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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

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

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CO养护硅酸钙矿物的强度和微观结构

硅酸盐学报 2024年

作者：肖智强张健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湖南省绿色与先进土木工程材料国际创新合作中心建筑安全与节能教育部重点实验室

硅酸钙矿物的碳化是CO2养护水泥混凝土材料及低钙胶凝材料的理论基础，其碳化程度和碳化产物是影响碳化基体强度和微观结构的关键因素。本工作研究了CO2养护波特兰水泥、β-C2S、γ-C2S、C3S2和CS的强度和微观结构，并分析了CO2养护硅... 详细信息

硅酸钙矿物的碳化是CO2养护水泥混凝土材料及低钙胶凝材料的理论基础，其碳化程度和碳化产物是影响碳化基体强度和微观结构的关键因素。本工作研究了CO2养护波特兰水泥、β-C2S、γ-C2S、C3S2和CS的强度和微观结构，并分析了CO2养护硅酸钙矿物结构和性能与碳化过程的对应关系。结果表明，经过压制成型（25 MPa压力）和3 d CO2养护[99.9% CO2，0.3 MPa，（20±2） ℃，相对湿度RH （60±5）%]，β-C2S和γ-C2S砂浆试样抗压强度达到50 MPa，其次为水泥和C3S2，而碳化CS试样强度仅11.6 MPa。γ-C2S、C3S2和CS的碳化程度高达60%，β-C2S为50.3%，水泥碳化程度仅29.7%。γ-C2S、C3S2和CS碳化形成的硅胶聚合度较高，且与碳酸钙存在明显分界；而碳化水泥颗粒外层硅胶与碳酸钙相互交织。CO2养护硅酸钙矿物的抗压强度与CO2吸收量和孔隙率呈线性关系。随着Ca/Si的升高，CS、C3S2和γ-C2S矿物的CO2吸收量增加、孔隙率降低，抗压强度升高。水泥与β-C2S由于水化和碳化的共同作用，基体孔隙率较低，抗压强度较高。此外，方解石晶粒尺寸，无定形碳酸钙含量以及碳酸钙与硅胶的界面性能等也会影响碳化硅酸钙矿物的抗压强度和微观结构演变。

关键词：二氧化碳养护硅酸钙矿物碳化产物微观结构抗压强度

不同晶型碳酸钙对水泥浆体微观结构和性能演变的影响

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硅酸盐学报 2024年

作者：杨慧慧张健汪越毛宇光胡翔史才军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湖南大学湖南省绿色与先进土木工程材料国际创新合作中心湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室

研究了方解石和文石对水泥浆体微观结构和性能演变的作用机理。通过计算方解石和文石在水泥浆体中的填充效应、稀释效应、成核效应及化学效应，探究不同碳酸钙晶型对水泥浆体力学性能及微观结构演变的影响。结果表明：掺入适量的方解石... 详细信息

研究了方解石和文石对水泥浆体微观结构和性能演变的作用机理。通过计算方解石和文石在水泥浆体中的填充效应、稀释效应、成核效应及化学效应，探究不同碳酸钙晶型对水泥浆体力学性能及微观结构演变的影响。结果表明：掺入适量的方解石或文石均可以促进水泥早期水化产物的生长和沉淀，水泥浆体早期抗压强度提高，此时碳酸钙的填充效应和成核效应发挥主要作用。水化7 d后，方解石或文石与铝相的反应程度提高，碳铝酸钙含量增多、水泥浆体孔隙率降低，化学效应的影响逐渐增加。文石相比于方解石，对于试件劈裂抗拉强度的提高主要与化学效应有关，反应产生的碳铝酸钙使文石与基体的粘结更加紧密。文石掺量20%～30%，矿粉掺量5%～15%时，化学效应占比15%～21%，试件劈裂抗拉强度最多可提高39%。

关键词：碳酸钙方解石文石水泥浆体力学性能微观结构

翼缘尺寸对地聚物混凝土T形梁抗剪性能的影响

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重庆交通大学学报（自然科学版） 2024年第1期43卷 1-9页

作者：宋建雄毛宇光刘翼玮苏捷杜运兴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湖南长沙410082 湖南大学湖南省绿色与先进土木工程材料国际创新合作中心湖南长沙410082 湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室湖南长沙410082

为探究翼缘尺寸对地聚物混凝土T形梁抗剪性能的影响,对1根普通混凝土和4根不同翼缘尺寸的地聚物混凝土T形梁进行了集中荷载下的抗剪试验;试验获得了T形梁试件的承载力、挠度、钢筋应变、破坏模式及裂缝的开展等相关参数。研究结果表明:... 详细信息

