课程文献中心 更多>>

关键词： 土木工程  

ISBN: (纸本)9787564398828

摘要： 本书分为上、下两篇，共有15章。上篇主要介绍土木工程材料的基本组成、技术性能和质量要求、混合料的组成设计方法，并对实际工程中出现的事故和案例进行分析，从整体上反应当代土木工程材料的新成果、新技术；下篇为土木工程材料试验方法，围绕混凝土组成设计编写了原材料的试验检测方法和混凝土的综合性能试验方法。

关键词： 注浆材料   电解锰渣   钢渣   毒性浸出   外加剂   抗侵蚀性  

摘要： 盾构壁后注浆是盾构隧道工程中重要的一环。目前,盾构壁后注浆材料主要是以水泥基注浆材料为主,这存在消耗大量能源、资源等问题;而工业废渣的堆存会占用土地资源、污染环境、危害动植物。利用工业固废制备的盾构隧道壁后注浆材料不仅可以获得良好的性能,而且还能节约成本和保护环境。因此,本文以电解锰渣（EMR）和钢渣（SS）为主要研究对象,辅以矿渣（GGBS）增加钙源,碱激发制备电解锰渣/钢渣基盾构壁后注浆材料（ESGM）,通过室内试验对ESGM的多种特性系统地研究。本文主要研究内容和取得的研究成果如下: （1）电解锰渣/钢渣基注浆材料的配比设计研究。利用EMR与SS作为主要原料,以GGBS为辅助材料,以Na OH为碱激发剂,在固定掺30%GGBS的情况下制备ESGM;并探讨了不同EMR与SS配比、激发剂浓度、水灰比下ESGM的多种特性。EMR含量增加时,ESGM的浆液流动度、凝结时间均减小,SS的增加则相反;激发剂浓度的增大提高了浆液流动度、显著地缩短了凝结时间;EMR含量增加和激发剂浓度增大过程中,机械强度先增大后减小;EMR为40%、SS为30%、GGBS为30%、激发剂浓度为0.2、水灰比为0.5时为最优配合比;水化产物主要为钙钒石、C-（A）-S-H和N-A-S-H无定形凝胶。 （2）外加剂对电解锰渣/钢渣基注浆材料的影响研究。以ESGM配比设计研究为基础,探讨聚羧酸减水剂和无碱速凝剂的掺量对EMR含量为10%、30%和50%的ESGM影响。减水剂可以小幅度提高ESGM的流动度和凝结时间,在EMR含量高时较显著,但对强度有负面作用。速凝剂可以显著减小ESGM的流动度和凝结时间;在EMR为10%和30%时,速凝剂可以提高强度,其最佳掺量分别为6%和2%。 （3）电解锰渣/钢渣基注浆材料的抗侵蚀性研究。以ESGM配比设计研究为基础,研究在蒸馏水、Na2SO4溶液和Na Cl溶液侵蚀下,EMR含量为10%、20%、30%、40%和50%的ESGM强度稳定性和微观特性,评价其服役性能。EMR含量≤40%时,蒸馏水和Na2SO4溶液侵蚀提高了ESGM的强度,Na Cl溶液侵蚀对ESGM强度的劣化较小,ESGM具有较优的抗侵蚀性能;侵蚀试验表明,SS的存在有利于提高ESGM的抗侵蚀性。在侵蚀作用下试样强度提高与SS的缓慢持续水化有关。 （4）电解锰渣与钢渣的协同固化特征及电解锰渣/钢渣基注浆材料的环境安全性。通过XRD、FTIR、SEM-EDS和MIP手段分析ESGM的微观结构,探究了电解锰渣与钢渣的协同固化特征以及重金属的固化机制;通过毒性浸出试验,评价了ESGM的环境安全性。电解锰渣与钢渣的协同固化特征为EMR和SS中的胶凝相溶解释放OH—,与碱激发剂共同为浆液提供碱度,促进水化反应;EMR和SS的合理配比还有利于试样的体积稳定。毒性浸出表明,NH4+经过煅烧已被完全去除;ESGM对Mn2+的固化效率达到99.99%以上,重金属浸出浓度满足GB/T 14848-2017规定的IV级地下水标准,具有较好的环境安全性。Mn2+以H2Mn8O16·2.4H2O和Mn O2的形式得到有效固化,重金属固化机制主要为化学吸附和化学结合、离子置换、物理封装。

