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关键词： 陶粒地聚物混凝土   力学性能   收缩性能  

摘要： 陶粒混凝土具有轻质高强、保温隔热、抗震性能好等优点，被认为是21世纪最具发展前景的功能材料之一。然而，陶粒具有多孔吸水的特点，易导致混凝土和易性差，影响其泵送和强度的发展。此外，硅酸盐水泥作为陶粒混凝土最常用的胶凝材料存在诸多缺陷，如生产能耗大、碳排放量高等问题，对环境与气候造成严重危害。为降低陶粒的吸水率，同时减小生产能耗、保护环境，本文采用有机硅改性陶粒作为粗骨料，地聚合物作为胶凝材料，制备了有机硅改性陶粒地聚物混凝土（OrganosiliconModifiedCeramsiteGeopolymerConcrete,简称MCGC)。　　本文围绕MCGC的力学性能以及收缩性能展开试验研究。通过对比3种陶粒表面处理方式（未处理、预湿处理、有机硅憎水处理）对混凝土工作性能、力学性能以及收缩性能的影响，选择最佳的陶粒表面处理方式;通过选定的有机硅憎水处理方式，进一步探究水胶比（0.40、0.45、0.50）、碱当量（6％、8％、10％）、偏高岭土掺量（30％、50、70％）对MCGC力学性能以及收缩性能的影响。主要结论如下:　　（1）陶粒的预湿处理与憎水处理可以显著提高混凝土的坍落度，降低坍落度经时损失;陶粒的预湿处理会削弱相应混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗压强度和弹性模量;陶粒的憎水处理将提高相应混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗压强度和弹性模量;陶粒经预湿、憎水处理后，相应混凝土的延性得到一定程度的提高;陶粒经预湿处理后，7d前相应混凝土的干燥收缩增加，7d后相应混凝土干燥收缩发展缓慢;陶粒经憎水处理后，混凝土各龄期的干燥收缩均得到有效降低。最终选择有机硅憎水处理方式，对MCGC的力学性能以及收缩性能展开进一步研究。　　（2）随水胶比的增加，MCGC立方体抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量逐渐降低,延性系数逐渐增大;随碱当量的增加，MCGC立方体抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量先提高后降低，延性系数先减小后增大;随偏高岭土的增加，MCGC立方体抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量逐渐降低，延性系数逐渐增大。　　（3）随水胶比的增加，MCGC的干燥收缩、水分损失逐渐增大，当水胶比为0.45时,干燥收缩对水分损失的敏感度最低;随碱当量的增加，MCGC干燥收缩逐渐增大，水分损失稍有减小，干燥收缩对水分损失的敏感度逐渐提高;随偏高岭土掺量的增加，MCGC干燥收缩逐渐减小，水分损失逐渐增大，干燥收缩对水分损失的敏感度显著降低。　　（4）通过修正时变函数，调整ACI-209模型的基本趋势，建立适用于MCGC的新型时变函数;通过修正名义收缩应变，建立水胶比、碱当量、偏高岭土掺量与收缩模型之间的关系。修正后的收缩模型预测结果较为准确，可为MCGC在实际工程的应用提供理论依据。

