基于灰色理论的CBC单面冻融后抗压强度与孔结构参数关系研究

通过对水泥基材料(CBC)进行以NaCl溶液为冻融介质的单面冻融试验,探究CBC抗压强度及含气量、气泡间距系数、气泡比表面积、气泡平均弦长、气泡弦长大于20 μm的弦长频率等微观孔结构参数随冻融循环次数增加的变化规律,并运用灰色理论对抗压强度与各孔结构参数的内在联系进行分析。利用灰色相对关联度筛选出微观孔结构参数中与抗压强度关联最大的参数,对其进行了相关模拟和预测,并建立宏观性能与微观孔结构参数间的定量关系。结果表明:随冻融循环次数增加,CBC抗压强度逐渐降低,冻融循环后期下降速率加快; 试验过程中试件内部含气量、气泡间距系数、气泡平均弦长逐渐增大,而气泡比表面积逐渐减小; 灰色Verhulst模型相较于GM(1,1)模型更适用于气泡弦长大于20 μm的弦长频率的模拟; 采用灰靶决策模型定义的综合孔结构参数与抗压强度关联性更强,基于综合孔结构参数建立的模型精度更高。     

冻融作用下风积沙浮石混凝土孔结构分形特征

利用天然浮石作为粗骨料,以沙漠风积沙等质量替代部分河砂作为细骨料,配制风积沙浮石混凝土并对其进行抗冻耐久性试验。借助核磁共振技术对冻融循环作用下不同风积沙替代率的浮石混凝土孔结构进行测试,并揭示冻融循环作用下风积沙浮石混凝土孔结构与分形维数间关系。结果表明：风积沙替代率低于40%对浮石混凝土抗冻性影响不大,但风积沙替代率为60%的浮石混凝土抗冻性不满足设计要求;风积沙浮石混凝土中大毛细孔（100 nm1 000 nm）占比多会削弱其抗冻性;分形维数D_max变化可反映混凝土微毛细孔（r≤100 nm）和有害孔（r>1 000 nm）占比变化。该研究可以为风积沙浮石混凝土在寒冷地区土木与水利工程中的应用提供理论支撑。     

养护条件对混凝土抗压强度及孔结构的影响

本文研究养护条件中温度、湿度和湿养护时间对C20泵送混凝土抗压强度和孔结构的影响。结果表明,高湿度养护,混凝土的抗压强度随龄期延长表现出良好的增长趋势,低湿度养护对混凝土7d抗压强度影响较小,但会大幅降低其28d抗压强度;养护湿度对掺合料混凝土抗压强度发展的影响程度比对纯水泥混凝土大;低湿度条件下,混凝土抗压强度随养护温度的升高而增加;低温环境下,混凝土抗压强度随湿养护时间的延长而增加。矿物掺合料对混凝土孔径分布改善的作用受养护条件影响较大。     

基于孔结构参数的混凝土气体扩散模型

提出了一种反映混凝土孔结构特征的毛细管束几何模型,并运用分形维数表征了孔数目、孔隙率和曲折度等参数.通过水饱和度与气体有效扩散空间的关系,建立了考虑水饱和度影响的混凝土气体扩散模型,并运用该模型分析了水饱和度、水灰比和环境温度等对气体扩散系数的影响.结果表明:水饱和度是影响混凝土中气体扩散性能的一个主要参数,当水饱和度达到85%(质量分数)时,对气体扩散系数的影响最为显著.     

碳化对混凝土孔结构的影响

通过对混凝土快速碳化试验和微观孔结构测试,研究了碳化龄期对碳化深度和碳化区试样密度的影响,分析了碳化区孔隙率和孔径大小随碳化龄期的变化规律,采用灰熵法探讨了4种孔隙对碳化区密度的影响程度,并基于热力学分型模型计算得到各个碳化龄期下碳化区孔结构分形维数.结果表明:混凝土碳化深度随碳化龄期的增加而增加,密度随碳化龄期先增加后减小,7 d时密度最大;碳化填充了多害孔和有害孔,提高了无害孔比例,并使多害孔更好的分散,连通和集聚了少害孔;对碳化区密度影响最大的是有害孔表面积,其分形维数随碳化龄期的增加出现了先降低后增加的趋势;碳化区密度与有害孔分形维数相关性良好,碳化区密度随有害孔分形维数的增加而减小.     