关键词： 盐腐蚀环境   复合改性   耐久性   腐蚀机理   寿命预测  

摘要： 服役于严苛环境的混凝土结构,性能退化显著,一方面会对结构安全造成严重威胁;另一方面,因耐久性不足的问题,每年损耗巨大,因此,提升混凝土材料的耐久性具有显著的工程意义和价值。盐腐蚀环境下混凝土材料劣化问题突出,大大缩短结构服役寿命。基于复合改性增强的方法,提出玄武岩纤维改性高耐久混凝土,以解决盐腐蚀环境下混凝土材料耐久性不足的问题。针对改性混凝土材料本文开展了硫酸钠溶液侵蚀试验,获得了表观腐蚀特征、吸水率、质量损失率、相对动弹性模量和抗压强度等宏观性能指标,并结合SEM电镜扫描、XRD物相分析和TG热重分析,获得了混凝土内部细观结构变化规律和水化产物、腐蚀产物量的变化,揭示了硫酸钠腐蚀环境下混凝土材料的腐蚀机理和劣化规律。在试验的基础上结合灰色理论模型,提出了玄武岩纤维改性混凝土的寿命预测模型。得到以下结论: （1）基于复合改性增强技术,通过复掺玄武岩纤维、矿物掺合料和抗渗剂进行混凝土抗硫酸盐腐蚀能力提升;改性后混凝土初始强度提高50%,吸水率降低30%,抗腐蚀能力明显提升。 （2）经过270d硫酸钠溶液腐蚀,普通混凝土腐蚀严重,表层产生膨胀裂缝,边缘破碎脱落,强度由48.83MPa降低至37.04MPa,退化率为25%;改性混凝土表观形貌较好,几乎没有腐蚀痕迹,强度由71.34MPa降低至70.2MPa,退化率仅为1.6%,抗腐蚀能力提高30%。 （3）SEM电镜扫描显示,在侵蚀后期,普通混凝土内部孔洞增大,腐蚀深度加深,有大量钙矾石生成;改性混凝土腐蚀较轻,整体结构相对密实,吸水率保持了较低水平,比普通混凝土降低了36.5%;质量损失率仅为-0.04%。XRD物相分析与TG热重分析显示,普通混凝土的腐蚀产物主要是钙矾石（Aft）和二水石膏（Ca SO4·2H2O）,改性混凝土水化更充分,内部产生大量C-S-H凝胶和Ca（OH）2,是普通混凝土的2.5倍,显著改善了材料的受力性能,抗腐蚀性能大幅度提升。 （4）抗腐蚀机理分析:玄武岩纤维与活性矿物掺合料,主要起到填充孔隙作用;甲基硅酸钠可生成不溶性的网状树脂保护薄膜,阻隔离子渗透;无机铝盐生成膨胀性复盐晶体,填充内部孔隙。 （5）基于熵权法,结合质量、抗压强度、动弹性模量等指标建立了混凝土耐久性综合评价指标D,分析了混凝土的耐久性能,改性混凝土的耐久性较普通混凝土提高了25%。利用灰色理论并建立了混凝土的寿命预测模型。

