分别以NaOH和水玻璃为激发剂,制备了碱激发高炉镍渣混凝土,在碱激发高炉镍渣混凝土的7 d抗压强度与普通硅酸盐水泥混凝土的28 d抗压强度基本相等的条件下,对比了碱激发高炉镍渣混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土的后期(90 d)力学性能、孔结构发展规律和抗氯离子渗透性能的差异.结果表明:碱激发高炉镍渣混凝土的早期(7 d前)强度发展迅速,其中,NaOH激发高炉镍渣混凝土28 d后的强度发展相对缓慢;等强度条件下,碱激发高炉镍渣混凝土的后期抗压强度和劈裂抗拉强度、孔结构和抗氯离子渗透性能均优于普通硅酸盐水泥混凝土,其中,水玻璃激发高炉镍渣混凝土的各项性能最好.
基于由常温(20℃)降至给定低温(-40、-80、-120、-160、-190℃)、经历低温再直接或以1℃/min匀速回至常温3种工况下的混凝土受压试验,研究了不同低温作用下混凝土的受压强度及其离散性.结果表明:随着低温温度的降低,混凝土的受压强度变化率高于常温时的受压强度变化率,且整体呈增大趋势,其离散性也明显变大;而经历低温再直接和以1℃/min匀速回至常温时混凝土的受压强度变化率相比常温时均有所提高,但与低温温度关联度较低,其离散性也均减小.
研究了超细粉煤灰掺量对低水胶比复合胶凝材料浆体流动性的影响,分析了浆体流动性与流变性能的关系.结果表明:在相同水胶比和硅灰掺量下,随着超细粉煤灰掺量的增加,浆体流动度增大,流动时长先缩短后延长,平均流动速率先提高后下降,浆体的黏度系数减小,屈服应力增大,剪切增稠性增强;在相同超细粉煤灰掺量下,浆体的流动度-黏度系数和流动度-屈服应力均呈负相关,黏度系数或屈服应力减小,浆体的流动度增大;在相同流动度下,当超细粉煤灰掺量较高时,浆体的黏度系数减小,屈服应力增大;浆体的流动度同时受其黏度和变形能力的影响.
研究了碱激发剂浓度(2％、5％、8％)和再生粗骨料取代率(0、25％、50％、75％、100％)对PVA纤维混凝土坍落度、抗压强度、劈裂抗拉强度和轴心抗压强度的影响,建立了碱激发再生骨料纤维混凝土的力学指标换算式.结果表明:随着再生粗骨料取代率和碱激发剂浓度的增加,混凝土拌合物的坍落度降低;试件的抗压强度、劈裂抗拉强度和轴心抗压强度均随着再生粗骨料取代率的增加而减小,随着碱激发剂浓度的增加而增大;建立的抗压强度分别与劈裂抗拉强度和轴心抗压强度的换算式具有较高的拟合精度.
为解决传统桥面连续构造开裂、桥面径流渗漏的问题,采用先张自平衡预应力技术进行了桥面连续构造改造,通过预应力加载试验,研究了改造后桥面连续构造的受力性能.结果表明:在 100 kN张拉力条件下,中空管的预应力损失约为 16 MPa,预应力传递长度约为 250 mm;桥面板构件实测储备纵向应力约为 2.5～2.9 MPa;锚固区横向应力波形明显区域纵向长为 350 mm,锚下劈裂应力峰值为 1.20～1.30 MPa.工程实际应用表明:采用先张自平衡预应力技术的预应力桥面连续构造具有施工简便、适应性好、预应力施加可靠的特点,经过 5 年运营,未现可见病害,相比病害显著的传统方案具有显著的经济和社会效益.
研究了不同养护方式(标准养护、80℃蒸汽养护)下,高钛矿渣砂和高钛矿渣粉分别全部取代河砂和粉煤灰对UHPC浆体工作性、力学性能、自收缩性能和抗冻性能的影响,并进行了微观分析.结果表明:与对照组UHPC浆体相比,高钛矿渣UHPC浆体的工作性、力学性能、自收缩性能和抗冻性能基本均有所提高;与标准养护相比,蒸汽养护可以有效促进胶凝材料水化,提升高钛矿渣UHPC浆体的力学性能;在高钛矿渣砂全部取代河砂的基础上,进一步用高钛矿渣粉全部取代粉煤灰后,UHPC浆体的各项性能总体上略有下降.
研究了橡胶颗粒等质量替代 0、10%、20%、30%、40%的石英砂对应变硬化水泥基复合材料(SHCC)力学及抗冲击性能的影响.结果表明:随着橡胶颗粒掺量的增加,试件的抗压和抗拉强度降低,但延性增加;随着环境温度的降低,同类试件的最大冲击荷载增大,最大位移减小;与未掺橡胶颗粒的SHCC相比,橡胶改性SHCC具有更高的耗能能力,尤其是在低温(-50℃)环境下,说明橡胶改性SHCC更适合应用于寒冷地区;适当增加橡胶颗粒的掺量有利于进一步提高SHCC在低温环境下的抗冲击性能;在亚高温(150℃)环境下,随着橡胶颗粒掺量的增加,橡胶改性SHCC的耗能能力基本略有下降,且随着冲击高度的增加,下降幅度基本呈减小趋势,但基本高于未掺橡胶颗粒的试件.
