施工缝和冷缝

通俗说冷缝就是施工不当在施工过程中由于某种原因使前浇筑混凝土在已经初凝后,后浇筑混凝土继续浇筑,使前后混凝土链接处出现一个软弱的结合面,这就是冷缝。施工缝是指因施工工艺、施工强度、混凝土温控措施等原因,"故意"产生的一个新老混凝土间的缝,但施工缝是需要凿毛、设置拉筋、设止水物等措施处理的。两者之间的最大不同是:一个是施工不当、一个是施工需要。水工建筑物混凝土浇筑时,为了保证其整体性良好,每个结构构件最好一次浇筑完毕,中间不停歇。如果因构件混凝土量大,中间需要停歇,则停歇的时间应尽量缩短,应在前层混凝土凝结前     

轻集料与水泥石界面区元素分布特征研究

研究了高强页岩陶粒与水泥石及其界面区的元素分布特征，探测出界面区宽度约为20～30μm，研究表明界面区Ca^2 向轻集料方向迁移、轻集料内水分向界面区扩散，结果使得界面区的硅钙比较基体小，结构较基体密实，显微硬度较基体大；分析了粉煤灰、矿渣对两相界面组成、结构与性能的影响规律，结果表明随着粉煤灰、矿渣的掺入，界面区硅钙比增大，界面区水泥石的孔隙率和平均孔径显著降低，显微硬度提高，界面得到增强。     

孔隙对混凝土宏观力学性质的影响

目的研究混凝土孔隙结构参数对混凝土弹性模量、单轴强度等宏观力学性能及破坏规律的影响,建立混凝土细观结构参数和宏观力学特性之间的联系,为以后改善混凝土的力学性质打下基础.方法将混凝土看成由骨料、水泥砂浆以及两者之间的界面过渡区(ITZ)组成的三相复合材料,并在水泥砂浆中引入不同孔径、孔隙率的孔隙,通过数值试验研究孔径、孔隙率对混凝土强度和弹性模量的影响规律.结果混凝土弹性模量在同一孔径下随着孔隙率的增长呈线性下降,在同一孔隙率下随着孔径增大呈对数下降;抗拉抗压强度在同一孔径(孔隙率)下随着孔隙率(孔径)的增长呈对数下降;初始孔隙率越大,材料达到峰值应力时新破坏的面积越小;多孔径作用下的宏观力学性质是单一孔径力学性质的积分.结论混凝土中孔径分布和孔隙率对其弹性模量和强度均有较大影响.孔隙率相同时,多种孔径作用下的混凝土宏观力学性质是单一孔径作用下的宏观力学性质的加权平均值.     

混凝土中氯离子渗透的试验与细观数值分析

采用试验研究与数值模拟相结合的方法,从细观角度研究了粗骨料含量、界面区和孔隙率等对混凝土中氯离子渗透性能的影响。通过氯离子扩散系数快速测定RCM试验和压汞试验,分析了不同粗骨料含量、水胶比、孔隙率与氯离子扩散系数的关系;通过编写程序建立混凝土细观随机骨料模型,进而对氯离子的扩散性能进行数值模拟,分析了粗骨料含量和界面区等细观参数对氯离子渗透扩散的影响。结果表明：数值模拟与试验结果吻合性较好,验证了细观数值模型的有效性;氯离子扩散系数随粗骨料含量的增加而降低;混凝土孔隙率随水胶比的增加而增大,进而增加混凝土的渗透性;混凝土的渗透性能随着界面区厚度和界面区扩散系数的增加而增大。     

再生混凝土细微观结构和破坏机理研究

再生骨料相当于天然骨料表面附着了一层老砂浆,老砂浆力学性能相对天然骨料较差,造成了再生混凝土内界面过渡区的数量、分布和性能的不同,从而影响了再生混凝土的力学性能.首先通过试验方法研究了再生混凝土中老砂浆的含量和分布;利用扫描电镜考察了新老界面过渡区形貌的异同,分析了老砂浆对界面过渡区的影响;采用有限元软件ANSYS对再生混凝土细观结构的受力特征和破坏机理进行了初步分析.最后利用不同强度等级的废旧混凝土加工成再生粗骨料,制备成再生混凝土,测试其抗压强度和劈裂抗拉强度,验证了再生混凝土受力的破坏机理.     

