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基于响应面法的聚丙烯纤维再生砖骨料混凝土配合比优化

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第7期53卷 2709-2718页

作者：黄炜郭余婷葛培权文立董昆仑西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055

为获得再生砖骨料(RBA)最优取代率和聚丙烯纤维(PPF)最优体积分数,制备力学性能良好的聚丙烯纤维再生砖骨料混凝土(PPFRBAC),在三因素三水平正交试验基础上利用响应面法(RSM)建立回归模型,研究水灰比、RBA取代率和PPF体积分数对PPFRBAC... 详细信息

为获得再生砖骨料(RBA)最优取代率和聚丙烯纤维(PPF)最优体积分数,制备力学性能良好的聚丙烯纤维再生砖骨料混凝土(PPFRBAC),在三因素三水平正交试验基础上利用响应面法(RSM)建立回归模型,研究水灰比、RBA取代率和PPF体积分数对PPFRBAC抗压强度和劈裂抗拉强度的影响;结合渴求函数对PPFRBAC配合比进行优化,并对优化结果进行试验验证。研究结果表明:通过RSM建立的回归模型具有较高的精确度和可信度;水灰比对PPFRBAC抗压强度和劈裂抗拉强度的影响最大;在3种不同水灰比下,模型预测的RBA最佳取代率均为100%,PPF最优体积分数均为0.9%,且强度预测值与试验值之间的相对误差绝对值均小于5%,说明本文所提出的模型可为纤维增强再生砖骨料混凝土配合比多目标优化提供参考。

关键词：响应面法聚丙烯纤维再生砖骨料混凝土配合比优化

混杂纤维再生砖骨料混凝土正交试验及卷积神经网络预测分析

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材料导报 2021年第19期35卷 19022-19029页

作者：黄炜葛培李萌许洪飞西安建筑科技大学土木工程学院西安710055 陕西省天然气股份有限公司西安710055

利用正交试验研究了再生骨料比例、混杂纤维比例以及减水剂掺量三个因素对混杂纤维再生砖骨料混凝土力学性能敏感性的影响,并利用卷积神经网络(CNN)对试验结果进行了预测分析和变参数扩展分析。结果表明:再生砖骨料(RBA)与再生混凝土骨... 详细信息

利用正交试验研究了再生骨料比例、混杂纤维比例以及减水剂掺量三个因素对混杂纤维再生砖骨料混凝土力学性能敏感性的影响,并利用卷积神经网络(CNN)对试验结果进行了预测分析和变参数扩展分析。结果表明:再生砖骨料(RBA)与再生混凝土骨料(RCA)的比例对混杂纤维再生砖骨料混凝土的抗压强度及劈裂抗拉强度的影响最大,其次是减水剂掺量,最后是玻璃纤维(GF)与聚丙烯纤维(PF)的比例。抗压强度及劈裂抗拉强度随着RBA与RCA的比例的减小而增大,随着减水剂掺量的增大而减小。本工作建立的CNN模型具有较高的预测精度,并且可以用于试验结果的变参数扩展分析。

关键词：再生砖骨料混凝土混杂纤维熵权法正交试验卷积神经网络(CNN) 抗压强度劈裂抗拉强度

再生砖骨料混凝土整截面结构墙抗震性能试验研究

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再生砖骨料混凝土整截面结构墙抗震性能试验研究

作者：徐国杰西安建筑科技大学

学位级别：硕士

黏土砖曾作为主要的建筑材料而被广泛运用于城乡建设当中。随着经济的快速发展,在城镇化建设与旧城改造进程中,这些建筑逐渐被拆除,产生了大量的废弃黏土砖。循环利用这些废弃的黏土砖对于缓解建筑垃圾所造成的环境污染以及建筑原材料... 详细信息

