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PE纤维与细橡胶颗粒对泡沫混凝土弯曲韧性的影响

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建筑材料学报 2024年第3期27卷 206-214页

作者：吴昊龙广成杨恺曾晓辉唐卓中南大学土木工程学院湖南长沙410018

研究了聚乙烯(PE)纤维及其与细橡胶颗粒复掺对泡沫混凝土弯曲破坏模式、峰值强度、能量吸收特性和弯曲韧性的影响,并结合孔结构分析和微观形貌观察探究了其作用机理.结果表明:PE纤维使泡沫混凝土出现多缝开裂模式,显著提升了其峰值强度... 详细信息

研究了聚乙烯(PE)纤维及其与细橡胶颗粒复掺对泡沫混凝土弯曲破坏模式、峰值强度、能量吸收特性和弯曲韧性的影响,并结合孔结构分析和微观形貌观察探究了其作用机理.结果表明:PE纤维使泡沫混凝土出现多缝开裂模式,显著提升了其峰值强度、能量吸收能力和弯曲韧性;复掺细橡胶颗粒可以进一步提升泡沫混凝土试件的比能量吸收和弯曲韧性;掺入PE纤维可以降低泡沫混凝土的平均孔径;复掺细橡胶颗粒导致泡沫混凝土试件的平均孔径增大,联通孔增多,对其峰值强度有不利影响;PE纤维及细橡胶颗粒提升泡沫混凝土弯曲韧性的主要原因在于其削弱了裂纹尖端的应力集中,同时增强了能量耗散作用.

关键词：泡沫混凝土 PE纤维细橡胶颗粒弯曲韧性机理

基于能量转化原理的地铁板式轨道自密实混凝土本构行为

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振动与冲击 2024年第4期43卷 190-198,214页

作者：陈俊豪曾晓辉谢友均龙广成唐卓中南大学土木工程学院长沙410075

为了掌握地铁板式轨道充填层自密实混凝土(self-compacting concrete,SCC)在车辆荷载作用下的本构行为,通过对SCC进行单轴抗压试验,研究了不同应变率、橡胶掺量和尺寸对力学性能和能量演化规律的影响,建立了SCC的本构模型。结果表明:峰... 详细信息

为了掌握地铁板式轨道充填层自密实混凝土(self-compacting concrete,SCC)在车辆荷载作用下的本构行为,通过对SCC进行单轴抗压试验,研究了不同应变率、橡胶掺量和尺寸对力学性能和能量演化规律的影响,建立了SCC的本构模型。结果表明:峰值应力的应变率敏感系数绝对值最大,弹性模量次之,峰值应变最小;橡胶延缓了能量的早期增长,而在峰值应力之后,橡胶则阻碍了弹性应变能的耗散,延长了总应变能和耗散能的快速增长;应变率越大,总应变能和耗散能增长越快,弹性应变能在峰值应力前的积累速率越快,峰值应力后的释放速率越快;建立的本构模型可以用于描述SCC在不同应变率条件下的应力-应变关系。

关键词：板式轨道自密实混凝土(SCC) 应变率力学性能能量演化本构模型

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基于HEMNG模型的混凝土抗压强度预测

铁道科学与工程学报 2024年

作者：周继发曾晓辉谢友均龙广成唐卓周智中南大学土木工程学院海南大学土木建筑工程学院

基于集成学习理论，首次将人工神经网络和极端梯度提升算法进行集成，提出一种全新的算法—HEMNG(Hybrid ensemble model based on neural networks and gradient boosting)，旨在更准确地预测混凝土抗压强度。采用303组混凝土配合比数... 详细信息

基于集成学习理论，首次将人工神经网络和极端梯度提升算法进行集成，提出一种全新的算法—HEMNG(Hybrid ensemble model based on neural networks and gradient boosting)，旨在更准确地预测混凝土抗压强度。采用303组混凝土配合比数据进行建模，以水胶比、砂率、浆骨比、粉煤灰替代比例和养护龄期5个可解释特征作为输入，抗压强度为输出。为了分析HEMNG模型在抗压强度预测中的优势，采用人工神经网络、极端梯度提升、支持向量机、随机森林等模型进行比较，并将模型迁移到全新数据中，以探究其在未知数据上的泛化能力。基于训练良好的HEMNG模型进行敏感性研究，量化三个重要特征对抗压强度的影响。结果表明：HEMNG模型采用5个可解释特征，可准确、可靠地预测抗压强度，在测试集中预测值与实际值的拟合度为0.961，均方根误差为2.704，模型预测精度和泛化能力明显均优于其他模型；将HEMNG模型迁移到新数据中，强度预测值与实际强度值较为吻合，最大绝对误差仅为7 MPa，模型表现出良好的稳健性；根据模型敏感性研究显示，存在一个最佳砂率使抗压强度达到最大；增大水胶比会降低混凝土抗压强度，最佳砂率会随水胶比增大而减小；随着浆骨比的增大，最佳砂率会表现出先增大后减小的趋势，模型能量化分析各参数对抗压强度的影响。开发的HEMNG模型为评估混凝土抗压强度提供了新的思路和方法。

