混凝土表面粗糙度参数下的CFRP-混凝土界面抗冻性研究

为了研究不同混凝土表面粗糙度在盐冻环境下的CFRP-混凝土界面黏结性能退化规律,通过制作具有三面粗糙度的CFRP-混凝土试块,开展了84次CFRP-混凝土界面正拉黏结试验。探讨了混凝土强度、界面粗糙度、盐冻循环次数对CFRP-混凝土梁界面黏结性能的影响,建立了基于粗糙度f_i,盐冻循环次数n两参数下的界面剥离承载力回归模型,基于SEM检测技术分析了界面性能退化机理。结果表明:混凝土强度对界面黏结性能影响不大,当混凝土表面粗糙度为0.33时,界面黏结性能最佳;平均单个粗骨料漏出尺寸为整个粗糙度的20%时,界面黏结效果最好;在(-15～8)℃范围内,6次盐冻循环后,界面开始出现劣化,到了12次界面黏结性能降低较为明显。     

有机纤维与聚合物对水泥混凝土层间黏结性能影响研究

水泥混凝土中掺加有机纤维或聚合物能够提高其层间黏结性能。通过层间抗剪强度试验和层间抗拉强度试验方法研究了掺加有机纤维与聚合物对提高水泥混凝土层间黏结强度的效果。对比研究在不同聚合物改性水泥净浆作为界面剂的条件下,水泥混凝土抗拉黏结性能受影响的情况,并对界面剂的配合比;并通过劈裂抗拉黏结性能试验,研究了影响界面黏结性能的浇筑方式和界面黏结剂配合。结果表明:将有机纤维与聚合物掺入水泥混凝土中能够显著提高层间黏结强度,其中丁苯DB-1乳液改性水泥净浆效果最优,尤其当改性水泥净浆作为界面剂的掺量配合比为水泥∶DB-1乳液=3∶2时,新老混凝土可得到较好的层间黏结性能。     

型钢-再生混凝土界面黏结强度及其影响因素分析

为研究各种再生粗骨料取代率下型钢-再生混凝土界面黏结性能,设计11个不同取代率型钢再生混凝土试件进行推出试验。通过试验,观察试件的破坏过程和裂缝发展形态,获取荷载-滑移全过程曲线以及各特征点参数;基于试验数据,分别从黏结强度、滑移特性、界面耗能、黏结抗剪刚度、损伤等角度分析取代率对型钢-再生混凝土界面黏结性能的影响。最后,对11个试件的黏结-滑移(τ-s)曲线进行拟合,得到了型钢再生混凝土界面黏结滑移本构方程,其计算值与试验实测值吻合较好。     

钢筋-中高强度再生混凝土黏结滑移性能梁式试验研究

为研究钢筋与再生混凝土黏结滑移性能,进行了13个梁式试件的钢筋-中高强度再生混凝土黏结性能试验。研究了钢筋外形、锚固长度、混凝土强度、再生骨料取代率对钢筋-再生混凝土黏结滑移性能的影响。结果表明：再生粗骨料混凝土取代率为33%~66%、细骨料为天然砂时,钢筋-再生混凝土黏结强度与普通混凝土接近;再生粗骨料取代率100%、再生细骨料取代率50%以上时,钢筋-再生混凝土黏结性能明显退化;与普通混凝土相比,再生粗骨料混凝土的相对混凝土强度黏结效率系数有所提高;变形钢筋与再生混凝土的黏结强度明显好于光圆钢筋;钢筋与再生混凝土的黏结强度随钢筋相对锚固长度增大而减小;拟合所得的黏结-滑移本构模型,其计算值与试验值吻合良好。     

预制超高性能混凝土修复层与既有混凝土界面黏结短期性能研究

超高性能混凝土(UHPC)修复层与既有混凝土界面的黏结性能是影响修复加固效果的关键。为研究预制UHPC修复层与既有混凝土界面黏结短期性能,通过直剪试验和斜剪试验,分析了界面黏结材料、界面剪力键、混凝土强度、剪切角等对界面黏结强度及黏结滑移的影响;提出了预制UHPC修复层与既有混凝土界面的黏结滑移模型,并给出了黏结刚度建议值。结果表明:结构胶黏结试件的黏结强度较灌浆料黏结试件的强度高,在界面处设置剪力键可提高界面黏结强度;通过斜剪试验获得的界面黏结强度及黏结刚度均得到大幅提高。     

