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关键词： 混凝土   高温   冷却方式   能量密度   渗透率  

摘要： 近年来,建筑物火灾频发,高温后混凝土的结构性能受到不同程度的损伤,导致建筑物的安全性能受到威胁,因此对建筑物材料的性能有了进一步的要求。由于不同的混凝土材料和高温作用后的处理方式对混凝土损伤程度存在较大差异,故本文通过对不同玄武岩纤维掺量混凝土28 d养护后的力学性能进行测试,找出宏观力学性能最佳的玄武岩纤维混凝土(BFRC)并和普通混凝土(OC)一同进行高温处理(20℃、200℃、400℃、600℃、800℃),研究不同冷却方式(自然冷却和喷水冷却)对高温后混凝土性能劣化影响,分析两种混凝土在不同温度和冷却方式下的力学性能、质量损失和弹性模量等宏观性能的变化规律,并借助三轴渗透仪器分析围压对高温-冷却处理后混凝土渗透率的影响。主要结论如下:(1)当玄武岩纤维体积掺量为0.05%时,混凝土的宏观力学性能表现最佳,其抗压强度和劈裂抗拉强度分别为50.2 MPa,3.5 MPa,增幅分别为14.87%和34.62%。且当玄武岩纤维掺量超过0.05%后,混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度开始出现下降趋势。(2)借助SEM电镜扫描技术,观察到玄武岩纤维与混凝土骨料之间有着很好的机械咬合力,形成了一个具有三维空间网架结构的混凝土体系,与胶凝材料有着良好的粘结作用,因此强度得到了提高。(3)两类混凝土的抗压强度、弹性模量和三轴压缩强度均随温度的升高逐渐降低,渗透率随着温度的升高逐渐增大。(4)与自然冷却相比,在喷水冷却方式下的两类混凝土的单轴抗压强度、三轴压缩强度更低,渗透率更大,且这一趋势随着温度的升高表现的更为明显。图[97]表[13]参[83]