为探究翼缘尺寸对地聚物混凝土T形梁抗剪性能的影响,对1根普通混凝土和4根不同翼缘尺寸的地聚物混凝土T形梁进行了集中荷载下的抗剪试验;试验获得了T形梁试件的承载力、挠度、钢筋应变、破坏模式及裂缝的开展等相关参数。研究结果表明:地聚物混凝土T形梁具有与普通混凝土T形梁相似的裂缝扩展、破坏模式及抗剪承载力,但其刚度和斜截面开裂荷载较低,跨中纵筋和箍筋的应变较大;将翼缘厚度与截面有效高度比值从0.24增大到0.48时,地聚物混凝土T形梁的刚度增大、跨中纵筋应变减小,抗剪承载力提高了12.7%,地聚物混凝土的归一化抗剪强度增大了25.3%;当翼缘宽度超过两倍腹板宽度时,继续增大能减小跨中纵筋应变,但地聚物混凝土T形梁的刚度、抗剪承载力及地聚物混凝土归一化抗剪强度不再增大。规范ACI 318—19和Eurocode 2的计算结果明显低估了地聚物混凝土T形梁的抗剪承载力,GB 50010—2010较接近试验值。为更好预测地聚物混凝土T形梁的计算抗剪承载力,建议在抗剪承载力计算公式中增加翼缘有效受剪面积所提供的剪力。

关键词：桥梁工程建筑结构工程建筑材料工程地聚物混凝土 T形梁翼缘尺寸抗剪性能

翼缘尺寸对地聚物混凝土T形梁抗弯性能的影响

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重庆交通大学学报（自然科学版） 2024年第2期43卷 1-9,23页

作者：徐勇毛宇光刘翼玮苏捷杜运兴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湖南长沙410082 湖南大学湖南省绿色与先进土木工程材料国际创新合作中心湖南长沙410082 湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室湖南长沙410082

通过对5根不同翼缘尺寸的地聚物混凝土T形梁和1根普通混凝土T形梁进行四点弯曲试验,研究了翼缘宽度和厚度对地聚物混凝土T形梁抗弯性能的影响,以及与普通混凝土T形梁的差异。研究结果表明:地聚物混凝土T形梁的抗弯极限荷载、屈服荷载、... 详细信息

通过对5根不同翼缘尺寸的地聚物混凝土T形梁和1根普通混凝土T形梁进行四点弯曲试验,研究了翼缘宽度和厚度对地聚物混凝土T形梁抗弯性能的影响,以及与普通混凝土T形梁的差异。研究结果表明:地聚物混凝土T形梁的抗弯极限荷载、屈服荷载、裂缝行为及失效模式与普通混凝土T形梁相似,且延性更优,但其跨中受拉纵筋应变较大,刚度、开裂荷载和最大裂缝宽度限值下的承载力较低。随着翼缘宽度从200 mm增大到500 mm,地聚物混凝土T形梁的刚度、屈服荷载、抗弯极限荷载、延性和在最大裂缝宽度限值下的承载力均增大,跨中受拉纵筋应变减小,开裂荷载无明显变化,但越宽的翼缘宽度能有效承担荷载的也只是靠近腹板的一部分宽度。增大翼缘厚度对地聚物混凝土T形梁抗弯性能的影响与增大翼缘宽度基本一致,但其对最大裂缝宽度限值下的承载力提高效果显著。规范GB 50010—2010和ACI 318—19的正截面受弯承载力设计公式适用地聚物混凝土T形梁,GB 50010—2010的预测更精确,ACI 318—19的安全储备更高。

关键词：桥梁工程结构工程地聚物混凝土 T形梁翼缘宽度翼缘厚度抗弯性能

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基于局部皮肤温度的床上微环境控制策略

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第5期51卷 207-216页

作者：宋鸽艾正涛张国强湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 国家建筑安全与环境国际联合研究中心(湖南大学) 湖南长沙410082

通风床垫被设计成通过位于脚部附近的通风口抽走床上微环境的污染空气以达到源头控制污染物的目的.实验研究发现通风床垫的使用有造成局部冷不适的风险,同时使用通风床垫和局部加热装置,并根据受试者反馈实时调控,可以解决冷不适问题,... 详细信息

