超轻质水泥基复合材料基本力学性能

为探究超轻质水泥基复合材料(ultra lightweight cement composite,ULCC)的基本力学性能及应力-应变曲线本构关系.以粉煤灰空心微珠为唯一轻质微集料,以水泥和硅灰为胶凝材料,以高效减水剂和减缩剂为外加剂,配制了钢纤维体积掺量为1%,表观密度介于1 250~1 550 kg/m3,轴心抗压强度介于47.9~70.0 MPa的4种不同密度等级的ULCC.对其分别进行单轴抗压和单轴抗拉试验,分别研究了ULCC的轴心抗压和轴心抗拉力学性能,测得了ULCC材料轴心抗压强度、轴心抗拉强度、弹性模量、泊松比及单轴抗压和单轴抗拉应力-应变曲线.结果表明:ULCC的抗压强度、抗拉强度和弹性模量均随密度的增加而增加; ULCC的轴心抗压强度和弹性模量与密度呈较强线性相关性.轴心抗拉试验结果表明ULCC抗拉应力-应变曲线关系呈现明显的峰后平台段,ULCC材料具有良好的拉伸变形能力.根据试验测得的ULCC单轴抗压和单轴抗拉应力-应变全曲线,建立了ULCC单轴抗压和单轴抗拉的分段式应力-应变本构方程.研究成果可为ULCC结构的设计和非线性有限元计算提供理论依据.     

施工期混凝土力学性能的试验研究

通过测试施工期混凝土材料的力学性能参数(立方体抗压强度、劈拉强度、轴心抗压强度、弹性模量、应力-应变本构关系曲线),研究了混凝土力学性能随龄期的变化规律,参照相关文献考虑龄期的影响建立了施工期混凝土各力学性能参数的计算模型.研究表明:随着龄期的不断增长,混凝土立方体抗压强度、劈拉强度、轴心抗压强度、弹性模量、应力-应变曲线的峰值应力逐渐增大,而应力-应变曲线的峰值应变逐渐减小;前7d混凝土各力学性能指标变化速度较快,7d后变化速度逐渐变缓.     

钢纤维地质聚合物混凝土静态力学性能研究

通过控制粉煤灰、矿渣和钢纤维的掺量,配制了不同抗压强度的钢纤维地质聚合物混凝土试件,进行轴心抗压试验与电镜扫描(field scanning electron microscope, FSEM)微观结构分析,研究了钢纤维掺量对不同混凝土基准强度试件的应力-应变曲线、能量耗散等力学特征的影响。结果表明：钢纤维提升了普通地质聚合物混凝土的轴心抗压强度、弹性模量、峰值应变、能量耗散与延性等力学性能;FSEM试验观测到钢纤维的桥接作用及硅酸钙水合物的粘结作用改善了试件内部材料之间的粘结性能,使试件的力学性能得到了较好的提升;建立的轴心受压应力-应变本构模型与试验值整体吻合较好,为钢纤维地质聚合物的工程应用提供了一定的理论基础。     

冻融环境下沙漠砂对混凝土轴心受压力学性能的影响

为研究沙漠砂对混凝土抗冻性能的影响,采用快速冻融方法,进行掺沙漠砂混凝土冻融后轴心抗压强度试验,得到不同冻融循环作用下掺沙漠砂混凝土破坏特征和应力-应变曲线,分析不同冻融循环下掺沙漠砂混凝土表面损伤特征、质量损失率、动弹性模量损失率和超声波波速损失率的变化规律.结果表明:随着冻融循环次数增加,掺沙漠砂混凝土质量损失率变化较小,动弹性模量损失率、超声波波速损失率、相对峰值应变和极限应变均增大,相对峰值应力和横向变形系数均减小,弹性模量先增大后减小;在相同冻融循环次数下,掺沙漠砂混凝土弹性模量损失率、超声波波速损失率和相对峰值应变均小于普通混凝土,相对峰值应力、横向变形系数和弹性模量比普通混凝土高.采用过镇海提出的单轴受压本构模型拟合得到应力-应变全曲线方程,分析冻融循环对应力-应变曲线控制参数的影响,可对沙漠砂混凝土结构的抗冻性能进行分析.     

