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超高性能海水海砂混凝土单轴受压应力-应变关系

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第5期51卷 12-21页

作者：朱德举王鹏湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室(湖南大学) 湖南长沙410082

为研究超高性能海水海砂混凝土(Ultra-High Performance Seawater Sea-sand Concrete,UHPSSC)轴压应力-应变关系,探究钢纤维体积掺量对UHPSSC轴压力学性能和轴压应力-应变全曲线的影响,使用Instron 1346万能材料试验机测得UHPSSC应力-... 详细信息

为研究超高性能海水海砂混凝土(Ultra-High Performance Seawater Sea-sand Concrete,UHPSSC)轴压应力-应变关系,探究钢纤维体积掺量对UHPSSC轴压力学性能和轴压应力-应变全曲线的影响,使用Instron 1346万能材料试验机测得UHPSSC应力-应变全曲线,借助Pycharm曲线拟合程序与已有混凝土应力-应变全曲线模型进行拟合与修正.结果表明:钢纤维掺量越高,轴压作用下UHPSSC的破坏程度越小,抗压强度和峰值应变也随之增加;已有模型拟合的UHPSSC应力-应变全曲线上升段与试验曲线比较相近,下降段后期差距较大;通过修正下降段形状参数,得到了更适用于描述UHPSSC应力-应变全曲线的修正模型,并验证该修正模型的适用范围.

关键词：超高性能海水海砂混凝土钢纤维力学性能应力-应变全曲线修正模型

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海水与矿物掺合料对水泥基材料微结构和力学性能的影响

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硅酸盐学报 2024年第5期52卷 1477-1485页

作者：朱德举赵雪薇郭帅成湖南大学土木工程学院长沙410082 湖南大学绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室长沙410082

海水中多元离子会通过参与水化反应改变水泥水化产物组分和微结构,从而影响其力学性能和耐久性。本工作通过对孔溶液离子成分测试和水化产物矿相表征以揭示海水中多元离子与矿物掺合料耦合作用下,水泥基材料微结构和力学性能演化机制。... 详细信息

海水中多元离子会通过参与水化反应改变水泥水化产物组分和微结构,从而影响其力学性能和耐久性。本工作通过对孔溶液离子成分测试和水化产物矿相表征以揭示海水中多元离子与矿物掺合料耦合作用下,水泥基材料微结构和力学性能演化机制。采用离子色谱仪及电感耦合等离子发射光谱仪测得压滤法获得的净浆孔溶液的离子成分,同时结合X射线衍射、热重分析等微观表征研究水化产物矿相的演变规律。结果表明:海水中多元离子会促进水泥中硅酸三钙和硅酸二钙的水化,提高海水净浆孔溶液碱度,加快矿物掺合料与氢氧化钙的二次水化反应。硅灰对于孔溶液碱度的降低效果显著优于粉煤灰,也能通过生成更多水化硅酸钙凝胶实现钠离子和钾离子的有效固化。粉煤灰可以通过促进钙矾石、Friedel’s盐等铝相产物生成,实现对氯离子的有效固化,同时固化效果优于硅灰。本工作可以为海水海砂混凝土微结构和力学性能调控提供参考。

关键词：海水海砂混凝土孔溶液水化产物矿物掺合料

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纳米纤维素在摩擦学领域的应用研究进展

摩擦学学报（中英文） 2024年第2期44卷 254-265页

作者：苏凯琪孟元刘秀波蔡宇滔中南林业科技大学材料科学与工程学院材料表界面科学与技术湖南省重点实验室湖南长沙410004

纳米纤维素具有多种独特的优良性质,其摩擦学性能十分优越,是新型绿色纳米润滑材料,已在摩擦学领域展现出巨大的应用潜力与发展前景.本文中以纳米纤维素的摩擦学应用研究为主线,概述了纳米纤维素的有关重要特性,详述了纳米纤维素在聚合... 详细信息

纳米纤维素具有多种独特的优良性质,其摩擦学性能十分优越,是新型绿色纳米润滑材料,已在摩擦学领域展现出巨大的应用潜力与发展前景.本文中以纳米纤维素的摩擦学应用研究为主线,概述了纳米纤维素的有关重要特性,详述了纳米纤维素在聚合物增强填料、水基润滑添加剂、润滑油添加剂、润滑脂添加剂以及润滑电活性调控几方面的研究现状,并相应评述了作用原理与机制,指出了各方面研究仍需解决的重要问题,并展望了未来发展方向.

