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关键词： 煤矸石   嗣后充填   外场   外加剂   流变特性  

摘要： 煤矸石大量堆存不仅占用土地资源,还带来生态破坏和地质灾害等诸多问题。井下充填能够绿色且大规模处置煤矸石,但贵州多数煤矿在开采过程中需要顶板垮落充分卸压和释放瓦斯,常规的膏体胶结充填法实施困难。煤矸石嗣后浆体充填技术因其充填料浆的非胶结特点,不仅可以满足贵州复杂地质条件下瓦斯治理要求,还可充分利用井下采空区资源,大宗消纳煤矸石。开展煤矸石嗣后充填浆体流变特性及调控研究,为该技术的应用提供支撑。 论文以贵州某高瓦斯煤矿为背景,选取该矿采矸为骨料,辅以粉煤灰制备料浆,引入外场及外加剂对料浆的流变特性进行优化,并采用相似模拟试验验证料浆的充填效果,最后探究外场及外加剂对料浆流变特性的影响规律和机理,获得以下结果和认识: (1)确定了煤矸石料浆较优的组分配比。通过正交试验和单因素试验得到:当粉煤灰占比为10%,骨料级配中-1 mm颗粒占80.34%;1-3 mm颗粒占12.95%;3-5 mm颗粒占6.71%,料浆质量浓度为70%时,料浆的坍落扩展度为57.00 cm,塑性粘度为0.164 Pa·s,屈服应力为38.507 Pa,泌水率为4.00%,离析率为17.72%。此时料浆具备一定的流动性和稳定性。 (2)探究了外场及外加剂对煤矸石料浆性能的影响规律。通过单因素试验和响应面试验得到较优条件为:微波功率为778.40 W,磁感应强度为1.31 T,聚羧酸添加量为0.03%,使料浆在稳定性不降低的同时坍落扩展度增加6.25 cm,塑性粘度降低38.41%,流动性有较大提升。以此条件配置料浆,并采用相似试验模拟其在管道内和采空区垮落带的流动过程,表明煤矸石料浆在管道内顺利流动且能充分扩散至垮落带岩石空隙中,充填效果较好。 (3)探索了外场及外加剂对煤矸石料浆性能的影响机理。微波作用通过改变煤矸石的矿物组成、粒级组成以及微观形貌,进而改变矸石比表面积和料浆自由水含量,使料浆流动性及稳定性相应改变。磁化水会降低煤矸石颗粒的表面电位,增强水分子的渗透和扩散能力,使料浆流动性增强。适量添加聚羧酸,可在煤矸石表面形成溶剂化水膜,使表面电位降低,润湿性增强,提高料浆流动性。

