基于细观尺度的再生混凝土性能研究综述

基于当前国内外学者对再生混凝土性能试验的结果,研究骨料、砂浆、界面过渡区等细观参数对再生混凝土宏观性能影响.在骨料方面,骨料分布的均匀程度高、颗粒级配较好、大中型骨料颗粒数越多的再生混凝土在抗拉、抗压、抗折强度及弹性模量等方面都会有所提高;在砂浆方面,随着新、老砂浆的强度提高,再生混凝土力学性能更好,老砂浆厚度越高,再生混凝土内部氯离子浓度越大;在界面过渡区方面,随着新、老界面过渡区弹性模量的提高,再生混凝土的性能表现地越好,界面过渡区厚度越大,氯离子扩散系数越大.     

基于均匀化理论的混凝土等效弹性模量预测

在细观层次上,将混凝土视为由骨料、水泥砂浆及骨料-水泥砂浆间界面过渡区构成的三相复合材料,基于Python语言,运用蒙特卡罗方法建立具有周期性的混凝土单胞模型,结合均匀化理论和周期性边界条件,提出了考虑界面层作用的混凝土等效弹性模量预测方法。采用已有文献结果验证了模型预测值的有效性,在此基础上,进一步研究单胞尺寸、界面层厚度、骨料体积率及骨料最大粒径对混凝土等效弹性模量的影响规律。结果表明,混凝土单胞模型可有效预测混凝土复合材料的弹性性能,与已有方法预测结果的误差范围为1.87%～4.97%,混凝土单胞模型的尺寸建议以150 mm为宜,20%～40%内的骨料体积率对混凝土等效弹性模量的影响最为明显,而界面层厚度与骨料最大粒径对混凝土弹性模量的影响较小,呈单调递减或单调递增的影响规律。     

基于颗粒流对混凝土尺寸效应下的抗压裂缝分析

基于颗粒流(PFC)的Fish语言编写了二维颗粒流程序，构建了二维混凝土细观模型，采用标定后的PB模型参数，对不同尺寸混凝土的破坏裂纹演化和破坏机理进行分析。模拟结果表明：混凝土单轴抗压破坏是水泥砂浆界面以及骨料与水泥砂浆交界面裂纹扩张和演化造成的；不同的尺寸以及随机骨料的分布会对混凝土的峰值应力和破坏模式有一定的影响；单轴抗压试件内的裂纹起始于水泥砂浆界面，随后以骨料与水泥砂浆的交界面为主开始延伸，并随着载荷增加向混凝土内部发展，到90%峰值抗压强度后，裂纹的延伸速度和增加速度进入突增阶段，主裂纹和水泥砂浆界面的次生裂纹相互作用，呈现出贯穿状，使混凝土试件破坏；随混凝土尺寸的增大和骨料数量增加，裂缝数量增加，且随混凝土尺寸的减小，裂纹突增的速度与数量比例更大。     

母体混凝土强度对再生骨料及再生骨料混凝土性能影响研究进展

将建筑固废破碎成再生骨料加以使用，既可节约自然砂石资源，又可促进建筑固废循环利用。再生骨料的品质决定了再生混凝土的性能，而品质的影响因素很多，其中母体混凝土的强度是重要的影响因素之一。本文以母体混凝土强度为研究对象，综述其对再生骨料及再生骨料混凝土的性能影响规律。不同强度的母体混凝土通过影响再生骨料黏附砂浆的质量与含量，进而影响再生骨料及再生骨料混凝土的性能。母体混凝土强度增加，黏附砂浆的质量与含量均得到提高；而黏附砂浆质量的提高强化了再生骨料和再生骨料混凝土的性能；黏附砂浆含量的增加劣化了再生骨料的物理性能，使再生骨料孔隙率和吸水率增加，却强化了混凝土的内养护效果，有助于提升再生骨料混凝土的力学性能。微观分析发现，对于不同强度的母体混凝土，再生骨料混凝土界面过渡区中水化产物的含量有差异，从而对混凝土的力学性能产生影响。本文为再生骨料的进一步分级利用提供参考。     

不同强度砂浆界面过渡区对再生骨料混凝土性能的影响

为了探明不同强度砂浆界面过渡区对再生骨料混凝土性能的影响,试验以再生骨料表面不同的砂浆强度以及附着率作为变量,配置了不同强度等级的再生骨料混凝土,与普通混凝土进行了对比性强度试验以及碳化试验.试验结果表明,高强度原生混凝土经破碎后作为再生骨料配制低强度等级的再生混凝土,即再生混凝土内部旧砂浆界面过渡区强度比再生混凝土内部新砂浆界面过渡区强度高时,再生骨料混凝土的强度与普通混凝土强度几乎相同,再生骨料表面砂浆的强度以及附着率对再生混凝土的强度影响不大,但碳化深度有所增大.当使用低强度原生混凝土经破碎后作为再生骨料配制高强度等级再生混凝土,也就是再生混凝土内部再生骨料与旧砂浆界面过渡区强度比新砂浆界面过渡区强度低时,再生骨料混凝土的强度与普通混凝土相差较大,再生骨料表面砂浆的强度以及附着率对再生混凝土强度影响较大.     