关键词：纳米纤维素填充增强润滑添加剂减摩抗磨智能润滑

树脂涂层及海水浸泡对玄武岩纤维织物增强海水海砂混凝土力学性能的影响

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复合材料学报 2024年第8期41卷 4211-4224页

作者：朱德举黄伟郭帅成湖南大学土木工程学院绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室长沙410082

为了研究不同树脂(环氧树脂、呋喃树脂、乙烯基树脂)涂层及海水浸泡对玄武岩纤维织物增强海水海砂混凝土(BTR-SSC)力学性能的影响,采用万能试验机对各树脂涂层纤维束和海水浸泡不同时间下BTR-SSC试件进行静态拉伸试验,并通过拔出试验评... 详细信息

为了研究不同树脂(环氧树脂、呋喃树脂、乙烯基树脂)涂层及海水浸泡对玄武岩纤维织物增强海水海砂混凝土(BTR-SSC)力学性能的影响,采用万能试验机对各树脂涂层纤维束和海水浸泡不同时间下BTR-SSC试件进行静态拉伸试验,并通过拔出试验评估纤维-基体界面粘结性能。结合数字图像相关分析得到裂纹与应变分布,并采用扫描电镜分析损伤机制。通过界面粘结强度计算公式实现以裂纹分布和基体强度评估界面长期性能。结果表明:3种树脂对纤维束的增强效果显著且相近(32%左右),均可显著提升BTR-SSC力学性能,乙烯基树脂涂层表现最佳,抗拉性能和界面粘结性能分别提升77%和180%。海水浸泡下BTR-SSC试件力学性能明显劣化,未处理试件仅高温浸泡14天后便脆断,环氧树脂、呋喃树脂和乙烯基树脂涂层试件浸泡7天时相对未处理试件抗拉强度分别提升81%、48%和94%,浸泡28天时仍呈多裂缝开展,界面粘结性能分别损失64%、57%和55%。该成果将有助于提升BTR-SSC在海洋环境中长期性能并促进其在海工结构中的应用。

关键词：织物增强混凝土海水海砂混凝土表面处理海水浸泡力学性能

基于海水海砂混凝土真实孔溶液浸泡环境下BFRP筋拉伸性能的退化

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材料导报 2024年第11期38卷 136-143页

作者：朱德举初开丹郭帅成史才军湖南大学土木工程学院绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室长沙410082 湖南大学湖南省绿色先进土木工程材料国际科技创新合作基地长沙410082

为探究玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋在海水海砂混凝土环境中的长期力学性能,本工作研究了BFRP筋拉伸性能在海水海砂混凝土真实孔溶液浸泡环境下的演化规律。通过孔溶液压取和离子浓度分析,分别配制了普通海水净浆孔溶液(NA)和低碱度... 详细信息

为探究玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋在海水海砂混凝土环境中的长期力学性能,本工作研究了BFRP筋拉伸性能在海水海砂混凝土真实孔溶液浸泡环境下的演化规律。通过孔溶液压取和离子浓度分析,分别配制了普通海水净浆孔溶液(NA)和低碱度海水净浆孔溶液(LA)的浸泡溶液,同时在加速老化试验中与ACI 440.3R规范建议浸泡溶液(ACI)的测试结果进行了对比。试验所用筋材基体包括环氧树脂基(B/E筋)和乙烯基酯树脂基(B/V筋)两种。在不同温度和浸泡时间加速老化后,通过拉伸试验评估了BFRP筋的拉伸性能变化规律,并采用微观结构表征分析了劣化机理。试验结果表明,相较于降低氯离子浓度,采用降低孔溶液碱度的方法可以更有效地缓解BFRP筋长期力学性能的劣化,同时温度升高对B/V筋力学性能退化的影响比对B/E筋的影响更显著。BFRP筋在腐蚀过程中抗拉强度的劣化程度高于弹性模量,其中B/E筋在三种环境中腐蚀前后的弹性模量差别不大。乙烯基树脂的抗腐蚀能力优于环氧树脂,但其与玄武岩纤维界面性能较弱,导致B/V筋在模拟海水海砂混凝土孔溶液中的耐久性弱于B/E筋。