关键词： 自密实再生混凝土   配合比设计方法   工作性能   力学性能   抗渗性能   微观结构  

摘要： 与普通混凝土相比,自密实混凝土由于具备在浇筑过程中无需振捣就能够达到密实成型的特点以及硬化后具备相似的力学性能和耐久性能的优点而备受关注。但是,自密实混凝土的制备需要较高含量的水泥以及高性能减水剂,材料成本较高。因此,将废弃混凝土经过破碎、加工等流程制得的再生粗骨料与自密实混凝土结合,不仅可以有效降低材料成本,还能较好的解决废弃混凝土带来的环境问题,具有显著的经济与社会效益。 由于再生粗骨料表面的附着砂浆和内部的微裂缝,使其具有孔隙率高、吸水率大、压碎值高等特性,故再生粗骨料的掺入对自密实混凝土的工作性能、力学性能以及耐久性能都会产生不同程度的影响。因此,为了更好的保证自密实再生混凝土优良的工作性能,本文基于净浆流变阈值理论和材料堆积特性,研究复合粉体以及再生粗骨料对流变性能的影响,对原有配合比设计方法进行优化,从而获得自密实再生混凝土的配合比设计方法。然后,以再生粗骨料掺量和再生粗骨料预湿率作为两个变量,研究C50自密实再生混凝土流变、力学、抗渗性能的变化规律。同时,采用压汞法(MIP)、非蒸发结晶水(Non-evaporable water)以及场发射扫描电镜(FESEM)分析C50自密实再生混凝土的微观结构,阐明再生粗骨料掺量和预湿率对其微观结构的影响。基于上述研究得到以下结论: (1)基于净浆流变阈值理论和材料堆积特性,从复合粉体材料和粗骨料两个方面的影响进行研究,分别修正了等效堆积密度和砂浆膜厚,并引入了附着砂浆体积的概念,从而修正了原有屈服强度阈值和塑性黏度阈值的计算公式,提出了固定粉煤灰和矿粉掺量下的自密实再生混凝土配合比设计方法。基于图形面积的方法定量评估了净浆流变参数对自密实混凝土工作性能的预测精度,发现修正后的配合比设计方法平均相对预测精度可达91.3%,较修正前精度提高了53%。 (2)通过坍落扩展度试验,V漏斗以及J环试验,发现随着再生粗骨料掺量的增加,坍落扩展度呈现先增大后减小的趋势,而PA差值、T500及V漏斗排空时间呈现先减小后增大的趋势,综合说明工作性能先提高后降低的变化趋势。随着再生粗骨料预湿率的增加,坍落扩展度增加、PA差值减小、T500及V漏斗排空时间减小,综合体现出工作性能逐渐提高的变化趋势。并且,所制备的自密实混凝土均满足SF2级填充性,以及PA2级间隙通过性的要求。 (3)研究了10种不同再生粗骨料掺量与预湿率的C50自密实再生混凝土,并对其进行抗压强度、劈裂抗拉强度以及抗折强度测试。结果表明,含30%再生粗骨料的自密实混凝土表现出较好的抗压强度与劈裂抗拉强度,且随着再生粗骨料预湿率的减小,这个效果表现得越发明显。进一步增加再生粗骨料的掺量,强度性能则表现出明显下降的趋势,且幅度可达13.3%-16.4%。而抗折强度随着再生粗骨料掺量的增加,呈现逐渐降低的变化趋势,且随着再生粗骨料预湿率的增大,这个降低幅度逐渐变大。 (4)通过对毛细吸水和氯离子渗透评估的渗透行为和传输性能的分析,得出了较小再生粗骨料掺量(≤30%)的自密实混凝土具备更好抗渗透性能的结论,这是因为在较小掺量下,相比于再生粗骨料自身缺陷引起的负面影响,粉煤灰和矿粉的火山灰作用以及孔结构细化带来的有利影响更为显著。 (5)微观测试结果表明,在30%的再生粗骨料掺量下,有害孔和多害孔的含量较少,界面过渡区较为密实,水化程度较高,水化产物含量较高,整体微观结构较为密实。而随着再生粗骨料预湿率的减小,可以发现毛细孔和大孔得到了细化,界面过渡区中裂缝得到了水化产物有效的填充,水化程度有所提升,水化产物明显增多。

