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梯度结构混凝土的界面力学性能与微观结构

建筑材料学报 2010年第1期13卷 100-104页

作者：王信刚马保国付洪波南昌大学建筑工程学院江西南昌330031 武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室湖北武汉430070 河北大元建业集团河北沧州062650

采用界面劈裂抗拉、显微硬度、SEM等测试手段综合评价了梯度结构混凝土（无细观界面过渡区水泥基复合材料（MIF）-高性能混凝土（HPC）,低渗透混凝土（LPC）-HPC）的界面力学性能与微观结构.结果表明：梯度结构混凝土进行两次浇注成型时... 详细信息

采用界面劈裂抗拉、显微硬度、SEM等测试手段综合评价了梯度结构混凝土（无细观界面过渡区水泥基复合材料（MIF）-高性能混凝土（HPC）,低渗透混凝土（LPC）-HPC）的界面力学性能与微观结构.结果表明：梯度结构混凝土进行两次浇注成型时,采用压印工艺可产生界面强化效应,提高界面黏结强度10%~35%,从而有效解决界面黏结强度降低的问题;整体上MIF-HPC净浆界面的显微硬度高于LPC-HPC,即MIF-HPC净浆界面的黏结状况好于LPC-HPC,这是因MIF-HPC净浆界面的水化产物结构比LPC-HPC的更为致密所致.

关键词：梯度结构混凝土界面黏结强度界面强化显微硬度

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体积分数对梯度结构混凝土扩散系数影响研究

建筑结构学报 2013年第6期34卷 153-158页

作者：温小栋干伟忠谷伟陈旭波宁波工程学院宁波市混凝土结构耐久性重点实验室浙江宁波315016 浙江交工路桥建设有限公司浙江杭州310051

通过室内氯离子侵蚀加速试验及氯离子分布测试,结合Fick第2定理拟合出梯度结构混凝土(GSC)的氯离子浓度扩散系数,以研究面层体积分数、加速试验龄期对扩散系数的影响;采用压汞技术测试面层材料与结构层材料的孔结构参数,分析氯离子扩散... 详细信息

通过室内氯离子侵蚀加速试验及氯离子分布测试,结合Fick第2定理拟合出梯度结构混凝土(GSC)的氯离子浓度扩散系数,以研究面层体积分数、加速试验龄期对扩散系数的影响;采用压汞技术测试面层材料与结构层材料的孔结构参数,分析氯离子扩散系数与孔结构之间的关系。结果表明:GSC体系的氯离子扩散系数随面层体积分数的增加而下降,并逐渐趋于平缓;GSC体系氯离子扩散系数则随加速试验龄期的延长而减小,最后也趋于稳定;与面层体积分数V=0试件相比,其它GSC试件具有更大的时间衰减系数值,说明其抵抗氯离子侵蚀的能力更好。最后根据相似性理论,建立了考虑面层体积分数变化的GSC氯离子扩散系数时变模型,分析显示,与结构层材料相比,面层材料具有较低的孔隙率及最可几孔径,使得孔的曲折性越大、连通性越低,因而面层材料具有更低的扩散系数。

关键词：梯度结构混凝土加速试验氯离子扩散系数

基于阻尼增强的梯度结构混凝土的阻尼特性和界面性能

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建筑材料学报 2018年第5期21卷 780-785页

作者：王信刚吴链卢峰南昌大学建筑工程学院江西南昌330031

基于梯度功能设计理念,制备了阻尼增强的梯度结构混凝土(GSCDE),同时采用自由振动法、抗压强度试验、显微硬度计、环境扫描电镜等方法和仪器来分别测试GSCDE的阻尼特性、抗压强度、界面显微硬度、界面微观结构.结果表明:随着阻尼层厚度... 详细信息