轻骨料混凝土早期力学性能的试验研究

本文以内蒙古东部区天然浮石为粗骨料,对不同减水剂的轻骨料混凝土进行3 d、7 d、14 d、28 d抗压强度、棱柱体强度及弹性模量和峰值应变试验测定,总结了轻骨料混凝土早期强度、弹性模量的关系,以及不同掺量的减水剂对轻骨料混凝土早期强度的影响.     

不同尺寸下再生骨料混凝土直剪性能及其损伤本构

以再生粗骨料取代率、试件尺寸为变化参数,设计并制作了45个再生骨料混凝土试件。通过直剪试验,观察了不同尺寸下再生骨料混凝土的破坏形态,分析了取代率和试件尺寸对再生骨料混凝土直剪性能和损伤本构的影响情况,建立了不同尺寸下再生骨料混凝土的损伤本构模型。结果表明:峰值变形、延性系数均具有明显的尺寸效应,普通混凝土损伤发展速度变慢,再生骨料混凝土损伤发展变快;随取代率的增加,峰值变形先减小后增大,延性系数先增大后减小,损伤发展规律与取代率不成线性关系。采用的本构模型能较好地反映不同尺寸再生骨料混凝土的剪切荷载–变形关系以及损伤演化过程。     

含粗骨料超高性能混凝土的力学性能EI北大核心CSCD

采用河砂替代石英砂并添加粗骨料的方式制备含粗骨料的超高性能混凝土(UHPC),研究不同粗骨料掺量和粒径对UHPC力学性能的影响。结果表明:粗骨料掺量的增加对UHPC基体新拌混合物的流动性具有降低作用,粗骨料粒径对新拌混凝土的流动性具有不规则增强效应;当粗骨料掺量不大于400kg/m3时,UHPC基体立方体抗压强度和轴心抗压强度呈现不同程度的增长,当粗骨料掺量继续增加,UHPC基体立方体抗压强度和轴心抗压强度出现下降;粗骨料粒径的增加对UHPC基体的立方体抗压强度和轴心抗压强度具有增强效应,而对UHPC抗折及劈裂抗拉强度影响不大。骨料掺量对UHPC基体的弹性模量具有增强效应,骨料粒径越小,弹性模量越大;UHPC初裂强度、峰值强度、初裂挠度、峰值挠度以及各阶段耗能均随粗骨料掺量的增加缓慢降低;初裂强度、峰值强度、各阶段耗能均随粗骨料粒径的增大而降低,初裂挠度与峰值挠度随粗骨料粒径的增加呈现缓慢上升的趋势;韧性指数I5、I10、I20均随骨料掺量和粒径的增加而逐渐减小。     

粉煤灰地质聚合物混凝土的强度特性

本文研究了骨料掺量、砂率、养护温度、高温养护时间对粉煤灰地质聚合物混凝土抗压强度,以及劈拉强度、抗折强度、弹性模量、泊松比等力学性能.结果表明:粉煤灰地质聚合物混凝土的抗压强度随骨料掺量及砂率的增加先增大后减小,存在一个相对最优值;强度随养护温度的升高而增大,100℃时达到最大值,且强度增长在高温养护24 h内基本完成.粉煤灰地质聚合物混凝土早期强度较高,7d以后强度增长较小;劈拉强度随着骨料掺量的增加而提高,抗折强度、弹性模量、泊松比都随骨料掺量的增加先增大后减小,掺量为70％时达到峰值.     

寒冷地区浮石混合骨料混凝土抗冻性试验研究

研究浮石替代碎石0％、30％、70％、100％和掺入0.9 kg/m3聚丙烯纤维对混合骨料混凝土抗冻性能的影响.结果表明:随浮石替代率的增加,混凝土质量损失率和强度损失率逐渐减小,相对动弹性模量逐渐增加;随冻融循环次数的增加,混凝土质量损失率、强度损失率以及相对动弹性模量逐渐增加;聚丙烯纤维的掺入能够降低混合骨料混凝土的强度损失率,提高相对动弹性模量,但对质量损失改善作用不是太明显.     