关键词： 超高性能混凝土   抗弯强度   抗压强度   养护制度   氧化石墨烯  

摘要： 因具有较高的抗弯强度、抗压强度、抗离子侵蚀性能,超高性能混凝土(UHPC)被广泛用于桥梁工程、海洋工程等高侵蚀环境中。在水化早期,UHPC容易出现自收缩现象和应力集中现象,使UHPC内部结构出现裂纹,导致UHPC性能劣化。采用适宜的养护制度可保证UHPC具有优秀的性能,并可使UHPC迅速投入工程应用中。蒸汽养护和热水浴养护是工程中常用的养护方式,但蒸汽养护易导致UHPC后期抗弯、抗压强度下降。采用氧化石墨烯(GO)可优化UHPC材料的孔隙结构,提升UHPC力学性能和耐久性能。然而现阶段有关养护制度和GO复合作用对UHPC材料抗弯强度、抗压强度、抗离子侵蚀性能的影响的试验还相对较少,并且,尚未确定GO在低水胶比和高温下对水泥基材料的作用与GO在高水胶比和常温下对水泥基材料的作用是否相同。因此,本课题设计了试验,研究了养护制度和GO复合作用对不含钢纤维UHPC的流动性、抗弯强度、抗压强度的影响,并据此调整配合比,进一步研究养护制度和GO复合作用对钢纤维增强超高性能混凝土(SFRUHPC)的流动性、抗弯强度、抗压强度、抗离子侵蚀性能、水化程度、钢纤维与UHPC基体的界面性能的影响,分析所得主要结论如下:(1)因为GO可发生团聚包裹自由水、促进水泥的早期水化、促进水泥絮凝包裹自由水,所以出现了不含钢纤维UHPC和SFRUHPC流动性下降的现象,且GO掺量越大,流动性越低。(2)综合来看热水浴养护和0.02%GO掺量下的不含钢纤维UHPC的力学性能最好,其3天、28天抗弯强度分别为16.2MPa、24.8MPa;3天、28天抗压强度分别为118.0MPa、129.0MPa。相较于标准养护和未掺GO的对照组,热水浴养护和0.02%GO掺量下的不含钢纤维UHPC的3天、28天抗弯强度分别增加了45.2%、18.2%;3天、28天抗压强度分别提高了77.1%、17.4%。(3)SFRUHPC在结构中应用广泛,三种养护制度下,随着GO掺量的增大,SFRUHPC的28天抗弯强度、抗压强度也都增大。受弯构件中最适合使用0.02%掺量的GO和蒸汽养护复合作用所制得的SFRUHPC,其3天、28天抗弯强度值分别为27.2MPa、28.6MPa,相较于标准养护和不掺GO的对照组,3天、28天抗弯强度分别提高了60.4%、26.2%。受压构件内最适合使用热水浴养护和掺入0.02%的GO所制得的SFRUHPC,其3天、28天抗压强度值分别是140.5MPa、140.1MPa,相较于标准养护和不掺GO的对照组,3天、28天抗压强度分别提高了126.5%、24.4%。(4)热水浴养护制度对SFRUHPC抗离子侵蚀性能提升最大。在氯盐环境中,0.01%掺量的GO和热水浴养护复合作用的SFRUHPC的抗氯离子侵蚀性能最佳。在硫酸盐环境中,热水浴养护,不掺入GO的SFRUHPC抗硫酸根离子性能最佳。原因分别是:GO的掺入可促进氯离子在UHPC基体中形成弗里德尔盐,降低孔溶液中氯离子含量,从而降低氯离子侵蚀程度;GO的掺入会促进钙矾石生成,从而加剧硫酸盐破坏程度。(5)0.01%含量GO的掺入降低了三种养护制度下UHPC净浆28天的水化程度,因此,GO对UHPC基体水化产物的生成量的作用并不是GO提高SFRUHPC的抗压强度的原理。(6)0.01%含量的GO增大SFRUHPC的28天抗弯强度机理为:GO的掺入提升了标准养护、蒸汽养护、热水浴养护制度下UHPC基体和钢纤维的粘接性能。这一点可从钢纤维从UHPC基体上剥离后的剥离面的SEM图中可直接观察得出。

