粗骨料超高性能混凝土配合比及其力学性能研究

为了探索粗骨料超高性能混凝土(UHPC)的力学性能,研究了粗骨料含量(0、250、350、450 kg、550 kg/m~3)、钢纤维掺量(2%)、钢纤维长度(10、13、20、25 mm)对粗骨料UHPC立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗弯拉强度和弹性模量的影响。研究结果表明:随着粗骨料含量的增加(0～550 kg/m~3),粗骨料UHPC立方体抗压强度和轴心抗压强度先增加后减小,抗弯拉强度显著降低,而弹性模量显著提高。在粗骨料含量相同的情况下粗骨料UHPC的立方体抗压强度和轴心抗压强度、抗弯拉强度随钢纤维长度的增加明显提高,而钢纤维长度对粗骨料UHPC弹性模量无明显影响。     

含粗骨料超高性能混凝土的制备及其性能研究

针对超高性能混凝土(UHPC)胶凝材料用量大、非绿色化、成本高、自收缩大等问题,通过引入5～10 mm粒径的粗骨料,采用普通河砂代替石英砂,并优化钢纤维体积掺量,成功制备出了经济环境效益良好、性能优良的含粗骨料超高性能混凝土(UHPC-CA)。研究了粗骨料掺量对UHPC-CA工作性和力学性能的影响,并与UHPC性能进行了对比分析。结果表明:UHPC-CA的流动性能相比UHPC有所降低,粗骨料掺量为675 kg/m3的UHPC-CA能保持良好流动性能,但随着粗骨料掺量的增加,流动性降低的十分明显;UHPC-CA抗压强度、抗折强度低于UHPC,弹性模量则高于UHPC,不同粗骨料掺量UHPC-CA力学性能变化并不明显;UHPC-CA抗氯离子渗透性能和抗冻性能表现良好,但是不如UHPC优异;掺入粗骨料能够改善UHPC-CA的自收缩性能,相比UHPC,其早期自收缩率明显降低。     

粗骨料UHPC的基本力学性能及弯曲韧性评价方法

为探究粗骨料UHPC的基本力学性能及自由收缩性能,进行基本力学性能试验及自由收缩试验,并与钢纤维混凝土、UHPC的性能进行对比。评议现有纤维混凝土弯曲韧性评价方法的优点和不足;提出可量化确定UHPC梁弯拉初裂点的偏移法;分别从能量和等效弯拉强度两个角度优化UHPC弯曲韧性的评价方法,并对3种混凝土的弯曲韧性进行评估。研究结果表明：相比于UHPC,粗骨料UHPC的弹性模量提高了10%,立方体抗压强度降低了15%,抗弯拉强度降低了6%;粗骨料UHPC的抗弯拉强度为钢纤维混凝土的1.8倍。0～91d 龄期范围内,粗骨料UHPC的自由收缩量与钢纤维混凝土基本相同;3d 和91d龄期的粗骨料UHPC的自由收缩量相比UHPC分别降低了63%和55%;通过添加粗骨料可降低UHPC早期收缩开裂的风险。提出的UHPC弯曲韧性评价新方法,克服了现有评价方法的不足,适用性强,可评价UHPC梁受荷全过程的弯曲韧性。粗骨料UHPC和UHPC的弯曲韧性明显优于钢纤维混凝土;相比UHPC,粗骨料UHPC的峰前弯曲韧性指数与峰前弯曲韧性比最大降幅分别为28%和22%;峰后弯曲韧性指数与峰后弯曲韧性比降幅均在11%以内。     

含小型粗骨料UHPC板抗弯性能研究

研制新型的含小型粗骨料UHPC板,提升传统大跨径组合梁斜拉桥普通混凝土桥面板的抗弯性能。通过对含小型粗骨料UHPC进行基本材料性能研究,以及对含小型粗骨料UHPC板试件进行抗弯试验,材性试验探究含小型粗骨料UHPC材料的本构关系、弹性模量和终凝后的干燥自收缩等,发现在UHPC中添加小型粗骨料后,UHPC在抗压性能方面得到提高,减小终凝后的干燥自收缩,但会降低一定的抗弯拉强度和韧性;含小型粗骨料UHPC板试件的抗弯试验探究了试件的荷载 挠度关系与弯矩 最大裂缝宽度关系。发现UHPC板试件具有较高的开裂强度,结构破坏呈现出多裂缝发展。抗弯试验、有限元分析和承载力公式计算结果表明：含小型粗骨料UHPC板具有较好的抗弯、抗裂性能,但计算承载能力时应充分考虑添加小型粗骨料后对结构拉伸性能降低的影响。     

