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关键词： 盐碱地环境   混凝土桥梁   氯离子侵蚀   结构耐久性   寿命预测  

摘要： 对于长期服役于盐碱环境中的混凝土结构而言,这类环境自然条件恶劣,混凝土结构的耐久性面临严峻的挑战。在这种环境下,混凝土结构的安全性与可靠性受到严重影响,同时也导致了结构维护和修复成本的增加。在盐碱环境耐久性的影响因素中,环境中的氯离子对混凝土的侵蚀作用尤为显著。这种侵蚀作用会导致混凝土中钢筋的脱钝和锈蚀,而锈蚀产物进一步导致保护层的开裂与脱落。鉴于此,深入研究盐碱地环境下氯离子对混凝土结构侵蚀机理及其扩散规律,对于提升混凝土结构的耐久性及延长其使用寿命具有重要的实践意义。 本文以西部典型盐碱地环境为背景,采用实地调研、试验研究及数值模拟相结合的方法,对盐碱地环境下混凝土结构耐久性问题进行研究分析,并对铁路桥梁中常见跨径的混凝土箱梁耐久性寿命进行预测。主要研究内容如下: (1)盐碱环境桥梁病害实地调研 甘肃靖远典型盐碱桥梁腐蚀环境和劣化状况进行实地调研。分析了当地气候条件、土壤盐碱化形成原因,并对土壤中氯离子含量进行了测定。对多座铁路桥梁的病害问题进行记录,分析了病害形成原因。结果表明,气候、地形和人为灌溉等因素导致土壤盐分积累,基于《铁路混凝土结构耐久性设计规范》,将该地区的环境划分为L3级(非常严重)。该环境严重影响了桥梁结构的耐久。 (2)多维氯离子侵蚀试验研究 通过不同水灰比、侵蚀时间下混凝土多维氯离子侵蚀试验,研究了水灰比及侵蚀维度对氯离子扩散的影响。结果表明,混凝土中氯离子含量与水灰比和时间成正相关,且随浸泡时间和水灰比的增加而增大。侵蚀维度是影响氯离子扩散的重要因素,在相同条件下,受三维侵蚀的混凝土内氯离子含量显著高于受一维侵蚀的混凝土。表明在实际工程应用中必须充分考虑侵蚀维度对结构耐久性的影响。 (3)多因素耦合下氯离子扩散修正模型 依据Fick第二定律,建立了考虑混凝土材料特性及环境影响因素的氯离子扩散修正模型。该模型综合考虑了水灰比、氯离子结合能力、混凝土劣化、温度、湿度、时间效应以及荷载影响等多个因素对氯离子扩散的影响。将模型计算结果与试验数据进行对比分析,验证了模型的准确性和适用性。结果表明,该模型能够有效地模拟氯离子在混凝土中的扩散行为,并准确反映出各种因素对氯离子扩散的综合影响。 (4)盐碱环境中铁路箱梁的耐久性寿命分析 确定了钢筋混凝土结构耐久性寿命的评估标准,分析了盐碱环境对钢筋混凝土结构耐久性寿命的影响因素。以24m和32m跨径的铁路箱梁为研究对象,运用COMSOL有限元模型分别计算了不受荷载和受荷载情况的箱梁耐久性寿命;随后又利用随机概率法对箱梁耐久性寿命进行预测。结果表明,随机概率法相较于确定方法,预测的结构耐久性寿命结果更为保守,评估结果更为安全。处于盐碱环境中的铁路箱梁桥,需要采取加强耐久性的措施,以保障其耐久性寿命达到设计要求年限。

