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关键词： 低温环境   冻融循环   混凝土   纤维材料   力学性能  

摘要： 在我国东北、西北等寒冷地区,由于气温的季节性周期变化,混凝土结构会经历冻结与融化的周期循环作用,易导致结构冻融破坏。随着我国东北地区城市地下空间结构建设规模增大,混凝土材料的需求和要求也逐渐提高。与此同时,如何提升混凝土材料在地下工程中的应用性能已成为国内外学者研究的热点。为此,本文针对寒冷地区混凝土与纤维混凝土力学性能及其在地铁车站结构中的应用情况,综合运用文献检索与分析、室内宏观力学试验、微观结构试验及数值计算分析方法,开展了寒冷地区纤维混凝土力学性能及其在地铁车站工程应用效果研究。主要的研究工作和成果如下:(1)综合考虑混凝土强度等级、冻融循环次数、不同的纤维材料和试块受冻条件等因素,采用超低温冻融循环和低温抗压力学试验方法,研究了不同冻融循环次数、不同强度等级、不同纤维材料下的混凝土试件破坏形态和抗压强度特征。结果表明:经历冻融循环作用后的混凝土各项力学性能发生劣化;混凝土抗压强度和弹性模量随冻融循环作用次数增加逐渐减小,峰值应变则有相反的变化规律;掺加纤维的混凝土表现出一定的抗冻性,纤维混凝土的抗压强度随冻融循环作用次数增加变化幅度较小;混合掺加聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维在抗冻性上强于单独掺加聚丙烯纤维和单独掺加聚乙烯醇纤维,混合掺加玄武岩纤维和聚丙烯纤维的混凝土次之,掺加玄武岩纤维的混凝土抗压能力最弱。(2)综合考虑混凝土强度等级、冻融循环次数、不同的纤维材料和试块受冻条件等因素,采用扫描电镜(SEM)方法,研究了不同纤维混凝土的微观结构形式及其机械咬合作用。结果表明:纤维通过与水泥的粘结在混凝土中起到抗裂的作用,就三种纤维与浆体的机械啮合作用而言,聚丙烯纤维最优、聚乙烯纤维其次、玄武岩纤维较差;在混凝土中加入纤维后,能够很好的将混凝土骨料与骨料、骨料与胶凝材料连接起来,混凝土骨料紧紧包囊这纤维,两者相互协同作用,使其力学性能得到改善和提升,减少原有微裂缝的数量和尺度,推迟宏观裂缝出现,增强混凝土力学性能和耐久性能。(3)基于ABAQUS大型有限元计算程序,采用所建立的严寒地区纤维混凝土材料数值计算方法,采用Python语言二次开发,建立了基于张广泰等所提出的基于Weibull分布的冻融循环下纤维混凝土损伤数值计算模型;通过对比试验试块破坏形态和试验抗压性能验证其可行性;以此方法研究了不同冻融循环次数、不同强度等级、不同纤维材料条件下混凝土试块的抗压和抗拉力学性能。结果表明:混凝土通过掺加纤维材料可以提高自身抗压和抗拉力学性能,增强其韧性,进而提升了混凝土材料的抗冻能力;纤维材料可以有效提升严寒低温环境中混凝土材料的力学性能,其中聚丙烯纤维的抗压性强于聚乙烯醇纤维,玄武岩纤维的抗冻性最差;针对纤维混凝土抗压强度和抗拉强度,分别给出了不同纤维材料的最佳掺量建议值。(4)针对典型寒冷地区地铁车站工程混凝土力学性能,研究了寒冷低温环境中纤维材料对于增强地铁车站结构自身力学强度和减少冻融损伤的作用和功能。结果表明:掺加纤维材料后,地铁车站各部分结构最大主应力均明显降低,变形均大幅减小;由此可见,纤维材料可以提高混凝土的力学性能,增强寒冷地区地下工程结构的稳定性。