含粗骨料UHPC的强度尺寸效应与性能研究

研究了胶凝材料组成比例、钢纤维类型（平直型、端钩型）对含粗骨料超高性能混凝土（UHPC）强度尺寸效应、工作性和收缩性能的影响,分析了减缩剂掺量（0～2.0%）对含粗骨料UHPC收缩性能、力学性能、抗氯离子渗透性能和孔结构的影响。结果表明：适当增加粉煤灰掺量有利于改善含粗骨料UHPC的工作性,降低收缩;掺入钢纤维降低了含粗骨料UHPC的工作性,但抑制了收缩,且端钩型钢纤维抑制效果更显著;掺入1%钢纤维能够有效降低含粗骨料UHPC的强度尺寸效应,且平直型钢纤维的降低效果更好;掺入减缩剂明显降低了含粗骨料UHPC的收缩,但会使抗压强度降低,总孔隙率增大,抗氯离子渗透性能变差。     

超高性能混凝土早期变形性能及调控技术

超高性能混凝土(UHPC)由于其极低水胶比及高掺量超细矿物掺合料,在早期易产生较大的自收缩,引起开裂,影响结构耐久性。为了揭示UHPC早期变形性能影响规律及建立相应的调控技术,研究了水胶比(0.15~0.20)、粗骨料用量和膨胀剂掺量对UHPC自收缩的影响。结果表明:随着水胶比降低,UHPC自收缩先增大后减小,在0.18水胶比时收缩最大;粗骨料的掺入能明显抑制UHPC体系自收缩;膨胀剂能明显的补偿UHPC自收缩,但掺量过高会导致UHPC安定性不良,5%掺量时补偿效果较为理想。     

粗骨料UHPC匀质性控制及在大跨度桥梁中的应用研究

为使粗骨料UHPC生产时不产生钢纤维结团等匀质性不良现象，从原材料和施工工艺两方面开展了研究。其中，辉绿岩粒径在3～8 mm范围内一定程度变化时，对粗骨料UHPC的性能影响并不显著；在719 kg/m³高掺量粗骨料的情况下，尺寸为φ0.30×20 mm的端钩型钢纤维与φ0.22×14 mm相比会降低抗压强度，略微增加抗折强度；而尺寸为φ0.30×25 mm的端钩型钢纤维单掺或与短纤维复掺时均易结团，力学性能均下降。粗骨料UHPC在搅拌站生产时，采用钢纤维与粉体颗粒先干混均匀再加水的搅拌方式易结团，宜选择拌制成浆体后再缓慢加入钢纤维的搅拌方式；粗骨料UHPC在运输过程中，搅拌运输车的旋转状态会严重影响粗骨料UHPC的匀质性，运输时应当严格控制搅拌筒的旋转速度。最后在保证匀质性的前提下，采用标准化的施工工艺进行了预制桥面板的生产。     

影响混凝土断裂性能若干因素的试验研究

采用RILEM推荐的双参数：临界应力强度因子(KIC^S)和临界裂缝尖端张开位移(CTODC),同时还采用了特征长度lch研究了不同粗骨料粒径、不同硅灰掺量以及不同养护条件下这3个因素对混凝土断裂特性的影响。试验结果表明,粗骨料粒径增大,高强混凝土的抗压强度、弹性模量、劈拉强度和临界应力强度因子增大,脆性减小;标准养护时间越长,高强混凝土的抗压强度、弹性模量、劈拉强度以及临界应力强度因子的值越大,混凝土的脆性越小;掺加硅灰提高了混凝土的抗压强度、弹性模量、劈拉强度和临界应力强度因子,但却增大了混凝土的脆性。     

高强度再生骨料混凝土的干燥收缩

使用不同种类与掺量的再生骨料替代天然骨料,制备高强度再生骨料混凝土,系统研究再生骨料种类与掺量对干燥收缩的影响。结果表明,高强度再生混凝土具有较好的体积稳定性;随着再生骨料掺量的增加,高强度再生混凝土的干燥收缩增大;单掺再生粗骨料时,高强度再生混凝土的干燥收缩较基准粉煤灰混凝土小,这与再生粗骨料所具有的“内养护”效果有关,而再生细骨料的加入会显著提高混凝土的干燥收缩;采用双曲线函数模型对高强度再生混凝土的干燥收缩进行了拟合,其相关指数均在0.90以上,可较好地预测高强度再生混凝土的干燥收缩。     

