碳纤维混凝土力电性能及尺寸效应试验研究

以碳纤维混凝土力电性能及尺寸效应为研究目标,分析了碳纤维混凝土棱柱体在单向受压加载过程中的电阻率变化量与应力-应变的对应关系及尺寸效应现象。研究结果对工程应用具有一定的参考价值。     

碳纤维增强水泥基复合材料的制备及其性能研究

以碳纤维为增强相制备分散均匀的碳纤维增强水泥基(CFRC)复合材料,研究了碳纤维长度、掺量和成型工艺对CFRC复合材料性能的影响。结果表明:掺入碳纤维后,CFRC复合材料的力学性能有所提高,电阻率明显降低;采用10 mm碳纤维、掺量为0.6%时,CFRC复合材料的抗压强度最大提高了22.6%;碳纤维掺量相同时,碳纤维越长,电阻率越小;采用振动压实法成型试件,更有利于提高CFRC复合材料的导电率。     

不同溶液环境下钢纤维混凝土试件之间的尺寸效应

以研究钢纤维混凝土试件之间的尺寸效应为目的,通过试验,对不同尺寸试件在腐蚀龄期内的抗折强度和抗压强度进行测试,按照定义的抗压和抗折强度尺寸效应计算方法,研究不同浸泡环境下试件之间的尺寸效应值。结果表明,不同环境下,相同尺寸棱柱体试件的折后抗压强度折算到标准试件抗压强度的尺寸换算系数是相同的,不同尺寸的棱柱体试件及其标准试件的抗压强度尺寸效应值分别为0.94、0.86、1.00;其抗折强度尺寸效应值分别为0.73、0.77、1.05。本工作为在腐蚀试验中采用小尺寸试件代替标准尺寸试件提供可靠的理论依据。     

CFRC中碳纤维长度分布对强度和电阻率的影响

研究了在不同的搅拌制度下CFRC（carbon fiber reinforced cement)中碳纤维的长度分布及其对CFRC的电阻率与强度的影响。研究发现，搅拌制度对CFRC中碳纤维的长度分布有重要的影响；在充分分散的前提下，CFRC中碳纤维的平均长度越大，CFRC的抗折强度越大，电阻率越小。     

温度、应变率对碳纤维混凝土变形特性的影响

采用自主研制的高温SHPB试验系统,对高温条件下碳纤维混凝土(CFRC)的变形特性进行了试验研究.结果表明:高温下CFRC的动态峰值应变同时存在加载速率强化效应和温度弱化效应.动态极限应变存在加载速率强化效应;同一加载速率下随温度的升高先降低后增大的变化趋势,200℃以前,以温度弱化效应为主,200℃以后,以温度强化效应为主;800℃时的动态极限应变要高于常温时的情况.碳纤维可以有效提高混凝土在不同温度和加载速率下的动态变形能力,当碳纤维体掺量为0.3％时,增幅最大,其次是0.1％CFRC和0.2％CFRC.     

不同强度等级混凝土抗压强度尺寸效应研究

采用统一的原材料、配合比、养护条件、试验龄期制作了3种尺寸、6种强度等级的162个混凝土立方体试件,在相同的加载条件下进行了抗压强度测定;研究了不同尺寸、不同强度等级的混凝土立方体试件抗压强度的尺寸效应。结果表明,混凝土立方体的抗压强度具有明显的尺寸效应,且不同强度等级的尺寸效应具有明显差异,强度等级越高,尺寸效应也越明显。该研究还建立了适用于不同尺寸、不同强度等级的混凝土立方体抗压强度尺寸效应律计算公式,可对不同尺寸、不同强度等级的非标准试件与标准试件间的尺寸效应进行计算。     

混凝土骨料界面应力与试件强度

本文应用边界元虚拟力法对含典型骨料不同尺寸的混凝土试件进行数值计算,并用实验验证。从骨料与砂浆交界面的应力态势角度,探讨了混凝土试件强度随试件尺寸变化的规律,初步揭示了尺寸效应的机理。     

杉木目测等级规格材抗拉强度长度尺寸效应

以人工林杉木规格材作为研究对象,研究了不同目测等级下规格材测试长度与其抗拉强度之间的相互关系;通过斜率法和形状参数法求出了高、低目测等级组试件抗拉强度5%分位值和50%分位值的长度尺寸效应系数.结果表明:用非参数法求得的高、低目测等级组试件抗拉强度5%分位值的长度尺寸效应系数分别为0.12,0.25,50%分位值的长度尺寸效应系数分别为0.17,0.29,低目测等级组试件的长度尺寸效应系数大于高目测等级组试件;该长度尺寸效应系数可以在人工林杉木规格材的实际应用中使用;利用两参数威布尔分布拟合所测强度时,除高目测等级组试件抗拉强度5%分位值外,用形状参数法估计的参数与用非参数方法求得的参数的倒数近似.     