基于梯度功能设计理念,制备了阻尼增强的梯度结构混凝土(GSCDE),同时采用自由振动法、抗压强度试验、显微硬度计、环境扫描电镜等方法和仪器来分别测试GSCDE的阻尼特性、抗压强度、界面显微硬度、界面微观结构.结果表明:随着阻尼层厚度比例的增加,GSCDE阻尼比随之递增,抗压强度则随之递减,立方体试件破坏时外观的损伤程度得到改善;GSCDE阻尼比可达3.96%以上,抗压强度可达55.0 MPa以上;与单层高性能混凝土(HPC)或单层高阻尼混凝土(HDC)相比,GSCDE能兼顾阻尼特性和强度,解决了高阻尼混凝土的组合减振结构一体化问题;在GSCDE阻尼层和结构层之间的界面结合区中,显微硬度从阻尼层到结构层均匀递增,2种混凝土相互渗透形成致密、均匀、稳定的整体;GSCDE中界面结合区的结合情况良好,有利于提高GSCDE的力学性能和阻尼特性.

关键词：梯度结构混凝土阻尼界面显微硬度微观形貌

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结构参数变化下梯度结构混凝土的抗压性能

解放军理工大学学报（自然科学版） 2012年第4期13卷 425-429页

作者：温小栋俞林飞马保国干伟忠宁波工程学院宁波市混凝土结构耐久性重点实验室浙江宁波315016 武汉理工大学硅酸盐工程材料教育部重点实验室湖北武汉430070

为了分析梯度结构混凝土的保护层厚度、界面取向性及施工工艺对其抗压强度、破坏形式的影响规律,进行了多组梯度结构混凝土试件的抗压强度试验。试验结果表明:梯度结构混凝土抗压强度随保护层厚度的增加而增大;与串联形式的梯度结构试... 详细信息

为了分析梯度结构混凝土的保护层厚度、界面取向性及施工工艺对其抗压强度、破坏形式的影响规律,进行了多组梯度结构混凝土试件的抗压强度试验。试验结果表明:梯度结构混凝土抗压强度随保护层厚度的增加而增大;与串联形式的梯度结构试件相比,并联形式的抗压强度较小,且失效始发于界面处;在界面处插捣可提高抗压强度,并改变其破坏形式,然而插捣过多及插捣时间延滞时,提高幅度会降低。最后基于试验数据拟合,建立了保护层厚度与抗压性能之间的表达式,并从机理上解释界面处适当插捣增强层间结合的有效性。

关键词：梯度结构混凝土结构参数破坏形式结合强度

基于阻尼增强的梯度结构混凝土的振动特性模拟

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基于阻尼增强的梯度结构混凝土的振动特性模拟

作者：吴链南昌大学

学位级别：硕士

混凝土在力学性能与阻尼性能上存在不可兼得问题,而基于阻尼增强的梯度结构混凝土(Gradient Structural Concrete based on Damping Enhancement,GSCDE)可以较好地兼顾力学性能和阻尼性能。目前关于GSCDE的研究主要是从材料角度研究,而... 详细信息

混凝土在力学性能与阻尼性能上存在不可兼得问题,而基于阻尼增强的梯度结构混凝土(Gradient Structural Concrete based on Damping Enhancement,GSCDE)可以较好地兼顾力学性能和阻尼性能。目前关于GSCDE的研究主要是从材料角度研究,而缺乏其结构振动特性的模拟研究。针对这一问题,本文采用有限元方法—Abaqus软件,在测试了GSCDE、HPC(高性能混凝土)和HDC(高阻尼混凝土)的抗压强度、阻尼比、弹性模量、表观密度的基础上,建立有限元框架结构模型,分析GSCDE结构的振动特性,与HPC结构、HDC结构进行对比分析,同时对比分析了GSCDE整体结构与局部结构的振动特性。主要成果如下:***结构的变形在模态振型下主要集中于结构柱部分,且薄弱区主要集中在一层楼板区域上下。GSCDE在整体结构与局部结构的固有频率为3.66Hz和3.68Hz。***结构在振动位移荷载下,内能曲线呈先递增后振荡的趋势,整体结构与局部结构内能为6000J和6300J,两者数值相差5%,比HPC结构内能值7500J低20%和16%,比HDC结构内能值4500J高33%和40%。因此,在内能值上,GSCDE用于整体结构与局部结构中无较大变化,其阻尼耗能稳定性优于HPC结构,次于HDC结构。***结构在振动位移荷载下,整体结构与局部结构顶点振动偏移值为13.36cm和12.68cm,数值相差3.8%,比HPC结构的偏移值11.69cm高14.3%和8.5%,而比HDC结构的偏移值15.03cm低11.1%和15.6%。因此,在振动偏移值上,GSCDE用于整体结构与局部结构中无较大变化,其振动偏移稳定性优于HDC结构,次于HPC结构。***结构在不同频率的激励作用下,结构受迫振动响应值呈先上升后下降趋势,在固有频率处产生共振现象,整体结构与局部结构的响应峰值为7.3cm和7.8cm,两者数值相差3.8%,比HPC结构的响应峰值9.85cm低25.9%和20.8%,而比HDC结构的响应峰值5.5cm高32.7%和41.8%。因此,在响应峰值上,GSCDE用于整体结构与局部结构中无较大变化,其在外部激励下的安全性优于HPC结构,次于HDC结构。采用有限元方法对GSCDE结构的振动特性分析可知,其用于结构中可以兼顾阻尼耗能、振动偏移的稳定性及受迫振动的安全性,同时也体现了GSCDE的材料经济效益。