再生骨料高性能混凝土收缩徐变对比试验研究

用不同粗骨料(石灰石碎石、再生粗骨料)、细骨料(河砂、人工砂、再生细骨料)两两相组合,共配制6组高性能混凝土进行对比试验,测试抗压强度、弹性模量、收缩和徐变4个性能指标并进行显著性分析。结果表明,骨料类型对高性能混凝土抗压强度的影响不明显,但对弹性模量、收缩和徐变性能都有显著影响。粗骨料对弹性模量和收缩性能的影响较为显著,细骨料对徐变的影响较为显著。再生粗骨料混凝土收缩、徐变早期发展较慢,而中后期的发展速度明显快于普通混凝土;再生细骨料混凝土收缩、徐变的发展速度始终远快于普通混凝土。在此基础上,提出了考虑粗、细骨料类型和骨料种类的高性能混凝土收缩和徐变的预测模型。     

再生细骨料混凝土的抗渗透性

通过ASTM C1202法测定再生细骨料混凝土的渗透性。实验结果表明:颗粒整形再生细骨料混凝土的抗渗透性略高于相应的简单破碎再生细骨料混凝土;再生细骨料混凝土的抗渗透性均随着细骨料取代率的增大而降低;粉煤灰掺量为30%时可使混凝土渗透性降低36.1%;胶凝材料用量每增加100kg/m3,混凝土渗透性降低约27.6%。再生细骨料混凝土具有较好的抗渗性。     

河砂和骨料对UHPC性能的影响研究

文中通过采用普通河砂替代石英砂及掺入粗骨料,研究其对超高性能混凝土(UHPC)基本性能的影响,制备出性能良好、成本较低的UHPC,以推动UHPC在土木工程中更广泛的应用。试验结果表明,随着河砂掺量的增加,UHPC的工作性能逐步提高,UHPC的力学性能先升高后降低,河砂掺入30%时抗压强度、抗折强度达到最大值,UHPC的抗拉强度不断降低,UHPC的耐久性能因抗氯离子渗透性能的提高而更加优异;河砂掺量50%、粗骨料体积掺量15%的UHPC的工作性能、抗折强度、抗拉强度及耐久性能有所降低,但其抗压强度提高明显,具有一定实用性。     

LC40轻质高强混凝土技术的研究

探索三种不同材质的陶粒作为粗骨料普通砂作为细骨料配制LC40混凝土,结果表明表观密度为1735kg/m3粘土陶粒混凝土28d强度仅达到10.5MPa;表观密度为2004kg/m3粉煤灰陶粒混凝土28d强度45.4MPa;表观密度为1756kg/m3的圆型和表观密度为1806kg/m3碎石型页岩陶粒混凝土28d强度分别是44.8MPa和49.8MPa.出于轻质高强混凝土的要求,粘土陶粒与粉煤灰陶粒混凝土很难符合轻质高强的要求.通过优化配比,陶砂0、30%、50%和100%取代普通砂为粗骨料和1∶1的碎石型、圆型页岩陶粒为粗骨料配制混凝土.结果表明:陶砂50%取代普通砂能较好实现轻质高强的要求,坍落度在120mm,且和易性良好,能较好地克服轻骨料上浮的现象,同时表观密度1526kg/m3且28d强度为44.4MPa,56d强度为45.2MPa     

混杂纤维改善轻骨料混凝土工作性和力学性能的研究

混杂纤维有良好的协同效应,可在不同的结构层次上发挥作用和优势互补。研究表明,当轻骨料混凝土中掺入一定量的混杂纤维(钢纤维与聚丙烯纤维)时,混凝土的流动性都会减少,扩展度也会降低。当轻骨料混凝土中钢纤维掺量为20kg/m3时,体系中随着聚丙烯纤维掺量的增加,混凝土的抗折强度有所提高,而混凝土的抗压强度和弹性模量呈下降趋势。当轻骨料混凝土中聚丙烯纤维掺量为0.8kg/m3时,体系中随着钢纤维掺量的增加,混凝土的抗折强度和弹性模量增幅明显,而混凝土的抗压强度呈现先增加后降低趋势,钢纤维适宜掺量为25kg/m3。     

