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关键词： 风积沙混凝土   纳米SiO2   聚丙烯纤维   力学性能   盐冻损伤  

摘要： 随着“一带一路”的推行及国家西部大开发战略的不断推进,我国西部地区建设工程项目数量激增,天然砂资源被不断消耗,现有的砂石资源品质在逐渐下降,导致工程所需原料紧缺。而西部地区荒漠化现象严重,若能合理将风积沙资源用于该地区建设中,必然对风积沙资源的利用和土地荒漠化的治理,乃至西北地区的长远建设有着重要的生态、经济和战略意义。但风积沙作为建筑用细骨料制备的风积沙混凝土无法满足强度、耐久性、安全性的要求以及较低的维护成本。将纤维和纳米材料加入风积沙混凝土中制备的新型复合材料,具有高延展性、良好的密实性和耐久性等特点。 本文采用风积沙替代25%等质量河砂制备风积沙混凝土,并内掺0.8%、1.6%、2.4%、3.2%的纳米SiO2,外掺0.25%、0.50%、0.75%、1.00%的聚丙烯纤维制备混凝土,进行抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度、单轴受压和盐冻循环试验,分析纳米SiO2和聚丙烯纤维掺量对制备混凝土的改性效果,并通过扫描电镜分析强化机理。结果如下: （1）风积沙混凝土和纳米SiO2风积沙混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度及抗折强度在逐渐增加的养护时间下随纳米SiO2及聚丙烯纤维掺量的增加先增后减,且早期强度提高明显。存在纳米SiO2最佳掺量为2.4%,聚丙烯纤维最优掺量为0.75%。 （2）纳米SiO2聚丙烯纤维风积沙混凝土单轴受压全曲线上升段与风积沙混凝土相似。随聚丙烯纤维掺量的增加,试件棱柱体抗压强度、弹性模量先增加后减小,最优掺量为0.75%。并拟合得到了混凝土的应力—应变全曲线及本构方程。 （3）随盐冻循环次数的增加,纳米SiO2聚丙烯纤维风积沙混凝土的质量损失率和相对动弹性模量的下降速度逐渐加快。冻融200次时,聚丙烯纤维掺量为0.75%的试件质量损失率和相对动弹性模量分别为4.29%和87.4%,抗冻性最优。 （4）对混凝土进行SEM后发现,纳米SiO2的微集料特性及火山灰效应改善了混凝土的微观结构,提高了混凝土的密实度;聚丙烯纤维在混凝土内部形成三维交错的乱向支撑体系,有效抑制了沉降裂缝的生成,阻裂效应显著。提高了混凝土的力学性能和抗冻性能。