关键词：混凝土抗压强度预测集成学习可解释特征敏感性分析

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低气压环境下水泥砂浆干缩和微结构演变研究

铁道科学与工程学报 2024年

作者：王海旭梅文勇汤聪唐卓廖志泓龙广成中南大学土木工程学院沈阳建筑大学材料科学与工程学院广铁集团公司长沙建设工程指挥部

随着国家西部大开发战略的不断推进，混凝土构筑物将面临着高原地区特殊的服役环境条件的严峻考验，复杂服役环境条件对水泥混凝土的微观结构、性能存在显著的影响。结合我国西部地区服役现状和工程建设重大需求，针对西藏高原地区低气... 详细信息

随着国家西部大开发战略的不断推进，混凝土构筑物将面临着高原地区特殊的服役环境条件的严峻考验，复杂服役环境条件对水泥混凝土的微观结构、性能存在显著的影响。结合我国西部地区服役现状和工程建设重大需求，针对西藏高原地区低气压服役环境，在室内搭建对应的低气压环境模拟条件，试验研究了在60%相对湿度、20℃温度条件下，3种气压环境条件（1 atm、0.8 atm和0.6 atm）对水泥砂浆力学强度、动弹模量及干燥收缩变形等宏观性能的影响；进一步采用热重、压汞、X射线衍射以及傅里叶红外光谱等微观测试方法，分析了上述气压环境条件下净浆试样的水化程度、物相组成以及孔隙结构变化，并探讨了低气压环境影响水泥基材料体积稳定性的影响机制。研究结果表明：与常压环境相比，低气压环境加剧了水泥砂浆的干缩变形和质量损失，并对其力学性能与动弹模量有一定的不利影响；同时，低气压环境降低了水泥的水化程度，增加了水泥石的总孔隙率、有害孔以及毛细孔（小于50 nm）比例，但是并不会改变水泥基材料的水化物相组成。砂浆临界孔径随环境气压的降低而呈降低趋势，毛细负压力是所调查条件下水泥砂浆干缩变形的主要驱动机制。研究结果可为西部高原高海拔地区结构混凝土性能保障提供重要参考。

关键词：低气压环境砂浆干缩孔结构机理

自密实混凝土性能劣化对CRTS Ⅲ型板式轨道荷载效应的影响

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铁道科学与工程学报 2024年第2期21卷 555-567页

作者：项阳马昆林董荣珍曾晓辉龙广成谢友均中南大学土木工程学院湖南长沙410075

充填层是CRTS Ⅲ型板式轨道的核心部件,由于板式轨道是典型的“三明治”结构,充填层易受环境的影响而出现性能劣化,从而对轨道结构不利。为探究充填层自密实混凝土性能劣化对板式轨道荷载效应的影响,采用ABAQUS软件并结合已有的充填层... 详细信息

充填层是CRTS Ⅲ型板式轨道的核心部件,由于板式轨道是典型的“三明治”结构,充填层易受环境的影响而出现性能劣化,从而对轨道结构不利。为探究充填层自密实混凝土性能劣化对板式轨道荷载效应的影响,采用ABAQUS软件并结合已有的充填层混凝土损伤研究结果,建立充填层整体损伤工况和更接近实际使用情况的充填层梯度损伤工况的轨道结构有限元模型,计算轨道结构在不同工况的列车荷载和温度荷载下,轨道板、充填层和底座板的应力与位移变化情况,分析充填层疲劳损伤对轨道结构整体性能的影响。结果表明,充填层混凝土的整体损伤将导致充填层刚度显著下降,在列车和温度荷载下,轨道板和充填层组成的复合板易出现各方向的位移,使轨道结构出现局部磨耗增加和轨道不平顺等现象;充填层受荷时各向应力均大幅减小,轨道板的总体应力上升且易出现应力集中,底座板应力相较于其上部结构受充填层性能变化的影响较小。充填层出现四周梯度损伤时,不同荷载作用下,从损伤区至未损伤区应力和位移表现为连续变化,未出现明显的应力集中和应力突变;不同荷载作用下,轨道结构出现损伤的区域应力明显下降,但未发生损伤的板中部区域应力上升,加速了板中部区域的动载疲劳效应,间接增加了轨道结构的疲劳损伤。