CFRC机敏混凝土中碳纤维的分散性研究

研究了羧甲基纤维素钠(CMC)和硅灰等分散剂对碳纤维水泥基复合材料(CFRC)中碳纤维分散性的影响。由分离出来的碳纤维质量变动系数和试件电阻率变动系数来评价碳纤维在CFRC中的分散性。结果表明,在各种CMC掺量下,硅灰均能显著改善碳纤维的分散性。随着CMC掺量的增加,碳纤维的分散性提高。当CMC掺量为0．8％、硅灰掺量为15％时,CMC和硅灰的共同作用使碳纤维质量变动系数最小,此时碳纤维在水泥基体中分散性最佳,且当CMC掺量为0．8％时,CFRC的电阻率变动系数也最小。     

陶粒混凝土抗压强度尺寸效应的试验研究

通过对多组立方体和棱柱体陶粒混凝土试件进行尺寸效应试验,对尺寸效应系数进行了综合分析并利用经典理论公式进行了详细研究,得到了陶粒混凝土尺寸效应的基本规律.     

CFRC抗弯试件的机敏性能试验研究

碳纤维具有良好的导电性,且其电阻率变化与所处应力场具有稳定的对应关系。在混凝土结构中构造一定厚度的碳纤维增强混凝土机敏层,并通过实时监测电阻率变化,可对结构的实时荷载和损伤程度进行预报。本研究中设计了碳纤维混凝土与混凝土层合型构造,研究了静载、反复荷载作用下,上缘碳纤维增强混凝土层和下缘碳纤维增强混凝土层的电阻变化规律,得出了以电阻率变化表征构件力学状态的碳纤维增强混凝土的压敏和拉敏规律。     

垃圾土电阻率特性试验研究

以重庆市长生桥垃圾填埋场作为研究对象,基于垃圾土颗粒导电性分类,通过室内试验测试了不同因素(添加不同溶液、孔隙率、含水率、温度等)影响下垃圾土电阻率变化特征。试验结果表明:当垃圾土中添加渗滤液、Na Cl、Zn Cl2和柴油4种溶液时,垃圾土电阻率随垃圾土中孔隙率的增加均呈递减趋势;孔隙率一定时,随含水率的增加垃圾土中固液并联导电在垃圾土导电通路中的比例增大;渗滤液对垃圾土电阻率的影响在一定程度上受稀释作用控制,且随含水率的增加而减小;随着温度的升高,垃圾土的电阻率呈指数函数衰减趋势;含水率一定时,孔隙率的变化将引起垃圾土中3种导电模式的互相转化,且电阻率随孔隙率的增加呈幂函数减小趋势;利用高密度电阻率层析技术,对现场垃圾填埋体进行了电阻率实测,同时结合室内试验测试结果对电阻率剖面进行了分析;研究结果可为分析因降解引起的垃圾填埋体中渗滤液的富集状态和运移途径的变化,以及评价垃圾土内部结构的演化提供理论支持。     

养护条件对混凝土表面层性能的影响

研究了自然环境、水中养护、薄膜覆盖3种养护条件对不同粉煤灰掺量混凝土表面吸水率以及表面层(1～5 cm)混凝土的电阻率影响.结果表明,混凝土表面层的吸水率以及电阻率对养护条件特别敏感,掺粉煤灰可降低混凝土的表面吸水率;养护条件主要影响距离表面1～3cm处混凝土的电阻率,27 d水中养护后,掺粉煤灰试件电阻率与基准试件相差不大,而6d水中养护和自然养护后,掺粉煤灰试件电阻率明显比基准试件大,且随粉煤灰掺量的增加而增大,从电阻率变化范围来看,27 d水中养护试件的电阻率最小,其次是6 d水中养护的试件,而自然养护的试件最大.混凝土表面电阻率变化能较好反映养护质量的好坏,基于这种变化,对混凝土的养护效果进行定量评价是可行的.     