关键词： 无机涂料   免蒸压加气混凝土   物理性能   力学性能   微观性能  

摘要： 钢筋混凝土结构耐久性损伤的主要原因是内部钢筋的锈蚀,钢筋表面涂覆防护涂层被认为是现有保护措施中效果最佳、最经济的保护手段。此外,加气混凝土的多孔特点导致其内部钢筋更易遭受侵蚀性介质的破坏,然而目前广泛应用于加气混凝土内部钢筋的多为环氧类有机涂层,其易老化开裂,且与混凝土相容性差的问题难以解决。为此,本文提出硅酸盐基无机防腐涂料替代有机涂层,其对加气混凝土板材中的钢筋进行有效保护的同时,还解决了涂层易老化开裂的问题。另外,对于硅酸盐基无机防腐涂料与混凝土的相容性问题,本文研究了两种不同的硅酸盐基无机防腐涂料应用于硫铝酸盐水泥基免蒸压加气混凝土内部钢筋表面,并对涂层钢筋-免蒸压加气混凝土界面的力学性能及混凝土耐久性能进行研究。主要研究结果如下: （1）制备出符合B06、A3.5等级的硫铝酸盐水泥基免蒸压加气混凝土的最佳配合比是:水灰比为0.55,碱含量为2.90%,聚羧酸高效减水剂为0.24%,硼砂为0.32%,硬脂酸钙为0.36%,铝粉为0.40%。该免蒸压加气混凝土的干密度为620kg/m3,孔隙率为52.44%,平均孔径为95.65μm,吸水率为70.4%,以及抗压强度为3.71 MPa。此外,其物相物成分主要以钙矾石、铝胶、无水硫铝酸钙、单硫型硫铝酸钙、无水芒硝、波特兰石和石膏为主。铝粉和硬脂酸钙的掺入没有改变免蒸压加气混凝土的矿物组成。 （2）在相同拉拔速度下,铝/锌粉涂层钢筋与免蒸压加气混凝土的握裹力随涂层厚度的增长皆呈现出先增加后降低的趋势。当铝粉和锌粉涂层厚度均为300-400μm之间时,涂层钢筋与硫铝酸盐水泥基免蒸压加气混凝土之间的握裹力分别达到2.00和1.54 MPa。 （3）铝/锌粉涂层钢筋-免蒸压加气混凝土在Cl–侵蚀环境下的平均粘结强度分别为1.12和0.97 MPa,在SO42–侵蚀环境下的平均粘结强度分别为0.63和0.63 MPa,在50次冻融循环后的平均粘结强度分别为0.74和0.68 MPa。在不同侵蚀环境下涂层钢筋与免蒸压加气混凝土的界面握裹力均高于裸钢筋-免蒸压加气混凝土。涂层与免蒸压加气混凝土的界面处生成有利于界面粘结性的凝胶态硅酸盐,而耐久性损伤后不同涂层钢筋与免蒸压加气混凝土界面处凝胶被不断消耗,生成的钙矾石导致界面处产生裂缝。 （4）相比于空白对照组,在Cl–和SO42–侵蚀35 d以及50次冻融循环条件下,铝粉涂层-免蒸压加气混凝土试样的质量损失率和相对动弹性模量损失分别降低了29.8%和5.4%,39.7%和3.0%,18.4%和19.0%;锌粉涂层-免蒸压加气混凝土试样的质量损失率和相对动弹性模量损失分别降低了42.8%和1.3%,16.1%和26.3%,12.4%和10.9%。此外,各侵蚀环境下,免蒸压加气混凝土基体的钙矾石峰均不同程度的高于室内养护的试样;铝粉涂层物相组成中铝粉和硅酸铝的特征峰均不同程度的高于室内养护的试样,并有新的物相拜尔石生成,而锌粉涂层没有新物相生成。

关键词： 水工沥青混凝土   温拌剂   耐久性   长期浸水试验   时温等效原理  

摘要： 水工沥青混凝土作为水利工程中广泛应用的材料之一,温拌技术能够显著降低沥青混凝土的生产和施工温度,具有降低沥青烟气排放,减少沥青老化等优势,能解决沥青混凝土生产和施工过程中能耗高等问题,是实现沥青材料绿色应用的重要途径。为分析温拌剂能否应用于水利工程,因此开展温拌剂对沥青性能的影响及温拌沥青混凝土耐久性研究。根据试验研究,本文得到结果如下: (1)温拌剂对沥青性能影响研究 以两种基质沥青为试验对象,添加选定的表面活性剂型温拌剂,进行温拌沥青三大指标检测及温拌沥青老化试验,综合分析温拌剂的掺入对沥青物理性能与老化性能的影响。温拌剂提高两种沥青的软化点与针入度,在低掺量下温拌剂对沥青延度影响较小;老化试验后,温拌沥青的质量损失率均为负值,随温拌剂掺量的增加温拌沥青的针入度比先增大后减小,温拌剂对沥青延度影响较小,温拌沥青软化点升高值增加。 (2)温拌沥青混凝土长期浸水试验与耐久性研究 温拌沥青混凝土长期浸水试验设置不同浸水温度与浸水时长,并采用抗压强度、劈裂强度计算不同浸水时长下的水稳定系数,分析温拌沥青混凝土的长期水稳定性。试验结果表明,长期浸水对温拌沥青混凝土的抗压强度影响较小,对劈裂强度影响较大。基于时温等效原理与长期浸水试验结果,通过浸水时长与浸水温度的转换,得到温拌沥青混凝土抗压强度水稳定系数与劈裂强度水稳定系数和浸水时长对数关系的主曲线及不同浸水温度下的位移因子,结合Boltzmann函数模型建立温拌沥青混凝土抗压强度水稳定系数耐久性模型与劈裂强度水稳定系数耐久性模型,并对所建耐久性模型进行评价。 (3)基于熵权法对温拌沥青混凝土综合耐久性分析 采用熵权法分析研究温拌沥青混凝土抗压强度、压缩应变能、劈裂强度所包含的内在信息,计算其指标权重,建立耐久性综合评价指标“耐久性值(D)”。耐久性值(D)可以反应多个指标所包含的信息,避免单一指标评价的缺点。通过D值反映浸水温度与浸水时长对温拌沥青混凝土综合耐久性影响。