关键词： BFRP筋海水海砂混凝土孔溶液拉伸性能微观结构

海水海砂混凝土中混杂碳-玄武岩纤维筋拉伸性能退化机制及寿命预测

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复合材料学报 2024年第7期41卷 3677-3688页

作者：许艾沿杜运兴潘柳景泰朱德举湖南大学土木工程学院长沙410082 中南大学土木工程学院长沙410083 湖南大学绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室长沙410082

为了研究海水浸泡下海水海砂混凝土(SSC)中以环氧树脂为基体的混杂碳-玄武岩纤维复材筋(CFBF/Epoxy)拉伸性能退化规律,在不同温度(25℃、40℃和55℃)下对SSC中的CF-BF/Epoxy进行海水浸泡,周期为60天、90天和120天,通过拉伸试验对CF-BF/E... 详细信息

为了研究海水浸泡下海水海砂混凝土(SSC)中以环氧树脂为基体的混杂碳-玄武岩纤维复材筋(CFBF/Epoxy)拉伸性能退化规律,在不同温度(25℃、40℃和55℃)下对SSC中的CF-BF/Epoxy进行海水浸泡,周期为60天、90天和120天,通过拉伸试验对CF-BF/Epoxy在SSC中的拉伸性能进行了研究,并利用SEM和FTIR对其微观结构的变化进行了分析。结果显示:环境温度对CF-BF/Epoxy的拉伸性能有明显影响,在55℃下浸泡120天后,抗拉强度下降了13.84%,弹性模量在3%范围内轻微波动,CF-BF/Epoxy出现伪延性;玄武岩纤维和碳纤维混杂延缓了SSC中OH-进一步向CF-BF/Epoxy内部侵蚀,而外层玄武岩纤维区域的树脂水解和树脂-纤维界面退化是CF-BF/Epoxy拉伸性能退化的主要原因。最后基于Arrhenius方程预测,嵌入SSC中的CF-BF/Epoxy的抗拉强度保持率将在584~803天内降至70%。

关键词：混杂碳-玄武岩纤维复材筋海水海砂混凝土抗拉强度退化机制寿命预测

基于不规则骨料堆积结构的混凝土水渗透性的研究

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材料导报 2024年第12期38卷 99-106页

作者：李凯杨璐璐史才军湖南大学土木工程学院绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室长沙410082 湖南省绿色先进土木工程材料国际科技创新合作基地长沙410082

为了揭示骨料形状对混凝土水渗透性的影响,基于超椭球颗粒构建了不规则骨料的几何模型,对伸长率、平整度、圆度、球形度等形状参数进行了量化表征。通过离散元方法实现了骨料动态堆积模拟,考虑了颗粒之间的相互作用力,建立了混凝土材料... 详细信息

为了揭示骨料形状对混凝土水渗透性的影响,基于超椭球颗粒构建了不规则骨料的几何模型,对伸长率、平整度、圆度、球形度等形状参数进行了量化表征。通过离散元方法实现了骨料动态堆积模拟,考虑了颗粒之间的相互作用力,建立了混凝土材料的三相介观模型。采用基于格子玻尔兹曼模型的部分反弹算法研究了混凝土的水分传输行为,在验证模型正确性的基础上,探究了骨料含量和形状对混凝土水渗透性的影响。研究表明:混凝土的水分渗透系数随骨料体积分数增大呈现先降低后增加的变化趋势。当骨料体积分数大于50%时,界面过渡区相互交叠形成连通路径是导致混凝土水分渗透系数增加的主要原因。骨料形状的变化会改变传输路径和界面过渡区的体积分数,从而影响水渗透性。与平整度相比,伸长率对水分渗透系数的影响更为明显。随着圆度的不断增加,球形度先增大后减小,水分渗透系数则呈现相反的变化趋势。当圆度为1时,水分渗透系数达到最小值。