关键词： 《土力学》课程   线上教学   教学团队   教学质量   学习效果   探讨  

摘要： 随着互联网的快速发展，高校传统教育模式受到了很大的影响，大部分高校实施了线上教学。随着教学方式的改变，如何保证线上教学的教学质量、提高学生线上学习效果成为教师教学的一大难题。笔者所在的土力学教学团队以《土力学》为例，对线上教学存在的问题进行总结，针对具体问题提出一些改善方法。从教师的教学效果和学生的学习效率两方面深入探讨，提出了具体改进土力学线上教学质量的方案。教学团队成员通过“教学实践—改进—再实践”发现，提出的方案有效改善了《土力学》线上教学的质量。

关键词： 土力学   膨胀土   非饱和土真三轴仪   膨胀力   干湿循环  

摘要： 为研究原状膨胀土三向膨胀力的变化特性，在测量吸力条件下，利用改进的非饱和土真三轴仪对原状膨胀土进行三向膨胀力试验、控制竖向变形的三向膨胀力试验和干湿循环后膨胀土的三向膨胀力试验，研究基质吸力、竖向变形和干湿循环对三向膨胀力的影响。研究结果表明：原状膨胀土的三向膨胀力随着吸力的减小而增大并逐渐趋于稳定，在此过程中存在一个明显的临界吸力值sL，其值随着初始吸力的增大而增大；当吸力s>sL时，三向膨胀力的增长速度和吸力减小的速度较快，当s≤sL时，三向膨胀力的增长速度和吸力减小的速度较慢；三向极限膨胀力随着初始吸力的增大而增大，竖向极限膨胀力随初始吸力增大的速度较快；竖向应变的微小变化就会导致三向膨胀力的快速减小，随着竖向应变的继续发展，三向膨胀力逐渐减小并趋于稳定；在不同的竖向应变条件下，2个水平膨胀力的衰减量相差不大，而竖向膨胀力的衰减量始终大于水平膨胀力的衰减量；竖向应变一定时，随着初始吸力的增大，三向膨胀力的衰减量增大；干湿循环后膨胀土的含水率和吸力均随着循环次数的增加而减小；随着干湿循环次数的增加，该原状膨胀土的三向极限膨胀力增大。

关键词： 钢管混凝土柱   螺旋箍筋   轴压承载力   有限元分析   再生混凝土  

摘要： 钢管混凝土柱组合结构形式的使用日益增长,在国内外许多工程中都有所应用,许多学者也在此领域内做出了相应的研究,但在实际工程中,越来越多的工程要求被提出,普通的钢管混凝土结构已经无法满足这些要求,为此如何提高钢管混凝土的承载力,耐用性等指标均是目前急需解决的问题,国内外科研人员提供了许多解决办法,如在内部设置钢筋、加劲肋等,还有在外部设置FRP包裹,钢管包裹等强化手段。本文采用在钢管外侧加设混凝土保护层与螺旋箍筋的方式,保护钢管不受空气等氧化物的锈蚀,并且通过螺旋箍筋增强对核心区域的约束,提升钢管混凝土柱的承载能力,此方法施工工艺简单,造价成本低,具有良好的经济效益,降低维护成本,施工方便。 本文通过再生混凝土的配合比调试,制作出9个立方体试块与6个棱柱体伴随试块,测试了再生混凝土材料的轴心抗压强度,弹性模量等参数;并制作出1根普通钢管再生混凝土柱和8根自防护螺旋箍筋增强钢管再生混凝土柱,8根自防护螺旋箍筋增强钢管再生混凝土柱的螺旋箍筋间距分别为50、70mm和100mm,螺旋箍筋直径为6mm和8mm,将所有试件进行轴压试验并加载至破坏,得出螺旋箍筋不同参数对试件承载能力的提升规律。利用ABAQUS软件进行有限元分析,通过数值模拟与试验结果对比,验证了ABAQUS软件分析自防护螺旋箍筋增强钢管再生混凝土柱的可行性。本文得到主要结论如下: (1)螺旋箍筋有效防止钢管过早发生屈曲,增设螺旋箍筋的钢管再生混凝土柱的承载能力明显提高,提升效果能达到50%以上。 (2)通过将KB1号柱与螺旋箍筋直径为8的试件的极限荷载进行对比,发现在螺旋箍筋直径相同时,螺旋箍筋间距为100mm,70mm,和50mm的极限荷载分别约束提升幅度为11%,36.74%和50.02%。通过将KB1号柱与螺旋箍筋直径为6的试件的极限荷载进行对比,发现在螺旋箍筋直径相同时,螺旋箍筋间距为100mm,70mm,和50mm的极限荷载分别约束提升幅度为8.47%,26.95%和40.31%。 (3)通过将KB1号柱与螺旋箍筋间距为50mm的试件极限荷载进行对比,发现在螺旋箍筋间距相同时,螺旋箍筋直径为6mm和8mm的提升幅度为40.3%和50%。 (4)通过ABAQUS软件模拟发现,试件极限荷载模拟值较为贴合,但模拟无法考虑的钢与混凝土间的滑移,故变形模拟不能作为实际参考,极限荷载参考的可行性较好。 (5)螺旋箍筋对核心区域的约束具有明显的效果,提升试件承载力。螺旋箍筋的间距对试件承载力的影响较为直接,且变化较为线性,螺旋箍筋的直径对承载力的影响,受到螺旋箍筋的间距影响,伴随螺旋箍筋间距减小,直径带来的承载力提升效果也随之提升。