关键词： 机制砂混凝土   机器学习   氯离子扩散   碳化深度   SHAP分析   配合比优化设计  

摘要： 随着混凝土用量增加,天然砂的储量逐渐减少,采用机制砂代替天然砂进行混凝土的制备势在必行。而对于机制砂替代天然砂制备的混凝土耐久性缺乏相应的系统性研究。并且随着社会的发展,对混凝土自身性能的要求越来越高,这导致混凝土自身材料组成变得更加复杂,现有的性能预测方法和配合比设计公式并不适用复杂化的混凝土设计需求。机器学习在数据挖掘、非线性分析、预测和优化方面具有较强的能力,可以同时拟合得到多个输入与输出之间的非线性关系。因此,本研究选择利用机器学习方法来得到机制砂混凝土性能和成分之间的非线性关系,并在此基础上实现机制砂混凝土的配合比优化设计。主要研究内容如下: （1）利用极端梯度提升树（XGBoost）、随机森林（RF）、BP神经网络（BPNN）和支持向量回归（SVR）四种机器学习方法构建了机制砂混凝土氯离子扩散系数的预测模型。以机制砂混凝土自身材料组成和环境因素作为模型输入变量,以氯离子扩散系数作为模型的输出变量。并利用SHAP分析方法将原有的8输入变量降低为4输入变量,提高了模型的预测效果。此外,利用评价指标分析模型发现,XGBoost模型和BPNN模型的预测精度和泛化能力高于其他预测模型。 （2）利用BPNN、XGBoost、RF和SVR四种机器学习模型构建了机制砂混凝土碳化深度的预测模型,以碳化时间、CO2浓度、粉煤灰掺量、水泥用量、温度、相对湿度和水胶比作为模型的输入变量,以碳化深度为模型的输出变量。通过四种模型之间的对比分析,发现XGBosot模型在此数据集下表现的预测效果最好。此外,利用SHAP分析的方式得到不同变量的重要性排序及影响碳化深度的机理。 （3）利用NSGA-Ⅱ多目标优化算法建立机制砂混凝土配合比多目标优化模型。该模型的适应度函数采用氯离子扩散系数、碳化深度和混凝土材料成本三个因素,并通过设置相应的目标约束条件对机制砂混凝土的配合比进行了优化设计。试验结果表明,该多目标优化模型能够在保证氯离子扩散系数和碳化深度满足要求的基础上,有效降低混凝土的材料成本。 研究机制砂混凝土的耐久性能和影响因素之间的非线性关系对改善机制砂混凝土的耐久性非常重要。本文基于试验与机器学习方法结合的方式提出的机制砂混凝土耐久性模型,可为机制砂混凝土耐久性研究及配合比优化设计提供一种新方法,为完善机制砂混凝土的性能提供试验参考。

关键词： 混凝土外加剂   Cl-   电位滴定法   离子色谱法  

摘要： 该文介绍了手工滴定法、自动电位滴定法和离子色谱法测定混凝土外加剂中的Cl-含量的优缺点，能帮助实验室人员根据自身的试验条件选择合适的测定方法，以保证测定结果的准确性。