黏土砖曾作为主要的建筑材料而被广泛运用于城乡建设当中。随着经济的快速发展,在城镇化建设与旧城改造进程中,这些建筑逐渐被拆除,产生了大量的废弃黏土砖。循环利用这些废弃的黏土砖对于缓解建筑垃圾所造成的环境污染以及建筑原材料的消耗都有重要意义。本文将废弃黏土砖破碎成再生砖骨料制备再生砖骨料混凝土,进而制成再生砖骨料混凝土结构墙片,将其应用于多层村镇装配式建筑结构当中。结构抗震是地震区村镇建筑的主要问题。因此,本文主要研究再生砖骨料混凝土整截面结构墙体的抗震性能。主要研究内容与结论如下:（1）通过配合比设计,得到试验所用强度等级为C25的再生砖骨料混凝土的试验室配合比,为再生砖骨料混凝土结构墙的制作提供依据。（2）通过对5个再生砖骨料混凝土整截面结构墙试件进行低周反复加载试验,研究墙体在不同厚度和宽度情况下的抗震性能。试验结果表明:高宽比为1.0的试件,均表现为剪切破坏;高宽比为1.5和2.0的试件表现为弯曲破坏。（3）对试件的承载能力、延性性能、刚度退化和抗震性能等进行分析与研究。分析结果表明:配筋相同时,增加墙体厚度,试件的承载力有所提高。随着墙体厚度的减小,试件柱脚两侧易发生平面外失稳破坏。高宽比越大,墙体的弯曲变形占比越大,试件的延性越好,抗震性能较好;高宽比达到一定值时,试件后期的延性性能和抗震能力有所降低。（4）对试件初始刚度和承载力进行了计算。计算结果表明:采用规范中的正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力计算公式,对再生砖骨料正截面结构墙的承载力进行了计算。计算结果表明:规范中正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力计算偏于保守;受剪承载力计算公式与试验值偏差稍大,对规范中受剪承载力的计算公式进行了修正。提出再生砖骨料混凝土结构墙弯曲-斜压复合传力机制作用下的承载力计算模型。

关键词：再生砖骨料混凝土装配式结构结构墙抗震性能承载力

再生砖骨料混凝土配合比及基本力学性能试验研究

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再生砖骨料混凝土配合比及基本力学性能试验研究

作者：朱明强西安建筑科技大学

学位级别：硕士

伴随着城镇化及旧城改造进程的不断推进,我国每年都会生产出大量的建筑垃圾。若这些建筑垃圾得不到有效的处理,便会对我们生活的城市产生不利的影响,一方面,会造成环境污染及土地资源占用等问题;另一方面,则会过度消耗天然骨料资源。利... 详细信息

伴随着城镇化及旧城改造进程的不断推进,我国每年都会生产出大量的建筑垃圾。若这些建筑垃圾得不到有效的处理,便会对我们生活的城市产生不利的影响,一方面,会造成环境污染及土地资源占用等问题;另一方面,则会过度消耗天然骨料资源。利用建筑垃圾代替天然骨料配制再生混凝土,便可以有效缓解这些问题。本文针对建筑垃圾中分布广泛且大量存在的废弃烧结粘土碎砖进行再生利用的研究,通过试验测定再生砖骨料的物理力学性能指标,利用再生砖骨料代替天然粗骨料配制再生砖骨料混凝土。本文主要研究内容和结论包括:(1)对再生砖骨料和天然骨料的压碎指标、含泥量、表观密度、堆积密度、吸水率、含水率等物理力学性能指标进行测定,对比分析两者的差异,得到再生砖骨料的骨料性能水平及配制混凝土的建议。试验结果表明,虽然再生砖骨料的骨料强度较低,但满足III类再生粗骨料的性能要求,同时符合1000级轻粗骨料的密度水准,可直接用于配制较低强度等级且轻质的再生混凝土。(2)采用碎砖作为粗骨料进行C20和C30的再生砖骨料混凝土配合比设计。通过配合比计算和试配得到再生砖粗骨料配合比计算的回归系数A=0.53、B=0.50。再经过配合比的调整及确定,配制出了这两种强度等级的再生砖骨料混凝土,并得到相应实验室配合比。试验结果表明:这两种强度等级的再生砖骨料混凝土立方体抗压强度分别达到了30.7MPa和41.6MPa,能够满足中、低层房屋建设中制作结构构件所应需要的强度值。(3)以C30再生砖骨料混凝土配合比为基准,采用正交试验设计的方法,净水胶比、体积砂率、粉煤灰掺量、再生砖粗骨料体积取代率4个因素,分别以混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度为性能指标,设计4因素3水平的配合比正交试验设计。通过方差分析和极差分析,探究4个因素对该性能指标影响主次顺序和显著程度,得到该强度等级的再生砖骨料混凝土对应某性能指标下的最优配合比。试验结果表明:对于立方体抗压强度和劈裂抗拉强度而言,各因素主次顺序为:再生砖骨料体积取代率>粉煤灰掺量>净水胶比>体积砂率;立方体抗压强度的最优组合分别为净水胶比0.40,体积砂率0.36,粉煤灰掺量15%、再生砖粗骨料体积取代率30%,劈裂抗拉强度的最优组合分别为净水胶比0.40,体积砂率0.44,粉煤灰掺量为15%,再生砖粗骨料体积取代率为30%。