通过调整胶凝材料组分和总量、机制砂石粉含量等,研究了桥梁用机制砂混凝土的工作性、力学性能、耐久性能.结果表明:当m 粉煤灰∶m 矿粉为 7∶4、胶凝材料总量为 400 kg/m3、石粉含量为 8%时,所制备的桥梁用机制砂混凝土的初始坍落度和扩展度可达 250 mm和 630 mm,且经时损失较小,可实现自密实浇筑,60 d抗压强度为70 MPa,28 d碳化深度仅为 5.8 mm,56 d电通量为 582 C,综合性能良好.
针对超高性能混凝土(UHPC)在铁路隧道衬砌加固中的应用,介绍了模板支护现浇法和预制装配式套拱法两种施工方法,并对比分析了两种施工方法的施工工艺流程和施工技术要点.结果表明:模板支护现浇法的适用范围较广,但对施工环境、施工技术要求较高,且工期较长;预制装配式套拱法施工时不受环境影响,工期较短,但成本相对较高.
为了研究大体积混凝土浇筑后一段时间后的温度及应力变化规律,基于某工业厂房设备基础工程配合比建立了首浇仓块的有限元仿真模型,研究了结构关键区域沿高度方向的温度及应力的时变规律,并与现场实测结果进行了对比.结果表明:各测点的温度均先迅速上升后缓慢下降,温度场分布规律为内部中心区域为高温区,随着时间的延长,高温区温度下降并逐渐下移;应力场分布规律为中心区域受压,大体积混凝土表面及下部受约束部位受拉,结构形状突变处拉应力早期发展较快;现场实测的温度变化规律与仿真模拟结果基本一致,温升相对误差在10%～20%,大体积混凝土沿高度方向越接近底部,温升相对误差越小.
将废弃混凝土制成再生骨料(再生砂和再生石)和再生微粉,研究了再生骨料等体积取代 0～100%的天然骨料和再生微粉等质量取代 0～20%的水泥对混凝土性能的影响,并进行了微观分析.结果表明:再生骨料的掺入降低了混凝土的工作性,而再生微粉对混凝土工作性的影响不大;掺入适量再生骨料可在一定程度上提高混凝土的抗压强度;仅用再生石取代部分天然石时,再生石的最佳掺量为 60%;仅用再生砂取代部分机制砂时,再生砂的最佳掺量为80%;随着再生微粉掺量的增加,试件的抗压强度先增大后减小,最佳掺量为 5%.
为了减少再生混凝土全生命周期CO2 排放量,考虑再生混凝土服役阶段的碳化作用,采用碳化再生粗骨料、CO2 环境下搅拌和养护的固碳方式对再生混凝土全生命周期进行碳化设计.运用生命周期评价(LCA)理论,将再生混凝土生命周期分为 6 个阶段,分别为原材料生产和运输、再生混凝土的生产、运输、施工、服役、拆除,并建立了各阶段CO2 排放计算模型,探究了 1m3 的C30 再生混凝土全生命周期CO2 排放量.此外,对再生混凝土全生命周期CO2 排放的环境影响进行了评价.结果表明:与仅服役阶段碳化作用下的再生混凝土全生命周期CO2 排放量(APL)相比,再生混凝土全生命周期碳化作用下的CO2 排放量(BPL)减少;与再生粗骨料固碳相比,再生混凝土搅拌和养护固碳对降低再生混凝土全生命周期CO2 排放的作用更好;用再生粗骨料取代部分天然粗骨料可以节约环境成本,减少CO2 排放量,具有显著的环境价值和经济价值.
为了解决电解锰渣活性较差、利用率较低的问题,对电解锰渣进行了机械-化学耦合激发,研究了不同激发方式对掺电解锰渣水泥净浆抗折、抗压强度的影响,并进行了SEM、XRD、FTIR分析.结果表明:最佳球料比和球磨时间分别为 15∶1、20 min;掺入适量经过球磨处理的电解锰渣可以显著提高试件的抗折、抗压强度;Ca(OH)2 和无水Na2SO4激发剂的搭配使用对电解锰渣活性的激发效果比二者分别单独使用的好,最佳n(Ca(OH)2)∶n(Na2SO4)为 2∶3,总掺量为 1.5%,此时,试件内部结构致密、28 d水化程度较高,28 d抗折、抗压强度分别较基准组提高了 43.2%、24.7%.