关键词： 非自燃煤矸石   高性能混凝土   力学性能   耐久性能   GM(1,1)预测模型  

摘要： 煤炭目前仍是中国的主要能源之一,随煤炭开采排出的煤矸石目前只进行堆积处理,这不仅浪费土地还污染了当地环境。如果合理利用,变废为宝,不仅能节约资源还能保护环境。但是目前煤矸石的利用率仍然很低,将煤矸石用作混凝土粗骨料既能减少对天然砂石资源的开采又能解决煤矸石堆积产生的环境问题。目前已有对煤矸石混凝土的研究强度大多数为C50以下且耐久性较差,造成煤矸石混凝土的适用性较小,难以大宗利用。本文以非自燃煤矸石(NCCG)部分替代天然碎石,制备不同粗骨料取代率(0%、30%、45%、60%)、水胶比(0.20、0.22、0.25、0.28)、粉煤灰与矿渣粉替代率(30%-0、20%-10%、10%-20%、0-30%)、硅灰裹浆NCCG粗骨料水灰比(0、0.55、0.80)的NCCG粗骨料高性能混凝土,研究其工作、力学性能和冻融循环、硫酸盐侵蚀、碳化作用下的耐久性能。本文的具体研究成果如下: (1)研究了NCCG高性能混凝土的工作与力学性能。结果表明:混凝土的工作性能与力学性能均随水胶比增大而降低,同NCCG取代率呈反比,取代率为45%时,满足C50设计要求,建议取代率控制在45%以下;当复掺10%粉煤灰与20%矿渣粉时各项强度指标最高,单掺30%粉煤灰时工作性能最佳,建议在工程中复掺使用两种矿物掺合料;硅灰裹浆粗骨料对力学性能影响不大。 (2)宏观上研究了在碳化、冻融、硫酸盐侵蚀作用下NCCG高性能混凝土的耐久性能。三项耐久性能损伤均随水胶比提高而变大,与NCCG粗骨料取代率呈负相关,取代率为30%时,与取代率为0的对照组混凝土耐久性差异不明显;复合掺加20%矿渣粉+10%粉煤灰时,内部密实度较好,耐久性能最好;硅灰裹浆NCCG粗骨料对耐久性有一定提升。 (3)微观上借助扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)研究了在冻融、硫酸盐侵蚀作用下NCCG粗骨料高性能混凝土的微观损伤机理。冻融循环使混凝土内部的微裂缝宽度越来越宽,孔洞越来越多,内部密实度下降,复掺矿渣粉与粉煤灰抗冻性能最佳,硅灰裹浆NCCG能减少混凝土吸水提升抗冻性能。硫酸盐侵入混凝土内部与水泥浆体反应生成钙矾石与石膏等侵蚀产物,生成产物的量与取代率呈正相关,复掺矿渣粉与粉煤灰时,内部密实度较高,抗硫酸盐侵蚀性能较好。 (4)依据冻融循环中超声波波速试验数据,建立了NCCG粗骨料高性能混凝土寿命预测模型。GM(1,1)预测模型所得预测数据与试验数据贴合度较高,误差最大为1.25%,能对NCCG粗骨料高性能混凝土抗冻寿命进行较为精准预测。抗冻寿命受NCCG掺量影响最大,掺的越多,混凝土使用寿命越短,水胶比越大,使用寿命越短,硅灰裹浆对抗冻寿命影响最小。建议实际工程中NCCG粗骨料取代率控制在30%以下,复掺使用矿物掺合料使混凝土抗冻寿命达到最长。

关键词： 全再生粗骨料混凝土   随机凸多边形骨料   抗压强度   抗拉强度   破坏过程   端面约束效应   影响因素  

摘要： 再生混凝土作为一种绿色环保型建筑材料,可以有效地利用建筑垃圾,解决天然石料消耗和废物产生等问题,提高资源利用效率和改善环境质量。本文采用理论分析与数值模拟结合的研究方法,研究了粗骨料替代率为100%的全再生粗骨料混凝土损伤破坏机理,分析了影响再生混凝土力学性能的因素。主要研究内容及成果如下:1.自编程序构建了再生混凝土随机骨料五相模型。基于蒙特卡洛理论,建立再生混凝土随机凸多边形和球形骨料模型,更接近真实骨料形状,与试验结果对比验证了模型的有效性,验证了采用随机骨料模型进行再生混凝土有限元数值分析的有效性和可行性。2.运用数值模拟方法分析再生混凝土破坏过程。结果显示:再生混凝土的破坏模式中大粒径骨料是关键,从界面过渡区薄弱处蔓延至砂浆形成整体破坏,总体上可概括为裂缝的萌生、发展和贯通的过程。无论是压缩还是拉伸荷载,由荷载产生的拉应力与剪切应力集中、细观的损伤累积是导致再生混凝土受压破坏的原因,只是应力的分布在方向上存在差异,其破坏的原因是一致的。3.分析单轴压缩试验中的端面约束效应。端面约束效应对再生混凝土的破坏模式有显著影响,并且随着端部摩擦系数的增大,峰值应力和应变出现了不同程度的提高,无约束的试块呈现类似劈裂模式的裂缝发展模式,完全约束的试件呈现出倒锥形破坏模式,因此建议在数值模拟中摩擦系数μ要大于0.8。4.各细观组成相对再生混凝土力学性能的影响。在单轴压缩数值试验下,新砂浆作为除骨料外的主要承力材料,其吸收能量最大,所以新砂浆的强度影响最大,其次是旧砂浆,依次为新界面过渡区、旧界面过渡区。在劈裂拉伸数值试验中,旧砂浆作用相对轴压工况下明显提升,旧砂浆抗拉强度的影响程度要高于新砂浆抗拉强度的影响,其次为旧界面过渡区、新界面过渡区抗拉强度。同时旧砂浆的厚度对再生混凝土的力学性能有显著影响,其强度均随着旧砂浆厚度增加而降低,但对抗拉强度的影响更为显著。本文提出的再生混凝土随机骨料模型细观数值分析方法,可为再生混凝土力学性能分析提供一种新的研究途径,也为再生混凝土的推广应用提供理论参考,有重要的理论意义和工程应用价值。