骨料-砂浆界面过渡区力学特性试验

骨料-砂浆形成的界面过渡区对混凝土力学性能有显著影响,界面过渡区力学参数是开展混凝土细观数值模拟的基本力学参数。以大理石板的光滑面和粗糙面分别代表卵石和人工碎石骨料表面,应用岩体节理粗糙度系数测试原理和方法对其表面的粗糙度进行表征。分别对3种强度等级混凝土、2种最大骨料粒径的6种混凝土骨料-砂浆界面过渡区开展劈裂抗拉、变角剪切和三点弯曲断裂试验。试验结果表明,界面过渡区的劈裂抗拉强度、抗剪强度、断裂韧度较原配合比的混凝土低,约为原混凝土强度的50%。随着混凝土强度等级提高,界面抗拉强度、黏聚强度和断裂韧度增大,摩擦角有减小的趋势。增大骨料表面粗糙度、减小最大骨料粒径可以提高界面抗拉强度和断裂韧度。在相同强度等级和界面粗糙度情况,界面黏聚强度则随骨料粒径增大而增大,其规律与抗拉强度和断裂韧度相反。     

不同构造圆钢管混凝土的黏结性能

为提高圆钢管混凝土的黏结性能,进行了 12个大尺寸圆钢管混凝土试件的推出试验.钢管内部构造措施包括无构造、内置竖向肋板、内置钢管和拉结板、内置环向肋板等6种;采用2种水胶比的核心区高强混凝土.通过各试件的破坏特征、荷载-滑移曲线和应变,分析了不同构造和不同水胶比对圆钢管混凝土黏结性能的影响,并得到了环向肋板抗剪强度的计算方法.研究结果表明:无构造的圆钢管高强混凝土荷载-滑移曲线存在陡降段,设置构造措施可减弱陡降段;环向肋构造可大幅提高界面黏结强度和耗能能力,环向肋竖向肋的组合构造对于改善界面黏结性能效果最好,钢筋笼对黏结性能影响不大;混凝土与钢管的黏结强度随混凝土水胶比降低而升高.     

加固用丁苯混凝土长期黏结性能及机理研究

研究了加固用丁苯乳液水泥基混凝土/砂浆/浆体与既有混凝土的长期黏结性能,对此类聚合物水泥基材料长期黏结性能作用机理进行试验研究。结果表明,丁苯浆体斜剪、直剪、受折、轴向拉伸及丁苯混凝土劈裂强度性能优越,丁苯砂浆的长期水泥水化程度较高和其特有的有益的水泥水化变化规律相关,丁苯砂浆受热和干缩变形规律不损害其长期黏结性能,有些变形甚至对其长期黏结性能有益,电镜照片显示其界面黏结效果良好,与其宏观良好的长期黏结性能相一致,诠释和推证了其长期黏结机理。研究成果有助于理解此类聚合物水泥基材料的中长期黏结性能,并对实际工程应用中正确选用界面黏结材料及评价黏结效果提供参考。     

生土材料与水泥砂浆黏结界面切向黏结性能试验研究

生土材料与水泥砂浆材料接触界面切向黏结性能是衡量两种材料共同作用效果的重要指标。设计一种推剪试验方法,以有效模拟生土与水泥砂浆接触界面的实际受力状态。基于此方法,通过4组20个试件的推剪试验,得到不同界面处理试件的黏结面剪切强度、破坏荷载及位移值。试验表明:界面粗糙度对界面黏结性能、强度、断裂能有一定影响。黏结界面增设抗剪键方法可以较大程度地增大界面破坏荷载值,提高两种材料界面黏结性能。试验研究表明:生土墙体表面略做粗糙处理后,与外贴水泥砂浆有一定的黏结力,基本能够满足水泥砂浆与生土墙体共同工作的要求。     

PVA-ECC与既有混凝土黏结面抗渗及劈裂抗拉试验

采用相对渗透系数法和劈裂抗拉法,开展了聚乙烯醇纤维增强混凝土(PVA-ECC)与既有普通混凝土黏结面抗渗及劈裂抗拉试验,分析界面处理方式、界面剂种类和养护时间对黏结面抗渗性能及劈裂极限力的影响.结果表明:随着界面粗糙度的增加,黏结面渗透系数减小,劈裂极限力增大,抗渗性能和黏结性能得以提高;不同界面剂中,采用膨胀水泥浆处理的黏结面抗渗性能最好,而采用环氧树脂界面剂处理的黏结面劈裂极限力最大;养护时间从14d增加到28d时,刷毛平界面-膨胀水泥浆(S-P)复合试件的渗透系数下降了75.2%,劈裂极限力增大35.0%;PVA-ECC与既有普通混凝土黏结面的渗透系数与渗水后的劈裂极限力呈线性关系,且前者随后者的增大而减小.     