塑钢纤维增强轻骨料混凝土试验研究

采用粉煤灰陶粒配制了强度61MPa、密度1 857kg/m3的高强轻骨料混凝土。并通过试验研究了高性能异型塑钢纤维(HPP)对轻骨料混凝土抗压强度、抗劈拉强度以及表观密度的影响,研究表明,不同掺量的HPP纤维对轻骨料混凝土的表观密度、抗压强度没有显著影响,但能明显改善轻骨料混凝土的抗拉性能。     

基于钢-混凝土组合结构轻量化的粗骨料超高性能混凝土研究进展与应用

粗骨料超高性能混凝土(ultra high performance concrete, UHPC)是实现钢-混凝土组合结构轻量化的重要载体,分析了粗骨料UHPC的性能优势和技术瓶颈,综述了粗骨料UHPC力学性能、体积稳定性、韧性和施工性能的提升原理、技术措施和作用效果,得到诱导、加速胶凝材料水化调控水化产物和微结构,可发挥粗骨料刚性骨架作用,提升常温下力学性能,使其弹性模量可达近60GPa,徐变系数低于0.4;掺加内养护剂、功能性聚合物抑制内部相对湿度下降,采用膨胀剂补偿收缩变形,可降低自收缩超过60%,提高抗裂能力;基于聚合物基体增韧和骨料-纤维协同增韧,提升拉伸韧性,可使粗骨料UHPC拉伸强度达10MPa;采用微纳米材料和选择性吸附聚合物,调控流变性能,可实现施工的高流动与物相均匀分布的统一。介绍了粗骨料UHPC典型应用工程,通过提高钢-混凝土组合结构的刚度、抗裂性能和抗疲劳性能,大幅降低结构自重,有效提升了桥梁的跨越能力。     

1900级LC60高强轻骨料混凝土的配制研究

选用高强陶粒和陶砂配制轻质高强轻骨料混凝土,通过调整胶凝材料配比、水灰比、砂率,使轻骨料混凝土的抗压强度达到LC60的要求,通过调整陶砂掺量,使轻骨料混凝土的干表观密度在1 900级范围内(1 860~1950 kg/m3)且和易性良好。通过研究发现影响轻骨料混凝土强度、干表观密度和和易性的主要因素。     

再生粗骨料混凝土的耐久性能研究

在介绍用再生粗骨料制备混凝土的同时，重点对再生粗骨料取代率（0.40％、70％和100％）、粉煤灰掺量（0和30％）及胶凝材料用量（300kg／m3、400kg/m3和500kg／m3）三种因素对再生混凝土耐久性能的影响进行了研究。     

玻璃纤维轻骨料混凝土早期力学性能试验研究

以内蒙古地区天然浮石为粗骨料,通过对不同掺量玻璃纤维轻骨料混凝土力学性能的试验,研究了玻璃纤维轻骨料混凝土的抗压强度、抗折强度及劈裂抗拉强度,并得出玻璃纤维掺量为0.5 kg/m3时,轻骨料混凝土的抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度比其它几种掺量下强度要高;从微观角度研究了轻骨料混凝土破坏后纤维表面及纤维与浆体界面粘结情况.     

轻细骨料内养护混凝土抗压强度与模拟

研究了2种饱水轻细骨料(粉煤灰陶砂和页岩陶砂)各自等体积取代不同普通砂时对水灰比0.3和0.4混凝土28 d抗压强度影响。试验表明:取代砂体积为0~60%时,随着轻细骨料掺量增加,水灰比0.3两种轻细骨料混凝土28 d抗压强度都高于普通混凝土,且都在40%时达到最高;取代砂体积0~40%时,水灰比0.4两种轻细骨料混凝土28 d抗压强度随轻骨料掺量增加而减小。当水灰比和取代砂体积相同时,掺粉煤灰陶砂混凝土28 d抗压强度都要高于掺页岩陶砂混凝土。对含有轻细骨料混凝土的抗压强度进行理论模拟,为此提出了混凝土中轻骨料体积-孔隙率转换系数γ(0-1),结合强度孔隙率模型、Powers模型和内养护浆体模型计算了轻细骨料内养护混凝土28 d抗压强度,模拟结果与试验值较为吻合。