关键词： 碳纤维增强复合材料   回收CFRP   力学性能   耐久性   微观机理  

摘要： 随着科技的日新月异,人们对材料性能的要求不断提高,碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer,CFRP)作为一种高性能材料在多个领域中得到了广泛的应用,但由于CFRP在生产过程中会产生大量废弃边角料,这部分废弃物若不妥善处理不但会带来严重的环境问题还会造成资源的浪费。因此从环境保护角度和节约资源角度考虑,本文将CFRP预浸料边角料进行加工处理后掺入C30普通混凝土中,对回收CFRP混凝土的工作性能、力学性能和耐久性等宏观表现进行研究,再利用扫描电子显微镜、热重分析、X射线粉末衍射等测试手段进一步从微观角度分析回收CFRP在普通混凝土中的作用机理。试验结果表明,在力学方面,回收CFRP混凝土的整体性能是优于素混凝土,特别是在抗折性能方面更加优异,最佳可增强49.01%,而在抗压方面只是略微增强。在耐久性方面,回收CFRP可能使混凝土的致密性降低,进而导致二氧化碳更容易入侵混凝土,因此回收CFRP混凝土比素混凝土更加容易碳化;回收CFRP在硫酸盐腐蚀混凝土过程中限制住混凝土内部裂缝的扩展,进而使回收CFRP混凝土在抗硫酸盐方面比素混凝土更强。为了从微观层次探究回收CFRP对普通混凝土的影响,本文做了一系列测试,其中试验结果表明:回收CFRP在混凝土内部的水化过程中呈现出化学惰性,因此并没有产生新的水化产物,不过合适掺量的纤维可以加快水化速率;回收CFRP混凝土的孔隙率高于素混凝土;回收CFRP在机械处理过程后的表面是凹凸不平的,存在许多类似沟壑的通道;回收CFRP通过其与水泥界面存在粘接力,进而可以在混凝土遭受外力时起到了限制裂缝的发展、改变裂缝的走向和一条裂缝成多条的作用,进而起到了增强效果。

关键词： 再生混凝土   橡胶粉   力学性能   抗冻性   碳排放  

摘要： 建筑废弃物填埋等不适当的处置方式,给生态环境带来极大的负面影响。对建筑废弃物进行资源化利用,采用再生骨料制备再生混凝土,既可降低经济成本,又可缓解资源消耗,具有良好的经济效益和生态效益。针对我国北方寒冷地区再生混凝土难以推广应用的现状,将适量废旧橡胶集料加入再生混凝土中,可以显著改善混凝土的抗冻性能,并减少废旧橡胶对环境的影响,提高资源的回收率。本文选取粒径为100目的橡胶粉,制备橡胶粉掺量分别为0%、2.5%、5%和再生粗骨料掺量分别为0%、30%、50%、70%的混凝土试件,研究了橡胶再生混凝土拌合物性能、力学性能和抗冻性能。采用生命周期评价方法分析橡胶再生混凝土全生命周期碳排放。主要研究内容及结论如下:(1)试验研究了橡胶再生混凝土拌合物性能。结果表明,随橡胶粉掺量增加,再生混凝土坍落度和含气量分别呈下降和上升趋势。当再生粗骨料掺量由30%增至70%时,与掺入2.5%橡胶粉的再生混凝土相比,掺入5%橡胶粉的再生混凝土坍落度下降幅度为16.7%-21.2%,含气量上升22.9%-25.0%。(2)试验研究了橡胶再生混凝土力学性能。结果表明,随着橡胶粉掺量增加,再生混凝土力学性能呈下降趋势。以橡胶集料掺量、再生粗骨料掺量和橡胶再生混凝土强度折减系数,建立橡胶再生混凝土抗压强度计算模型。同时,建立橡胶再生混凝土弹性模量与抗压强度之间的关系模型。(3)通过橡胶再生混凝土抗冻性试验,研究了不同橡胶粉和再生粗骨料掺量下的混凝土损伤变化规律;建立了橡胶再生混凝土冻融损伤模型,并进行寿命预测。试验结果表明,再生粗骨料选取范围小于50%时,掺入2.5%橡胶粉的再生混凝土具有较好的抗冻性。(4)研究橡胶再生混凝土全生命周期碳排放,结果表明同时掺有橡胶粉的再生粗骨料的混凝土碳排放比普通混凝土明显降低,制备橡胶再生混凝土具有低碳潜能。通过数据的曲线拟合,建立了橡胶再生混凝土抗压强度与全生命周期碳排放之间的关系。

