课程文献中心 更多>>

关键词： 3D打印混凝土   各向异性   耐久性能   抗冲击性能  

摘要： 3D打印混凝土是一种新型建造技术,其施工周期短、生产效率高、资源浪费少且满足个性化设计的特点符合未来建筑产业智能化绿色化的发展趋势。目前3D打印混凝土仍存在配合比设计不规范、冻融破坏机理不明确、缺乏系统的抗冲击性能研究等问题,本文针对这些实际情况基于理论优化了3D打印混凝土配合比,并在此基础上对其力学性能、耐久性能和抗冲击性能展开系列研究。 (1)通过理论优化了胶凝材料用量比例,结合试验研究了掺合料、外加剂及纤维等对混凝土材料工作性能和力学性能的影响,筛选出P和H两种可应用不同强度和成本需求的3D打印混凝土配合比。 (2)试验探讨了P、H两种配合比的3D打印试样在力学性能上各向异性的作用规律,结果表明界面导致力学性能降低25%左右,呈现出相同的规律:Z方向抗折强度最高,Y方向抗压性能表现最优异。结合CT分析,H系列打印试件界面孔隙率集中现象更加明显,体孔隙率1.8%高于P系列打印试件1.1%。加入玻璃纤维使得试件抗折强度升高,加重了各向异性。 (3)所有3D打印试件耐久性能良好,可抵抗1.4MPa水压力或300次冻融循环破坏,抵抗氯离子渗透能力也表现优异。抗冻性能比较结果为:3D打印试件>浇筑试件,H系列>P系列,纤维增强试件>普通试件。300次冻融循环后P系列浇筑试件抗折强度减少46.6%,打印试件下降31.2%;H系列浇筑试件降低27.2%,打印试件降低14%。整体氯离子渗透深度H系列

关键词： 混凝土   碳酸化钢渣   再生骨料   耐久性  

摘要： 钢渣是炼钢过程中排出的熔渣，是冶炼行业的主要固体废弃物。中国是全球最大的钢铁生产国家。这些钢渣若得不到充分利用和处理会占用大量的土地，造成环境污染、资源浪费。钢渣中含有游离氧化钙和游离氧化镁，在水化作用下，它们会产生较大的体积膨胀，从而造成体积不稳定性。另外，钢渣的可磨性差，粉磨能耗较高。与此同时，在追求建筑业的可持续发展过程中，天然砂石骨料短缺，迫切需要寻找用于生产混凝土的替代骨料，因此，本文研究了碳酸化钢渣骨料的制备及其性能，并比较了用其制备的混凝土与普通混凝土的耐久性，得到的主要结论如下：　　（1）将钢渣磨细、成球、碳酸化，制备了碳酸化钢渣骨料，密度分别为粗骨料2609kg/m3、细骨料2798kg/m3，轻于天然骨料，且达到了固废的目的，每立方米可用钢渣1931kg，可固碳131kg/m3，以数值法计算混凝土配合比，并制备混凝土，测定了其强度，达到了30MPa。　　（2）碳酸化钢渣骨料和标准砂骨料砂浆在硫酸盐侵蚀下的抗折强度和抗压强度均出现先增长，后降低的变化规律。长期硫酸盐侵蚀下，碳酸化钢渣骨料砂浆的抗硫酸盐侵蚀系数大于标准砂骨料砂浆。XRD和TG分析表明，长期硫酸盐侵蚀下，碳酸化钢渣骨料砂浆中形成的钙矾石和石膏比标准砂骨料砂浆少。表面粗糙的碳酸化钢渣骨料可以和水泥浆体形成交错嵌固的界面过渡区，增加了硫酸盐侵蚀过程中的传输阻力。　　（3）使用天然骨料与碳酸化钢渣骨料分别制备混凝土，测试了其抗氯离子渗透性。电通量法的结果显示，普通混凝土最终电通量为5581.76C，碳酸化钢渣骨料混凝土最终电通量为7433.83C，普通混凝土的抗氯离子渗透性优于碳酸化钢渣骨料混凝土，这也可能与碳酸化钢渣骨料混凝土里含有铁元素，导电性比较好有关。　　（4）使用天然骨料与碳酸化钢渣骨料分别制备混凝土，测试了其抗碳化性能。普通骨料混凝土经过28d碳化后，其碳化深度为12.2mm;钢渣碳化小球作为粗细骨料制备的混凝土，其28d碳化深度为3.47mm。钢渣碳化小球在混凝土中应用可以有效地降低混凝土的压缩性变形率，降低孔隙率，增加抗压强度。　　（5）普通骨料混凝土和碳酸化钢渣骨料混凝土的质量损失均随着冻融循环次数的增加而增加，与普通骨料混凝土相比，碳酸化钢渣骨料混凝土试件的质量损失较低，普通骨料混凝土在冻融循环结束时先接近失效标准。在整个冻融循环过程中，普通骨料混凝土的相对动弹性模量损失率高于碳酸化钢渣骨料混凝土，且在冻融循环结束时，碳酸化钢渣骨料混凝土的相对动弹性模量优于普通骨料混凝土。