关键词： 轻质纤维泡沫混凝土   外加剂   玻璃纤维   导热系数   微观分析  

摘要： 中国建筑建设体量巨大且消耗大量能源,建筑材料技术创新可以实现更高效地节约资源。泡沫混凝土是一种具有低密度、导热性能低及耐火性能好的轻质多孔材料,常应用于保温墙板之中,不仅可以减轻房屋重量,节省建材,而且可以减少冬天的热损失以及夏天的热渗透,达到节能减排的目的。然而,在使用和研究轻质泡沫混凝土的过程中,其强度低,孔隙率大,难成型等问题仍难以解决。论文对轻质泡沫混凝土性能改善进行研究,主要研究内容及结论如下: 1.研究泡沫混凝土三种外加剂最佳配合比。通过正交试验,探讨了外加剂（减水剂、防水剂、速凝剂）的添加量对泡沫混凝土性能（密度、热导率、抗压强度、吸水率）的影响。并得出了各外加剂的最优掺量（均按胶凝材料质量占比）,即减水剂0.2 wt%,防水剂0.5 wt%,速凝剂3 wt%。掺入外加剂后,所制得的试块干密度、抗压强度、吸水率和导热系数性能得到了不同程度的提升,分别提升了3.50%、42.62%、18.18%和28.89%。 2.研究泡沫混凝土三种纤维的掺量及最佳种类。根据对三种短切纤维的单掺试验研究后,确定了理想的纤维掺入比例。结果表明,加入玻璃纤维后,泡沫混凝土的各项性能可达最优。研究采用单一变量法研究三种短切纤维（玻璃纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维）对泡沫混凝土的性能影响。结果表明,掺入玻璃纤维的泡沫混凝土相较于普通轻质泡沫混凝土,干密度和导热系数获得了近一步的提升,抗压强度与吸水率也得到了大幅强化,分别改善了119.67%和70.71%,具体各项性能指标为:密度为455.8 kg/m3,热导率为0.063 W/（m·K）,抗压强度为1.34 MPa,吸水率为5.8%,各项性能指标均远超普通轻质泡沫混凝土,符合规范要求。 3.研究轻质纤维泡沫混凝土微观形貌。利用扫描电子显微镜观察了泡沫混凝土样本的微观形态,初步了解了其内部气孔的形貌特征、表面状况和整体密实度情况。通过Image-Pro Plus工具,深入研究了轻质纤维泡沫混凝土的孔洞分布和孔径大小,发现掺入外加剂和玻璃纤维的轻质纤维泡沫混凝土具有更小的孔径和更均匀的分布。

关键词： 碱激发矿渣   生物型外加剂   自收缩   力学性能   性能调控  

摘要： 碱激发矿渣胶凝材料（AASM）因其优异的力学性能、抗酸碱侵蚀性以及无熟料和绿色环保等特点,被视为一种替代普通硅酸盐水泥（OPC）的低碳绿色建筑材料。然而,由于该材料凝结固化较快、可操作性等问题,显著增加AASM的使用难度。此外,AASM因其较大的自收缩,使结构开裂风险提高,同时使耐久性劣化,严重影响其在实际工程中的应用。因此,如何有效调控AASM的材料性能成为其设计与性能控制的一个关键难题。 为解决该问题,采用维生素B3、维生素B6、维生素C、天冬氨酸作为AASM的性能调控剂,利用其具有离子络合、颗粒吸附等功能,调控AASM的工作性能与自收缩性能。为此,本文从AASM的孔隙溶液变化、水化特性、收缩特性分析以及微观结构变化等角度,分析并揭示此类绿色生物型外加剂在调控AASM性能中的作用特性与机制。主要研究工作和结果如下: （1）通过研究水溶性维生素对AASM凝结时间、自收缩、抗压强度等的影响。试验结果表明,加入绿色生物型外加剂能够延长AASM的初凝时间与终凝时间。此外,维生素还有助于改善AASM的孔隙结构,使其微观结构更加致密,从而提高AASM的抗压强度。更重要的是,维生素的加入有效地降低AASM的自收缩。 （2）为进一步探究维生素对AASM减缩机理,选取减缩效果最优组（维生素C）进行研究。研究不同掺量下维生素C对自收缩的影响,并提出机理。研究结果表明,维生素C的掺入会使AASM浆体化学收缩的降低以及毛细孔孔体积的降低。同时,降低自由水的消耗,延缓内部湿度的降低,这使AASM早期的自收缩得到缓解。当水化继续进行,维生素C通过对Ca2+的络合,使得浆体的微观结构密实,进而促进的AASM弹性模量的增强,增强AASM的抵抗变形能力。 （3）进一步采用与维生素具有相似酚羟基分子结构的天冬氨酸作为外加剂,研究天冬氨酸对碱-矿渣胶凝材料特性的影响。研究结果显示,加入天冬氨酸能有效提高AASM的凝结时间和扩展度。水化动力学分析表明,天冬氨酸会延缓矿渣的溶解,延长水化诱导期。但水化后期时,矿渣的水化程度会增加。天冬氨酸还有助于改善AASM的孔隙结构,使其微观结构更加致密,从而提高AASM的抗压强度。此外,天冬氨酸与维生素一样对AASM的收缩有缓解作用。 图[47]表[5]参[143]