关键词： 微孔混凝土   玻璃纤维   聚丙烯纤维   力学性能   干燥收缩性能  

摘要： 中国特色社会主义进入新时代,我国经济发展进入新常态,由高速增长阶段转向高质量发展阶段。高质量发展成为我国各项事业发展的新要求,绿色、节能、低碳、环保,成为了建筑行业的新业态,建筑业的绿色低碳化,对混凝土材料提出了更高的要求。微孔混凝土的出现正是满足了这种要求,作为非承重轻质多孔混凝土,抗压强度、抗折强度、吸水率、柔韧性、体积稳定性、隔热保温性以及耐久性等方面可挖掘的潜力很大。为此,本文采用混杂纤维增强法改善微孔混凝土的强度力学和干缩性能。通过调整玻璃纤维（简称GF）和聚丙烯纤维（简称PPF）的掺量,在原材料和配比不变的情况下,以800、1000、1200 kg/m3三种容重的微孔混凝土为基本对象,两种纤维按0、1.0、1.5、2.0、2.5 kg/m3的掺量进行单掺以及GF和PPF体积比1:2、1:1、2:1进行复掺,对比纤维单掺和复掺对不同容重微孔混凝土力学性能和干缩性能的影响。结果表明:（1）纤维对微孔混凝土力学性能影响。以极差分析法分析混杂纤维增强微孔混凝土中纤维种类和掺量对力学性能的影响大小,并得出各因素对早期后期抗压强度及后期抗折强度的影响大小。通过图形分析和计算强度增长率得出:所有试验组的抗压强度和抗折强度均是随容重的增大呈正相关。PPF和GF在低容重时对抗压强度增长更加明显。纤维的复掺可以提高微孔混凝土的抗折强度,当GF和PPF体积比为1:2时,两者的协同效果达到最大。随着纤维掺量增加,除PPF抗压强度为先增后降外,其余纤维种类均随着纤维掺量的增加强度呈正相关。对于抗折强度而言,纤维的加入对其抗折强度只增不减,并随着掺量的增加而增加。纤维的加入不会使试块突然断裂,能有效起到增强、阻裂和增韧的作用。通过拟合规律发现,容重与不同纤维组对抗压强度的试验研究,呈线性关系,其公式为y=kx+b;通过相关系数R2发现其具有良好的相关性。纤维种类及掺量对抗压强度的试验影响呈二次函数关系,其公式为y=ax2+bx+c,通过相关系数R2发现其大部分均具有良好的相关性。（2）在计算折压比后得出:800 kg/m3容重中以D-2.5组折压比最大;1000kg/m3容重中以P-2.5组最大;1200 kg/m3容重中以B-2.0组最大。而折压比越大,柔韧性越好,抵抗开裂的性能就越好。（3）纤维对微孔混凝土干缩性能的影响。干缩率随着微孔混凝土容重的增大而降低。纤维的加入增大了低容重微孔混凝土的干缩率,但随着容重增加,基体内孔隙变少,孔洞含水率降低,由于失水导致收缩产生的拉应力会因纤维加入获得补偿,有效地抑制了微孔混凝土干缩变形。其中纤维1:1复掺组是最优选择。纤维对微孔混凝土质量失水率的影响。随着容重提高其变化规律与干缩性能一致。（4）由SEM分析可知:GF在微孔混凝土中起到“骨架”作用,支撑了微孔混凝土的整体强度;PPF起到黏结增韧的作用,通过纤维的应力传递作用来增加微孔混凝土的性能;两纤维通过复掺可以做到优势互补,提升微孔混凝土的整体性能。

关键词： 土力学   非饱和土   基质吸力   水–力耦合   硬化法则   弹塑性双面模型  

摘要： 非饱和黏性土在外荷载作用下呈现出复杂的水–力耦合特性。为描述水–力耦合对非饱和土应力–应变特性的影响，基于弹塑性理论，采用提出的循环塑性硬化法则，考虑(p'-q-s)空间内的任意应力路径变化，建立能够描述非饱和黏性土水–力耦合特性的弹塑性组合双面模型。该模型通过平均骨架应力和修正吸力反映应力和吸力的耦合作用，采用2组加载面和边界面组合，分别描述加载、干湿过程中水–力耦合引起的塑性屈服，实现非饱和黏性土水–力特性的全耦合分析和求解。与非饱和黏性土的常规静力三轴剪切试验结果的比较表明，所建模型能较好地模拟非饱和黏性土水–力耦合下的应力–应变特性。