关键词： 麦秸秆   纤维水泥土   无侧限抗压强度   抗折强度   渗透系数   力学性能  

摘要： 城市化建设在不断发展,居民生活需求也随之增多,科学安全地建设基础工程成为重中之重。然而在建设中容易存在工程项目因软土的触变性和流变性发生过大变形的问题。水泥土因其优良的力学性能、经济适用性和施工便捷等优点,常被应用于水利工程、工业工程和民用建筑工程中。但是水泥土自身变形大、抗折性能较差,而麦秸秆纤维作为便捷易取的植物纤维,具有良好的韧性。因此加入纤维改性,进一步加强水泥土的力学性能,以免大量焚烧污染环境,也为当今麦秸秆处理提供方案,具有节约资源、绿色环保的现实意义。为了改善水泥土的力学性能,利用麦秸秆纤维良好的抗拉作用,作为植物纤维加筋并形成绿色复合材料——麦秸秆纤维水泥土,通过无侧限抗压强度试验、抗折强度试验和抗渗试验,探究麦秸秆纤维水泥土的力学性能。主要研究结果如下:（1）结合三种室内试验结果,水泥掺量是改善水泥土力学性能的主要因素,水泥土的无侧限抗压强度、抗折强度及抗渗性能均随水泥掺量和养护龄期的增加而增大,呈现良好的线性关系。并且相比于养护龄期,水泥掺量对水泥土的抗压、抗折和抗渗性能的影响效果更为显著。（2）基于无侧限抗压强度试验结果,麦秸秆纤维同样可以有效提高水泥土的抗压强度。麦秸秆掺量和麦秸秆长度对水泥土抗压强度的影响具有一定的共性,均呈现先增加后降低的趋势。麦秸秆纤维最优配合比为0.2%,10 mm。此时麦秸秆纤维水泥土的抗压强度相比素水泥土提高了21.8%。（3）基于抗折强度试验结果,当麦秸秆纤维掺量逐渐提高时,麦秸秆纤维水泥土的抗折强度也呈现先增加后降低的趋势。但麦秸秆长度的变化对抗压、抗折性能的影响有所不同。由于纤维自身特性,可以在水泥土内部发挥桥联作用。因此,随麦秸秆纤维长度的增加,麦秸秆纤维水泥土的抗折强度呈现波折式上升的趋势。在麦秸秆纤维掺量为0.2%,麦秸秆纤维长度为15 mm时,抗折强度最优且相比素水泥土提高75.6%。通过对比得出麦秸秆纤维对抗折强度的提高更为明显。（4）基于抗渗试验结果,麦秸秆纤维长度比麦秸秆纤维掺量对水泥土渗透性能的改善效果更为显著。纤维长度从5 mm增长到10 mm,麦秸秆纤维水泥土的渗透系数有所降低,渗透性能显著提高;纤维长度超过10 mm时,渗透系数逐渐升高。在纤维长度为10 mm,纤维掺量为0.1%时,纤维水泥土的渗透系数为5.45×10-5 cm/s,比素水泥土的渗透系数值降低了77.3%。在这种配合比下,抗渗效果显著提高。因此,适量掺入麦秸秆纤维会在水泥土中形成具有疏水性的网状结构。通过减小纤维水泥土透水量的方式,达到改善其渗透性能的目的。