替代率对再生混凝土基本力学性能的影响研究

本试验采用压碎值低于15%的道路破碎再生骨料,通过五种不同替代率再生骨料混凝土的坍落度试验、抗压试验、抗折试验,分析在相同配合比情况下,不同骨料替代率对再生混凝土拌合物的流动性、破坏过程与形态、应力应变全曲线、弹性模量、应力峰值、变形性能的影响关系。结果表明：当再生骨料压碎值低于15%时,不但不会降低再生混凝土强度,反而对强度提升有促进作用;随着再生骨料替代率的增大,再生混凝土拌合物的流动性逐渐降低;再生混凝土的抗压和抗折应力峰值,以及再生混凝土的弹性模量,均在再生骨料替代率为75%时达到最大值;随着再生骨料替代率的增加,再生混凝土的塑性和韧性逐渐增大。     

再生混凝土单轴受压下多重界面过渡区的破坏机理研究

为研究再生粗骨料混凝土在单轴受压荷载下的破坏特性,使用数字图像相关技术记录混凝土立方体在破坏过程中的应变变化规律,并结合显微硬度测试、背散射电子成像技术等观测手段对界面过渡区的宽度和孔隙率进行定量表征。试验结果表明,分别经骨料强化和砂浆强化后,再生混凝土的抗压强度较未处理试样提升了17.86%和35.55%,说明砂浆强化更有利于提升再生混凝土的抗压强度。骨料强化可以提升老砂浆显微硬度值,降低老骨料-老砂浆界面过渡区孔隙率;砂浆强化可以提升新砂浆显微硬度值,降低老骨料-新砂浆界面过渡区以及新-老砂浆界面过渡区的孔隙率。经强化处理后的特定界面产生贯通裂缝的概率降低。     

混凝土破坏特征试验与PFC仿真技术研究

为研究PFC仿真技术在混凝土中的应用,设计了不同应变速率下混凝土的室内单轴压缩试验,对混凝土pfc模型进行了优化,分析了主要细观参数对优化模型力学特性的影响,结合室内试验验证了所用细观参数的合理性,最终分析了混凝土的破坏特征,分析发现:①混凝土模型试样的峰值应力随法向-切向刚度比增大而逐渐降低,峰值应变随法向-切向刚度比增加先增加后降低;混凝土模型试样的峰值应力、峰值应变随粘结法向强度增大而线性增加;随颗粒粘聚力增加,混凝土模型试样的峰值应力、峰值应变整体上均呈现先增大,后趋于平稳的变化趋势;②数值模型和混凝土试样单轴受压的破坏形式都为剪切破坏,骨料的分布是影响混凝土试样的破坏面形态的主要原因;③混凝土的强度主要取决于水泥砂浆的强度及其与骨料表面的黏结强度。     

透水混凝土冻融剥蚀成因分析

为探究透水混凝土冻融剥蚀是否来自水泥浆体劣化,选取2.5~10.0 mm粒径骨料,制备了水灰比为0.31的透水混凝土及同水灰比的水泥石,测量二者冻融循环下质量、强度及透水混凝土相对动弹性模量变化。采用压汞法(MIP)测量水泥石冻融循环下孔结构特征参数及孔径分布变化,并通过扫描电镜(SEM)观察透水混凝土骨料水泥界面形貌演变。结果表明,在水冻与盐冻环境下透水混凝土宏观性能指标均有不同程度下降,骨料水泥界面产生裂缝并随冻融次数增加不断扩展,而水泥石强度、质量及微观孔隙结构均无明显变化。这表明透水混凝土冻融劣化与骨料水泥界面劣化相关。     

纤维轻骨料混凝土抗冻性试验研究

利用浮石轻骨料、钢纤维、聚丙烯纤维及硅灰配制纤维轻骨料混凝土,研究在水中冻融作用及硫酸钠溶液中冻融作用下纤维轻骨料混凝土的抗冻耐久性能.研究表明,轻骨料混凝土在硫酸钠溶液中冻融损伤明显大于水冻环境;掺入两种纤维后,轻骨料混凝土的强度损失率降低,而掺有粉煤灰和硅灰的纤维轻骨料混凝土的强度损失率和质量损失率均显著降低.SEM照片显示,掺有硅灰的轻骨料混凝土界面过渡区厚度减小,水化反应生成大量凝胶产物并交织成网状结构,界面的粘结强度提高,使得掺有硅灰的纤维轻骨料混凝土具有均匀致密的显微结构.     