关键词： 钢筋锈蚀   耐久性   声发射技术   损伤分析   模型预测  

摘要： 我国现由交通大国转型为交通强国,可持续交通发展进入了新阶段。桥梁作为交通线的“咽喉”,其平稳运行是经济稳定快速发展的重要组成部分。季冻区公路混凝土桥梁耐久性影响因素复杂多变,致使其耐久性评价指标演变规律难以全面掌控,明晰评价指标的演变规律是桥梁耐久性准确预测的基础。此外,多因素耦合下演变规律不明导致其性能退化预测精度不高,严重制约着季冻区钢筋混凝土桥梁耐久性维养现状。鉴于此,文章依托“季冻区公路混凝土桥梁耐久性演化预测与提升技术研究”项目,由(钢筋、混凝土)单一材料-钢筋混凝土构件层面展开,借助电化学技术、室内力学试验及微观试验与预测分析等方法,通过探究季冻区复杂因素(冻融破坏、有害离子侵蚀、温度状况等)动态耦合作用下材料性能,明确混凝土材料退化规律以及钢筋锈蚀劣化规律,揭示钢筋混凝土性能劣化微观机理,并建立材料力学性能回归预测模型,为季冻区混凝土桥梁耐久性评价奠定基础,具有较强的现实意义。研究内容如下: (1)研究选用工程常用的HRB400钢筋作为研究对象,基于腐蚀电化学技术(开路电位、电化学阻抗谱和动电位极化曲线),研究钢筋钝化及脱钝锈蚀过程中各电化学参数,量化分析其变化规律。结果表明,电化学参数可以很好的表征钢筋表面钝化膜的状态。在模拟混凝土环境下养生5 d,HRB400钢筋可形成稳定致密的钝化膜;在模拟混凝土环境下,钢筋表面钝化膜开始破坏的临界氯离子浓度为0.06 mol/L。 (2)对于混凝土材料,选用氯离子侵蚀和冻融循环作为季冻区典型的不利因素,进行单因素与耦合作用下的耐久性研究。通过力学压缩试验、质量损失试验和超声无损检测技术对混凝土在冻融-氯离子侵蚀后损伤特性进行分析,并利用声发射技术参数(能量、振铃)表征混凝土力学损伤破坏过程。结果表明,冻融循环是影响混凝土性能的主要影响因素,当冻融循环达到150次时,混凝土强度损失率达到28.57%。 (3)对于钢筋与混凝土之间的粘结性能,考虑锈蚀与冻融循环作为环境影响因素,通过中心拉拔试验研究其粘结性能。同时,运用声发射技术,对钢筋与混凝土之间的粘结破坏过程进行表征,并利用RA-AF值分析确定在冻融循环与钢筋锈蚀效应下钢筋混凝土粘结破坏模式。结果表明,冻融循环及钢筋锈蚀均会较大的降低粘结性能,并且粘结破坏过程中主要发生拉伸破坏,并伴随剪切破坏。 (4)通过特征值回归预测模型与长短时神经网络预测模型对冻融-氯离子侵蚀下混凝土强度与冻融-锈蚀效应下钢筋混凝土粘结强度退化进行预测。结果表明,长短时神经网络模型具有更高的预测精度和数据泛化能力,特征值回归预测模型可以通过特征工程提取有效特征。

关键词： 绿色混凝土   耐久性   废弃混凝土   循环利用  

摘要： 绿色混凝土作为一种环保建筑材料，其性能研究对于推动可持续建筑的发展具有重要意义。本文系统探讨了绿色混凝土的理论基础和技术应用，深入研究了其耐久性特性，同时关注废弃混凝土的二次加工与绿色混凝土的循环利用，旨在实现资源的有效利用与环境保护的双重目标。本文从绿色混凝土的背景和意义出发，探讨了废弃混凝土再利用的可能性以及再生骨料在绿色混凝土中的性能表现。通过对再生骨料的微观结构进行分析，提出了废弃混凝土循环利用的可行性，为节约资源和保护环境提供了新思路。综上，本文通过综合分析提出了绿色混凝土的性能优化路径和废弃混凝土的再利用策略，为绿色混凝土的发展提供了理论依据。