通风床垫被设计成通过位于脚部附近的通风口抽走床上微环境的污染空气以达到源头控制污染物的目的.实验研究发现通风床垫的使用有造成局部冷不适的风险,同时使用通风床垫和局部加热装置,并根据受试者反馈实时调控,可以解决冷不适问题,并满足不同用户的热微环境需求.为了探究通风床垫耦合局部加热装置基于局部皮肤温度的自动控制潜力,对比了30名受试者在室温下清醒地躺在通风床垫上时前额、右肩胛骨、左上胸、右上臂、左下臂、左手、右大腿前侧、左小腿后侧、右脚背、左脚背10个部位的皮肤温度和总体、面部、额头、颈部、胸部、背部、手臂、手、大腿、小腿、脚的热可接受度.结果显示:女性的局部皮肤温度与男性相比普遍较低,而可接受度较高.高斯回归模型可以计算出每个部位最佳皮肤温度区间,结合各部位的可接受度关联矩阵结果及通风床垫及局部加热的控制潜力,最终选取脚部、手部和背部的皮肤温度以实现床上微环境的个性化自动控制.本研究提供了通风床垫基于局部皮肤温度的自动控制潜力研究的新思路和建议,可以为床上微环境的优化和改善提供一定参考.

关键词：床上微环境通风床垫皮肤温度可接受度高斯回归

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基于科学知识图谱的劈裂注浆研究热点与发展态势分析

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建筑科学与工程学报 2024年第3期41卷 178-190页

作者：何忠茂戴烺周茗如邢利军乔宏霞兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学甘肃省先进土木工程材料工程研究中心甘肃兰州730050 宁波大学科学技术学院浙江宁波315211

针对传统建筑科学分析方法对工程领域研究存在的局限性,引入科学知识图谱及大数据计量等人工智能方法,借助可视化软件Citespace,检索Web of Science(WOS)核心合集数据库,得到2007~2022年主题为劈裂注浆的文献709篇,对发文总量、学科归... 详细信息

针对传统建筑科学分析方法对工程领域研究存在的局限性,引入科学知识图谱及大数据计量等人工智能方法,借助可视化软件Citespace,检索Web of Science(WOS)核心合集数据库,得到2007~2022年主题为劈裂注浆的文献709篇,对发文总量、学科归属、期刊分布、核心作者、区域合作、关键词和被引文献等方面做科学知识图谱分析。通过区域合作关系图谱的寻径,理清现阶段国际合作的格局,指出中国未来国际合作的主要任务。依据成果数量和突现时间,评析贡献较大的代表性作者。提取318个研究关键词,以发文频次和中心性为导向,筛选精炼了现阶段研究热点。从10个聚类的特性分组出发,展示了理论研究、应用实践和数值模拟的发展脉络,明确了研究的前沿方向。排列10条聚类发展时间线,精炼了注浆效率和封堵效率两条热门主线,同时提示了较难取得研究成果的线路。通过聚焦关键词的时区分布态势,总结热点演进的两个规律,并预测今后两年新热点与2017年研究成果之间的潜在关联。根据文献共被引关系发生的时间,对比4组年度切片的变化,评价了学科知识基础的发展脉络和未来走向。结果表明:科学知识图谱作为人工智能分析方法,能总结分析劈裂注浆近年来的研究热点,并可以预测劈裂注浆在未来阶段的学术研究发展态势。

关键词：劈裂注浆科学知识图谱 Citespace 趋势分析研究热点

混凝土中水泥浆体与骨料界面过渡区的形成和改进综述

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材料导报 2023年第1期37卷 102-113页

作者：黄燕胡翔史才军吴泽媚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湖南省绿色先进土木工程材料国际创新中心长沙410082

界面过渡区是水泥浆与骨料之间的薄层部分,具有孔隙率高、氢氧化钙晶体富集和定向排列等特点。其形成机理主要包括边壁效应、微区泌水效应、离子迁移和成核效应、单边生长效应、絮凝成团效应及脱水收缩效应。各种效应协同作用,导致界面... 详细信息

界面过渡区是水泥浆与骨料之间的薄层部分,具有孔隙率高、氢氧化钙晶体富集和定向排列等特点。其形成机理主要包括边壁效应、微区泌水效应、离子迁移和成核效应、单边生长效应、絮凝成团效应及脱水收缩效应。各种效应协同作用,导致界面过渡区成为混凝土最薄弱的环节。提高界面过渡区的粘结性能有利于改善混凝土的力学性能和耐久性。本文综述了常用的界面过渡区改进方法,即掺加矿物掺合料和纳米材料、改性骨料、生物矿化以及二氧化碳养护等,并比较了不同改进方法的优缺点,可为界面过渡区的形成机理和改进方法的研究及其在实际工程中的应用提供参考。

关键词：水泥基材料界面过渡区形成机理改进方法