关键词：再生砖骨料混凝土配合比设计正交试验设计立方体抗压强度劈裂抗拉强度

再生砖骨料混凝土开洞结构墙抗震性能试验研究

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再生砖骨料混凝土开洞结构墙抗震性能试验研究

作者：郭鹏宇西安建筑科技大学

学位级别：硕士

随着社会经济的快速发展和城市化的迅速推进,我国每年都会产生大量的建筑垃圾,对生态环境造成极大的影响。据统计,建筑垃圾中废弃粘土砖约占到40%,如果能实现其再生利用,则可以显著提高建筑垃圾的回收利用率。本文把废弃粘土砖破碎成再... 详细信息

随着社会经济的快速发展和城市化的迅速推进,我国每年都会产生大量的建筑垃圾,对生态环境造成极大的影响。据统计,建筑垃圾中废弃粘土砖约占到40%,如果能实现其再生利用,则可以显著提高建筑垃圾的回收利用率。本文把废弃粘土砖破碎成再生砖骨料,配置100%取代率的再生砖骨料混凝土,用其制成适用于村镇低矮建筑的结构墙,进而再用干式连接的方法装配在一起。在村镇建筑中,墙体往往要设置门窗洞口,从而形成开洞结构墙。村镇低矮建筑中的开洞结构墙不仅要承受竖向荷载,也要承受水平地震作用,因此研究开洞结构墙的抗震性能是非常有必要的。本文通过低周反复加载试验,研究再生砖骨料混凝土开洞结构墙的抗震性能。本文的主要研究内容和结论如下:(1)将废弃粘土砖破碎成混凝土用粗骨料,并对其级配、表观密度、堆积密度、吸水率、空隙率、压碎指标等物理性能指标进行了测试,得到了再生砖骨料的基本物理性能指标;根据测定的再生砖骨料性能指标,参照相关规范,进行了目标强度的再生砖骨料混凝土配合比的设计。(2)制作了5个再生砖骨料混凝土开洞结构墙试件,对其进行低周反复加载试验,分析了各试件在加载过程中的裂缝开展及破坏形态;分析了各试件的滞回性能、承载能力、位移延性、刚度退化及耗能能力等抗震性能指标;分析了洞口形式、洞口大小及洞口位置对再生砖骨料混凝土开洞结构墙破坏模式及抗震性能的影响。(3)基于抗剪抵抗机构模型,通过计算验证了本文研究的再生砖骨料混凝土开洞结构墙的极限抗剪承载力;基于剪力墙求解弹性抗侧刚度的模型,引入联肢剪力墙的整体性系数并对其进行修正,通过自定义函数拟合的方法,得到了可适用于再生砖骨料混凝土开洞结构墙的弹性抗侧刚度计算公式。研究结论表明:相比不开洞墙,开洞结构墙呈现出更明显的剪切破坏特征,承载能力和延性更差,滞回曲线捏缩也更严重;开洞结构墙的不同试件裂缝开展规律有明显的相似之处,且均发生了以剪切破坏为主的破坏,但由于洞口的差异,不同试件荷载传递的路径有所不同,导致各个试件具体的破坏形态有所不同;此外,经计算验证的极限承载力计算模型和经拟合建立的弹性抗侧刚度计算公式,计算精度较高,具有一定的工程应用价值。

