凝土导热系数;在再生废砖粗骨料替代率为100%的基础上,增加再生废砖细骨料的替代率,则再生混凝土导热系数持续下降,其中全再生废砖骨料混凝土导热系数最低,相比普通混凝土降低幅度为57.52%;定义了再生废砖骨料影响系数G,G值越大,再生混凝土导热系数越低;研究了再生砖骨料混凝土导热系数的变化机理,在Hasselman-Johnson模型基础上,提出了再生废砖骨料混凝土导热系数修正公式,计算预测值与试验值吻合良好。     

玻化微珠掺量对再生混凝土抗压强度和导热系数影响试验研究

试验研究了玻化微珠掺量(取代细骨料)和再生粗骨料取代率对混凝土抗压强度和导热系数的影响规律。结果表明:再生粗骨料取代率、玻化微珠掺量的增加会降低混凝土的抗压强度和导热系数,当再生粗骨料取代率为100%、玻化微珠掺量为6%时,再生混凝土的抗压强度为30.3 MPa,导热系数为0.835 W/(m·K)。与试验中普通混凝土相比,导热系数降低49.5%,保温性能得到明显提高。     

混凝土导热系数的试验研究与预测模型

采用防护热板法和瞬态平面热源法测试了粗骨料、水泥砂浆和混凝土的导热系数,考察了砂率、骨料种类及其体积分数、水灰比和饱和度对混凝土导热系数的影响;利用复合材料导热系数模型,分析了饱和/干燥状态下混凝土内水泥砂浆与粗骨料间界面热阻的影响.结果表明:混凝土导热系数随饱和度、骨料体积分数、骨料导热系数的增大而增加,随水灰比的增大而减小;对干燥混凝土导热系数的预测需考虑界面热阻的影响.在假定混凝土固相导热系数随着饱和度线性增大的基础上,提出了基于饱和度影响的混凝土导热系数计算模型.     

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。     

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。     

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。     

基于真实骨料形状库的混凝土细观数值模型

针对混凝土细观数值模型生成的骨料形状与真实骨料形状不一致及难以进行凹凸型骨料的侵入判断等问题,提出了一种基于真实骨料形状库的骨料数值生成方法。采用双判据准则直接对凹凸型骨料进行侵入判断,并提出一种两阶段细观有限元方法对混凝土试件进行网格剖分;采用VC++开发的混凝土力学性能细观数值模拟前处理软件对该方法进行了验证。结果表明:这种改进的骨料数值生成方法使细观数值模型更加接近实际混凝土试件,消除了外包络辅助几何体增加骨料占用面积对骨料填充率的影响,同时能够尽可能地用矩形单元对混凝土细观数值模型中的各相材料分别进行网格剖分。     

全级配混凝土二维细观模型的自动生成

将COMSOL软件与MATLAB软件有机结合,提出基于数值图像处理技术和骨料嵌入判别准则的混凝土细观数字模拟方法,实现了全级配混凝土二维细观几何模型和有限元模型的自动生成.骨料的生成主要依据混凝土级配中的骨料粒径分布,骨料的投放以骨料颗粒不相互嵌入为原则.为了验证该方法的有效性,采用4种形状的粗骨料试件进行模拟.结果表明:对于骨料含量高的全级配混凝土细观模拟试件,无论是骨料投放还是有限元网格自动剖分,此方法均可获得较高效率.     

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.     

冻融循环对再生保温混凝土性能影响的试验研究

再生保温混凝土是将建筑材料的再生利用和结构自保温相结合而提出的一种新型绿色建材,为了研究冻融循环对其性能的影响,在再生保温混凝土优化配合比的基础上,设计了5种不同比例再生粗骨料的配合比进行0、15、30、50次冻融循环,并测定相应的抗压强度和导热系数。试验结果表明,再生保温混凝土经过冻融循环后强度有所降低,运用回归分析法确定了不同再生粗骨料取代率的混凝土在不同冻融循环次数后对其抗压性能的定量影响规律,从而为再生保温混凝土在冻融环境下的工作机理研究提供依据。     

稻壳再生骨料混凝土导热性能试验研究

以破碎市政道路废弃混凝土为再生粗骨料,研究再生粗骨料取代率对再生骨料混凝土导热系数的影响规律;在此基础上,掺入粉煤灰与稻壳,分别研究其对再生骨料混凝土导热性能改善效果。研究结果表明,提高再生粗骨料取代率可减低混凝土的导热系数;粉煤灰掺量在20%以内对再生骨料混凝土导热性能无明显影响;稻壳可显著改善再生骨料混凝土的导热性能,100%再生粗骨料、20%稻壳掺量的再生骨料混凝土导热系数约为相同再生粗骨料取代率的再生骨料混凝土的18.3%,普通混凝土的28.3%。     