关键词：混凝土离散元模拟超椭球格子玻尔兹曼方法水分渗透系数

Ca元素对Zn-1.5Cu-1.2Mg锌合金组织与性能的影响

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材料热处理学报 2024年第10期 110-116页

作者：张宇轩王红星白允强顾沈逸王文鑫徐道翔史艳慈周涛皮峰瑜南京工程学院材料科学与工程学院江苏省先进结构材料与应用技术重点实验室

采用金属型铸造法制备了Zn-1.5Cu-1.2Mg-xCa（x=0、0.1、0.25和0.5, mass%）锌合金，研究了Ca元素添加量对其微观组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明：未添加Ca时，合金的初生相为η-Zn,强化相为Mg2Zn11。随着Ca添加量的增加... 详细信息

采用金属型铸造法制备了Zn-1.5Cu-1.2Mg-xCa（x=0、0.1、0.25和0.5, mass%）锌合金，研究了Ca元素添加量对其微观组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明：未添加Ca时，合金的初生相为η-Zn,强化相为Mg2Zn11。随着Ca添加量的增加，合金组织中的Mg2Zn11相和Ca的化合物增加，粗大的枝晶细化，并出现了新相。随着Ca添加量的增加，合金的显微硬度增加，而拉伸强度呈先下降后升高的趋势。添加0.5 mass%Ca时，合金的硬度达到最大，为203 HV,未添加Ca时，合金的拉伸强度达到最大，为199 MPa。当Ca添加量达0.1 mass%时，合金的耐腐蚀性能最佳，腐蚀速率为92.1μm/y。

关键词：锌合金微观组织力学性能耐腐蚀性能

钢纤维形状和养护制度对超高性能混凝土强度及韧性的影响

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材料导报 2024年第15期38卷 135-145页

作者：陈聪聪吴泽媚胡翔史才军湖南大学土木工程学院绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室长沙410082 湖南省绿色先进土木工程材料国际科技创新合作基地长沙410082

热养护和掺加异形钢纤维是提高超高性能混凝土(UHPC)强度并改善韧性的有效技术手段。研究了养护制度(标准养护28 d、90℃蒸汽养护2 d、90℃热水养护2 d)和钢纤维形状(平直形、波纹形、端钩形)对UHPC立方体抗压强度、单轴抗压强度、抗折... 详细信息

热养护和掺加异形钢纤维是提高超高性能混凝土(UHPC)强度并改善韧性的有效技术手段。研究了养护制度(标准养护28 d、90℃蒸汽养护2 d、90℃热水养护2 d)和钢纤维形状(平直形、波纹形、端钩形)对UHPC立方体抗压强度、单轴抗压强度、抗折性能的影响,采用ASTM C1018、JSCE-SF4、修正的Post-Crack Energy Ratio(PCER)三种韧性表征方法对UHPC弯曲韧性进行评价,并借助三维光学扫描仪定量表征了掺加不同形状钢纤维的UHPC断裂面粗糙度。结果表明,相较于28 d标准养护,2 d热水养护和2 d蒸汽养护均能在一定程度上提高UHPC力学性能,且对UHPC抗折性能的提升较为显著。与掺平直形钢纤维的UHPC相比,掺端钩形钢纤维的UHPC的抗折强度和PCER韧性指标分别提升46.26%~58.82%和32.77%~39.81%,断裂面粗糙度提高41.67%;粗糙度参数与弯曲韧性具有良好的指数关系,可用于UHPC韧性的表征。此外,单轴抗压强度与立方体抗压强度存在线性关系,相关系数为0.83~0.93。采用ASTM C1018和PCER方法计算出的韧性结果与采用4 mm挠度处荷载-位移曲线包围的面积和抗折性能指标结果基本一致,提出的PCER方法引入初始弯曲韧度比来表征UHPC达到峰值挠度前的弯曲韧性,使得计算结果更为准确。

关键词：超高性能混凝土(UHPC) 养护制度钢纤维形状强度韧性