基于分形理论的泡沫混凝土强度研究

利用分形理论对泡沫混凝土的微观结构进行了深入分析,通过MATLAB语言编写程序,对泡沫混凝土的微观结构图片进行了分形维数的计算,分析了粉煤灰掺量不同时,泡沫混凝土的分形特征。通过设计抗压强度试验,研究粉煤灰掺量对泡沫混凝土28d抗压强度的影响,并建立数学回归方程,将分形维数与泡沫混凝土的抗压强度联系起来,对理论值与实测值进行对比研究。分析结果表明：泡沫混凝土的分形维数在1.4~1.9之间;随着粉煤灰掺量的增大,分形维数加大,28d抗压强度减小;28d抗压强度的计算值与实测值较为接近,相对误差最大为1.76%,证明了拟合公式的可靠性。     

龄期和掺合料对混凝土孔隙影响的分形学评价

为研究龄期和掺合料对混凝土孔隙的影响,采用压汞法测试不同龄期和不同掺合料混凝土的孔结构参数,并计算混凝土孔隙的体积分形维数,探究孔隙体积分形维数的变化及其与强度和耐久性的关系。结果表明：混凝土的孔结构具有明显的分形特征,随着龄期的增长,孔隙率逐渐降低,而孔隙体积分形维数逐渐增大,混凝土孔隙结构越来越不规则;不同掺合料混凝土孔隙体积分形维数与强度和氯离子渗透系数都有一定相关性,强度随分维的增大而增大,氯离子渗透系数随分维增大而降低;掺合料会影响混凝土孔隙结构,掺加矿粉会使混凝土的孔隙率降低,孔隙体积分形维数增大,而掺加粉煤灰会使混凝土早期孔隙率增大,孔隙体积分形维数降低。     

渗透结晶材料对冻融循环后混凝土孔结构的影响

孔结构决定混凝土的抗冻性能.通过压汞试验,表征和分析了渗透结晶材料对冻融前后混凝土孔结构的影响.结果表明,与基准混凝土比较,表面喷涂渗透结晶材料的混凝土,冻融循环后,多害孔的含量减少;表面喷涂渗透结晶材料越多,有害孔的含量减少.表面喷涂渗透结晶材料有利于提高混凝土的抗冻性能,改善混凝土的耐久性.     

基于光学法的BFCC冻融后孔结构参数研究

基于光学测孔法,采用Rapid Air457硬化混凝土气孔结构分析仪测定不同冻融介质、不同冻融次数玄武岩纤维水泥基复合材料(Basalt Fiber Cement Composites,BFCC)含气量、气泡间距系数、气泡比表面积、气泡平均弦长等孔结构参数,并计算气泡分布分形维数。结果表明:(1)冻融次数小于200次时,BFCC气泡分布分形维数逐渐增大,相应的含气量减小,气泡间距系数减小,气泡比表面积增大,气泡平均弦长减小,说明分形维数可用于综合评价BFCC的孔结构参数变化规律。继续增加冻融次数,分形维数及孔结构参数变化与冻融200次之前呈现出相反的趋势。(2)冻融前期(冻融0～200次)虽然会对BFCC基体造成一定的损伤,但这部分冻融损伤在冻融前期并不显现,冻融后期(冻融次数大于200次)BFCC基体内部冻融损伤开始逐渐显现。(3)气泡分布分形维数及孔结构参数变化在一定程度上反映了冻融循环过程中BFCC孔结构动态演变情况。     