关键词： 风沙环境   分区   离子浓度   试验研究   服役寿命  

摘要： 我国西北地区风能资源丰富、土地沙化集中且范围广、空气不稳定等因素,使得其成为我国沙尘天气的高发区。处于风沙环境下的大气颗粒物携带着复杂的化学物质,通过风沙远距离传输后沉降,且在不同区域物质分布体现出一定的差异性。这些化学物质通过渗透及腐蚀作用对建筑结构耐久寿命产生影响。因此,研究风沙环境下影响混凝土耐久性的物质分布及其对箱梁耐久性的影响具有重要工程意义。 针对西北风沙环境对箱梁桥侵蚀作用的影响,首先以甘肃省为调研地区,通过定量分析甘肃沙土化面积分布并进行区域风速统计。同时统计了各地区不同沙尘天气年平均日数,利用聚类分析对甘肃风沙区进行分级。随后利用分区后典型站点离子浓度调研结果进行多维度离子侵蚀试验,从宏观上分析了风沙环境中化学物质对混凝土力学性能的影响,并揭示了复合离子作用下对氯离子在不同维度扩散规律的影响。最后,基于Fick第二定律解析解对试验值进行拟合,结合有限元软件对不同地区箱梁桥耐久性寿命进行预测。主要研究内容如下: （1）为了定量分析西北风沙环境,选择甘肃省为调研环境,调研结果表明,境内荒漠化面积占据全省总面积的45.18%,且风蚀是造成土地荒漠化的主要原因,占据81.52%。沙漠化土地主要集中在河西走廊,其中民勤县和敦煌市占比最高。而对于风速统计,呈现出自西向东逐渐减少的规律,季节上以春季风速最大,这些因素满足起沙尘天气的必要条件。根据《风力等级》（GB/T 28591-2012）,将沙尘天气分为了浮尘、扬沙、沙尘暴三类,通过研究各类天气的时空分布规律,统计出甘肃省不同地区近50年沙尘天气的年平均发生日数,聚类分析后按照行政区划分,结果发现甘肃省风沙环境可以区分为五个等级。 （2）为了调研风沙环境下所含不同的化学物质成分及其地域差异,分析出西北地区大气气溶胶主要贡献来自于沙尘气溶胶。而大气颗粒物所构成化学成分复杂,其中在细粒子中含有大量水溶性离子以此对混凝土耐久性产生影响。根据第二章分区结果,调研出典型站点处水溶性离子(Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、NO3-、SO42-)的年平均质量浓度。结果表明:水溶性离子浓度变化与沙尘天气类型基本符合,并在不同地点浓度表现出一定差异。传输过程主要来自西北路径,在沙尘等颗粒物的表面转化为无机盐后进行远距离传输,最后在重力或者降雨进行沉降,沉降过程在垂直空间上存在明显的分层现象。而离子不断积聚沉降后,浓度表现出比沙尘源地高。 （3）为了研究风沙环境下不同浓度水溶性离子对混凝土产生的影响,以第三章分区后典型站点处调研的有害离子(Mg2+、SO42-、Cl-)的浓度为依据进行加速实验,研究考虑不同水灰比下,复合盐溶液对氯离子在混凝土力学性能以及不同维度扩散的影响。结果得出:单一氯离子溶液浸泡下的混凝土强度变化并不明显,而复合离子溶液侵蚀下混凝土抗压和抗折强度表现为上升趋势。硫酸根与镁离子浓度越高,上升幅度越大。且水灰比提高时,强度提升越明显。在氯离子扩散试验方面,同一深度下,氯离子浓度随着水灰比增大而增大;随着时间的增大,界面内氯离子含量也随之增大;而随着深度增加,氯离子浓度会逐渐减小。复合盐溶液浸泡的试块在同一位置处均呈现比单一氯离子浓度高。根据实验数据来看,一、二、三维氯离子浓度在同一深度处比例约为1:1.11～1.15:1.25～1.3。因此说明在环境中三维侵蚀并不是二维和一维简单的叠加。 （4）为了对风沙环境中实际箱梁桥服役寿命进行预测,文章基于Fick第二定律解得扩散解析解,根据试验值拟合得到氯离子扩散系数与表面氯离子浓度。结合有限元软件COMSOL建立实际箱梁模型,分析在不同浓度复合离子侵蚀影响下,不同区域的氯离子扩散效应。得出箱梁桥扩散角度与氯离子浓度之间呈负相关,且随着时间增加,氯离子在不同位置处扩散速率在逐渐减小。取箱梁角点处为最不利位置研究箱梁寿命,得到该桥处于敦煌时耐久寿命最低为61.38年,民勤次之为64.21年,兰州和张掖箱梁耐久性寿命分别为69.12年及73.02年。