关键词：废弃粘土砖再生砖骨料混凝土结构墙开洞剪力墙抗震性能

再生砖骨料混凝土结构墙干式竖向连接受力性能研究

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再生砖骨料混凝土结构墙干式竖向连接受力性能研究

作者：朱增梅西安建筑科技大学

学位级别：硕士

随着城市化进程的不断推进,以及建筑使用年限的逐渐逼近,早期的砖混结构不断被拆除。拆除后的废弃粘土砖主要处理途径是填埋或破碎成骨料用于制作非承重块材。填埋会占用日益紧张的土地资源;将废弃粘土砖用于非承重块材的制作,并不能最... 详细信息

随着城市化进程的不断推进,以及建筑使用年限的逐渐逼近,早期的砖混结构不断被拆除。拆除后的废弃粘土砖主要处理途径是填埋或破碎成骨料用于制作非承重块材。填埋会占用日益紧张的土地资源;将废弃粘土砖用于非承重块材的制作,并不能最大程度的利用这些建筑固废。本文考虑将拆除的废弃粘土砖块破碎成再生砖骨料,用于生产再生砖骨料混凝土,再生产再生砖骨料混凝土结构墙,并将其作为建筑结构的承重部件,以扩大废弃粘土砖的循环应用范围。将这些再生砖骨料混凝土结构墙,采用简便的连接方式,装配成结构整体,应用于多层村镇建筑结构(3～4层)的建造。一般情况下,村镇的建设条件有限,传统的湿法连接存在一定的局限性,而干式连接操作简单,施工时间短,湿作业少,故本文考虑将其应用于再生砖骨料混凝土结构墙墙体间竖缝的连接中。本文主要对采用干式竖向连接的再生砖骨料混凝土结构墙进行了低周反复加载试验,研究墙体的整体抗震性能以及干式竖向连接的力学性能。主要研究内容和结论包括:(1)通过对6个再生砖骨料混凝土结构墙干式竖向连接试件和1个整截面再生砖骨料混凝土结构墙试件进行低周反复加载试验,研究再生砖骨料混凝土孔内嵌圆钢管、混凝土外包C形钢、螺栓数量、螺栓规格和接缝间增设丁腈橡胶对该连接方式受力性能的影响。试验结果表明:各个试件受力破坏过程相似,均表现为不同程度的剪切破坏;圆钢管、螺栓规格和丁腈橡胶对试件的裂缝分布形式有影响;C形钢和螺栓数量会影响试件上裂缝的分布范围。(2)对试件的水平变形组成、钢筋应变、钢板应变、混凝土应变以及抗震性能等进行了分析与研究。分析结果表明:试件以剪切变形为主,不同的研究参数对试件的变形组成影响不同;干式竖向连接试件的刚度和延性性能均弱于整截面结构墙;干式竖向连接的耗能性能稍好于整截面试件。圆钢管的存在可以提高试件的变形能力;接缝两侧外包C形钢和提高螺栓规格可以提高试件的刚度和耗能性能;增加螺栓数目对试件的刚度提升明显;丁腈橡胶的存在会降低试件的刚度,且对试件的耗能性能贡献不大。工程设计时,可以采用竖缝两侧外包C形钢、增加螺栓数目和提高螺栓规格的设计方式。(3)验证规范中关于结构墙的承载力计算公式在采用干式竖向连接的再生砖骨料混凝土结构墙中的适用性;并对比钢结构中高强螺栓的计算公式在干式竖向连接中的适用性。计算结果表明:钢结构中关于高强螺栓的计算和构造理论适用于干式竖向连接;提出修正后的采用干式竖向连接的再生砖骨料混凝土结构墙正截面和斜截面承载力计算公式,为干式竖向连接在装配式建筑中的应用提供借鉴。