关键词： 红壤复合土   土壤重构   干湿交替   抗剪强度   土-水特征曲线  

摘要： 红壤是一种在高温多雨气候条件下淋溶形成的一种特殊土壤,具有塑性高、高孔隙比、高含水率、低压缩性、黏性重、易结块、土壤偏酸性、保水保肥力差和抗剪强度差等特性。红壤是中国分布面积最广泛的土壤类型之一,其总面积为56.90万km2,主要分布在长江以南的低山丘陵地区,亦是云南省境内分布较为典型的土壤类型。然而,降雨、灌溉、高温蒸发和生产建设工程扰动等引起干湿交替作用,导致红壤干旱时失水收缩、地表下降并产生裂隙,降雨时土壤膨胀、表层上移、裂隙逐渐封闭,土水特性变化表现出异常剧烈,干湿交替时空差异性显著。因此,亟需开展红壤区的土壤重构。土壤重构已成为土地整治工程一项关键技术,也是工矿区土地复垦、生态修复和高标准农田建设等研究的热点之一。鉴于此,本文围绕红壤区土地整治工程中面临的松散边坡如何稳定、土壤持水保水性能如何提升、稀缺土水资源如何保持、植物群落如何快速恢复、土壤重构过程中影响机制如何响应等主要技术和科学问题。因此,本论文基于土壤重构视角,构建了“改土-调水-培植”的研究理论框架,采用理论分析、室内试验、数值模拟等研究方法,以云南省红壤为研究对象,通过设置4种添加量（0、0.5%、2.5%、5.0%）的木纤维、糯米胶和混合（木纤维/糯米胶）,以及2种草本植物（白三叶、黑麦草）重构红壤的土水性能,开展基于土壤重构的红壤复合土力学特性及影响机制研究。研究结果完善土地整治理论方法体系,为生态脆弱区的土地整治、生态修复和水土保持等生态化工程实践提供理论依据和技术指导。本论文主要取得以下结论:（1）添加适量的糯米胶、木纤维或混合重构材料可以增强红壤的抗剪强度,同时能抑制干湿交替作用对土体抗剪性能的衰减效应。在2次干湿交替过程中,红壤和复合土的抗剪强度及参数会降低,且趋于一个稳定值;随着重构材料的含量增加,复合土的各项抗剪指标均有不同程度的增强,其中抗剪强度和黏聚力增强是5.0%木纤维最佳;添加糯米胶初期抗剪强度和黏聚力会快速提高,但随着干湿交替次数增加,抗剪强度和黏聚力出现快速降低;添加混合（木纤维和糯米胶）后在0.5%-2.5%之间受干湿交替衰减作用较大,0.5%混合以下含量的抑制效果不明显,5.0%混合复合土对抑制干湿交替衰减效果最优。（2）适量的重构材料添加后可以增强红壤的持水保水性能,同时能减缓干湿交替作用对红壤水力特性的滞回效应。重构材料添加对红壤基质吸力影响程度由大到小为木纤维、糯米胶、混合、素土。其中,2.5%木纤维复合土降幅最小,表明其受干湿交替作用的影响较小,添加后可提高红壤基质吸力值,可有效地改善红壤的持水保水能力;干湿交替下5.0%木纤维复合土的滞回度逐渐较小,其受滞回效应的影响最小,即体积含水率变化幅度也最小。