关键词： 土力学   复合砂层   流土   渗流破坏   盾构  

摘要： 高富水砂层易发生渗透破坏，是地下工程施工主要风险源。目前对“上细下粗”复合砂层的渗透破坏致灾机制的尚不清楚。通过分析对比14组砂土侵蚀模型试验数据，发现由下层粗砂、上层细砂组成的“上细下粗”的复合砂层渗流破坏特征与单一砂层显著不同，其渗透破坏的机制为：下层粗砂的渗透性显著大于上层粉细砂层，两者形成串联关系，下层强透水层能耗小，主要起供水作用，上层细砂层有一定厚度且渗透性小，承受大部分的渗透压力，从而使细砂颗粒迅速流失，导致流土型渗透破坏。在相同边界条件下，地下水对复合砂层土体扰动范围更广，土体流失更显著，流失速率更快。当渗漏出口接近粗砂与细砂交界面且处于细砂一侧时，流土现象最为显著。基于试验得到的规律，对2018年佛山“2.7”地铁事故发生大面积坍塌的原因进行探讨，认为“上细下粗”复合砂层及渗漏出口独特位置——“粉砂和中粗砂交界处”是造成该事故大面积坍塌的重要地层条件。在类似工程需重视复合砂层的识别，并做好密封措施，防止渗漏出口的出现。

关键词： 土力学   成层非饱和土   桩基础   竖向振动   动力阻抗  

摘要： 为了探究层状非饱和土中桩基的竖向振动响应，基于非饱和土动力控制方程，考虑基质吸力、三相(固相、液相和气相)压缩特性和饱和度对动剪切模量的影响，结合Euler-Bernoulli杆理论，建立三维轴对称简谐荷载作用下层状非饱和土中端承桩的竖向振动响应模型。利用Laplace变换、势函数法和算子分解法求解土体波动方程，通过桩–土耦合条件和阻抗函数传递性求解桩顶动力阻抗频域响应的解析解，利用傅里叶逆变换和卷积定理得出桩顶时域响应的半解析解。验证所得解的正确性后，研究分层土的模量比和厚度比对桩顶动力响应的影响。计算结果表明：土层上硬下软时，桩顶动刚度与阻尼的波动性减弱，导纳存在“小峰夹大峰”现象，峰值变大，反之，导纳呈“大峰夹小峰”。相比于上下均质土，桩底反射信号明显减弱。软土层越厚，桩顶动力响应的振荡幅值越大，土层厚度不一时，速度时程曲线中土层分界面出现反射信号，反射位置与土层分界位置密切相关。

关键词： 干热河谷   本土植物   重要值   根系   抗拉特性   弹性模量   根系黏聚力  

摘要： 为在川西干热河谷区中筛选出固土防滑能力最佳的本土灌草植物,选取泸定大渡河流域干热河谷区6种优势本土灌草植物,开展根系拉伸试验,测试其单根抗拉力学特性并分析其与根系特征的关联。结果显示:(1)当地常见的本土灌草植物共计58种,6种优势本土植物包括2种灌木[假杜鹃(Barleria cristata)和木蓝(Indigofera tinctoria)]和4种草本[鬼针草(Bidens pilosa))、黄茅(Heteropogon contortus)、艾草(Artemisia argyi)和两头毛(Incarvillea arguta)]。(2)生长期和休眠期灌木单根的极限抗拉力均高于草本。灌木和草本单根的极限抗拉强度差异不显著,两个生长周期中均表现为:黄茅>鬼针草>木蓝>假杜鹃>艾草>两头毛。灌木单根的弹性模量高于草本,但在不同生长周期呈现不同的规律。(3)根系特征(根长和根系直径)对6种优势植物抗拉力学特性有重要的影响,物种间差异较大。就极限抗拉力而言,6种植物单根的极限抗拉力均与其根径呈极显著正相关,仅两头毛和木蓝的极限抗拉力还与根长呈极显著正相关。就极限抗拉强度而言,6种植物的极限抗拉强度均随根径的增大呈线性递减,假杜鹃的极限抗拉强度仅在生长期的时候还与根长呈显著正相关。就弹性模量而言,6种植物单根的弹性模量在生长期和休眠期中均表现出随根径的增加而显著减小,且仅在生长期表现出随根长的增大而显著增加,休眠期的黄茅单根的弹性模量随根长的增加而减小,假杜鹃的单根弹性模量则随根长的增加,先增大后减小。此外,根长对灌木单根弹性模量的影响作用超过草本。就根面积比而言,6种植物的根长主要分布在0～30cm的土壤深度,超过这一深度后根系量极少,且它们的根面积比均随土体深度的增加而减少。就根系黏聚力而言,植物处于不同生长周期时,根系黏聚力会发生一定变化,生长期时,草本中黏聚力最大的植物为黄茅,灌木中黏聚力最大的为木蓝,而休眠期时则是黄茅和假杜鹃黏聚力最大。总体而言,草本植物黄茅、鬼针草和两种灌木(假杜鹃和木蓝)这4种植物根系的固土力学性能最优,可在川西干热河谷区护坡植物中优先选择并推广使用。