Study on microstructure and mechanical property of interfacial transition zone between limestone aggregate and Sialite paste

The hydrating products as well as the microstructure at the interfacial transition zone (ITZ) between limestone aggregate and Sialite paste have been studied using XRD, SEM and EDAX methods. The inductive coupled plasma emission spectrometer (ICP) has been employed to investigate the solution phenomena of limestone by three kinds of different liquids. This paper reports the bonding strength of ITZ and the durability of Sialite concrete including water penetrability, chloride penetration, carbonated depth and freeze–thaw durability. It was found that Ca(OH)₂ crystals were not observed in the Sialite hydrating products at 28 days and at the ITZ. The interfacial bonding strength of Sialite was significantly stronger than that of ordinary Portland cement (OPC). The presence of rock-forming liquid comprising a variety of minerals was also effective in improving the interfacial bonding strengths between limestone aggregates and Sialite paste.     

废瓷砖再生骨料与水泥石的界面特征

以废瓷砖再生骨料(CRA)100%替代原生碎石骨料(NCA),制备了废瓷砖再生骨料混凝土(CRAC),测试了其工作性及力学强度.采用化学结合水法、扫描电子显微镜(SEM)及比表面积测试法(BET)等,研究了废瓷砖再生骨料-水泥石界面黏结强度、水化程度及显微结构,探讨其界面特征,并将其与原生碎石骨料(NCA)-水泥石界面相比较.结果表明:与原生碎石骨料相比,废瓷砖再生骨料具有表观密度较小、压碎指标较高及吸水率较大等特点;在相同配合比条件下,废瓷砖再生骨料混凝土具有更好的工作性和力学强度;在相同水灰比、相同龄期条件下,废瓷砖再生骨料-水泥石界面黏结强度较高,其界面区生成的水化产物较多、孔隙率更低、显微结构更加致密.     

珊瑚混凝土骨料净浆界面区强度

采用纳米压痕和劈裂试验方法,研究了珊瑚骨料与水泥净浆界面试件在不同养护龄期的纳米压痕弹性模量、纳米压痕硬度、界面黏结劈拉强度、水泥净浆抗压强度和劈拉强度,以及它们之间的相关性.结果 表明:与普通混凝土类似,珊瑚混凝土存在薄弱的界面过渡区(ITZ),内掺10％珊瑚微粉能够强化珊瑚骨料-水泥净浆界面的宏观和纳米力学性能,界面黏结劈拉强度不仅与水泥净浆抗压强度、劈拉强度间存在显著线性关系,还与ITZ、水泥净浆基体的纳米力学性能有显著相关性.     

再生细骨料及其混凝土的微观结构特征

采用扫描电镜、能谱分析、X射线衍射、显微硬度和氮吸附等微观测试方法研究了再生细骨料及其混凝土的微观结构特征。研究结果表明：再生细骨料是一种组成复杂的、具有一定水化活性的和高渗透性的人造骨料,其主要矿物相为SiO2、CaCO3以及少量的C2S。再生细骨料混凝土内部水泥石孔隙较多,结构密实性较差,同时其与再生细骨料间存在较为明显的界面过渡区,该界面过渡区宽度较大,且界面过渡区两侧的骨料和水泥石的显微硬度均较低。再生细骨料的多孔结构,以及再生细骨料混凝土内部水泥石和界面过渡区微观结构缺陷是导致其大孔增多的主要原因,大孔的增多会对混凝土抗渗性产生不利影响。     

Multi-scale prediction of the effective chloride diffusion coefficient of concrete

The N-layered spherical inclusion theory is applied to develop a multi-scale model to predict the effective diffusion coefficient of chloride ion in concrete. The model treats concrete as four-phase composite materials consisting of matrix phase, aggregate phase, ITZ (interfacial transition zone) and their homogenization phase. With hardened cement pastes characterized by three parameters such as the porosity, tortuosity and constrictivity, the effect of the cement paste microstructures and ITZ on the chloride diffusivity in concrete is taken into account and the porosity distribution function and effective chloride diffusion coefficients of the ITZ are given in the model based on the cement particle distribution characteristics of the ITZ in concrete. To validate the proposed model, the diffusion coefficient of chloride ion by the steady-state migration test is measured on a series of mortar and concrete specimens and good agreement between the model and experiment is obtained. In addition, the model predicts that the chloride diffusivity of concrete composite materials depends on the chloride diffusion coefficient of the matrix and ITZ, volume fraction of the aggregate and ITZ, with the volume fraction of the ITZ influenced by aggregate size distribution, the volume fraction of aggregate and thickness of the ITZ.     