2.5%和5.0%糯米胶添加可大幅提高土体的体积含水率,但同时其吸水和失水速率变化较大,不利于长期保持水分。在中、高含水率阶段,混合复合土受水分干扰较大,从而对基质吸力变化幅度也较大。采用Logistic模型对4个处理（素土,糯米胶、木纤维、混合）SWCC变化进行模拟,其决定系数在0.987～0.999之间。（3）白三叶、黑麦草可以增强红壤复合土的加筋固土能力。黑麦草根土体抗剪强度增量高于白三叶根土复合体,相对于白三叶,黑麦草的加筋固土能力较强。随着植物RAI、RV的增加,除了0.5%糯米胶+白三叶根土体、5.0%木纤维+黑麦草根土体的抗剪强度降低外,其他试验组呈总体增大的趋势。添加糯米胶后,随着植物RAI增加,粘聚力增幅变化为:白三叶根土复合体>黑麦草根土体,内摩擦角增幅则相反;添加木纤维后,随着RAI增加木纤维+白三叶根土体的黏聚力和内摩擦角呈增大的趋势,其中当RAI>1以上,内摩擦角变化趋于平缓,5.0%木纤维+白三叶根土复合体黏聚力的增幅最大;添加混合（糯米胶+木纤维）后,随着植物RAI增加,黏聚力呈增大的趋势,内摩擦角变化较小。（4）添加最优配比的糯米胶复合土可以提高草本植物地上和地下生物量。地上生物量增量（13.15g）明显高于地下生物量增量（1.16g）,黑麦草生物量的增量优于白三叶生物量的增量。糯米胶复合土可以提高草本植物生物量,随着添加量增加,黑麦草和白三叶生物量呈先增大后减小的变化趋势,其中2.5%糯米胶复合土对草本植物生物量提高最大;添加中、高含量的木纤维和混合复合土后会对草本生物量起到抑制作用,影响草本植物正常生长。（5）草本植物可以增强红壤复合土的持水保水性能。黑麦草根土体的基质吸力随着草本植物的根系表面积指数（RAI）、根体积比（RV）、叶片面积指数（LAI）和地下生物量（UB）的增加而增大,两者总体呈线性函数关系。白三叶根土体的基质吸力随着RAI、RV、LAI和UB的增加而增大,两者总体呈线性函数关系;但2.5%木纤维根土体呈先增加而减小的趋势,两者满足二阶多项式函数关系。随着复合土添

摘要： 陈正汉教授新著《非饱和土与特殊土力学》一书，获2022年度国家科学技术学术著作出版基金资助，于2023年2月由中国建筑工业出版社出版发行，大16开本，共1100页，分为上、下卷(照片附后)。该书内容是作者及其学术团队40年来在非饱和土与特殊土力学领域创新成果的系统总结和结晶，分为六篇31章。第一篇(第1章)介绍非饱和土与特殊土力学的发展历程、岩土学科发展和工程实践中遇到的形形色色的疑难土力学课题；第二篇(第2章至第9章)全面系统介绍非饱和土与特殊土的测试技术，重点介绍了作者自主研发的仪器设备和高新技术设备；