关键词： 土木工程  

ISBN: (纸本)9787307235410

摘要： 本书主要介绍了水泥、混凝土、建筑砂浆、沥青与沥青混合料、建筑钢材、墙体与屋面材料等常用土木工程材料的基本组成及结构、生产工艺、技术性质、应用，以及基本材料试验。

关键词： KGM基外加剂   缓凝剂   抗冲刷剂   植物生长混凝土  

摘要： 应对气候和环境问题的“双碳”战略迫使水泥工业转向绿色化、节能降耗、可持续发展。同时,工程应用场景和施工环境的差异化和多样性对水泥、混凝土材料的施工性能和环境适应性提出了更高、更加多元化的要求。水泥外加剂作为第5种水泥常用组分,凭借其用量小、可有效改善水泥基材料的物化性质、物美价廉等优点受到广泛关注。现有的水泥外加剂主要是无机类或合成高分子类,很多外加剂本身或制造过程易对环境造成污染。本文选用典型的天然高分子,魔芋葡甘聚糖(Konjac glucomannan,KGM),通过超声分散、碱交联、电喷、水热等方法分别制备了KGM水凝胶、KGM凝胶微球及魔芋葡甘聚糖碳球(Konjac glucomannan biochar,KGMB)等系列外加剂,系统探讨了KGM基外加剂对水泥基材料的水化反应、抗冲刷性能及植物生长性能的影响规律,探究了天然高分子材料作为水泥基材料外加剂的潜力。以KGM为外加剂材料,通过凝结时间、水化热、红外光谱、X射线衍射图谱等材料理化表征手段,研究了KGM对普通硅酸盐水泥水化的影响机理。研究结果表明,添加KGM可以显著延长水泥的凝结时间,且不会造成水泥砂浆固化后期的强度损伤。KGM的这种缓凝作用与其分子量、掺量及水泥种类有关。此外,KGM将在水泥水化反应提供的强碱环境下发生脱乙酰基过程,形成凝胶网络,原位吸附于水泥熟料颗粒的表面,有效的抑制了水分子的迁移及水泥熟料的溶解。其次KGM富含的活性羟基可以与水泥水化释放的Ca螯合形成交联网络,进一步抑制了水泥水化产物的形核与生长。以KGM为原料,采用超声分散、碱交联、电喷等方法分别制备了溶液型、水凝胶型、凝胶微球型三种不同形态的KGM基抗冲刷剂(Anti-washout admixtures,AWAs)。本文通过模拟冲刷实验、流变等研究了三种AWAs对水泥抗冲刷性能的影响及作用机理。结果表明,三种抗冲刷剂中,添加KGM溶液的水泥基体的冲刷损失最小(0.3%),优于添加KGM水凝胶的水泥基体(8.6%)和添加凝胶微球的水泥基体(17.4%)。此外,溶液型及水凝胶型KGM-AWAs的作用模式主要是通过增加水泥浆体的粘度,与钙离子螯合,提高了水泥浆体自身的内聚力。以KGM为原料,通过水热反应制备了负载营养元素(N、P、K)的魔芋葡甘聚糖生物炭(KGMB),探究了KGMB对植物生长混凝土的力学性能、碱度、孔隙率及植物生长性能的影响。研究结果表明,KGMB的加入可有效降低植物生长混凝土中孔溶液的碱度,且无强度损失。由于KGMB有效改善了植物生长混凝土成型时流动性,致使其孔隙率降低。此外,负载营养元素的KGMB可为黑麦草的生长提供了必要的营养元素,KGMB掺量越高(0-0.3 wt%),黑麦草的植物生长特性(株高、根长等)越好。