粉煤灰和磨细矿渣对高强轻骨料混凝土抗渗及抗冻性能的影响

研究了粉煤灰和磨细矿渣对高强轻骨料混凝土抗渗及抗冻性能的影响。结果表明：粉煤灰和磨细矿渣的复合掺入能显著提高高强轻骨料混凝土的强度、抗渗及抗冻性能。在不掺入引气剂的情况下,轻骨料混凝土的抗冻性达F200以上。轻骨料混凝土的扫描电镜照片表明：粉煤灰和磨细矿渣的综合效应,使火山灰反应更加充分,Ca(OH)2含量降低,轻骨料与水泥石的界面过渡区得到强化,混凝土结构更加密实,其抗渗、抗冻性能得到进一步提高。     

粉煤灰陶粒轻骨料混凝土循环受压力学性能试验研究

以强度等级、陶粒预湿时间为变量,设计制作6组陶粒轻骨料混凝土试件进行循环轴压试验,研究粉煤灰陶粒混凝土的力学性能.试验观察了试件破坏形态,获取了试件全过程应力-应变曲线及力学特征参数,深入分析了混凝土强度等级、陶粒预湿时间对陶粒轻骨料混凝土峰值应力、塑性应变、刚度退化及能量耗散的影响规律.研究结果表明:陶粒轻骨料混凝土在循环荷载作用下主要发生竖向劈裂的脆性破坏;随着陶粒预湿时间的增长,试件峰值强度有所提高,但增幅不大;试件塑性应变随循环加载次数增加而增长,混凝土强度等级、骨料预湿时间对其影响不大,采用了幂函数对标准化塑性应变与标准化循环峰值应变的关系进行了拟合,效果良好;轻骨料强度等级越高,刚度退化过程越为缓慢,能量耗散降低;循环加载末期,所有试件能量耗散随着加载次数增加而呈幂函数形式降低.     

地聚物骨料粒径对HS-ECC力学性能的影响

高强度工程水泥基复合材料(HS-ECC)中的精细硅砂骨料粒径通常小于0.30 mm,价格昂贵且不利于减少HS-ECC收缩，同时精细硅砂的开采和加工会对环境产生一定的负面影响。本文利用粒径在0.30～<4.75 mm的地聚物骨料(GPA)作为精细硅砂的替代骨料制备HS-ECC,GPA的粒径被划分为三组，分别为0.30～<1.18 mm、1.18～<2.36 mm、2.36～<4.75 mm,以研究各粒径区间对HS-ECC抗压强度、拉伸应变能力及微观结构的影响规律。结果表明：GPA粒径与石英砂骨料相同时，HS-ECC延性得到了显著提升，但对抗压强度及抗拉强度影响较小，平均裂缝宽度和平均裂缝间距均明显减小，GPA-水泥基质界面过渡区宽度大于石英砂-水泥基质界面过渡区宽度；GPA粒径不同时，HS-ECC的延性、抗压强度和抗拉强度均随GPA粒径的增大而减小，平均裂缝宽度和平均裂缝间距均随GPA粒径的增大而增大，GPA-水泥基质界面过渡区宽度随GPA粒径增大而减小。     

骨料对工业废渣陶粒混凝土性能的影响

研究了不同等级陶粒骨料及砂率对陶粒混凝土性能的影响。结果表明:采用800级,600级陶粒为骨料制备工业废渣陶粒混凝土,随骨料用量增加,容重降低有限,但会导致强度和比强度大幅度降低。采用较高等级骨料制备轻混凝土时,通过增加骨料用量降低容重不可取。以400级陶粒为骨料,随骨料用量增加容重有明显降低趋势,但强度变化不大。与骨料等级和用量相比,砂率对不同等级废渣陶粒混凝土的强度和容重的影响要小得多。骨料用量及砂率对废渣陶粒混凝土的软化系数影响不明显,但骨料等级的影响显著,骨料越轻、陶粒混凝土容重越小,软化系数越大。     

热活化煤矸石粉对基体-骨料界面过渡区性能的影响

煤矸石是煤炭工业产生的固体废弃物，持续产生及长期堆存会对环境产生一定影响，亟需开展资源化利用研究。以贵州黔西市煤矸石为研究对象，以粗粒级煤矸石为骨料，热活化后细粒级煤矸石为矿物掺合料，采用微机控制抗压抗折试验机、显微硬度仪、扫描电子显微镜研究热活化煤矸石粉对基体-骨料界面过渡区性能的影响。结果表明：随着热活化煤矸石粉掺量的增加，胶砂试块的抗折强度和抗压强度均先升高后降低，质量分数为2.5%的热活化煤矸石粉对胶砂试块力学性能具有提升作用，能够减小界面过渡区宽度，提高界面过渡区显微硬度，同时密实界面结构；随着热活化煤矸石粉掺量进一步增加，界面过渡区宽度反而增大，微孔数量和尺寸也增加，部分胶凝物质呈团状附着在煤矸石骨料表面，进而对胶砂力学性能产生不利影响。