受压混凝土中硫酸根离子的扩散与损伤机理分析

针对沿海、盐渍土环境下荷载和硫酸盐侵蚀的耦合作用对混凝土结构耐久性造成的损伤,提出了一种受压混凝土中硫酸根离子扩散的数值模型。首先,基于Fick第二定律,考虑应力和混凝土孔隙率之间的关系建立了荷载作用下混凝土内硫酸根离子的理论扩散模型;其次,通过自编程序构建包含水泥砂浆、界面过渡区和天然骨料的混凝土三相随机凸多边形骨料模型,从而实现了受压混凝土中硫酸根离子扩散的细观模拟;最后,通过与受压混凝土在硫酸盐溶液中全浸泡的实验结果对比分析,验证了理论模型和细观模型的有效性。进而对不同水灰比的受压混凝土试件在不同浓度硫酸盐溶液中的离子扩散与损伤过程进行了数值分析,分析结果表明：随着压应力水平的提高,同深度处硫酸根离子浓度逐渐减小;与压应力相比,侵蚀溶液浓度和水灰比对硫酸根离子扩散的影响更加明显;水灰比对压应力抑制离子扩散程度的影响要大于侵蚀溶液浓度;适当减小水灰比更有利于受压状态下的混凝土抵抗硫酸盐侵蚀。     

TRC加固构件抗剪粘结强度试验研究

为了研究织物增强混凝土(TRC)加固层与老混凝土之间的粘结性能,本文对用织物增强混凝土(TRC)薄层加固的RC构件进行了界面剪切试验.粘结试件结合面处分别进行了人工凿糙和植抗剪钢筋两种处理方式,考察了不同界面处理方法对其剪切性能的影响,并探讨了不同粗糙度及植筋率对界面抗剪强度的影响规律.试验结果表明,结合面凿糙和植筋处理均能提高TRC加固层和老混凝土间的粘结性能,凿糙试件的粘结抗剪强度提高幅度较大,其最佳灌砂平均深度范围为2.0mm-4.0mm,植筋试件的粘结抗剪强度和延性均有所提高.     

碳纳米管增强水泥砂浆在混凝土修补加固中的应用研究

采用8字形新老砂浆抗拉粘结强度的试验方法,研究了不同粘结砂浆粘结材料在不同配比条件下的粘结性能,得到了不同粘结材料抗拉强度的变化规律。试验结果表明,碳纳米管增强水泥砂浆粘结性能良好,适宜作为新老混凝土界面修补材料。     

预应力混凝土梁体接缝力学性能试验研究

为研究预应力混凝土梁体接缝与整体成型混凝土结构抗拉、抗折力学性能的差异,论文选取整体成型混凝土试件为参照,在相同混凝土配合比的条件下,制备接缝形式为直接湿接缝、凿毛湿接缝、环氧树脂胶结缝的混凝土,通过劈裂抗拉试验和抗折试验,分析不同类型接缝混凝土的力学差异性。结果表明:凿毛湿接缝混凝土试件抗拉性能与抗折性能最好,强度损失最小,分别为32%和42%;直接湿接缝混凝土试件抗拉性能与抗折性能最差,强度损失高达到整体成型混凝土的60%以上;环氧胶结缝混凝土试件抗拉强度介于直接湿接缝与凿毛湿接缝之间,强度损失在50%-55%之间。     

基于正交试验的水泥砂浆开裂敏感性研究

选取比表面积、SO3含量、碱含量、水灰比及养护温度5种因素,采用正交设计理论,通过水泥砂浆的圆环约束试验,分析讨论各因素对砂浆开裂敏感性影响的显著程度,为水泥的生产如何适应混凝土的质量要求以及如何在配合比设计和施工中提高混凝土的抗裂性提供参考.结果表明:各因素对水泥砂浆开裂敏感性的影响程度为比表面积水灰比养护温度碱含量SO3含量,水灰比、比表面积和养护温度对水泥砂浆开裂有显著影响.水灰比降低、比表面积增大和养护温度提高都会引起水泥砂浆开裂趋势的增大,显著降低水泥砂浆的抗裂性能,应引起足够的重视.     