关键词：再生砖骨料混凝土结构墙干式竖向连接装配式受力性能

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再生砖骨料混凝土框架结构抗震性能研究

再生砖骨料混凝土框架结构抗震性能研究

作者：贾文洁安徽建筑大学

学位级别：硕士

在我国,传统处理建筑垃圾的方式主要是填埋和露天堆放,这种处理方式需消耗人力、物力、财力。砖瓦约占建筑垃圾的35%～45%,若能有效利用废弃碎砖,必定会对废弃资源再利用,环境保护等方面做出巨大贡献。目前对于再生砖骨料混凝土的研究... 详细信息

在我国,传统处理建筑垃圾的方式主要是填埋和露天堆放,这种处理方式需消耗人力、物力、财力。砖瓦约占建筑垃圾的35%～45%,若能有效利用废弃碎砖,必定会对废弃资源再利用,环境保护等方面做出巨大贡献。目前对于再生砖骨料混凝土的研究主要集中于材料和构件性能层面,而缺乏再生砖骨料混凝土框架结构抗震性能研究。本文基于课题组前期再生砖骨料混凝土的相关研究成果,研究了0%、30%、50%、70%、100%取代率的再生砖骨料混凝土的材料本构关系、材料断裂性能,并对该材料的框架结构抗震性能进行研究,主要包括以下内容:(1)设计制备五组不同取代率的混凝土试块,通过试验对比其质量密度,立方体抗压强度、棱柱体抗压强度,弹性模量等差异,探讨再生砖骨料混凝土本构曲线相关参数的取值。研究结果表明:再生砖骨料混凝土质量密度,立方体、棱柱体抗压强度,弹性模量均随取代率的增加而递减,再生砖骨料在混凝土中再生骨料的占比对再生砖骨料混凝土本构曲线有较大影响,即随取代率的增加本构曲线峰值降低、上升段斜率减小。(2)设计制备五组不同取代率的带预制裂缝混凝土试件,用于三点弯曲试验。基于数字图像技术,通过试验研究不同取代率下再生砖骨料混凝土的双K断裂参数,探讨其断裂性能。结果表明:不同取代率下的再生砖骨料混凝土破坏过程类似,普通混凝土以沿断裂面天然骨料附近的砂浆破坏为主,再生砖骨料混凝土以再生砖粗骨料拉断破坏为主;随着再生砖骨料取代率的增加,起裂荷载、峰值荷载逐渐降低,对应的起裂韧度与失稳韧度也随之下降。(3)采用前文得出的再生砖骨料混凝土本构曲线,基于有限元分析探讨再生砖骨料混凝土框架结构在实际应用中的可行性,以及取代率、楼层数量对框架结构的影响。模拟结果表明,再生砖骨料可作为建筑材料应用于经过合理设计的框架结构中,4层再生混凝土框架结构在八度多遇地震下弹性或八度罕遇地震下弹塑性的抗震能力,在地震波频谱峰值周期、场地土特征周期与结构自振周期接近的情况下,优于普通混凝土框架结构;7、10层再生砖骨料混凝土框架结构的抗震性能由于其承载力不足的原因,抗震性能整体弱于普通混凝土框架结构;建议再生砖骨料使用于多层结构中,再生砖骨料混凝土建筑具有一定的推广价值。图[44]表[20]参[58]

关键词：再生砖骨料混凝土本构曲线断裂性能抗震性能时程分析

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再生砖骨料混凝土结构墙热工性能研究

再生砖骨料混凝土结构墙热工性能研究

作者：李童西安建筑科技大学

学位级别：硕士

装配式建筑的普及是我国传统建筑转型的必然趋势,使用装配式混凝土结构作为我国村镇低矮建筑结构主要形式可以有效减少劳动力,节约能源资源,缩短工期提高工程质量。其中,结构墙作为装配式多层建筑主要构件,除了要满足结构承载力和抗震... 详细信息