基于NMR的风积沙混凝土冻融孔L隙演变研究

利用风积沙等质量替代河砂来配制风积沙混凝土,并对其进行抗冻性试验,同时借助核磁共振(NMR)技术分析其冻融孔隙演变特征.研究表明:评价风积沙混凝土抗冻性时,相对动弹性模量指标比质量损失率指标更为精准;经冻融循环后,风积沙混凝土的孔隙度和渗透率均增大,其中风积沙替代率为40%的风积沙混凝土束缚水饱和度增大、自由水饱和度减小,其抗冻耐久性最佳;风积沙混凝土的孔隙分布会影响其抗冻性的优劣,冻融循环后若孔径小于10nm的孔隙增多且大于100nm的孔隙减少,则可延缓混凝土冻融损伤,若孔径小于10nm的孔隙减少且大于100nm的孔隙增多,则会加剧混凝土冻融损伤.     

冻融循环对再生混凝土砖砌体抗压性能的影响

基于国内人工气候模拟实验室,对24个再生混凝土砖砌体试件进行不同循环次数的冻融模拟试验,进而进行轴心抗压试验,研究了冻融循环次数对再生混凝土砖砌体抗压性能的影响.对比分析了砌体试件破坏形态、抗压强度、应力-应变关系随冻融循环次数增加的变化规律;建立了砌体试件抗压强度均值随冻融循环次数退化的关系式;通过对砌体试件实测应力-应变数据的拟合,得到了不同冻融循环次数下砌体试件的抗压本构关系曲线.所得结果可为冻融循环下在役砌体结构耐久性研究以及抗震性能评估提供理论基础.     

孔结构对浮石混凝土抗压强度影响的试验研究

试验测得玄武岩纤维和橡胶浮石混凝土的含气量、比表面积、气孔平均弦长与孔径分布等参数,运用灰色理论建立各参数与混凝土的28 d抗压强度之间的联系,探究孔结构参数对浮石混凝土抗压强度的影响,试验表明:纤维掺量增加时,含气量对混凝土抗压强度影响最大,气孔平均弦长影响最小;孔径为200~300μm的孔对混凝土凝土的强度影响最大,而>400μm的孔影响最小。橡胶掺量增加时,气孔间距系数对混凝土抗压强度影响最大,比表面积影响最小;孔径为100~200μm的孔对混凝土抗压强度影响最大,而<100μm的孔影响最小。     

混凝土抗水冻融和抗盐冻融循环作用的相关性

以相对动弹性模量作为冻融损伤的评价指标,对比分析了人工砂混凝土试件在水和质量分数为3.5%的NaCl溶液2种冻融循环下的损伤程度,研究了混凝土抗水冻融与抗盐冻融循环作用之间的相关性,并基于渗透压理论,对其相关性进行了理论阐释.结果表明:抗水冻融和抗盐冻融循环次数之间具有线性相关性,且该线性相关性与混凝土的强度等级及石粉含量无关;进一步结合天然砂混凝土抗水冻融与抗盐冻融试验数据的分析,验证了该定量关系的普适性,即混凝土抗水冻融循环次数约为其抗盐冻融循环次数的2.8倍.     

复杂应力状态下孔隙水压力对混凝土抗压强度的影响

将Terzaghi(太沙基)有效应力原理引入到饱和混凝土力学性质的研究中,探讨复杂受力环境下孔隙水压力对混凝土抗压强度的影响机制,建立了符合混凝土材料自身微结构特点的有效应力原理表达式,推导出三向一般应力状态下的孔隙水压力系数公式,用其预测不同围压下混凝土的抗压强度,并在应力空间压子午面内定量描述干燥混凝土及饱和混凝土基体真实应力加载路径的变化,所得到的趋势与试验结果相吻合.研究表明:孔隙水压力的存在改变了混凝土基体真实应力在应力空间的加载过程,从而改变了混凝土材料应力达到峰值时所对应的抗压强度;与干燥混凝土相比,准静态工况下饱和混凝土在各种应力状态下的抗压强度均有所降低,且受初始静水压力、孔隙率及加载路径的影响.从基体真实应力的角度揭示了复杂应力状态下孔隙水压力对饱和混凝土抗压强度的影响机理.     