水泥混凝土浆体-集料界面过渡区结构与性能试验技术

水泥混凝土浆体—集料界面过渡区结构与性能影响混凝土的整体性能,其试验技术的合理采用关系到对其结构与性能的正确测试与评价.针对水泥混凝土浆体—集料界面过渡区结构与性能特点及其对混凝土整体性能影响,论述了当前国内外有关其研究的试验技术.界面过渡区结构试验技术包括宏观技术、微观技术和模拟技术;性能试验技术集中于力学性能和耐久性能两方面;而界面过渡区力学性能和耐久性能试验技术亦是当前界面过渡区对混凝土性能影响试验技术的焦点;最后指出当前试验技术存在的问题,提出新试验技术发展的重点.     

集料-水泥石界面对混凝土损伤断裂性能的影响

通过不同的界面处理工艺改变混凝土中集料-水泥石粘结强度,研究集料-水泥石界面对混凝土单轴受压应力-应变全曲线、四点弯曲断裂能和裂缝扩展模式的影响规律.研究表明:集料-水泥石界面对混凝土的强度和韧性具有一定的影响,强化集料-水泥石界面可以提高混凝土的抗压强度,但却降低其韧性;弱化粗集料-水泥石界面,会明显降低混凝土的强度和变形能力;而弱化细集料-水泥石界面能提高混凝土的断裂能和延性指数,原因是细集料表面的初始缺陷将宏观分离裂缝诱导为均匀分布于砂浆基体中的弥散裂缝,增加了有效裂缝长度,同时也增大了断裂过程区,从而改善了混凝土的延性.     

3D打印混凝土层条间界面抗拉性能与本构模型

通过直接拉伸试验,研究3D打印混凝土层、条间界面的抗拉强度与整体拉伸-变形曲线. 通过XCT扫描,根据孔隙率在基体与界面处的分布规律,确定层、条间界面的厚度和平均孔隙率. 根据打印混凝土基体与层、条界面的变形关系得到界面的拉伸-变形曲线. 基于混凝土的拉伸塑性损伤本构理论,建立3D打印混凝土层、条间界面的拉伸本构模型. 研究结果显示：打印混凝土层、条间的平均抗拉强度为1.636、1.514 MPa,分别占基体抗拉强度的85.8%、79.4%;层、条间界面抗拉强度和极限变形与界面处孔隙率存在明显的线性关系;层间界面厚度约为0.81 mm,条间界面厚度约为2.12 mm;所建立的本构模型与试验结果较吻合,能够准确反映拉伸荷载作用下界面的力学响应,可以为3D打印混凝土数值模拟提供可靠依据.     

Multi-scale modeling of the effective chloride ion diffusion coefficient in cement-based composite materials

N-layered spherical inclusions model was used to calculate the effective diffusion coefficient of chloride ion in cement-based materials by using multi-scale method and then to investigate the relationship between the diffusivity and the microstructure of cement-basted materials where the microstructure included the interfacial transition zone（ITZ）between the aggregates and the bulk cement pastes as well as the microstructure of the bulk cement paste itself.For the convenience of applications,the mortar and concrete were considered as a four-phase spherical model,consisting of cement continuous phase,dispersed aggregates phase,interface transition zone and their homogenized effective medium phase.A general effective medium equation was established to calculate the diffusion coefficient of the hardened cement paste by considering the microstructure.During calculation,the tortuosity（n）and constrictivity factors（D_s/D₀）of pore in the hardened pastes are n≈3.2,D_s/D₀=1.0×10^-4respectively from the test data.The calculated results using the n-layered spherical inclusions model are in good agreement with the experimental results;The effective diffusion coefficient of ITZ is 12 times that of the bulk cement for mortar and 17 times for concrete due to the difference between particle size distribution and the volume fraction of aggregates in mortar and concrete.     