关键词： 盐渍黏土   力学特性   有效应力   渗透吸应力   本构模型   CMH耦合行为  

摘要： 盐渍土广泛分布于我国北方和沿海地区,具有区域特征明显、北多南少和受环境交互作用影响等特点。在全球气候变暖以及温带大陆性气候和季风气候影响的背景下,逐渐形成并长时间存在的由黏土颗粒、盐溶液和气体组成的非饱和盐渍黏土既是一种特殊的盐渍土,同时也属于非饱和土的范畴。这使得非饱和盐渍黏土在持水、变形和强度等水、力学行为方面表现出与盐渍土和非饱和土相类似的一部分特征,但也具有迥然不同的化学-力学-水力（CMH）耦合行为。然而,盐渍黏土的试验和理论研究仍处于发展阶段。另外,随着我国统筹推进现代化基础设施体系的迅速发展,大量的基础设施建设于盐渍土地区并日渐增多。这在增加盐渍土地区工程项目建设挑战的同时也推动着相关基础理论学科的发展。因此,展开盐渍黏土力学特性试验、有效应力及其本构模型的研究,对特殊土力学的发展和实际工程项目的建设具有重要的理论和实际意义。本文选择甘肃河西地区的粉质黏土为研究对象,结合当地盐渍土的含盐情况,研究了盐渍黏土吸力与含盐情况和含水量的相关性以及含盐种类与浓度、基质吸力、应力水平和应力历史对力学行为的影响及其作用机理。基于此,对非饱和盐渍黏土的有效应力进行了系统的推导,获得了非饱和盐渍黏土的有效应力方程和吸应力公式。最后,对饱和与不饱和条件下盐渍黏土的本构模型展开了研究,建立了饱和盐渍黏土的化学-统一硬化（C-UH）模型和考虑CMH耦合效应的非饱和盐渍黏土的统一硬化模型（CMH-UH）。主要研究工作与结论如下:（1）开展了非饱和盐渍黏土的土水特征曲线（SWCC）试验与一维压缩试验。使用压力板仪（PP）和滤纸法（FP）测试了不同含盐条件下非饱和盐渍黏土的SWCC,并借助非饱和土的一维固结试验系统进行了不同含盐情况和基质吸力条件下的一维压缩试验,揭示了含盐情况对非饱和盐渍黏土吸力和压缩行为的影响以及物理化学作用的应力依赖性。结果表明非饱和盐渍粉质黏土在零应力状态下的基质吸力受含盐情况影响较小,但是盐溶液的存在以及种类和浓度的改变会调整试样的微孔隙结构,影响试样的压缩变形和压缩指标。此外,根据对主次固结特性以及特征参量的分析可知,非饱和盐渍黏土的物理化学作用具有一定的应力依赖特性。（2）利用GDS非饱和三轴试验系统进行了控制含盐情况和基质吸力下盐渍黏土的三轴排水压缩试验。为明确含盐种类和浓度对饱和盐渍黏土力学特性的影响,对蒸馏水、Mg SO4、Na Cl和Na2SO4溶液饱和黏土试样开展了控制超固结比（OCR）的三轴排水压缩试验。然后,使用GDS非饱和三轴试验系统测量了控制含盐情况和基质吸力时试样的应力应变曲线,分析了渗透吸力和基质吸力对非饱和盐渍黏土强度和变形行为的影响规律。由试验结果指出渗透吸力的增大会增加试样的剪切强度、体积变形、临界状态线斜率M和剪胀比,但同时也削弱了超固结试样的应变软化和体胀现象。此外,渗透吸力基本不会改变基质吸力的贡献,但是基质吸力的增大会降低渗透吸力的影响程度。（3）从热力学理论出发推导了非饱和盐渍黏土的有效应力方程和吸应力表达式。通过考虑化学渗透效应对气-溶液界面的影响推导了非饱和盐渍黏土的Young-Laplace方程和毛细管压力,并借助平均土骨架应力分析方法获得了有效应力方程。然后,通过考虑给定温度条件下自由水转换为土壤水过程中Helmholtz自由能的变化量,对提出的有效应力方程进行了证明并明确了吸应力的构成和内在机制。最后,通过分析非饱和盐渍黏土的吸应力特征曲线以及变形、强度与有效应力间的唯一性,肯定了有效应力方程的有效性。结果表明非饱和盐渍黏土的吸应力包含基质吸应力和渗透吸应力,且渗透吸应力受到有效饱和度、基质吸力和渗透吸力等因素的控制。由验证结果发现盐渍黏土的变形和剪切强度与有效应力之间满足一一对应的关系。（4）建立了适用于不同含盐条件下超固结饱和盐渍黏土的C-UH模型。基于三轴压缩试验结果,通过考虑渗透吸力对屈服面短轴和长轴的影响确定了饱和盐渍黏土的屈服面方程。紧接着,将获得的屈服面方程和应力剪胀方程引入UH模型建立了饱和盐渍黏土的C-UH模型,并借助试验结果对其预测能力进行了验证。结果表明随着渗透吸力的增加,饱和盐渍黏土的屈服面短轴和长轴分别表现为逐渐增大和减小,超固结程度逐渐减弱,剪胀比也逐渐增大。此外,根据验证结果发现,C-UH模型具有良好的预测能力。（5）基于提出的有效应力方程建立了非饱和盐渍黏土的CMH-UH模型。利用提出的有效应力方程,选择净应力张量、基质吸力和渗透吸力作为应力状态变量,构造了非饱和盐渍黏土的屈服面方程,系统地研究了非饱和盐渍黏土的CMH耦合屈服行为。此外,通过考虑渗透吸力对体积变形的贡献反映了化学效应对持水性的影响,并结合CMH耦合屈服规律和考虑物理化学作用的统一硬化参数提出了非饱和盐渍黏土的CMH-UH模型框架。基于此,通过考虑非饱和盐渍黏土在排水