尾矿砂塑性混凝土的力学特性

针对塑性混凝土具有弹性模量低、抗渗性及塑性变形特性良好等特点,利用尾矿砂配置了不同尾矿砂砂率和不同水泥掺量的塑性混凝土,对尾矿砂塑性混凝土试件分别进行了立方体抗压强度、轴心抗压强度以及弹性模量等试验.利用极差分析探讨了砂率和水泥掺量等对尾矿砂塑性混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度以及弹性模量的影响,得到了立方体抗压强度、轴心抗压强度以及弹性模量随砂率和水泥掺量的变化规律.试验结果表明,尾矿砂塑性混凝土立方体抗压强度和轴心抗压强度随砂率的增加而降低,随着水泥掺量的增加,其立方体抗压强度和轴心抗压强度均逐步增大,弹性模量在砂率为50%处达到最大,随着水泥掺量的增加其弹性模量也逐步增大.     

大掺量粉煤灰混凝土应力－应变关系

为研究大掺量粉煤灰混凝土后期力学关系,通过3种配合比的粉煤灰混凝土90 d及365 d的单向轴向加载试验,探讨其轴向和横向应力应变的力学特性以及耗能等。同时,采用我国规范公式以及国外具有代表性的公式进行应力应变计算并与试验结果相比较。研究表明：随着粉煤灰掺量和龄期的增加,混凝土抗压强度以及抗压强度对应的应变及弹性模量均能有效增大,但横向变形能力降低;中国规范公式和日本公式与试验数据吻合程度较高,尤其龄期为365 d时基本一致。因此,中国规范普通硅酸盐混凝土公式和日本常用普通硅酸盐混凝土公式能够较好的评价粉煤灰混凝土后期应力应变关系。     

基于检测方法的再生混凝土弹性模量试验研究

利用废弃混凝土加工制备为再生细集料,以再生细集料取代率为变量参数配置3种水胶比的再生骨料混凝土,通过混凝土标准弹性模量测试法、基于本构关系测试法以及超声波无损检测法,研究再生细集料取代率对富含砖粒再生混凝土弹性模量的影响规律以及超声波波速与弹性模量之间关系。试验结果表明,以应力-应变曲线上升段的割线斜率作为再生混凝土弹性模量值,该值随再生细集料取代率的变化规律与弹性模量试验测得的变化规律一致,呈现先增大后减小的趋势,且在取代率为30%时达到最佳状态。提出了以再生细骨料取代率为影响因素,富含砖粒再生混凝土立方体抗压强度与弹性模量关系计算模型,拟合出了超声波波速与再生混凝土弹性模量函数式。     

模拟地下水压力作用下混凝土硫酸盐腐蚀行为研究

针对地下混凝土结构的耐久性问题,利用室内模拟试验技术,研究不同地下水静水压力(0、0.1和0.2 MPa)和粉煤灰掺量(10%、25%和40%)对混凝土受硫酸盐腐蚀的影响,测定了混凝土腐蚀60 d后的腐蚀深度和力学性能指标(抗压强度和动弹性模量)。试验结果表明,混凝土的硫酸盐腐蚀深度随粉煤灰掺量的增加而线性降低;随地下水压力的增加近似呈线性增加。混凝土的抗压强度和动弹性模量随粉煤灰掺量的增加而降低,随地下水压力的增加而略有提高。此外,对混凝土抗压强度和超声波速的相关性进行分析,结果表明粉煤灰和水压力对抗压强度与超声波速关系的影响不明显;通过回归分析建立了硫酸盐腐蚀后混凝土抗压强度和超声波速的指数关系模型。     

硫酸盐腐蚀后混凝土单轴受压本构关系

为了研究硫酸盐侵蚀环境下混凝土力学性能的变化,对受硫酸盐腐蚀的普通混凝土进行单轴受压实验.通过实验室加速腐蚀的实验方法,测定不同腐蚀时期的混凝土的应力应变全曲线,研究受腐蚀混凝土应力-应变曲线上的几个特征值(峰值应力及应变、弹性模量、割线模量、拐点应力及应变、收敛点应力及应变)随腐蚀程度变化的规律,对腐蚀后混凝土的应力应变全曲线进行拟合.结果表明:随腐蚀的进行,混凝土峰值应力、弹性模量先增加后减小,而峰值应变是先稍微有所减小,而后急剧增大;该实验条件下获得了受腐蚀后混凝土应力应变曲线上各特征值与峰值应力fc′的关系式,建立了曲线上升段参数αa的数学表达式.可以以受腐蚀混凝土的强度为基本参数,分别求解受腐蚀混凝土峰值应变、弹性模量,上升段曲线拟合参数、拐点应力以及收敛点应力.从而得到受腐蚀混凝土一系列的力学参数和本构关系.     