装配式建筑的普及是我国传统建筑转型的必然趋势,使用装配式混凝土结构作为我国村镇低矮建筑结构主要形式可以有效减少劳动力,节约能源资源,缩短工期提高工程质量。其中,结构墙作为装配式多层建筑主要构件,除了要满足结构承载力和抗震性能的要求,还应该具有良好的保温隔热性能以提高居住舒适度。研究热工性能优良且强度满足使用性能要求的建筑材料用于制作预制结构墙板对于促进装配式建筑的发展具有重要意义。本文将再生砖骨料混凝土作为装配式多层建筑结构墙体的材料,结合我国建筑节能减排的要求,开展再生砖骨料混凝土热工性能试验及再生砖骨料混凝土结构墙体的保温隔热性能试验,研究再生砖骨料混凝土材料和构件的热工性能。本文的主要研究内容及结论如下:（1）对再生砖骨料的物理力学性能指标进行测试,得出再生砖骨料用于配制混凝土的建议,而后对强度等级为C25的再生砖骨料混凝土进行配合比设计。试配的再生砖骨料混凝土28d立方体抗压强度达到26.4MPa,满足试验要求强度值。（2）拟定再生砖骨料混凝土四因素三水平正交试验设计方案,采用极差分析和方差分析方法,讨论净水胶比、体积砂率、单位体积用水量、再生砖骨料的体积取代率对各试验指标的影响显著程度,并探究试验指标之间的关系。试验研究结果表明:再生砖骨料混凝土导热系数随着干密度的增大而增大,干密度每增加50kg/m,再生砖骨料混凝土导热系数平均增大6.62%。（3）两片结构墙体传热系数试验值分别为2.667 W/（m·K）和2.792 W/（m·K）,热阻值分别为0.225 m·K/W和0.208 m·K/W。在热工试验中钢筋等因素对墙体试件的传热系数影响较小。数值模拟值与理论计算值基本吻合,试验测试得到的传热系数稍高于理论计算值和数值模拟值;在厚度相同的前提下,结构设计中使用再生砖骨料混凝土作为结构墙的材料时,相比普通混凝土结构墙传热系数计算值降低了38%。（4）通过数值模拟研究不同因素对再生砖骨料混凝土结构墙保温隔热性能的影响,结果表明:其他因素保持不变时,结构墙的传热系数随墙体厚度的增大而呈线性降低;环境温度工况对于结构墙传热系数的影响很小,可以忽略;添加XPS保温板作为结构墙外保温层后,墙体传热系数可减少至0.705 W/（m·K）,降低了69.2%,满足夏热冬冷地区建筑物外墙传热系数的限值。这说明再生砖骨料混凝土结构墙可以应用于乡村低矮建筑结构的外墙。

关键词：再生砖骨料混凝土结构墙正交试验热工性能导热系数

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再生砖骨料混凝土框架结构抗震性能研究

安阳工学院学报 2024年第2期23卷 75-83页

作者：贾文洁张士萍方钊李延波安徽建筑大学土木工程学院安徽合肥230061 南京工程学院建筑工程学院南京211167 盐城工学院材料科学与工程学院江苏盐城224051

为评估再生砖骨料混凝土框架结构的抗震性能,基于SAP2000有限元软件,选取了分别由普通混凝土、再生混凝土和再生砖骨料混凝土材料组成的4层、7层和10层框架结构进行对比分析。采用结构模态分析、多遇地震下的弹性分析、罕遇地震下的弹... 详细信息

为评估再生砖骨料混凝土框架结构的抗震性能,基于SAP2000有限元软件,选取了分别由普通混凝土、再生混凝土和再生砖骨料混凝土材料组成的4层、7层和10层框架结构进行对比分析。采用结构模态分析、多遇地震下的弹性分析、罕遇地震下的弹塑性时程分析的方法,对比层间位移角、塑性铰发展等多个指标。结果表明:在进行合理设计时,再生砖骨料混凝土结构抗震性能能够符合规范要求,可作为绿色材料运用于建筑结构中;对于低层框架结构,再生砖骨料混凝土结构某些情况下可避开地震波的共振效应,其抗震性能可优于普通混凝土与再生混凝土结构;对于中高层框架结构,再生砖骨料混凝土材料强度不足的特性突出,且不利于梁端塑性铰耗能,其抗震性能普遍弱于普通混凝土而优于再生混凝土框架结构,由此再生砖骨料混凝土更适用于楼层数量较少时的低层框架结构。

关键词：再生砖骨料混凝土框架结构抗震性能时程分析