关键词： 再生混凝土   不锈钢纤维   硫酸盐侵蚀   冻融循环   干湿循环  

摘要： 随着基础设施建设加快和城市的更新迭代，产生了大量建筑垃圾，利用建筑垃圾缓解资源过度消耗实现绿色建筑可持续发展，是摆在科研学者面前的当务之急，再生混凝土（RecycledAggregateConcrete,RAC）的提出有效缓解了上述问题。但由于再生骨料存在强度偏低的原始缺陷导致再生混凝土很难直接运用于实际工程中，而不锈钢纤维高抗拉强度和高弹性模量的特性能有效改善再生混凝土的缺点，少量掺入再生混凝土不仅能提高力学性能，对抗冻融和抗干湿耐久性同样具有显著提升。　　为减轻资源枯竭问题实现绿色可持续发展，探究再生混凝土强度是否满足要求，试验开展了混凝土（C）、再生混凝土（RAC）、普通钢纤维再生混凝土（PFRAC）和不锈钢纤维再生混凝土（SSFRAC）在“冻融+硫酸盐侵蚀”耦合作用和“干湿+硫酸盐侵蚀”耦合作用下力学性能和耐久性能研究。主要研究内容如下：　　（1）开展了基本力学性能试验，包括立方体抗压试验、劈裂抗拉试验和弯曲抗折试验，结果表明：力学性能情况为SSFRAC＞PFRAC＞C＞RAC，2%SSFRAC力学性能最佳。　　（2）进行了“冻融+硫酸盐侵蚀”耦合试验，研究了不同冻融循环次数下的试件表观形态、质量损失和相对动弹性模量变化情况，结果表明：质量呈现先上升后下降的趋势，相对动弹性模量持续降低，在冻融循环150次后，PFRAC出现锈蚀纤维剥落的现象，而SSFRAC在冻融循环结束后纤维未锈蚀。最后建立了灰色理论GM（1,1）模型预测试件耐久性寿命，得2%SSFRAC寿命最长。　　（3）进行了“干湿+硫酸盐侵蚀”耦合试验，研究了不同干湿循环次数下的试件表观形态、质量损失、相对动弹性模量以及立方体抗压强度，结果表明：2%PFRAC表面纤维锈蚀严重，劣化突出，SSFRAC未锈蚀;各组试件质量、相对动弹性模量及立方体抗压强度呈现先上升后下降的趋势。最后建立了Weibull函数来预测各组试件耐久性寿命，根据可靠度函数得2%SSFRAC寿命最长。　　（4）通过微观电镜（SEM）手段表征再生混凝土内部结构。经过120次硫酸盐干湿循环后RAC、PFRAC和SSFRAC内部均出现了钙矾石，且钙矾石晶体将骨料包裹形成连续结构;与普通锈蚀的钢纤维相比不锈钢纤维生成的钝化膜完整且致密，吸附于不锈钢纤维表面，起到了保护作用，因此抑制了纤维锈蚀劣化。

关键词： 机制砂混凝土   石粉   矿物掺合料   配合比   力学性能   干燥收缩  

摘要： 近年来机制砂取代天然河砂制备混凝土推动了我国绿色建材产业的可持续发展,为了确保机制砂混凝土在实际工程中的性能可靠,本文以绿色低碳的C35、C40机制砂混凝土作为主要研究对象,通过正交试验、单因素试验,运用极差、方差、图表等分析方法,以水胶比、砂率、粉煤灰掺量、矿粉掺量以及石粉含量为主要因素,对C35、C40两个强度等级机制砂混凝土的工作性能,7d、28d、60d龄期的抗压强度以及360d干燥收缩性能开展试验研究,结合机制砂内石灰岩石粉的作用机理,探寻机制砂混凝土力学性能与干燥收缩的实际表现与因素影响规律,进而优化绿色低碳C35、C40机制砂混凝土的配合比,提升机制砂混凝土的工作性能与力学性能,降低机制砂混凝土在现实应用中的长期干燥收缩变形,使其更加适用于实际工程建设,对机制砂混凝土的性能提升与推广应用具有重要意义。主要研究结论如下:(1)采用正交试验方法对C35、C40机制砂混凝土配合比进行优化设计,分析了机制砂混凝土配合比中水胶比、砂率、粉煤灰掺量、矿粉掺量四个因素,在三个不同水平作用下的工作性能表现与力学性能变化规律,运用极差分析、方差分析方法探讨了各因素对工作性能、力学性能试验指标的影响次序与显著水平,得出以上四种因素组合下的最优配合比。(2)基于正交试验所得最优组合下的配合比,试验研究了机制砂混凝土干燥收缩性能表现规律,进一步分析了C35、C40机制砂混凝土在360d内干燥收缩与龄期的相关关系,结合实际工程分析了机制砂混凝土在各龄期的干燥收缩变化规律,确定了C35、C40机制砂混凝土的最大干燥收缩率参考值。(3)研究了机制砂内石粉含量与机制砂混凝土工作性能、力学性能表现的相关关系,建立了相关拟合公式,同时对机制砂内的石灰岩石粉开展胶砂强度比试验,利用宏观试验与微观分析相结合的方法,进一步论证了机制砂内石粉对混凝土工作性能与力学性能的作用机理,确定了C35、C40机制砂混凝土在实际工程应用当中的最佳石粉含量。(4)经综合分析得出,C35机制砂混凝土和易性与力学性能的最优组合为:水胶比0.41、砂率44%、粉煤灰掺量14%、矿粉掺量28%,C40机制砂混凝土和易性与力学性能的最优组合为:水胶比0.33、砂率46%、粉煤灰掺量10%、矿粉掺量23%;C35、C40机制砂混凝土在实际应用中的最佳石粉含量应分别控制为12%、10%。