橡胶集料自密实混凝土的统计损伤本构关系

为研究橡胶集料对橡胶集料自密实混凝土（RSCC）力学性能的影响,并建立相应的本构预测模型,对RSCC进行了压缩应力-应变试验,试验结果表明：随着橡胶掺量的增加,RSCC的抗压强度降低,变形能力增强,韧性增大。根据RSCC的微元强度服从随机分布的特点,以米塞斯强度准则定义RSCC的微元强度,以对数正态分布表征RSCC的微元强度的分布模型,并考虑模型参数与橡胶掺量的关系,建立了以橡胶掺量为变化因素的RSCC的统计损伤本构关系,拟合效果十分理想,拟合曲线与试验曲线的相关系数随橡胶掺量的增加而增大,最大值为0.9891,该模型形式简单,参数少且计算简便,能够有效体现RSCC在不同橡胶掺量下的韧脆性转化特征。最后研究了RSCC的损伤演化过程,随着应变的增加,RSCC的损伤演化曲线呈S形,单调递增,终值趋近于1,橡胶掺量的增加延缓了RSCC初始损伤的发展;损伤的发展速率随应变的增加先增大后减小,在峰值应变附近达到最大值,橡胶掺量的变化对损伤发展速率的最大值没有影响。     

碱激发下粉煤灰-市政污泥固废基混凝土抗冻融性能

为改善市政污泥对混凝土抗冻融性能的劣化效果,在氢氧化钠及水玻璃的复合激发下,用经生石灰改性后的市政污泥取代10%细骨料,粉煤灰分别取代10%、20%与30%水泥,制备了混凝土。分析了不同冻融循环次数下,混凝土的表观现象、相对质量、相对动弹性模量、相对抗压强度及微观结构随粉煤灰掺量与碱当量的变化规律,分别以相对动弹性模量与相对抗压强度为损伤变量建立了不同的冻融损伤模型。研究结果表明：随冻融循环次数增加,混凝土表观损伤愈发严重,内部孔隙增多,相对动弹性模量及相对抗压强度显著降低;与对照组相比,粉煤灰及碱激发剂的加入可以改善市政污泥对混凝土冻融耐久性的劣化效果,降低混凝土在冻融循环作用下的质量损失、动弹性模量损失及抗压强度损失;当粉煤灰掺量10%、碱当量4%时,粉煤灰可在碱激发剂及改性污泥中残余碱的联合作用下被较充分地激发,可消纳改性污泥中的残余碱,减弱市政污泥对混凝土抗冻融性能的劣化效果,此时混凝土水化程度最高,在冻融循环作用下的质量损失、动弹性模量损失及抗压强度损失最小,且服役寿命最长,约为16a以上;相对动弹性模量与相对抗压强度相关性良好,分别以两者为损伤变量的冻融损伤模型与试验结果均吻合良好。     

Behavior of concrete and concrete-filled circular steel tubular stub columns at constant high temperatures

Based on reanalyzing test results of uniaxial compressive behavior of concrete at constant high temperatures in China, with the compressive cube strength of concrete from 20 to 80 MPa, unified formulas for uniaxial compressive strength, elastic modulus, strain at peak uniaxial compression and mathematical expression for unaxial compressive stress-strain relations for the concrete at constant high temperatures were studied. Furthermore, the axial stress-axial strain relations between laterally confined concrete under axial compression and multiaxial stress-strain relations for steel at constant high temperatures were studied. Finally, based on continuum mechanics, the mechanics model for concentric cylinders of circular steel tube with concrete core of entire section loaded at constant high temperatures was established. Applying elasto-plastic analysis method, a FORTRAN program was developed, and the concrete-filled circular steel tubular （CFST） stub colunms at constant high temperatures were analyzed. The analysis results are in agreement with the experiment ones from references.     