关键词： CRTSⅢ型板式轨道充填层损伤荷载效应

混杂纤维增韧水泥基复合材料的静动态弯拉性能

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硅酸盐学报 2024年第2期52卷 592-602页

作者：龙广成李承洋张占森杨恺赵洪朱德举谢友均曾晓辉中南大学土木工程学院长沙410075 高速铁路工程技术研发中心山东铁路投资控股集团有限公司济南250102 湖南大学土木工程学院长沙410082

为了掌握钢纤维-聚乙烯纤维(PE纤维)混杂对水泥基材料静动态弯拉性能的影响规律,通过三点弯拉试验和落锤冲击试验方法,研究了钢-PE纤维混杂(掺量保持体积分数2.0%不变)增韧水泥基复合材料(HFTCC)的静动态弯拉性能,分析了钢纤维与PE纤维... 详细信息

为了掌握钢纤维-聚乙烯纤维(PE纤维)混杂对水泥基材料静动态弯拉性能的影响规律,通过三点弯拉试验和落锤冲击试验方法,研究了钢-PE纤维混杂(掺量保持体积分数2.0%不变)增韧水泥基复合材料(HFTCC)的静动态弯拉性能,分析了钢纤维与PE纤维的混杂效应以及相应的增韧机理。结果表明:HFTCC静态弯拉性能与钢-PE纤维中PE纤维掺量正相关,而动态弯拉性能与钢纤维掺量表现出较强的正相关。1.5%(体积分数)PE纤维与0.5%钢纤维混杂表现出最佳的静态弯拉峰值应力;1.5%钢纤维0.5%PE纤维表现出最佳的动态弯拉能量吸收。在静态弯拉下,钢-PE混杂纤维相较于2.0%钢纤维对HFTCC峰值强度及能量吸收提升幅度分别为26.5%~31.7%与14.8%~56.8%;HFTCC的动态强度增长因子(DIF)与能量吸收表现出明显的应变率效应。钢纤维和PE纤维适当混杂可对HFTCC发挥较好的协同增强增韧效应,从而有效提升HFTCC的静动态弯拉性能。

关键词：水泥基复合材料混杂纤维增韧静动态弯拉性能弯曲韧性

蒸养条件下机制砂混凝土的力学性能及干缩性能

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铁道科学与工程学报 2024年第5期21卷 1886-1897页

作者：刘穗虎曾晓辉唐卓谢友均龙广成周俊良马刚中南大学土木工程学院湖南长沙410075 悉尼科技大学土木与环境工程学院绿色科技中心澳大利亚悉尼2007

为推动机制砂在预制混凝土构件中的应用,实现机制砂在建筑行业的更广阔应用,进而有效减缓天然砂资源短缺的问题,通过混凝土抗压强度、动弹性模量和干燥收缩试验等宏观性能测试和扫描电镜测试、压汞测试及显微硬度测试等微观测试方法,探... 详细信息

为推动机制砂在预制混凝土构件中的应用,实现机制砂在建筑行业的更广阔应用,进而有效减缓天然砂资源短缺的问题,通过混凝土抗压强度、动弹性模量和干燥收缩试验等宏观性能测试和扫描电镜测试、压汞测试及显微硬度测试等微观测试方法,探讨养护条件和砂型对混凝土力学性能及干缩性能的影响规律及相应机理。试验结果表明:无论采用河砂还是机制砂,蒸养混凝土相较标养混凝土具有更高的早期力学性能和更低的干燥收缩,但高温导致水化产物分布不均,阻碍了后续的水化反应,使其后期力学性能出现不同程度的劣化。结合微观测试结果可知,孔径粗化、界面过渡区间隙增大和水化产物结构疏松是造成蒸养混凝土后期性能劣化的主要原因,但采用机制砂替代河砂能有效减弱蒸养热伤损效应产生的劣化影响。此外,蒸养机制砂混凝土相较蒸养河砂混凝土具有更高的力学性能和更优的微观结构,具体表现为:蒸养机制砂混凝土孔结构更加细化,界面过渡区间隙更小,同时基体显微硬度均值更高,整体密实度更高。但小于50 nm毛细孔增加将导致蒸养机制砂混凝土干缩变形增大。基于GL 2000收缩模型,通过引入考虑机制砂的影响因子,建立了蒸养机制砂混凝土干燥收缩预测模型,可较准确且有效地进行蒸养机制砂混凝土的干燥收缩预测。