关键词： 碱激发矿渣基混凝土   力学性能   氧气扩散   海洋环境  

摘要： 我国沿海区域混凝土结构部分长期处于海洋环境下，混凝土耐久性问题普遍存在。超高强碱激发矿渣基混凝土作为一种具备超高强度、高韧性和低碳排放量的建筑材料，相比传统的普通硅酸盐混凝土，具有快硬、早强、水化热低和低能耗等优点，适用于海洋环境下的海工结构及混凝土结构的防护和修复。本文通过与海水中氯化钠浓度类似的氯化钠溶液浸泡试验，模拟结构物在海洋环境下遭受的海水侵蚀作用，研究了不同钢纤维体积掺量的超高强碱激发矿渣基混凝土（AAS-UHSC）和超高强硅酸盐水泥混凝土（OPC-UHSC）力学性能的变化规律。本文的主要内容和研究成果如下：　　（1）按照规范研究长度=13mm，直径=0.2mm的镀铜钢纤维体积掺量变化对两种超高强混凝土的流动性、相应净浆凝结时间、抗折强度、抗压强度和劈裂抗拉强度的影响。结果显示掺入1%和2%的钢纤维后，AAS-UHSC和OPC-UHSC在流动性降低量较为类似，约为8%和15%;AAS净浆浆体凝结时间约为OPC净浆浆体凝结时间的1/6;AAS-UHSC早期强度提升较OPC-UHSC快;28d龄期的抗折强度AAS-UHSC组别提高82%和148%，OPC-UHSC组别提高95%和169%;28d龄期的抗压强度提高幅度比抗折强度小，AAS-UHSC组别提高31%和35%，OPC-UHSC组别提高21%和34%。　　（2）在3.5%浓度的NaCl溶液中进行浸泡实验，其质量分数类似于海水的浓度，对浸泡时间为0d、60d、120d以及240d的超高强碱激发矿渣基混凝土和超高强硅酸盐混凝土试件进行抗折强度和抗压强度测试，并分析不同组别试件的荷载位移曲线。测试结果显示氯盐浸泡时间增加，多数组别强度均有所降低，浸泡60d强度降低约为3%~7%，浸泡120d强度降低约5%~13%，浸泡240d强度降低约-8%~32%，不掺入钢纤维的OPC-UHSC0组在氯盐浸泡后抗折强度有一定提升。　　（3）由课题组自主研制的氧气扩散测量设备测定氯盐浸泡不同时间后，掺入不同体积分数钢纤维的超高强碱激发矿渣基混凝土和超高强硅酸盐水泥基混凝土真空干燥后试件的氧气扩散系数变化。运用压汞法测试得出孔隙率和最可几孔径，参照压汞法结果建立氧气扩散系数和力学性能之间的联系。结果显示，氯盐浸泡后，多数组别的氧气扩散系数值降低，氧气扩散系数变化与抗压抗折强度变化大致呈现正相关，且水胶比越低氧气扩散系数越低。