关键词： 土力学   动荷载   多光学介质摄影测量   三轴试验   全表面变形  

摘要： 三轴试验过程中的体积和全表面变形对研究岩土体在动、静荷载下的力学特性具有非常重要的意义。提出一个基于动态照片的多相机、多光学介质摄影测量方法来测量动荷载条件下三轴试样的体积和全表面变形。该方法通过多个相机在不同角度同时拍摄视频来获取体积和变形测量所需的同步动态照片，结合基于动态照片的相机校核结果以及多光学介质摄影测量方法可分析获得动荷载下三轴试样的体积与变形场。基于一个由6台单反相机组成的视频拍摄系统，开展一个标准钢柱和2个非饱和粉土的三轴试验来验证所提出方法的可行性以及评价其体积测量精度和全表面变形测量能力。钢柱试验结果表明该方法能够基于动态照片实现三轴试样体积的精确测量；非饱和粉土的试验结果表明该方法可以实现连续测量动荷载条件下三轴试样的体积和全表面变形。所提出的方法克服了传统动载三轴试验变形测量结果单一的局限性，将多相机、多光学介质摄影测量方法的应用从静载三轴试验推广到了动载条件；连续的体积、全表面变形测量能力为全面、深入研究土体动力特性提供了有力支持。

关键词： 海水海砂混凝土   抗碳化性   抗硫酸盐侵蚀性   力学性能   微观形貌   孔径分布  

摘要： 随着我国海洋战略的发展,滨海地区的基础设施建设也在快速推进。为了缓解河砂、淡水等自然资源的开采压力,降低建设成本。考虑使用滨海地区丰富的海水和海砂资源制备混凝土。并且对其抗碳化性以及抗硫酸盐侵蚀性两个重要的耐久性指标进行了评估。本研究旨在探讨海水海砂混凝土在碳化及硫酸盐侵蚀环境下的力学及微观性能。试验共设计了8种配合比,主要研究了不同水灰比和不同矿物掺合料(FA和LC2)对海水海砂混凝土碳化及硫酸盐侵蚀后性能的影响。为了更好的探究其力学性能发展规律的原因,采用SEM进行微观形貌分析,使用TGA和XRD进行水化产物分析,MIP研究其孔结构。 结果表明,海水海砂混凝土标准养护28天后,由于内部氯离子所引起的基体致密化,导致抗压强度较普通混凝土提高约10%,但在水化后期被普通混凝土所超过。在长期加速碳化条件下,海水海砂混凝土的力学强度与普通混凝土相近。海水海砂混凝土的抗碳化性能约为普通混凝土的2倍,但掺入FA和LC2后,抗碳化性能降低2倍以上。在硫酸盐侵蚀的环境下,海水海砂混凝土内部氯离子与水泥颗粒的反应速度要优于硫酸根离子,减少因硫酸盐侵蚀导致的膨胀性水化产物钙矾石的生成,从而提高其抗硫酸盐侵蚀性。海水海砂混凝土的抗碳化性和抗硫酸盐侵蚀性会随着水胶比的增大而降低。使用FA替代部分水泥会增大其抗硫酸盐侵蚀性,但使用LC2则会出现相反的结果,这主要是由于石灰石粉对于水化产物改性的影响。 碳化后,碳酸钙形成大量的立方体或棱柱晶体形式紧密堆积在一起,有效的填充了孔隙,在一定程度上有助于提高混凝土基体的密实性和整体稳定性。硫酸盐侵蚀后,混凝土内部会生成钙矾石,并以针状的形态大量分布在孔隙中以及孔隙周围。这也是降低了混凝土大孔比例,影响孔径分布的主要原因。但是由于钙矾石的过量生成以及膨胀作用,部分基体的完整性被破坏。混凝土内部产生了不同大小的裂缝,直接影响了混凝土的整体稳定性,对于强度的发展有劣化作用。但掺入FA的海水海砂混凝土因为FA颗粒的水化以及填堵作用,可以有效地降低硫酸盐侵蚀的影响。 由于碳酸钙的孔隙堵塞作用,普通混凝土、海水海砂混凝土的总孔隙率降低。长期的碳化环境会使混凝土因碳酸钙的积累和膨胀而产生微裂缝,增加混凝土的总孔隙率。硫酸盐侵蚀后会生成大量膨胀性钙矾石以及石膏。钙矾石的孔隙堵塞作用,会使得普通混凝土、海水海砂混凝土的孔径分布改变,大孔占比降低。长期的硫酸盐侵蚀环境会使混凝土中因钙矾石的过渡积累而发生膨胀,进而产生微裂缝,影响混凝土的耐久性。