关键词： 水泥混凝土道面   道面板尺寸   轮载分布   早期温度应力   传力杆滑动性能  

摘要： 随着我国航空运输的快速发展,建设机场的需求快速提升,由于水泥混凝土道面具有良好的耐久性、成本低等特点,大多数新建跑道选用水泥混凝土道面。但目前我国大多数机场在道面远未达到设计使用寿命就发生了大量破坏,导致道面不满足安全运行要求,必须进行加铺沥青混凝土或大区域换板。因此如何提高水泥混凝土道面的耐久性、提升道面使用寿命是国家研究的重点项目。水泥混凝土道面发生破坏的位置主要在道面板边、板角处,产生破坏的主要原因是道面主要荷载的作用位置在道面的接缝附近,使得道面板受力不均,应力集中明显。扩大道面板尺寸能够使道面接缝避开轮载位置,改善道面板受力状态,提升道面耐久性。但大尺寸道面板对应其温度应力增大,不能够盲目增大道面板尺寸。为此本文对扩大道面板尺寸,控制道面板温度应力展开研究,分析道面板早期应力历史及残余应力,计算道面尺寸提升对道面损伤的影响,计算接缝传力杆滑动失效导致道面板温度应力增加,设计检测接缝传力杆滑动失效的方法,并进行现场试验。研究成果主要如下:1、用Abaqus计算水泥混凝土水化放热的早期道面温度场,建立了道面板模量随着龄期增强的成熟度模型,得出道面板养护28天的温度应力历史。并分别对不同地区不同季节气候条件下计算道面应力历史,得到不同季节施工对道面的不同残余应力。2、调查道面主要机型起落架位置,统计荷载作用位置与道面结构性破坏的影响关系,得到道面发生结构性破坏与主流机型起落架作用在接缝位置相关性高。3、针对道面荷载分布设计道面板尺寸,设计道面板平面尺寸与厚度的正交试验,计算得到30个不同尺寸的道面结构在温度应力和荷载应力下的年累计损伤。4、通过计算道面接缝传力杆滑动与不滑动情况道面所受温度应力的差别,得到道面接缝中传力杆滑动性能失效对道面板释放温度应力有较大影响。5、提出一种检测道面接缝传力杆滑动性的方法,通过理论分析和数值模拟,设计检测道面接缝连接状态是否异常的试验,经现场试验验证此方法的可行性和有效性。

关键词： 水工隧洞   混凝土结构   耐久性   全寿命周期  

摘要： 水工隧洞的建设是解决水资源时空分布不均的重要途径，为我国社会和经济的发展带来了巨大效益。与公路隧道不同，水工隧洞长期处于水环境中，在物理和化学组合作用下，隧洞混凝土结构的承载力和耐久性持续降低，结构功能逐渐无法满足设计要求，这极大地影响着隧洞的正常运营，甚至威胁到其运行安全。影响混凝土材料和结构性能劣化的因素十分复杂，要从根本上解决水工隧洞混凝土结构耐久性不足的问题，必须基于水工隧洞混凝土结构的劣化机理系统地开展研究。本文从设计、施工和运维全寿命的角度出发，开展水工隧洞混凝土结构耐久性研究，主要取得以下成果:　　(1)系统梳理了氯离子在混凝土中的传输模型，总结了考虑非均质、变边界和时变效应影响的经典扩散理论修正模型。　　(2)开发了混凝土随机多边形骨料及界面过渡区的生成与投放算法，得到了混凝土细观骨料随机模型，并通过在MATLAB中引入开源函数库DXFLib生成了可与数值模拟软件交互的.dxf文件;在COMSOL Multiphysics中对多组混凝土细观模型进行了氯离子扩散的数值模拟，以扩散时间1800天为例对粗骨料的含量与形态对氯离子扩散的影响进行了定量研究，结果表明粗骨料含量和曲折程度的增加阻碍了氯离子的扩散，降低了混凝土宏观的扩散系数。　　(3)从人员、材料、技术方法、机械设备和环境五个方面介绍了水工隧洞施工质量控制的影响因素及其存在的问题，进而构建了水工隧洞质量控制指标体系，利用G2法计算出各指标权重，针对性地提出了水工隧洞施工质量控制的改进措施。　　(4)提出了一套水工隧洞衬砌耐久性评价的新方法。首先通过梳理隧洞衬砌病害类型选择了科学的水工隧洞衬砌耐久性评价指标，进而构建了水工隧洞衬砌耐久性评价体系;考虑到耐久性指标间的相互影响，采用网络分析法ANP计算各指标权重，同时用多专家打分来降低其片面性和主观性;考虑到评价过程的随机性和模糊性，用云模型改造物元理论对水工隧洞衬砌耐久性等级进行评价;最后进行了实例应用，计算得到了某水工隧洞五个分段的耐久性等级分别为Ⅲ、Ⅱ、Ⅱ、Ⅱ和Ⅲ,并将其与相关文献中方法的评价结果进行对照，验证了该方法对水工隧洞衬砌耐久性评价具有良好的准确性。