关键词： 海水海砂   力学性能   变形性能   LC2   孔隙参数   水分演变   微观结构  

摘要： 针对淡水河砂资源短缺和全世界碳排放高位上涨的严酷形势,许多专家学者对这一问题进行了广泛的研究。目前,采用海水和/或海砂和水泥的替代品是解决资源短缺和碳排放居高不下问题的重要举措。虽然大部分学者证明海水中富含的大量氯离子以及复杂的离子环境导致其不能直接运用于钢筋混凝土应用中,但是目前越来越多的研究表明海水和海砂可以运用于素钢筋混凝土、FRP钢筋混凝土、ICCP-SS体系中从而获得不错的经济和环境效益,且海水海砂目前已经在一些国家和沿海地区展开了应用。已有研究表明,粉煤灰(FA)和石灰石-煅烧粘土(LC2)在降低水泥基材料碳排放上具有显著的效果,特别是仅有50%水泥添加量的LC3(LC2-45)体系的耐久性能和力学性能够与纯水泥体系相媲美,这使得在工程应用中超大量的水泥运用、成本极高的水泥生产现状可能被改变。尽管目前形成了众多研究成果,报道了添加\不添加SCMs的海水和\或海砂的水泥基材料性能的研究结果,但是少有将原状海水和海砂结合起来进行研究的报道,且目前已形成的研究成果在力学和变形性能上投入的研究时间较短,对微观部分机理的揭示不够明确。更令人遗憾的是,没有将LC2与海水海砂结合起来进行研究的成果出现,而这种局面会限制LC2未来的应用价值。因此,本文将对添加FA\LC2的海水海砂混凝土(SWSC)进行长达一年养护下的力学和干燥收缩性能测试,并且通过自收缩和开裂试验评估添加\不添加FA或LC2的SWSC的变形情况,并通过SEM-EDS、MIP、XRD、TGA、NMR等水泥基材料微观测试方法来辅助论证SWSC力学和变形性能的变化规律并给出工程上可能的启示。主要研究发现如下: 通过对SWSC进行自收缩和抗裂实验可以发现,SWSC的自收缩高于淡水河砂混凝土,水胶比越低,SWSC自收缩越大,这归因于水泥水化速度的不同。FA和LC2均能降低SWSC的早期自收缩,但是LC2由于其具有更高的水化反应力,在1 d后就开始发挥水化效力从而迅速增大自收缩。混凝土早期开裂受到水分传输特性、孔隙特征、小孔占比和水泥水化特性等综合因素的影响,研究发现SWSC中添加FA和LC2能够有效抑制混凝土的开裂行为和降低最大裂缝宽度,FA比LC2具有更好的抑制效果,这归因于FA的惰性。通过NMR和MIP的实验结果,可以发现LC2在早期就具有了弥补胶凝体系水泥不足导致的低水化反应力的能力,这使得LC2-SWSC在1 d内水化较慢,而1-3 d的水化反应活力迅速激发从而实现快速水化。FA由于其早期低水化活性,早期基体内水化产物比较少。相比于FA,LC2能更好地优化基体的孔隙结构和水分传输情况。 通过混凝土坍落度、长期力学和干燥收缩性能测试以及微观实验研究了水胶比及FA\LC2对SWSC性能的影响。研究发现LC2对SWSC早期水化的促进效果优于FA,因此LC2会使SWSC浆体凝结得更快,坍落度损失会更大。在长达1年的养护下,SWSC力学性能弱于淡水和河砂混凝土。LC2对SWSC力学性能整体上的促进效果比FA更加好。海水海砂替代淡水河砂不利于降低混凝土长期干燥收缩,但是二者长期干燥收缩的差值很小。养护早期水胶比对SWSC干燥收缩的影响与养护1年时不同,最终水胶比的增大促进了干燥收缩的增大。