基于不同流变模型下粉煤灰对水泥净浆流变性能的影响

采用Rheology QC旋转黏度计研究粉煤灰掺量对水泥净浆流变性能的影响,并分别采用Bingham流体模型和Herschel-Bulkey(H-B)模型对浆体的流变曲线进行拟合,分析不同粉煤灰掺量对浆体屈服应力、塑性黏度、触变环面积、临界剪切速率以及流变指数的影响。研究结果表明:采用Bingham流体模型拟合得到水泥-粉煤灰复合浆体的屈服应力、塑性黏度以及触变环面积等流变参数均随粉煤灰掺量的增加先降低后升高,当粉煤灰掺量为50%时,各流变参数降为最低。采用H-B模型拟合得到水泥-粉煤灰浆体的流变行为则为浆体先呈现剪切变稀后出现剪切增稠,浆体剪切变稀或剪切增稠的程度均随粉煤灰掺量的增加而增加,浆体的临界剪切速率随粉煤灰掺量的增加出现先降低后升高,当粉煤灰掺量为40%左右时,浆体的临界剪切速率最低。     

石灰石粉对水泥-粉煤灰砂浆流变行为影响的研究

采用RHEOLAB QC型旋转黏度计研究石灰石粉对水泥-粉煤灰砂浆流变性能的影响,并采用Bingham流体模型拟合了所测浆体的屈服应力和塑性黏度,采用POWER LAW流体模型拟合所测浆体的流变指数。研究结果表明:在水泥砂浆中分别掺入石灰石粉和粉煤灰后,显著降低了砂浆的屈服应力,改变了砂浆的塑性黏度,增大了砂浆的流变指数,降低了砂浆剪切变稀的程度,改善了砂浆的工作性。水泥-粉煤灰砂浆中,随着石灰石粉掺量的增加,砂浆的屈服应力和塑性黏度均增大,当石灰石粉掺量不大于14%时,砂浆的屈服应力增大不显著,当石灰石粉掺量低于8%时,砂浆的塑性黏度增大不明显。当石灰石粉掺量大于22%以后,砂浆流变指数降低,砂浆剪切变稀的程度增大。石灰石粉的密实填充、形状尺寸、比表面积和浆体体积等四大效应是造成砂浆流变性能变化的重要原因。     

水泥-粉煤灰浆体流变特性及其机理研究

采用Rheolab QC型旋转黏度计研究水泥-粉煤灰浆体的流变性能,分析粉煤灰掺量和剪切速率对浆体的流变模型、屈服应力、塑性黏度、触变性、临界剪切速率以及剪切增稠作用的影响。研究结果表明:随粉煤灰掺量增加,基于Bingham模型进行描述的水泥-粉煤灰浆体剪切应力与剪切速率的线性相关性逐渐降低。浆体的屈服应力、塑性黏度、触变性和临界剪切速率等流变参数随着粉煤灰掺量的增加而降低,当粉煤灰掺量约为50%时,各流变参数均降为最低。在较低的剪切速率下水泥-粉煤灰浆体的塑性黏度显著减低,浆体呈现显著的剪切稀化,然后随剪切速率的增大浆体的塑性黏度增大,浆体出现了剪切增稠。增大粉煤灰的掺量,降低了浆体由剪切变稀向剪切增稠转变的临界剪切速率,使浆体在较低的剪切速率下出现剪切增稠。粉煤灰颗粒在水泥浆体中的"滚珠效应"、"减水润滑效应"以及"比表面积效应"是造成浆体流变性能变化的重要原因。     

新拌水泥浆体在不同流变模型下流变参数表征适用性研究

为研究新拌水泥基材料在不同流变模型下流变参数的表征适用性,采用Anton Paar MCR 102型流变仪测试得到不同组成参数的水泥基材料稳态流变曲线,并分别采用Bingham模型、Modified Bingham(M-B)模型和Herschel-Bulkley(H-B)模型对流变曲线进行拟合,得到新拌水泥基材料在不同流变模型下的流变参数.研究结果表明:采用Bingham模型能够较好地表征塑性黏度,采用H-B模型能够较准确地表征动态屈服应力.当采用H-B模型拟合得到的流变指数n的范围在00时,浆体表现为剪切增稠,当c<0时,浆体表现为剪切稀化,且|c/μ|越大,浆体增稠或稀化的程度越大.当浆体临界剪切速率较大(≥30 s-1)或流变曲线在测试段内呈现非单调递增时,宜对流变曲线进行分段拟合.     