关键词： 瓦斯防治   封孔材料   早强剂   花生壳灰  

摘要： 在煤炭开采过程中,瓦斯事故频繁发生,对煤矿的安全和经济造成了严重危害。瓦斯抽采可以有效防治瓦斯事故的发生,封孔材料的质量会影响瓦斯抽采的效果。水泥基封孔材料是常用的封孔材料,具有来源广泛、操作简易等特点。然而,水泥基封孔材料也存在一些问题,如早期抗压强度发展缓慢、易收缩导致漏气等。针对这些问题,通过添加外加剂对水泥基封孔材料进行改性,在减少水泥收缩的同时提高抗压强度,使之可以更好的满足实际工程需要。主要的研究内容如下: 1)论文采用正交试验的方法设计了三因素三水平实验,选用花生壳灰、三乙醇胺和纳米碳酸钙三元复配对水泥进行改性,通过抗压强度、流动度、XRD、扫描电镜、热重等测试和表征,研究三元复配对水泥性能的影响。结果表明,不同配比的9组实验均能提高水泥的早期抗压强度,其中2%花生壳灰+0.04%三乙醇胺+1.25%纳米碳酸钙时,水泥的早强性能最优,在1d、3d和7d时,抗压强度分别为13.971MPa、26.698MPa、41.906MPa,与空白组相比,抗压强度分别提高了91.44%、38.20%、49.45%。三元复配可以促进水泥的水化反应,生成更多C-S-H凝胶,提高早期强度。 2)以膨胀剂为芯材,分别以乙基纤维素、聚乙烯醇为壁材,通过溶剂蒸发法制备微胶囊膨胀剂。通过抗压强度、膨胀性能、流动度等测试,发现单掺时,两种微胶囊都提高了水泥的膨胀率,并且在掺量为0.2%时性能较优。乙基纤维素微胶囊的掺量为0.2%时,水泥1d、3d、7d抗压强度分别为5.233MPa、13.873MPa、24.318MPa,与空白组相比,抗压强度降低了28.30%、27.51%、13.28%;而聚乙烯醇微胶囊在1d、3d、7d时抗压强度分别为3.429MPa、11.935MPa、20.441MPa,抗压强度降低了53.01%、37.64%、27.10%。同时,相同掺量时,与聚乙烯醇微胶囊相比,乙基纤维素微胶囊的流动度较优。综合考虑水泥的抗压强度、流动度等性能,选择乙基纤维素微胶囊作为外加剂。 3)在水泥养护条件不变的情况下,将微胶囊与三元早强剂进行复配并掺入水泥中,通过抗压强度、流动度、XRD、扫描电镜、热重等测试和表征,研究其对水泥性能的影响。结果表明,空白组随着水化的进行,水泥在不断收缩,而复配组的膨胀率为3.95%,在提高膨胀性能的同时拥有较好的早期强度。其在1d、3d与7d时抗压强度分别为11.808MPa、24.049MPa、31.878MPa,与空白组相比,提高了61.80%、25.66%、13.68%。 图[50]表[9]参[126]

关键词： “土木工程材料”课程   线上线下混合式   教学改革  

摘要： “土木工程材料”课程内容覆盖面广、基础性强，是“土木工程施工”“工程计量与计价”等一系列专业课程的重点课程。应用线上线下混合式教学模式进行“土木工程材料”课程教学，可以促使学生在思考中学习、在学习中思考，进而有效激发学生的学习兴趣，增强学生的学习效果。基于此，本文综述了线上线下混合式教学模式研究，概述了“土木工程材料”课程的教学现状，分析了“土木工程材料”课程线上线下混合式教学模式的实施路径和效果，旨在为高校开展“土木工程材料”课程教学改革实践提供有益借鉴。

关键词： 土木工程   新型材料   混凝土   应用措施  

摘要： 近年来，随着建筑领域的技术水平不断发展，新型土木工程材料在各个领域有着广泛的应用，传统建筑材料局限性导致人们需要更持续与经济效益更高的替代材料来满足土木工程的施工需求。本文对新型土木工程材料进行了分析，探讨了高性能混凝土、新型钢材以及复合材料的特点，分析了在实际应用领域新型土木工程材料应用策略，旨在为提升土木工程施工质量以及新型材料的应用效率提供建设性意见。