关键词： 外加剂   水泥   适应性   改善措施  

摘要： 本文以混凝土外加剂和水泥适应性作为切入点，深入探讨外加剂与水泥材料适应效果的主要影响因素，梳理问题脉络，结合混凝土拌制期间存在的问题，针对性地提出外加剂与水泥适应性改善措施。旨在提高混凝土拌制质量，制备高质量的混凝土材料，发挥外加剂与水泥原材料作用，为实际的混凝土生产提供参考借鉴，保证混凝土整体质量。

关键词： 纤维   水泥稳定碎石   力学性能   抗裂性能   应力-应变曲线  

摘要： 半刚性基层沥青路面在我国应用广泛,其优势在于强度高、承载能力强,是适合我国道路交通现状的路面结构类型。但半刚性基层材料在受外部温度和湿度变化的影响时,易产生干缩和温缩应力,导致基层产生裂缝,裂缝在应力作用下逐渐发育,最终会反射至路面面层,导致路面结构破坏。反射裂缝问题一直制约着半刚性基层路面结构的发展应用。将纤维掺入水泥稳定碎石材料中,是一种有效改善半刚性基层开裂问题的措施。本论文提出在水泥稳定碎石材料中掺入自主研发的高韧性特种纤维,来提高水泥稳定碎石的抗裂性能。在改进分散工艺的基础上,通过系统的力学性能试验和收缩疲劳试验以及力学行为关系的研究,探究不同纤维掺量对水泥稳定碎石的力学性能、抗裂性能以及力学行为的影响规律。研究通过改进水泥稳定碎石制备工艺,解决了纤维在水泥稳定碎石中的分散问题,通过力学性能试验包括无侧限抗压强度试验、劈裂强度试验、单轴压缩模量试验以及弯拉强度试验得出纤维掺量对水泥稳定碎石力学性能影响规律,研究结果表明:将纤维与水泥以及部分细集料预先拌和,使纤维在水泥砂浆中预分散,再将水泥砂浆与集料进行拌和,这种方法可以有效的将纤维分散在水泥稳定碎石材料中。掺加纤维后水泥稳定碎石各力学指标均有提升,水泥稳定碎石的无侧限抗压强度、劈裂强度以及单轴压缩模量随纤维掺量增加均呈现先上升后下降的抛物线趋势,不同纤维掺量的水泥稳定碎石弯拉强度差距不大,1‰纤维掺量时,无侧限抗压强度、劈裂强度以及弯拉强度达到最大值,单轴压缩模量在2‰纤维掺量时达到最大,但与1‰相差不大。在力学性能研究的基础上,通过温缩试验、干缩试验以及疲劳试验,研究纤维对水泥稳定碎石收缩、疲劳等抗裂性能的影响,得到不同纤维掺量下水泥稳定碎石的收缩系数和疲劳方程。研究结果表明:掺加纤维后,水泥稳定碎石的温缩、干缩性能得到提升,1‰纤维掺量时,温缩系数和干缩系数分别降低14.1%和12.8%,纤维对水泥稳定碎石疲劳性能的改善主要是在低应力比的情况下,高应力比下,纤维提升疲劳性能的效果并不明显。同时采用应力-应变曲线对纤维水泥稳定碎石力学行为进行研究,对应力-应变曲线变化趋势以及水泥稳定碎石变形和破坏过程进行分析,得到纤维掺量对峰值应变、割线模量等指标的变化规律,并从能量消耗的角度讨论了纤维掺量对水泥稳定碎石破坏各阶段破坏应变能的影响。结果表明:掺加纤维后,水泥稳定碎石峰值应变增大,割线模量降低,同时纤维的掺入减缓了水泥稳定碎石在达到峰值应力后的应力衰减速度,使不同破坏阶段所消耗的能量增加,水泥稳定碎石可承受的变形量增大。

关键词： 课程思政   案例分析   教育实践   案例教学  

摘要： 通过深入挖掘工科核心专业课程的育人内涵和思政元素，总结出了全英文课程《材料耐久性》教学中的4个典型思政案例。这些案例分别从学榜样做榜样、工程师伦理道德、工匠精神、勇于创新等思政元素切入，结合专业课知识，旨在培养学生思维能力、科学精神和人文情怀，实现专业课程育人和育才的双重培养目标。教师通过引入有中南特色的案例、分析实际工程应用问题，将专业知识与课程思政元素有机融合，克服全英文教学中的语言障碍，将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体，落实立德树人的根本任务。