FA和LC2的添加有效地降低了SWSC的长期干燥收缩,而且FA和LC2具有抑制干燥收缩增长的效能,且LC2的效能更为突出。SEM、TGA、XRD和MIP结果均表明FA/LC2有利于维持长期养护下SWSC微观结构的坚固和稳定,其中LC2能有效地促进SWSC基体孔结构的细化和孔分布的均匀化,且LC2-SWSC中含有的水化相更丰富、更密集,这归因于煅烧粘土、石灰石共同取代OPC有着不错的协同效应。强度与龄期、强度与收缩具有良好的相关性,本文提出的拟合公式可以用于预测工程实际应用时的强度\收缩发展规律。添加FA\LC2的SWSC的强度与孔隙率\平均孔隙的相关性并不是很明显,因为FA\LC2的添加使得基体的水化的发展变得复杂。所有混凝土组四类孔隙的数量并非随着强度的增长而呈现良好的变化规律,因此不能简单地认为混凝土孔隙的发展总是有规律可循的。

关键词： 硅灰   聚丙烯纤维   橡胶混凝土   应力-应变曲线   动态增长因子  

摘要： 在混凝土中掺入废弃橡胶颗粒,可以有效的减少天然骨料的使用和废旧橡胶制品的堆积,还能改善混凝土抗冲磨、抗裂、抗震等方面性能。然而,随着橡胶掺量的增加,基体力学强度明显降低,这大大限制了它在实际工程中的使用。为了抵消掺入橡胶颗粒所产生的负面效果,有学者提出将硅灰、聚丙烯纤维掺入橡胶混凝土中,制成硅灰聚丙烯纤维橡胶混凝土,通过利用硅灰和聚丙烯纤维的增强作用,可以显著提升其力学强度。而且材料的宏观性能与其微观结构之间存在着密切的联系,因此,本文以掺入硅灰和聚丙烯纤维的橡胶混凝土为试验对象,充分利用硅灰和聚丙烯纤维对橡胶混凝土的增强效果,以改善橡胶混凝土的力学性能。通过对不同硅灰掺量(0、10%)和聚丙烯纤维掺量(0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%)的橡胶混凝土进行压拉折强度试验、霍普金森压杆试验(SHPB)和扫描电镜试验(SEM),采用动态和静态相结合的方法,并结合宏观和微观的视角,对试验结果进行了分析。主要结论如下:(1)聚丙烯纤维的掺入可以明显地提升橡胶混凝土的基本力学性能。随着聚丙烯纤维掺量的增加,橡胶混凝土的抗压、劈裂抗拉和抗折强度均先增加后降低。当纤维含量为0.10%时,橡胶混凝土的抗压、劈裂抗拉和抗折强度均达到最大值,比纤维掺量为0%的橡胶混凝土分别增加了11.0%,20.8%,19.3%。随着纤维的加入,橡胶混凝土的破坏形态发生了显著变化,其韧性明显优于橡胶混凝土。(2)在霍普金森压杆试验中,当硅灰掺量不变时,混凝土的动态抗压强度随橡胶混凝土中聚丙烯纤维掺量的增加先增大后减小。当硅灰掺量为10%,纤维掺量为0.10%时,试件动态抗压强度达到最大值。综合考虑静态、动态强度和经济因素,最佳掺量组合为SPRC-8。(3)通过扫描电镜分析还可以发现在橡胶混凝土中掺入纤维,乱向分布的纤维可以起到加筋作用,抑制了基体内部裂缝的扩展,改善了试件的承载力。通过掺入硅灰,硅灰的细颗粒填充作用及火山灰特性,使混凝土的抗压能力、劈裂抗拉强度和抗折强度得到提升;在最佳掺量的情况下,硅灰和聚丙烯纤维还可以共同构成支撑结构,填补内部结构的空隙和裂缝,使混凝土结构更加密实。图[31]表[11]参[81]