高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土性能研究

为解决高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道结构高施工性、高平顺性和高耐久性要求,采用具有高流动性、高塑性稳定性和低收缩变形的自密实混凝土作为无砟轨道充填层材料。针对充填层的封闭结构空间和承载功能,并结合设计和无砟轨道结构对自密实混凝土的要求,制备了C30,C40和C50三种强度等级自密实混凝土,进行体积稳定性试验、氯离子渗透试验和单边冻融试验,研究其工作性能、体积稳定性和耐久性能。结果表明:三种自密实混凝土均具有适合板式无砟轨道充填层施工的良好工作性能;其塑性收缩变形均随着强度等级的提高而增大;在水胶比相同和单方用水量相同两种情况下三种自密实混凝土的干燥收缩变形呈现出完全相反的变化规律;三种自密实混凝土均具有良好耐久性,抗氯离子渗透能力随强度等级的提高而降低,抗盐冻性能则随着强度等级的提高而增强。     

微珠对低温自密实混凝土性能的影响

自密实混凝土冬季施工时拌和物黏度增加会导致工作性能降低,影响灌注质量。本文通过试验研究新拌混凝土温度为5℃时微珠掺量对自密实混凝土工作性能、塑性黏度、力学性能和耐久性能的影响,探讨了采用微珠改善低温自密实混凝土性能的可行性。结果表明：新拌混凝土工作性能随温度降低而降低,表现为扩展时间(T₅₀₀)和V形漏斗流出时间延长,浆体黏度显著增加;新拌混凝土温度为5℃时,随着微珠掺量增加T₅₀₀和V形漏斗流出时间逐渐缩短,塑性黏度逐渐降低;微珠的光滑球形结构能有效减少颗粒间摩擦阻力,使混凝土黏度降低;未掺微珠混凝土56 d抗压强度养护温度为5℃时比20℃时低9.8%,随着微珠掺量增加,混凝土3 d抗压强度显著降低,56 d抗压强度变化不大;混凝土28、56 d电通量总体上随微珠掺量增加而增加,但56 d电通量增幅不大。     

混杂纤维高强混凝土井壁极限强度及破坏特征试验研究

为验证混杂纤维高强混凝土应用于深厚表土井壁结构的可行性,通过室内模型试验研究了普通高强混凝土和混杂纤维高强混凝土井壁模型的抗压强度及破坏特征。研究结果表明:混杂纤维高强混凝土井壁模型(模型A)的抗压强度略高于普通高强混凝土井壁模型(模型B);2种模型的环向位移和轴向位移都随荷载的增大而增大,达到极限荷载时模型A的环向位移和径向位移均小于模型B,说明模型A具有更好的塑性和抗变形能力;加载过程中2种模型都经历了裂缝出现、发展、贯通等阶段,但具体表现不同,模型B破坏时保护层大面积剥落,剪切破坏特征明显,而模型A表面保护层没有大面积剥落,具有良好的整体性。     

温度对掺矿物外加剂水泥体系水化动力学的影响

为进一步理解不同温度下含多种胶凝组份的自密实混凝土的水化特性,采用等温量热和水化动力学模拟等方法,分别研究掺粉煤灰、矿粉、膨胀剂、纳米硅和黏度改性剂等矿物外加剂水泥复合胶凝体系在5,10,20和30℃下的水化放热速率和放热量,并基于Cahn动力学模型计算水化产物的成核速率和生长速率,讨论温度和矿物外加剂对相应水化动力学参数的影响。研究结果表明:矿物外加剂的掺入,降低了胶凝体系水化放热峰值,增大了水化产物的成核速率,促进了水化放热速率峰值提早出现,膨胀剂和纳米二氧化硅促进作用尤为明显;温度升高明显增大了体系水化产物的成核速率与生长速率,且对多元复合胶凝体系的影响更为显著。     

CFRP-混凝土界面黏结性能试验研究及有限元分析

采用6组面内双剪试验研究了碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)与混凝土界面的黏结行为。为了保证双剪试件两侧界面受力均匀且处于纯剪切状态,对传统的试件制作方法进行了改进并取得了较好的效果。基于试验结果建立了Popovics型界面黏结滑移本构关系,将此本构关系引入有限元模型并对影响界面黏结性能的结构参数进行了分析。结果表明:界面的峰值应力随混凝土强度的增大而增大,随外贴CFRP宽度的增大而减小,但界面的极限剥离荷载呈增加趋势。与常用的2种界面极限剥离荷载计算模型对比表明,本文所提供的剥离荷载计算方法与两者较为接近,能够较好地预测CFRP-混凝土界面的极限剥离荷载。     

基于截面纤维模型的UHPC-NC组合桥墩抗震性能研究

针对传统钢筋混凝土桥墩在塑性铰区域损伤容限、耗能能力和变形性能的不足,提出将超高性能混凝土(UHPC)替代塑性铰区域普通混凝土(NC),并搭配高强钢筋,形成一种新型的UHPC-NC组合桥墩。为探讨这种组合桥墩的抗震性能,基于截面纤维模型编制了考虑轴力二阶效应的压弯构件非线性分析程序,通过与UHPC和NC桥墩低周往复荷载试验数据进行对比,验证分析程序的可靠性。在此基础上运用编制的程序分析轴压比、纵筋直径、纵筋强度和UHPC高度等参数对组合桥墩抗震性能的影响。结果表明：组合桥墩位移延性系数随着轴压比的增加而降低,随纵筋直径和纵筋强度的增大表现出先增大后降低的趋势,随UHPC替换高度的增加表现出先增大后逐渐平缓的特征,合适的UHPC替换高度是实现组合桥墩位移延性和经济性的重要前提。     