凝石混凝土的抗氯离子渗透性能分析

目的研究水泥混凝土与凝石混凝土的抗氯离子渗透性能,为凝石混凝土的广泛应用提供实验依据．方法根据基于离子扩散和电迁移提出的NEL方法测试水泥混凝土与凝石混凝土试件的氯离子扩散系数,从孔结构、界面过渡区域以及氯离子的固化程度等几个方面分析水泥混凝土与凝石混凝土的渗透性能．结果凝石混凝土具有较小的过渡孔隙率、微观界面过渡区域具有较高的硬度,并且与氯离子的结合能力很强,使得凝石混凝土对氯离子具有很好的固化作用．结论凝石混凝土相比于水泥混凝土具有更好地抗氯离子渗透性,可以提高混凝土的耐久性．     

再生混凝土轴心受拉性能试验与格构数值模拟

通过轴心受拉试验获取再生混凝土各相材料(老硬化砂浆、新硬化砂浆、界面过渡区)的力学参数,并研究再生混凝土在轴心受拉状态下的破坏机理.基于固体力学相关知识,结合再生混凝土各相材料的力学性能,建立一种再生混凝土细观格构模型.根据试验获得的再生混凝土各相材料力学参数,通过格构模型对再生混凝土进行轴心受拉模拟分析,获取再生混凝土轴心受拉应力-应变曲线,并探讨再生混凝土的内部破坏过程和轴心受拉破坏机理.结果表明,再生混凝土的受拉断裂部位主要集中在新或老硬化砂浆处,针对再生混凝土受拉力学性能,格构模型的模拟分析与轴心受拉试验结果基本吻合.     

新旧混凝土界面结合状态研究

研究了在不同的界面干湿状态下，几种常见的修补材料和界面剂对新旧混凝土界面结合强度的影响。运用拉拔强度评价新旧混凝土界面结合状态，并借助显微硬度仪测量界面处的显微硬度值对试验结果进行了验证和分析。结果表明，在界面处于不同的干湿状态时，提高新混凝土的强度可使结合强度略有增大。在修补材料中掺入纤维会明显提高界面结合强度，且聚丙烯纤维要优于碳纤维．使用界面剂后界面干湿程度对界面结合强度影响减小。     

基于XFEM的骨料分布对混凝土有效模量的影响

混凝土的弹性模量是结构设计中最基本的参数,在计算方法上需要保证足够的准确性。基于现有的3层球壳解析模型,将骨料、界面过渡区和薄层砂浆组成的整体先行处理为等效夹杂体,并根据解析模型获得相应的弹性模量,随后将混凝土视为由此等效而来的夹杂体与基体砂浆组成的二相复合材料。在固定背景网格体系中,采用无附加自由度的扩展有限元方法计算不同级配和骨料含量的混凝土等效弹性模量。当混凝土的骨料分布发生变化时,无附加自由度的扩展有限元方法能够在程序设计上避免整体刚度矩阵的维度变化问题。此外,为了能在获得不同的骨料分布的同时获得较高的骨料含量,混凝土的级配采用固定的粒径分布形式。结果表明：骨料含量同为47.12%的3种级配的混凝土弹性模量基本相同,说明级配对混凝土弹性模量的影响可以忽略;解析解可较准确地预测稀疏骨料分布情况下的混凝土等效弹性模量,但骨料增加后其预测值出现较大偏差;混凝土弹性模量随硬骨料含量的增加线性增大,随软骨料含量的增加线性减小。