关键词： 混凝土   细观   应变率   力学性能   破坏模式  

摘要： 混凝土作为典型的率敏感性材料目前仍被应用在各种建筑工程当中,在其使用期间会承受地震、冲击、爆炸等动态荷载作用。宏观层面混凝土被视为均质的各向同性材料,能够揭示混凝土的一般规律。细观层面的混凝土是由骨料、砂浆、界面过渡区(Interface Transition Zone,ITZ)组成的三相非均质材料,能够解释混凝土复杂的破坏机理。混凝土的力学性能与破坏模式受动态作用的影响,且与静态有较大差别,混凝土三相材料的应变率效应影响是显著的。 本文从细观角度出发,通过引入应变率对混凝土在单轴动态拉、压作用下的性能进行研究。本文主要内容如下: (1)首先,通过瓦拉文最优级配公式和蒙特卡洛法,借助Python语言来编写随机骨料投放程序,使用ABAQUS运行脚本生成随机骨料模型。然后,修改模型的INP文件、赋予材料参数、定义分析步、划分网格,对模型进行数值模拟。 (2)其次,研究混凝土单轴动态拉、压荷载作用下的应变率效应。从仅考虑ITZ的率相关效应、仅考虑砂浆的率相关效应以及两者均考虑应变率效应进行研究,分析弹性模量动态增长因子与应变率以及动态拉、压强度增长因子与应变率之间的关系,提出相应的拟合公式。模拟结果发现:两者均考虑应变率效应时抗拉强度和抗压强度随着应变率的提高而增大,并且抗拉强度提高程度是要高于抗压强度的;抗拉强度动态增长因子和抗压强度动态增长因子与应变率均呈线性关系;仅考虑ITZ率相关效应对混凝土抗拉强度的影响是要强于仅考虑砂浆的;仅考虑砂浆率相关效应对混凝土抗压强度的影响是要强于仅考虑ITZ的。 (3)然后,在同时考虑ITZ和砂浆的应变率效应的情况下,研究在单轴动态拉、压荷载作用下不同骨料含量、骨料形状、ITZ力学性能等参数对混凝土弹性模量、抗拉强度、抗压强度、应力-应变曲线等力学性能的影响。数值模拟结果表明:弹性模量随着骨料含量的提高而增大,骨料含量对抗拉强度、抗压强度有不同程度的影响;骨料形状对拉、压峰值应力同样有不同程度的影响;ITZ力学性能与砂浆性能的比值越高,抗拉强度、抗压强度、弹性模量就越高。当ITZ力学性能达到砂浆性能时,强度和弹性模量达到最大。 (4)最后,研究了应变率作用下不同参数对混凝土拉、压裂纹形态、损伤演变规律的影响。