关键词： 杨柳纤维混凝土   正交试验   劈裂抗拉强度   耐久性能   有限元数值模拟  

摘要： 植物纤维混凝土以取材方便、环保、韧性高以及保温性能好等优点在建材行业中得到了广泛的应用。本文提出一种新型混凝土材料,该材料与普通混凝土材料的区别是在普通混凝土材料中掺入杨柳纤维（将柳条修剪为小段,泡入Na OH溶液制成,本论文将此种材料称作“杨柳纤维”）制作而成,对比普通混凝土材料,此材料的抗拉强度可在原有基础上提升约20%,且不增加经济成本。本文将这种在混凝土材料中掺入杨柳纤维的新型材料统一称作“杨柳纤维混凝土”。本文通过设计正交试验,分别对杨柳纤维混凝土试件的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度进行了试验研究。同时,也进行了杨柳纤维混凝土的抗冻性试验和抗硫酸盐侵蚀试验研究。以上试验的结果均表明,杨柳纤维混凝土材料在强度和耐久性方面的表现均优于普通混凝土材料。为了进一步验证杨柳纤维混凝土材料的优势,分别建立了杨柳纤维混凝土梁和同尺寸素混凝土梁的数值模型,对二者的极限荷载和跨中挠度进行了对比分析。本文主要研究内容如下:（1）本文进行了杨柳纤维的改性试验:将杨柳纤维分别进行冷水处理、煮沸处理以及碱处理后,称量其在处理前后的质量变化,分别计算杨柳纤维的质量损失率和吸水率,以确定杨柳纤维的最佳处理方式（即保证低质量损失率的同时最大程度降低吸水率）。试验结果表明,杨柳纤维在2%Na OH溶液浸泡12h后可以保证其低质量损失率的同时最大程度降低吸水率,并达到改善杨柳纤维与混凝土基体的相容性的目的。（2）为研究杨柳纤维混凝土材料的最优配比,并使其达到最优的力学性能,本文运用正交试验方法设计了杨柳纤维混凝土材料的三种力学性能试验,采用极差分析和多因素方差分析,探究不同的正交试验因素对杨柳纤维混凝土试件抗压强度、劈裂抗拉强度以及抗折强度的影响,在此基础上得到了使杨柳纤维混凝土材料达到最优力学性能时的最优配比。试验结果表明,纤维处理方式对杨柳纤维混凝土试件的三种力学强度影响最大;对比素混凝土,经最优配比制成的杨柳纤维混凝土试件的抗压强度降低了4.03%,劈裂抗拉强度提升了21.7%,抗折强度提升了28.5%。（3）本文采用混凝土快冻法进行抗冻性试验,分别以质量损失率、相对动态弹性模量、抗压强度和劈裂抗拉强度为指标研究正交试验中的最优配比杨柳纤维混凝土试件在冻融循环作用下的损伤劣化规律。试验结果显示,对比素混凝土试件:杨柳纤维混凝土试件的质量损失率相对较小,相对动弹性模量较高,抗压强度和抗拉强度的衰减率基本一致;同样冻融条件下,杨柳纤维混凝土具有较高的抗拉强度。（4）将正交中的最优配比杨柳纤维混凝土试件和素混凝土试件分别浸泡在浓度为5%的Na2SO4溶液中,研究了不同腐蚀龄期下硫酸盐对两种混凝土的侵蚀效应。结果表明,对比素混凝土,杨柳纤维混凝土外观保持良好,相对动弹性模量较高,质量损失率较小,具有更好的抗硫酸盐侵蚀性能。（5）基于有限元数值模拟软件,分别对两个工况进行了数值模拟研究:工况1模拟了杨柳纤维混凝土和素混凝土的劈裂抗拉强度试验,二者对比可以看出,数值模拟结果与试验结果基本一致,验证了本文数值模型的正确性;工况2采用工况1的数值模型,分别模拟了杨柳混凝土梁和素混凝土梁的正截面受弯试验,计算结果显示,对比素混凝土梁,杨柳纤维混凝土梁的极限荷载提高了13.4%,跨中挠度下降了6%,进一步体现了杨柳纤维混凝土材料较好的力学性能。