轻集料吸水率对轻集料水泥石界面区特性的影响

利用固体核磁共振硅谱(29Si NMR)和显微硬度计,定量表征了轻集料-水泥石界面区的水化程度、水化硅酸钙(C-S-H)凝胶聚合度和力学性能,研究了轻集料吸水率对轻集料-水泥石界面区力学性能和C-S-H凝胶微结构的影响规律,并以此验证了预湿轻集料的内养护效应.结果表明:轻集料-水泥石界面区的水化程度、C-S-H凝胶聚合度和显微硬度均高于水泥石基体;轻集料吸水率越大,轻集料-水泥石界面区的水化程度、C-S-H凝胶聚合度和显微硬度越高,预湿轻集料的内养护作用越明显.     

再生混凝土耐久性与界面结构性质研究

混凝土的主要薄弱环节为相对均质的骨料与水泥浆体之间的界面过渡区。与天然骨料相比,再生混凝土骨料—浆体结构更为复杂,界面数量更多,因而再生骨料混凝土较天然骨料混凝土的而言,具有更为突出的抗冻融性、干缩率,抗渗透性,抗碳化性,抗盐酸侵蚀性和耐磨性等耐久度问题。本文从己经比较成熟的普通混凝土界面形成机理、结构特征着手,通过了解再生混凝土界面的复杂性,从而探求其作用机理及改善措施。在文章最后介绍了降低水灰比、掺加活性掺合料、选择合适骨料、改善搅拌工艺等改善界面黏结性能的有效手段。     

陶粒预湿程度对轻骨料混凝土拉伸徐变的影响

采用U型管微压测定装置测定不同预湿程度陶粒在轻骨料混凝土中的吸水返水过程,采用扫描电子显微镜(SEM)观察轻骨料混凝土界面结构形貌,采用新型环形约束收缩装置研究了部分约束条件下轻骨料混凝土的拉伸徐变特性.结果表明:随着陶粒预湿程度的提高,陶粒在轻骨料混凝土中的吸水能力下降,返水能力提高,陶粒与水泥石界面结合程度加强,轻骨料混凝土的拉伸徐变值减小.     

混凝土Cl-扩散系数预测的有限元方法

提出了预测混凝土Cl^-扩散系数的有限元方法．将混凝土看成是一种由骨料、界面和水泥浆基体所组成的三相复合材料，通过比较两种典型的单元细胞模型，说明了圆形单元细胞模型在混凝土模拟方面的优越性．由于界面厚度远小于骨料尺寸，采用推进前沿法尽可能准确地剖分单元细胞，应用有限元方法获得了混凝土Cl^-扩散系数的数值解．将数值结果与实验数据进行比较，验证了该方法的有效性．基于数值结果，定量评价了最大骨料粒径、界面Cl^-扩散系数、界面厚度和骨料级配对混凝土Cl^-扩散系数的影响．     

Influence of silica fume on the interfacial bond between aggregate and matrix in near-surface layer of concrete

The interfacial transition zone (ITZ) as the weakest position in concrete is always paid much attention. This paper presents the results of an investigation on the interfacial bond between aggregate and matrix in the near surface layer of concrete at the macro- and micro-level. Specimens with different silica fume additions (0%, 6%, 9% and 12% by mass of cement) and cement dosages (400 and 450 kg/m³) were prepared by removing certain near-surface mortar and making coarse aggregates exposed. The interfacial bond properties were evaluated by the pull-out test and microhardness test. It was found that ITZs around the near-surface-zone aggregate were influenced not only by the Wall Effect and the accumulation of microbleeding water under aggregate, but also by the near-surface weakness zone effect. The additional silica fume can successively enhance the interfacial bond strength, decrease the thickness of the near-surface weakness zone and improve ITZs in the near-surface layer of concrete.