关键词： 再生骨料   FRP约束混凝土   骨料尺寸   预应力   应力-应变  

摘要： 本论文通过研究再生骨料尺寸对纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)约束再生骨料混凝土约束效率的影响,从混凝土组成的材料层面上提高FRP的约束作用,进而提高FRP约束混凝土的力学性能。并进一步对100%替代率下的再生骨料混凝土施加预应力,探究在不同预应力下FRP约束再生骨料混凝土的力学性能。通过分析应力-应变关系、轴向-环向应变关系,建立适用于FRP约束再生骨料混凝土的应力-应变计算模型。本论文的主要的研究内容如下: (1)考虑再生骨料尺寸和再生骨料替代率的影响,制作了54个直径为150 mm,高度为300 mm的混凝土圆柱,研究FRP约束再生骨料混凝土在轴压下的力学性能和膨胀性能。分析和讨论不同再生骨料尺寸下混凝土的应力-应变关系、环向应变分布以及轴向应变与环向应变关系。试验结果表明,骨料尺寸较大的无约束再生骨料混凝土具有较小的峰值强度和较大的弹性模量。对于FRP约束再生骨料混凝土,骨料尺寸越大,环向应变分布越均匀,FRP的约束效率越高。 (2)对100%替代率的再生骨料混凝土施加预应力,研究不同预应力条件下FRP约束再生骨料混凝土在轴压下的应力-应变性能。试验考虑了3个影响因素:再生骨料尺寸、预应力水平、以及FRP的厚度。总共对33个圆柱体试件进行了轴压试验,采集和分析了再生骨料混凝土的轴向应力、轴向应变和环向应变。试验研究得出预应力的施加可以有效地抑制混凝土内部裂缝的发展,延缓混凝土的变形,从而有效地提高再生骨料混凝土的强度,并且施加的预应力越大,强度越高。 (3)通过对87个圆柱体试件的试验数据分析处理,建立了适用于FRP约束再生骨料混凝土在预应力约束和被动约束下的极限强度模型和极限应变模型;考虑了骨料尺寸的影响和预应力的影响,建立了应力-应变曲线的转折强度和转折应变的计算模型。

关键词： 土力学   土石混合体   粗糙度   界面形态   剪切带   数值模拟  

摘要： 土石混合料–基岩接触面剪切力学特性因受多种因素影响而极其复杂，其中，界面细观形态是影响剪切力学特性及剪切带变形特征的重要因素之一。基于大型叠环单剪试验以及PFC2D数值模拟，揭示基岩界面细观形态对土石混合料–基岩界面剪切力学特性和剪切带特征以及演化规律的影响。结果表明：接触面抗剪强度随粗糙度增大而增大；粗糙度为表观黏聚力主要控制因素，当粗糙度由8.9增至11.5时，表观黏聚力提高95.3%；粗糙度对界面摩擦角的影响作用较小，界面摩擦角在27°上下波动。界面细观形态凹槽结构在一定倾斜角度内可发生“自锁”效应，凹槽内土石形成锁固体，锁固体可增大接触面抗剪强度，控制剪切带沿其外轮廓发展，出现“绕石”现象。平缓界面处块石具有“滞后效应”，易与周边土石形成强度远小于锁固体的“类锁固体”，控制剪切带绕其外轮廓与基岩界面分岔发展，使剪切带出现“包石”现象。基于能量变化，将剪切过程分为3个阶段：剪密阶段：应变能与摩擦能快速增长；线性增加阶段：应变能与摩擦能增长速率比例近似保持9∶1；应变硬化阶段：应变能占比持续下降，但仍占据主导地位。