钙基地聚合物孔结构对其28d抗压强度的影响

为了研究钙基地聚合物孔结构与抗压强度的关系,基于氮气吸附试验数据,运用灰色系统理论分析了钙基地聚合物孔隙结构参数、分形维数及孔径分布对其抗压强度的影响规律,并建立了28d抗压强度预测模型.结果表明:钙基地聚合物孔隙结构参数中孔比表面积与其28d抗压强度正关联,且对其抗压强度影响程度最大;分形维数D3与其28d抗压强度正关联,且关联度最大;不同的孔径范围与其28d抗压强度负关联,100nm的孔径区间对钙基地聚合物28d抗压强度的影响最大;建立的钙基地聚合物28d抗压强度GM(1,8)预测模型,其强度预测值与实测值吻合较好,精度较高,平均相对误差为3.22%.     

Micropore of Aeolian Sand Concrete under MgSO4 Freeze Thaw Cycles

以风积沙等质量替代河砂,制备了不同风积沙替代率的混凝土,并探究了其在清水和质量分数为3%,6%的MgSO4溶液中经历冻融循环后的损伤失效规律.借助核磁共振、场发射扫描电镜和能谱仪,分析了风积沙混凝土内部微观孔隙变化及水化产物.结果表明：在6% MgSO4溶液中冻融循环对混凝土的损伤最小;随着风积沙替代率的增加,混凝土孔隙度降低,自由流体饱和度下降,抗渗性增强;MgSO4与水化产物反应生成的钙矾石会填充试件孔隙,进一步抑制MgSO4参与反应;风积沙混凝土具有合理的孔隙结构且渗透率较低,其在不同冻融介质中的抗冻耐久性明显提升.     

冻融循环下透水再生混凝土力学性能损伤分析

为研究冻融循环作用对透水再生混凝土力学性能的影响,采用快冻法进行了不同再生粗骨料取代率下的透水再生混凝土冻融试验,并测试相应阶段的动弹性模量、抗折强度和立方体抗压强度.试验结果表明:透水再生混凝土的相对动弹性模量、相对抗折强度和相对立方体抗压强度均随冻融循环次数或再生粗骨料取代率的增大而下降,衰减速率从大到小依次为:相对抗折强度、相对立方体抗压强度和相对动弹性模量.以动弹性模量为损伤变量,通过数据拟合发现,透水再生混凝土的相对抗折强度、相对立方体抗压强度与损伤度均可用指数函数表示,且相关性较好.     

配合比对超轻蒸压加气混凝土抗压强度与孔结构的影响

制备了容重≤150kg/m~3的超轻蒸压加气混凝土。通过对试块抗压强度和孔结构进行分析,讨论了钙硅比、水料比以及稳泡剂掺量对蒸压加气混凝土的抗压强度及孔结构的影响。结果表明:钙硅比、水料比和稳泡剂都会对抗压强度产生影响,在钙硅比为0.75,水料比为0.60,稳泡剂为3%时得到试块的抗压强度最高;随着钙硅比的增大,孔径和孔形状因子略微降低后保持不变,在水料比为0.60、稳泡剂为3%时可以获得孔径小、孔形好的样品;水料比、稳泡剂对抗压强度及孔结构的影响有较好的一致性,在使孔结构最优的配比下制得的样品抗压强度最高。     

冻融后预应力混凝土正截面受弯承载力研究

试验研究了5根预应力混凝土梁经历不同冻融循环次数后的承载性能,通过试验数据及借鉴前人关于冻融后混凝土应力、抗拉强度等力学性能变化的研究成果,参考GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》,得出了经历n次冻融循环后预应力混凝土梁矩形应力图的受压区高度与中和轴高度的比值βn、预应力混凝土梁矩形应力图的应力值与混凝土轴心抗压强度设计值的比值α′n以及界限破坏时截面相对受压区高度ξb的计算公式,从而给出了冻融后预应力混凝土梁在使用阶段的正截面受弯承载力计算公式;将理论计算值、试验值进行比较后发现,上述计算公式能反映冻融作用后预应力混凝土梁在使用阶段的正截面受弯承载力的一般规律.