依托海太过江通道工程,研究了盾构砂对减水剂吸附行为、水泥砂浆流变性能的影响.结果表明:盾构砂的掺入降低了水泥砂浆的流变性能;与轻度交联的PCE-1 相比,盾构砂中粒径≤75 μm的细粉颗粒对常规型聚羧酸减水剂(PCE-0)的吸附作用更强;PCE-1 具有较好的黏土耐受性和水泥分散能力,对水泥砂浆流动性的改善效果比PCE-0 好;掺盾构砂砂浆体系较好地符合Herschel-Bulkley模型,在相同流动性条件下,盾构砂的掺入使减水剂需求量增加,且随着盾构砂掺量的增加,减水剂用量增大,表观黏度及残余黏度均增大,剪切增稠行为更显著.
研究了再生粗骨料替代率(0～100%)、玄武岩纤维(BF)体积掺量(0～0.2%)、侧向围压(0～9 MPa)对混凝土三向受压力学性能的影响,并建立了玄武岩纤维再生混凝土(BFRAC)的三向受压强度模型.结果表明:随着再生粗骨料替代率的增加,试件的峰值应力、峰值应变总体呈降低趋势;掺入适量BF可以有效提高试件的峰值应力和峰值应变,但在较高侧向围压下,BF对BFRAC的增强作用较小;随着侧向围压的增大,试件的破坏形态由竖向劈裂破坏转为斜向剪切破坏,峰值应力及峰值应变增大;基于八面体应力空间破坏准则和Rendulic平面破坏准则建立的BFRAC三向受压强度模型的精度均较高.
通过U型连接筋拉拔试件单肢受拉锚固性能试验,研究了拉拔钢筋直径、拉拔钢筋的弯弧内半径、弯后水平段长度、单侧保护层厚度等参数对锚固性能的影响,并对比分析了基于中国、美国、欧洲规范计算的理论锚固强度值.结果表明:当弯弧内半径和水平段长度与L型连接筋的相关构造相同时,两者的锚固性能基本相当;按中国规范进行设计是偏于安全的;单侧保护层厚度对U型连接筋锚固性能的影响较大;U型连接筋水平段末端弯弧段及相应侧的竖直段对锚固性能的强化作用不明显;研究结果揭示了U型连接筋的受力机理,可为建立相关设计方法提供参考.
为实现航道整治废弃砂的再利用,将泰州长江航道整治工程的疏浚超细砂与机制砂混合作为细骨料,研究了疏浚超细砂的掺量(0、10%、20%、30%、40%、50%)对混凝土工作性和抗压强度的影响.结果表明:随着疏浚超细砂掺量的增加,混凝土的坍落度降低,抗压强度基本呈先增大后减小再增大的趋势;综合考虑混凝土的工作性和抗压强度,建议疏浚超细砂的掺量不超过 10%.
研究了-5℃环境条件下,不同掺量的碳酸锂单掺及与硝酸钠复掺对风电灌浆料的流动度、5h抗压强度和收缩率的影响,并采用HEA膨胀剂进行性能优化.结果表明:碳酸锂的掺入会降低灌浆料的流动度,且随着掺量的增加,流动度的降低幅度增加,硝酸钠对灌浆料流动度的影响相对较小;碳酸锂与硝酸钠复掺能显著提高灌浆料的5h抗压强度;相较于碳酸锂单掺,碳酸锂与硝酸钠复掺显著提高了水化产物的生成速率,但早期强度发展过快会使灌浆料的收缩较大;当HEA膨胀剂掺量为 0.6%～0.8%时,灌浆料具有较好的流动性、抗压强度及微膨胀特性.
为研究不同程度竖向顶部脱空灌浆缺陷对半灌浆套筒接头力学性能的影响,设计和制作了灌浆饱满度分别为 60%～100%的五种钢筋试件,并对其进行了单向拉伸、高应力反复拉压和大变形反复拉压试验,分析了不同加载工况下半灌浆套筒接头的破坏模式、抗拉强度、残余变形和灌浆料破坏深度.结果表明:在单向拉伸荷载作用下,灌浆饱满度超过 60%后,各试件均未发生钢筋拔出破坏,抗拉强度和残余变形基本一致;在高应力反复拉压和大变形反复拉压荷载作用下,60%灌浆饱满度的试件出现钢筋拔出破坏;随着灌浆饱满度提高,试件残余变形逐渐减小.
研究了温度(25～400℃)与高温持续时间(0.5～30 d)耦合作用下重混凝土力学性能的变化规律,并结合微观测试分析了其影响机理.结果表明:当温度不高于 80℃时,随着温度与高温持续时间的增加,重混凝土的力学性能略有提高;当温度高于 300℃时,重混凝土的质量损失随着温度与高温持续时间的增加呈增大趋势,力学性能显著降低,重混凝土中的结合水、AFt、C-S-H等水化产物逐渐分解,内部有害孔比例增加;基于试验结果建立的温度和高温持续时间耦合作用下重混凝土的本构模型可以预测持续高温条件下重混凝土的力学性能.