泡沫玻璃轻骨料混凝土配比正交试验分析

为研究泡沫玻璃轻骨料在混凝土中的应用,通过泡沫玻璃、陶砂骨料混掺保温混凝土的正交试验,对影响泡沫玻璃轻骨料混凝土的容重、导热系数和抗压强度的相关因素进行分析。分析结果表明,发泡剂水泥取得量与骨胶比对保温混凝土的抗压强度、导热系数影响最大。最后,因制备的泡沫玻璃轻骨料混凝土保温效果良好但强度仅能达到C5,推荐制成保温砌块应用于墙体。     

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.     

煤矸石玻化微珠保温混凝土试验研究

鉴于普通混凝土自重大、保温性能差等缺陷,研制出一种新型建筑节能材料煤矸石玻化微珠保温混凝土。试验采用煤矸石取代部分或全部石子作为粗骨料制成煤矸石玻化微珠保温混凝土,对不同煤矸石取代率玻化微珠保温混凝土的制作工艺、和易性能以及抗压强度和导热系数进行了研究和分析。试验结果表明:煤矸石玻化微珠保温混凝土满足可泵性能对坍落度的要求;煤矸石取代率不超过50%时,抗压强度能达到C40级以上;导热系数相对于普通混凝土下降50%以上,热工性能良好。从而验证了掺加煤矸石玻化微珠保温混凝土的可行性,对于后期煤矸石玻化微珠保温混凝土的优化设计具有重要参考价值。     

骨料对保温混凝土长期隔热性能的影响

采用石灰岩、砂岩、花岗岩3种不同岩性骨料,按C30～C403个强度等级拌制混凝土,开展28,90,120,180,270,360(d)7个龄期的导热系数试验.结果 表明,石灰岩骨料配制的混凝土导热系数最小,砂岩次之,花岗岩最大;混凝土的导热系数随龄期增长而增加,120d之前增加较快,之后缓慢增加并趋于稳定保温隔热混凝土的骨料优选顺序为灰岩、砂岩、花岗岩;在28～360 d龄期内,混凝土试件的导热系数随骨料体积增加而增大;相同骨料配制的混凝土强度等级越高导热系数越小;在配制保温隔热混凝土时应选择低骨料含量的配合比;提高混凝土的配制强度有助于改善混凝土的隔热性能.     

骨料替代率对玻璃纤维再生混凝土力学性能的影响

再生混凝土是一种资源节约型混凝土,再生粗骨料替代率的选择是决定再生混凝土力学性能的关键因素,试验通过设计5个不同的替代率,研究了再生骨料替代率对玻璃纤维再生混凝土力学性能的影响,并且在同一骨料替代率(50%)时研究了不同纤维掺量对再生混凝土保温性能的影响。结果表明:随着再生粗骨料替代率的增加,玻璃纤维再生混凝土的抗压强度和劈拉强度整体呈现下降趋势;不同取代率混凝土抗压强度均达到设计强度;再生粗骨料最优替代率为50%;混凝土的导热系数随玻璃纤维掺量的提高逐渐降低。     

煤矸石玻化微珠保温混凝土初探

玻化微珠保温混凝土作为一种集承重、保温于一体的绿色建筑材料,在工程上的应用正在逐步推广。在玻化微珠保温混凝土的基础上,用煤矸石取代了其中的部分或全部粗骨料制成了一种新型绿色建筑材料——煤矸石玻化微珠保温混凝土。通过对5种不同煤矸石掺量的玻化微珠保温混凝土立方体抗压强度和导热系数进行分析可知,参照C50强度等级普通混凝土配制的煤矸石玻化微珠保温混凝土抗压强度能够达到C30~C45混凝土的设计值,并仍具有玻化微珠保温混凝土良好的保温性能。     

玻璃轻石混凝土热工性能试验研究

选用具有隐蜂窝多孔结构的玻璃轻石材料作为粗、细骨料取代普通混凝土中的砂和石制作自保温砌块,测试了砌块密度、导热系数等性能,并根据试验结果分析了水灰比、水泥用量、细骨料取代率对砌块力学性能、玻璃轻石粗骨料取代率对热工性能的影响。试验分析得到砌块的最佳配合比:水灰比0.42、水泥用量350 kg/m~3、玻璃轻石细骨料取代率100%、玻璃轻石粗骨料取代率100%。所制备的自保温砌块干密度为1 596 kg/m~3,导热系数为0.417 W/(m·K)。