关键词： 全风积沙混凝土   辅助胶凝材料   强度预测模型   粘结性能   中心点法   锚固长度  

摘要： 随着我国城镇化对砂石资源的愈加依赖,由此带来非法采砂、海岸线侵蚀、河床下降等资源、环境与社会问题。新疆地区风积沙资源极为丰富,寻求风积沙在建筑工程中的应用,不仅可以就地取材,节约材料成本,还有利于推进砂源的替代利用,缓解我国砂石紧缺的局面。本文以全风积沙混凝土（FASC）为研究对象,对其力学性能及其与钢筋的粘结性能进行研究,并基于统计学方法计算出全风积沙混凝土与变形钢筋锚固长度计算公式,论文主要研究内容及结论如下: （1）以粉煤灰和矿渣粉作为辅助胶凝材料配制12组全风积沙混凝土立方体试件,考虑水胶比、粉煤灰掺量、矿渣粉掺量、龄期4种因素,进行全风积沙混凝土抗压强度试验研究,结合XRD衍射结果对其物象成分进行微观表征,并通过多元线性回归建立全风积沙混凝土抗压强度预测模型。结果表明:全风积沙混凝土抗压强度随水胶比增大先增加后减小,当水胶比为0.4时,抗压强度最大;粉煤灰对全风积沙混凝土抗压强度增长效应不如矿渣粉增长效应显著;粉煤灰和矿渣粉的掺入更易将AFt转化为AFm;建立的抗压强度预测模型精度较高,适用于水胶比为0.3～0.5的细砂混凝土。 （2）考虑混凝土强度等级、钢筋直径、钢筋埋置深度、保护层厚度、钢筋类型、钢纤维掺量六种因素,制作22组钢筋–全风积沙混凝土中心拉拔试件,研究不同因素下粘结应力–滑移特征值变化规律。结果表明:在相同混凝土强度等级下全风积沙混凝土的粘结强度较普通混凝土增幅约28.6%～46.5%,粘结强度与相对保护层厚度c/d、混凝土劈裂抗拉强度f_t呈正相关,与相对粘结长度l a/d呈负相关;变形钢筋粘结强度较光圆钢筋提高了38.44%～64.59%;钢纤维的掺入使粘结强度增加了25.92%～51.87%。 （3）对全风积沙混凝土与钢筋τ-s曲线中的特征值进行统计,通过非线性回归建立粘结应力特征值计算公式;基于粘结强度计算公式和材料的统计参数,利用中心点法计算出全风积沙混凝土与变形钢筋之间锚固长度统计值,通过修正系数构造出适用于全风积沙混凝土的锚固长度计算公式。