关键词： 砂土   离散元方法   颗粒形态   流固耦合   直剪试验   锥形砂堆   应力凹陷   坍落试验  

摘要： 砂土作为一种典型的离散介质材料,被广泛应用为建筑和地基材料,其组构颗粒的几何、物理特性,以及颗粒之间的复杂相互作用造成了砂土在宏观层面上的多种独特力学行为,例如独特的应力应变行为(包括应变软化、各向异性、应变局部化等),以及复杂的剪缩剪胀特性。离散元方法的离散本质决定了其在砂土这类散体颗粒材料的数值模拟试验研究方面具有天然的适用性,它可以深入到颗粒尺度上获得整个试验流程中颗粒场的相关数据,从微观层面揭示颗粒之间复杂相互作用与砂土多种宏观独特力学特性之间的联系。 在砂土颗粒尺度上,颗粒形态是影响砂土颗粒之间复杂相互作用最重要的因素之一,在离散元模拟试验中考虑砂土颗粒的真实形态效应是重现其真实作用状态的前提条件,也是合理构建砂土宏微观力学行为之间联系的基础。因此,本文基于CT扫描获得自然界中石英砂颗粒样本的原始形态数据,通过一系列的CT数据处理方法,对颗粒形态进行球谐分析、重构、数值样本的重建,然后通过簇单元方法重构具备真实形态的簇单元砂粒集,最终将砂颗粒的真实形态引入到离散元模拟试验中,构建了完整的将颗粒真实形态引入离散元模拟研究的方法框架。并对该方法生成具备真实形态砂粒集过程中可能存在的重构精度和计算效率问题做了讨论。通过该方法框架,本文做了一系列基于真实形态砂粒集的离散元直剪试验,并与传统使用球形单元试样的方法做了对比。研究发现,真实颗粒形态试样相较于传统球形单元试样能展现更强的抗剪切和剪胀效应,并且两者内部组构的变化情况并不相同,真实形态砂粒集试样展现了更强的咬合摩擦效应。 另外,自然界中砂土内部往往存在着孔隙水,砂土是以半饱和或者饱和状态存在的,砂土的宏微观力学行为不可避免的受到砂颗粒-水体相互作用的影响。因此本文以一个锥形砂堆的成型过程为主要研究对象,基于真实颗粒形态簇单元试样、纯球体单元试样和附加抗转动力矩的球形单元试样这三类试样进行了无水和水下浸没条件下的锥形堆积体成型过程的模拟。研究了颗粒形态效应和水体-颗粒耦合作用对锥形堆积体内部应力凹陷现象的影响。研究发现非规则颗粒形态对应力凹陷程度有增强作用,堆积体的内部组构更加不均匀;另外,水的存在对应力凹陷程度有减弱作用,在水下堆积成型的锥形堆积体内部普遍组构更加均匀。 最后,本文以松散堆积体坍落试验作为研究对象,采用真实颗粒形态簇单元试样、纯球体单元试样和附加抗转动力矩的球形单元试样这三类试样进行了无水和水下条件下的坍落试验模拟,探究了颗粒的不规则形态效应和水体-颗粒的耦合作用对该过程中颗粒流的速度场、堆积形态、以及坍落过程中能量演化情况的影响。研究发现具有非规则形态的簇单元试样引起的颗粒摩擦和咬合效应将导致其堆积进程更早结束。另外,水体-颗粒的耦合作用将导致堆积体形态的发展过程与无水条件下相比有很大差别,而且对三类试样的最终堆积高度的影响不同。最后,通过能量分析方法揭示了不同试样在有水和无水条件下不同的能量耗散情况,簇单元试样的能量演化过程依然明显差别于其他试样。 总体而言,从微观尺度上研究颗粒形态效应和流体-颗粒的相互作用对流体-颗粒体系中颗粒的微观运动、接触、组构和流场-颗粒场的相互影响,是解释砂土多种宏观独特力学特性和外在现象的有效途径。