关键词： 冻结井壁   混凝土   硫酸盐侵蚀   冻融循环   三轴抗渗   耐久性  

摘要： 随着我国煤炭开发重心西移,西部地区将要建设更多的煤矿深立井井筒。这些深立井将要穿越深厚的富水白垩、侏罗系地层,需采用冻结法凿井。由井筒检查孔资料可知,该地区一些井筒穿过地层水的矿化度高,如位于鄂尔多斯市的陶忽图煤矿侏罗系安定组含水层水中SO42-含量达到4603.43mg/l-4888.01 mg/l,对井壁混凝土有强腐蚀性,严重影响井壁结构的耐久性。为此,本文开展了西部地区高矿化度含水地层冻结井壁高性能混凝土配制及其耐久性研究。 论文以陶忽图煤矿副立井冻结井筒为工程背景,基于高矿化度地下水中主要成分硫酸盐为侵蚀介质,在常规冻结井壁C70混凝土配合比基础上进行配合比优化研究。并采用正交试验方法,研究冻结井壁混凝土在两种不同侵蚀工况下相关耐久性能指标的变化规律,分析不同配合比方案对井壁混凝土耐久性能的影响,最终获得适合西部地区高矿化度含水地层冻结井壁使用的高性能混凝土。主要研究工作与成果如下: （1）在硫酸盐长期浸泡侵蚀试验中,矿物掺合料的添加显著提升了混凝土的各项耐久性能。掺入15%的S140矿渣粉在此工况下最大程度地增强了混凝土的耐久性能。硅粉掺量在6%时对耐久性提升较为有效。矿渣粉的掺量和品种是耐久性能提升的主要影响因素,硅粉掺量的影响相对次要。此外,内掺混凝土防腐剂在一定程度上增强了混凝土的耐久性能,但效果相较于掺加矿物掺合料的差距较大。 （2）在硫酸盐侵蚀-冻融循环试验中,正交试验各因素对混凝土耐久性能影响因素主次顺序依次为矿渣粉品种、矿渣粉掺量、硅粉掺量。掺入15%的S140矿渣粉能显著减少混凝土质量损失并提升动弹性模量。6%硅粉掺量在此试验工况下对耐久性能提升效果较好。基准组混凝土和内掺混凝土防腐剂混凝土的质量变化率和相对动弹性模量在试验前期变化趋势基本一致,而在试验结束时后者在两项指标的表现均略优于前者,体现出混凝土防腐剂对于提升混凝土在硫酸盐侵蚀-冻融循环工况下的耐久性能具有一定积极作用。 （3）在设计荷载作用下,随着围压的施加,混凝土的渗透率呈现出下降趋势。在围压加载的初期,渗透率下降速度最快;在围压加载中期,渗透率下降速度减缓;在围压加载后期,渗透率下降速度趋于平稳。掺加矿物掺合料的混凝土在各级围压下的渗透率均低于基准组,说明矿物掺合料的添加显著提升了混凝土的抗渗透能力。 （4）随着养护龄期的增长,混凝土的电通量显著减小。以基准组混凝土为例,养护56d的混凝土相较于养护28d的混凝土,电通量降低了27%。掺加矿物掺合料的混凝土电通量相较于基准组混凝土也有明显降低,其中28d电通量降低了9%,56d电通量降低了12%。说明矿物掺合料的添加显著提升了混凝土的抗氯离子渗透能力。 （5）混凝土的核磁共振T2谱指示了小孔、中孔和大孔三种孔隙类型。矿物掺合料的添加使得混凝土中、小孔隙数量显著减少,降幅超过30%。在冻结井壁高性能混凝土中,无害孔为主要孔隙类型,伴有少量少害孔和多害孔。添加矿物掺合料后使无害孔比例减少了20.87%,少害孔减少了4.03%,说明添加矿物掺合料使得混凝土具有更优的初始孔隙结构,从而也带来了更高的耐久性能。 （6）获得西部地区高矿化度含水地层冻结井壁高性能混凝土优化配合比为水泥:粉煤灰:S140矿渣粉:硅粉:NF减水剂:砂子:石子:水=378:54:81:27:7.56:632.4:1124.24:145.8;该配合比混凝土相较于基准组混凝土:28d抗压强度提高9.1%;硫酸盐侵蚀180d抗压强度提高12.2%（抗压耐蚀系数提高3.1%）、动弹性模量提升10%（相对动弹性模量提升6.41%）、侵蚀全程质量未发生损失;盐蚀-冻融循环100次后质量损失减小1.08%、动弹性模量提升13.5%（相对动弹性模量提升5.74%）;各级围压作用下渗透率均显著降低,降幅在39%至48%之间;经过28d养护后电通量降低9%,经过56d养护后电通量降低12%;孔隙率降低34.2%、小孔隙数量减少37.4%。试验研究表明,该配合比混凝土相关性能符合高矿化度含水地层冻结井壁C70高性能混凝土的性能指标要求。 图[43]表[37]参[96]

关键词： 土木工程   混凝土材料   耐久性   施工  

摘要： 随着城市化进程的加速和基础设施建设的不断推进，市场对于混凝土结构的耐久性要求也越来越高。混凝土作为土木工程中主要的结构材料，其性能的稳定性和耐久性直接关系到工程结构的使用寿命、安全性和经济性。本文旨在深入探讨土木工程施工中混凝土材料的耐久性影响因素，并提出一系列有效的提升策略，通过案例分析和实验研究为混凝土材料的耐久性提升提供科学的理论支持和实践经验，为土木工程中混凝土施工实践提供参考和指导。