建筑垃圾细料生产流动化回填材料的性能

以灰砂比0.03、0.05和0.08,粉砂比0、0.05、0.1、0.15和0.2为设计参数,对建筑垃圾回填材料进行设计。通过试验对回填材料的流动性(流动度、泌水率)、无侧限抗压强度以及应力应变曲线、本构关系模型和弹性模量等进行研究。研究结果表明:回填材料的流动度受水固比影响较大,两者接近线性关系;流动度在200~250 mm范围,泌水率在4%~8%之间;回填材料抗压强度与灰砂比和水固比之间存在很好的幂指数关系;回填材料应力应变曲线形状与普通混凝土的相似,在此基础上提出回填材料的本构关系模型;回填材料无侧限抗压强度与弹性模量之间存在很好的指数关系。     

粉煤灰、矿粉对高性能混凝土体积稳定性的影响

采用对比的方法，试验研究了粉煤灰、矿粉对C60高性能混凝土的工作性、抗压强度、弹性模量、干缩和受压徐变的影响。结果表明，在粉煤灰、矿粉等量取代部分水泥后，混凝土的工作性改善、28d和60d抗压强度和抗压弹模与基准样相近，而28d以后的干缩明显减小；掺有粉煤灰、矿粉的混凝土随养护龄期的延长、强度的增加，其受压徐变逐渐减小；当粉煤灰掺量(质量分数)从14％增加到25％时，混凝土的徐变增大；对于相同掺量(14％)的粉煤灰、矿粉混凝土，经60d养护后加荷其徐变基本相同。     

Effects of manufactured-sand on dry shrinkage and creep of high-strength concrete

The influences of natural sand, manufactured-sand （MS） and stone-dust （SD） in the manufactured-sand on workability, compressive strength, elastic modulus, drying shrinkage and creep properties of high-strength concrete （HSC） were tested and compared. The results show that the reasonable content （7%-10.5%） of SD in MS will not deteriorate the workability of MS-HSC. It could even improve the workability. Moreover, the compressive strength increases gradually with the increasing SD content,and the MS- HSC with low SD content （smaller than 7%） has the elastic modulus which approaches that of the natural sand HSC, but the elastic modulus reduces when the SD content is high. The influence of the SD content on drying shrinkage performance of MS-HSC is closely related to the hydration age. The shrinkage rate of MS-HSC in the former 7 d age is higher than that of the natural sand HSC, but the difference of the shrinkage rate in the late age is not marked. Meanwhile the shrinkage rate reduces as the fly ash is added; the specific creep and creep coefficient of MS-HSC with 7% SD are close to those of the natural sand HSC.     

粉煤灰掺量对水工混凝土力学性能的影响

通过粉煤灰混凝土基本力学性能试验,分析了粉煤灰掺量、水灰比、龄期等因素对水工混凝土抗压强度、劈拉强度和抗压弹模的影响,探讨了粉煤灰对混凝土力学性能的影响机理.试验结果表明,随着粉煤灰掺量的增加,混凝土的早期强度有所降低,后期强度有明显提高.     

大掺量粉煤灰超高性能钢纤维混凝土的静动态力学行为

研究了4种不同钢纤维掺量(体积掺量分别为0%,1.0%,1.5%,2.0%)的大掺量粉煤灰超高性能混凝土的单轴压缩强度、弹性模量、单轴抗拉强度、弯曲韧性、断裂韧性、断裂能等静态力学行为,以及高速冲击、压缩作用下的应力波传播规律、应力–应变曲线和破坏特征等动态力学行为.结果表明:掺加钢纤维的大掺量粉煤灰超高性能混凝土的轴心抗压强度、弹性模量和抗拉强度略有增大,韧性指数、残余强度、断裂韧度和断裂能成倍提高;未能增加冲击、压缩作用下的应变率效应程度,但却增大动态应力–应变曲线下的面积,提高试件破坏的应变率阈值,使混凝土存在裂而不散的破坏现象.