关键词：机制砂蒸养混凝土力学性能干缩变形收缩预测模型

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多重谐振水泥基声子晶体带隙特性研究

材料导报 2024年第12期38卷 90-98页

作者：陈俊豪曾晓辉谢友均龙广成唐卓中南大学土木工程学院长沙410000

为了拓宽混凝土超材料弹性波衰减带的范围,本工作基于局域共振理论提出了一种多重谐振水泥基声子晶体。利用有限元方法,计算了多重谐振水泥基声子晶体的能带结构、本征模态和衰减特性,研究了带隙产生机理和影响因素,根据质量-弹簧系统... 详细信息

为了拓宽混凝土超材料弹性波衰减带的范围,本工作基于局域共振理论提出了一种多重谐振水泥基声子晶体。利用有限元方法,计算了多重谐振水泥基声子晶体的能带结构、本征模态和衰减特性,研究了带隙产生机理和影响因素,根据质量-弹簧系统推导了带隙估计式,分析了混凝土超材料充填层结构的减振性能。结果表明:多重谐振水泥基声子晶体在1~400 Hz频段内具有两个带隙,其中带隙的起始和截止频率由散射体Ⅰ、散射体Ⅱ和水泥砂浆基体的振动模式决定;包裹层的弹性模量、泊松比以及厚度是影响带隙的主要因素;由多重谐振水泥基声子晶体组成的混凝土超材料充填层结构在1~400 Hz频段内的加速度级均小于普通自密实混凝土充填层结构,特别是在带隙频段范围内振动降低了6~9 dB。

关键词：混凝土超材料局域共振多重谐振声子晶体带隙减振性能

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再生微粉性能激活研究及应用进展

材料导报 2024年第10期38卷 96-108页

作者：马昆林孟维琦申景涛胡明文王晓杰龙广成曾晓辉中南大学土木工程学院长沙410075 中铁城建集团有限公司长沙410208

再生微粉是以混凝土、砖瓦等为主要成分的建筑垃圾制备再生骨料过程中产生的粒径小于75μm的颗粒,其主要化学组成与粉煤灰类似,具有一定的潜在活性。将再生微粉作为掺合料使用,可减少对原材料的需求,减轻对环境的污染,实现资源的循环利... 详细信息

再生微粉是以混凝土、砖瓦等为主要成分的建筑垃圾制备再生骨料过程中产生的粒径小于75μm的颗粒,其主要化学组成与粉煤灰类似,具有一定的潜在活性。将再生微粉作为掺合料使用,可减少对原材料的需求,减轻对环境的污染,实现资源的循环利用。再生微粉具有组成复杂、需水量大、活性指数低等特点,直接作为掺合料使用不利于砂浆或混凝土的性能,但再生微粉中SiO_(2)、CaO和Al_(2)O_(3)含量均较高,具有较好的活性潜质,经过适当的技术处理后可以有效激发其活性,提高利用效率。目前再生微粉主要激活方式有物理激活、化学激活和热激活。热激活可以燃尽再生微粉中的有机物杂质,改变部分物质组成,从而激发其活性;物理激活通过机械力增大了再生微粉的比表面积,从而提高了再生微粉活性;化学激活主要通过加入碱性激发剂等提供碱性环境或提供可参与反应的离子,从而促进水化程度提高再生微粉活性。相关学者对再生微粉的活性激发方法及其在砂浆和混凝土中的应用进行了深入研究,这对再生微粉的应用具有积极作用。本文基于已有文献资料,对再生微粉的物理性能、化学组成、激活方式、激活机理及应用现状进行了综合评述,分析了目前再生微粉研究存在的问题并展望了其应用前景,以期为再生微粉的高品质利用提供研究基础。

关键词：建筑垃圾再生微粉激活方式作用机理应用现状