关键词：阻尼增强梯度结构混凝土振动特性整体结构局部结构

寒区土石坝混凝土面板材料的梯度设计与耐久性研究

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寒区土石坝混凝土面板材料的梯度设计与耐久性研究

作者：宇豪哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

寒冷地区复杂的水工环境给土石坝的服役寿命带来了极大的挑战,实际服役中面板混凝土由于长期与水接触造成的溶出性侵蚀会使混凝土内部孔结构恶化,进而影响面板材料的性能。近年来,材料梯度设计理念在水泥混凝土工程中引起了越来越多的... 详细信息

寒冷地区复杂的水工环境给土石坝的服役寿命带来了极大的挑战,实际服役中面板混凝土由于长期与水接触造成的溶出性侵蚀会使混凝土内部孔结构恶化,进而影响面板材料的性能。近年来,材料梯度设计理念在水泥混凝土工程中引起了越来越多的重视。该种材料既可提高混凝土的性能,又可节约成本,符合一材多用理念。本文创新性地对土石坝面板材料进行梯度设计,将保护层的超高性能混凝土和结构层的普通混凝土通过梯度设计理念结合在一起,形成梯度结构混凝土面板,并对保护层材料和梯度结构混凝土整体性能进行了相关研究。针对保护层材料需要高强、高抗溶蚀性、收缩不宜过大的特点,本文首先研究了硅灰掺量为10%、20%、30%、40%时超高性能混凝土的强度和抗溶蚀性。通过试验结果发现,随着硅灰掺量的提高,UHPC的抗压强度先增大后减小,当硅灰掺量在10%～20%之间时抗压强度达到峰值。相较于不掺硅灰,掺入硅灰后UHPC的抗折强度有了较明显的提升,提升幅度在30%～50%之间;掺入硅灰后,UHPC的抗溶蚀性也有了大幅提升。当硅灰掺量超过20%以后,在本课题试验条件下,UHPC溶蚀后几乎无质量损失,基本上不发生溶蚀现象;针对UHPC的干燥收缩,本文研究了钢纤维、减缩剂以及膨胀剂的减缩效果。发现三者均可有效降低UHPC的干燥收缩,减缩效果的顺序为膨胀剂＞减缩剂＞钢纤维。针对梯度结构混凝土的性能,本文通过ABAQUS有限元软件围绕其界面这一最薄弱处进行了相关研究。对于界面收缩应力,通过有限元软件根据收缩实测值计算出其界面处产生的最大应力。对于界面粘结强度,本文参考劈裂试验以及双面剪切试验进行了相应的数值分析,发现结构层与保护层间界面粘结性能随着结构层混凝土强度等级的增加而提高。针对界面在冻融作用下产生劣化的问题,本文通过ABAQUS的传热分析以及顺序热力耦合分析对冻融过程中混凝土内部的应力及损伤状态进行了模拟,并研究了结构层材料对于冻融循环作用下界面性能劣化的影响,发现冻融作用下界面性能劣化速率随着结构层强度的增加而减缓。

关键词：梯度结构混凝土溶蚀干燥收缩 ABAQUS 冻融循环