箍筋约束混凝土轴心受压性能尺寸效应研究

采用高宽比为3∶1的棱柱体试件,进行了不同截面尺寸箍筋约束混凝土试件的轴心受压试验。试件分为4组,每组3个相同试件,各组试件截面边长分别为108 mm、200mm、250 mm、370 mm。为保证各组试件具有相同的混凝土约束效率,采用相同的箍筋形式,箍筋直径和间距等参数也与截面尺寸保持相同比例,以研究试件截面尺寸对箍筋约束混凝土试件的轴心抗压强度、峰值应变、延性的影响。结果表明：各组试件的裂缝开展和破坏形态基本一致,荷载-轴向应变曲线的下降段随试件截面尺寸的增大而变陡;各组试件约束混凝土的轴心抗压强度基本相同,尺寸效应不明显;峰值应变随试件截面尺寸的增大而明显降低,截面尺寸为370 mm试件的峰值应变为108 mm试件的49%,表现出明显的尺寸效应。     

碳纤维水泥基复合材料电阻特性的研究

研究了碳纤维水泥基复合材料的电阻特性,结果表明,碳纤维水泥基复合材料电阻率随着碳纤维体积分数的提高而下降;碳纤维掺入量存在一个饱和点,超过此饱和点,碳纤维水泥基复合材料的电阻率变化趋于稳定;碳纤维水泥基复合材料电阻率随加载频率的增大而降低.碳纤维水泥基复合材料的电学特性可以用电渗透原理解释,并由扫描电镜试验结果得到验证.     

Properties of cement kiln dust concrete

This paper reports results of a study conducted to assess the properties of cement kiln dust (CKD) blended cement concretes. Cement concrete specimens were prepared with 0%, 5%, 10%, and 15% CKD, replacing ASTM C 150 Type I and Type V. The mechanical properties of CKD concrete specimens were evaluated by measuring compressive strength and drying shrinkage while the durability characteristics were assessed by evaluating chloride permeability and electrical resistivity. The compressive strength of concrete specimens decreased with the quantity of CKD. However, there was no significant difference in the compressive strength of 0 and 5% CKD cement concretes. A similar trend was noted in the drying shrinkage strain. The chloride permeability increased and the electrical resistivity decreased due to the incorporation of CKD. The performance of concrete with 5% CKD was almost similar to that of concrete without CKD. Therefore, it is suggested to limit the amount of CKD in concrete to 5% since the chloride permeability and electrical resistivity data indicated that the chances of reinforcement corrosion would increase with 10% and 15% CKD.     

Permeability evaluation for artificial single rock fracture according to geometric aperture variation using electrical resistivity

A convenient approach was proposed by which to evaluate and monitor the permeability of a rock fracture by verifying the quantitative correlation between the electrical resistivity and permeability at laboratory scale.For this purpose,an electrical resistivity measurement system was applied to the laboratory experiments using artificial cells with the shape of a single rock fracture.Sixty experiments were conducted using rock fractures according to the geometry,aperture sizes,wavelengths,and roughness amplitudes.The overall negative relationship between the normalized electrical resistivity values and the aperture sizes directly linked with the permeability,was well fitted by the power-law function with a large determination coefficient(≈0.86).The effects of wavelength and roughness amplitude of the rock fracture on the electrical resistivity were also analyzed.Results showed that the electrical resistivity was slightly increased with decreasing wavelength and increasing roughness amplitude.An empirical model for evaluating the permeability of a rock fracture was proposed based on the experimental data.In the field,if the electrical resistivity of pore groundwater could be measured in advance,this empirical model could be applied effectively for simple,quick monitoring of the fracture permeability.Although uncertainty may be associated with the permeability estimation due to the limited control parameters considered in this research,this electrical resistivity approach could be helpful to monitor the rock permeability in deep underground facilities such as those used for radioactive waste repositories or forms of energy storage.     

BFRP约束混凝土方柱试验与理论值比较

在试验的基础上,对采用BFRP约束钢筋混凝土方柱试验强度和理论强度模型公式得出的强度进行了比较并研究了尺寸效应对加固效果的影响,分析结果表明:通过合理选择理论强度模型公式,可较好地计算纤维布加固混凝土柱的轴心受压性能,不同尺寸的混凝土方柱存在较明显的尺寸效应。     

碳纤维砂浆与碳纤维混凝土导电性能实验研究

利用直流双电极法研究了碳纤维砂浆(CFRM)和碳纤维混凝土(CFRC)的导电性能与其龄期之间的关系.为了模拟材料受载产生裂缝的情况,在材料内部设置了绝缘片,研究了在不同龄期碳纤维砂浆和碳纤维混凝土试件导电性能受其内部绝缘位置和数量影响的程度.结果表明:碳纤维砂浆的导电性能随龄期显著变化,且呈sigmoidal曲线关系,绝缘片的数量对其导电性能无显著影响,但绝缘片位置越靠近电极其导电性能越强;碳纤维混凝土的导电性能随龄期显著变化,且呈高斯曲线关系,在同一截面、龄期和绝缘面积下绝缘片的数量越多其导电性能越强,当绝缘片在最佳截面上时其导电性能才能达到最佳状态.