关键词： 混凝土   蒸汽养护   掺合料   抗压强度   徐变特性  

摘要： 蒸汽养护可促进混凝土早期强度快速增长，从而达到早期脱模和预应力张拉的强度要求。蒸汽养护与普通混凝土养护方式的差异在于，蒸汽养护在早期（一般为十几个小时）采用高温高湿蒸汽养护之后再进行常温养护。蒸汽养护过程是蒸养混凝土力学性能形成的重要时期。目前对于蒸养混凝土力学性能的研究主要集中在单一矿物掺合料和蒸养结束之后，因此，对于蒸养过程中粉煤灰和矿粉复合矿物掺合料混凝土力学性能时变规律及徐变特性还有待进一步研究。　　本文的研究主要以蒸养矿物掺合料混凝土为研究对象，试验研究在蒸汽养护条件下矿物掺合料混凝土的基本力学性能发展规律及其相互之间的关系，优选矿物掺合料最优掺量;并基于此配合比研究了混凝土在蒸养过程中抗压强度、弹性模量、水泥水化热的变化规律及其之间的关系;最后对早龄期加载蒸养混凝土的徐变变形及变形特性进行了对比分析。主要研究结论:　　（1）蒸汽养护可以更有效地促进混凝土早期抗压强度形成。在蒸养结束后混凝土超过90％的设计抗压强度，28d强度低于标养混凝土。蒸汽养护条件下粉煤灰和矿粉复掺混凝土后期抗压强度、拉压比、折压比和弹性模量更高，因蒸养造成的力学性能损伤较小。　　（2）蒸汽养护环境对混凝土内部胶凝体系的水化反应有着促进作用，混凝土强度增长速率大于同龄期标养混凝土，其中在恒温阶段强度增长速率最快，蒸汽养护结束后混凝土强度增速显著降低。　　（3）前期蒸养混凝土水化放热量上升速率大于标养，蒸养过程中蒸养混凝土及同龄期标养混凝土抗压强度和水化放热量存在良好的线性相关性。蒸养混凝土的抗压强度随水化程度的增长率略低于标养混凝土，在同样的水化程度下，蒸汽养护混凝土的抗压强度大于标准养护混凝土约2MPa。　　（4）蒸汽养护对水泥水化产物的成分无影响，未生成其他物质。蒸汽养护对混凝土养护前期水泥水化的促进效果明显，但到养护后期标准养护水化程度更好。蒸养混凝土早龄期的微观结构中C-S-H凝胶形成较快，相对于标养混凝土较为松散，水化产物之间连接性较差。蒸养和标养28d混凝土内部细微观结构与标准养护条件下的微观结构基本一致，此蒸养制度下混凝土与标养混凝土在长期的细微观结构上不存在明显差异。　　(5)2d加载和3d加载的徐变应变、徐变度和徐变系数均表现出初期快速发展,后期缓慢发展，最后趋于平稳。在2d加载作用下，混凝土的徐变系数大于3d加载作用下的混凝土，且在初期徐变系数增长速率明显加快。CEB-FIP1990模型与试验结果较为吻合。