模拟基坑开挖的软土卸荷变形特性试验研究

基坑开挖是典型的卸荷工程,基坑开挖卸荷引起的工程问题与一般土工加载问题所表现的特性明显不同。对武汉地区软土模拟实际基坑卸荷路径,开展不同的固结压力与卸荷比的K0固结剪切试验,探讨卸荷条件下软土的变形规律,讨论卸荷应力—应变关系的归一化问题。结果表明:武汉软土的卸荷应力—应变关系成双曲线关系,具有较高的非线性与归一化特性,其变形特性与卸荷应力路径以及卸荷比有密切关系。土的初始卸荷模量随卸荷比增大而增大,这也使得应用邓肯张模型去描述土的卸荷特性成为可能,该研究对于改进工程设计计算具有重要意义。     

板式轨道充填层自密实混凝土的动态力学特性

为掌握高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道充填层自密实混凝土(SCC)在高速列车等动载作用下的力学特性,采用Ф75mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验方法,研究充填层SCC在10~100 s~(-1)条件下的动态力学性能,并基于应变等价性假说和统计损伤理论建立充填层SCC动态本构模型。研究结果表明:随着应变率增加,SCC的破碎程度增大;SCC的峰值强度、峰值应变和比能量吸收均随应变率的增大而增大,表现出明显的应变率敏感性,且其应变率敏感性大于普通混凝土;建立的动态本构模型可用来描述SCC在相应应变率下的应力应变关系。     

超固结土三轴率敏性特性及影响因素分析

为建立超固结土的弹黏塑性本构模型并预测其长期变形,研究土体不同应力历史的时间相依变形特性,采用土体率敏性三轴试验,对预加800k Pa有效应力历史的饱和黏土开展不同加载速率下的三轴剪切试验,并通过改变有效围压(50,100,200和400kPa)、细砂含量(占比0%,10%和20%)和加载速率(0.5625%/min,0.037 5%/min和0.002 5%/min)等方式,深入探讨超固结比、黏性以及应变速率对土体变形特征的影响,引入能通过试验测定的应变率参数ρ来表征黏土率敏性大小。试验结果表明:归一化不排水抗剪强度随超固结比(OCR)单调递增;随着OCR的增大,土体剪胀软化越明显;应变速率与土体的抗剪强度呈半对数线性关系;随着含砂的降低,土体的黏性增大,剪胀软化也越明显;率敏性随超固结比的增大而增强,土体黏性越大率敏性就越显著。     

温度和列车动荷载作用下双块式无砟轨道道床板损伤特性研究

采用混凝土损伤塑性模型描述双块式无砟轨道道床板的力学行为,以变温作用下道床板最大损伤状态作为初始条件、车辆—双块式轨道耦合动力分析得到的各钢轨支点压力作为轨道路基的外部激励,进行变温和列车动荷载共同作用下道床板损伤的演变规律及道床板损伤对结构受力影响的研究.结果表明:在降温过程中道床板会发生横向弯曲变形,产生损伤,导致受拉承载力下降;在升温过程中由于降温导致的道床板拉伸损伤不可恢复,所以道床板损伤值不变,最终保持在0.23左右,但刚度出现恢复现象;车辆经过已损伤的道床板时,道床板内部裂纹交替张开与闭合,刚度出现短暂的部分恢复阶段,刚度退化系数最大幅值为0.057,而道床板损伤值不变,且道床板的位移和加速度幅值、支承层与基床表面的动应力幅值均比无损伤时增大,拉应力幅值减小;损伤塑性模型能很好地反映道床板混凝土的软化及刚度退化行为.     

路基冻胀对CRTSⅢ型板式轨道变形的影响研究

研究目的:严寒地区高速铁路路基冻胀变形时常出现,局部冻胀变形不仅影响无砟轨道的平顺性,还可能导致层间离缝发生。为此,本文建立CRTSⅢ型板式无砟轨道-路基系统有限元模型,以分析不同路基冻胀波长和路基冻胀幅值下轨道结构的变形特征。研究结论:(1)路基冻胀作用下轨道结构各层的上拱变形与路基冻胀波形基本一致,轨道结构各层的变形受路基冻胀位置影响较大;(2)轨道结构各层的变形、轨道结构层间离缝以及轨道结构各层的上拱波长均随路基冻胀幅值的增大而增大,且底座板与路基表层的离缝远大于自密实混凝土与底座板间的离缝;(3)随着冻胀波长的增加,轨道结构各层的位移、轨道结构层间离缝随之减小,但轨道结构各层的上拱波长逐渐增大;(4)冻胀波长增大对轨道结构变形和减小层间离缝有利,路基冻胀幅值限值应根据冻胀波长来确定;(5)本研究成果可为路基冻胀变形控制提供参考。