关键词： 纤维火山渣透水混凝土   细观数值模拟   粘结裂缝模型   冻融损伤模型  

摘要： 透水混凝土作为“海绵城市发展战略”的关键环节,对诸多城市问题起到了至关重要的作用。在东北地区,透水混凝土路面铺装在反复的冻融作用下,材料力学性能降低,结构耐久性与使用寿命大大减少,因此,开展透水混凝土的抗冻性研究对工程具有很重要的实际应用价值。调查研究发现,玄武岩纤维能有效改善透水混凝土的强度与抗冻性能,本文从细观角度出发,采用Python语言联合Abaqus软件,建立了基于粘聚力本构模型的纤维火山渣透水混凝土二维细观数值模型,结合前人试验数据,分析材料力学性能参数变化规律并拟合了冻融损伤关系式,进行冻融损伤后纤维火山渣透水混凝土单轴受压模拟,探究粗骨料及纤维分布位置、粗骨料含量和纤维掺量对冻融损伤混凝土力学性能的影响规律。本文的主要研究内容如下: (1)利用蒙特卡洛法随机生成火山渣粗骨料与玄武岩纤维端点的坐标,利用Python语言对Abaqus软件二次开发,编写了嵌入零厚度的Cohesive单元的小程序插件,实现了纤维火山渣透水混凝土二维细观数值模型的参数化建模,并对建立的纤维火山渣透水混凝土二维细观数值模型进行单轴受压模拟,对比模拟与试验结果,其误差范围在10%以内,验证了本文所建二维细观模型的适用性; (2)对经历不同冻融循环次数后的纤维火山渣透水混凝土进行单轴压缩模拟,获取不同冻融循环次数下的纤维火山渣透水混凝土的应力-应变曲线。通过损伤云图可知:纤维火山渣透水混凝土在达到最大荷载步时,损伤程度随着冻融循环次数的增加而加深; (3)模拟计算了在不同粗骨料及纤维分布位置、粗骨料含量和玄武岩纤维掺量对经历不同冻融循环的纤维火山渣透水混凝土的力学性能影响规律,并对其损伤云图进行分析。结果表明:纤维火山渣透水混凝土的抗冻性与骨料及纤维分布位置相关性不大,表现出随着粗骨料含量、玄武岩纤维掺量的增大而增高的变化规律。粗骨料含量的增加能有效减少容易受冻融影响的胶浆含量,阻碍了裂纹的破坏路径;玄武岩纤维掺量的增加使裂缝发展路径更加曲折,增大纤维火山渣透水混凝土的弹性模量、抗压强度和抗压峰值应变,有效提高了纤维火山渣透水混凝土的抗冻性。

关键词： 塑性混凝土   生物炭   力学性能   抗渗性能   水化产物  

摘要： 塑性混凝土是水工建筑物防渗墙结构的常用材料,具有良好的形变能力和抗渗性能,但其因掺合料中膨润土的掺入阻碍了水泥后期水化,使得塑性混凝土强度较低且发展缓慢。生物炭在近年来改良水泥材料的研究中表明其可以通过促进水泥二次水化,以改善普通混凝土的强度和抗渗性,适合应用于塑性混凝土的改良。基于国内外对于塑性混凝土和生物炭改良水泥相关研究,本文研究了以小麦生物炭和松木生物炭等质量替代部分水泥掺入塑性混凝土的制备,对塑性混凝土的工作性能、力学性能和抗渗性能的影响,并通过X射线衍射和傅里叶红外变换技术手段对生物炭塑性混凝土的水化产物进行检测分析,以揭示生物炭的掺入对塑性混凝土的影响机理。主要研究结论如下: (1)生物炭的掺入可以有效提高塑性混凝土的抗压强度,生物炭塑性混凝土早期强度较对照组最高提升约15%,28d龄期抗压强度最高提升约20%;小麦生物炭的最佳替代掺量为5%,松木生物炭为7%。生物炭塑性混凝土14-28d期间抗压强度增长率较对照组有着明显的提高,表明生物炭的掺入可以对塑性混凝土中水泥的后期水化起到有效的促进作用。 (2)生物炭的掺入使得塑性混凝土的弹性模量有所提高,小麦生物炭塑性混凝土弹性模量最高提升了14.34%,但其峰值应变与极限应变也有所增大,塑性变形能力提高;松木生物炭塑性混凝土弹性模量最高提升了21.58%,峰值应变无明显变化,极限应变明显降低,塑性变形能力降低。 (3)通过抗水渗透试验和吸水率试验,对生物炭塑性混凝土抗渗性能进行检验。两种生物炭的掺入都可显著降低塑性混凝土相对渗透系数,当小麦生物炭掺量为7%时,或松木生物炭掺量为10%时,都可使塑性混凝土的相对渗透系数降低约90%。两者对塑性混凝土的吸水率有着不同影响,小麦塑性混凝土的吸水率随小麦生物炭掺量的增加呈先降低后增加的趋势,松木生物炭塑性混凝土的吸水率随松木生物炭掺量的增加持续降低。 (4)通过X射线衍射和傅里叶红外变换技术对生物炭塑性混凝土的水化产物进行了检测,分析了小麦生物炭和松木生物炭对塑性混凝土水化的不同影响,从水化产物角度诠释两种生物炭对塑性混凝土力学性能的不同影响。