关键词： 复合盐侵蚀   玄武岩纤维   干湿循环   冻融循环  

摘要： 为改善玄武岩纤维混凝土的耐久性，文中研究了不同掺量的玄武岩纤维对混凝土抗压强度和抗折强度的影响，并分析了复合盐侵蚀及其与干湿、冻融耦合作用下混凝土的质量损失和相对动弹性模量，以探讨其劣化机制。结果表明，最佳玄武岩纤维掺量为0.3%,与基准试件相比，其抗压强度和抗折强度分别提升了6.60%和13.16%。经过30次干湿循环后，BFC3的质量损失率仅为0.51%;100次冻融循环后，BFC3的质量损失率为2.01%,仅为基准试件的一半，表明玄武岩纤维能有效延缓混凝土性能的衰退，显著增强其耐腐蚀性能和抗盐冻性能。

关键词： 人防工程   混凝土结构   影响因素   抗氯离子性能   碳化性能  

摘要： 为提升人防工程混凝土的耐久性能，文中主要对比分析了碳化时间和循环次数对混凝土氯离子含量、碳化深度以及碳酸钙含量的影响。结果表明，混凝土内部自由氯离子含量在表面深度分布区域包括对流区、扩散区及平稳区；碳酸钙含量在表面深度分布区域包括表面浮浆区、完全碳化区、部分碳化区和未碳化区。随着循环次数的增加，完全碳化区间有所增加；混凝土碳化深度排序为6%NaCl<清水<3%NaCl,即氯离子浓度越高，混凝土抗碳化性能越强。

关键词： 建筑材料   强度测试   耐久性   检测方法   技术比较  

摘要： 本研究专注于建筑材料强度与耐久性检测方法的比较与分析，旨在确定最有效的检测技术以保证建筑安全和持久性。研究首先回顾了建筑材料强度和耐久性的重要性，并概述了目前普遍使用的检测方法，如压力测试、冲击试验和耐候性评估。接着，本文通过实验比较了这些方法的有效性、准确性和成本效益。研究发现，尽管某些方法如压力测试在特定情况下非常有效，但没有单一的方法适用于所有类型的建筑材料。因此，建议结合多种方法来提高评估的全面性和准确性。此外，研究还探讨了新兴技术在未来建筑材料测试中的潜在应用，如数字成像和人工智能分析。本研究对于指导建筑行业选择合适的材料检测方法具有重要意义。

关键词： 土木工程  

ISBN: (纸本)9787111743484

摘要： 本书主要内容包括绪论、材料的基本性质、气硬性胶凝材料、水泥、混凝土、砂浆、建筑钢材、墙体材料、沥青材料、高分子材料、木材、建筑功能材料。

关键词： 混合材料   古遗址   暴雨洪涝   风险评估   省域尺度  

摘要： 我国拥有丰富的古遗址类文物资源。根据行业标准《大遗址保护规划规范(WW/Z0072-2015)》,古遗址(亦可称为“大遗址”)的概念一般包括在我国文明与文化史上不同发展时期的重要遗址遗迹,由遗存本体与相关历史环境组成,拥有年代久远、地域广阔、类型众多、结构复杂等特点,拥有极高的历史、文化和科学价值。“第三次全国文物普查”结果显示,我国共有古遗址193282处,占登记总量的25.21%。截止至“第八批全国重点文物保护单位”名单公布,我国共有“国保”古遗址1189处,占总国保单位的24.7%。 然而,随着当前极端天气、自然灾害发生得愈加频繁,古遗址也面临着极大的受损风险,其中对古遗址影响最大的为暴雨洪涝灾害,有着空间范围大、损伤程度高的特点。历史上有数次较为严重的灾情,如近些年内的2021年7月,河南省多地遭遇罕见的持续性强降雨,暴雨给暴露在自然环境下的古遗址造成了许多隐患。其中郑州商代遗址就是受到影响的古遗址之一,由于排水不及时使得水顺着城墙漫出,对城墙侧坡形成冲刷,侧坡接受的雨水太多,重量增加形成了滑坡。虽然城墙本体没有受损,但还是带来了一定隐患。因此考虑到古遗址保护的必要需求,以及暴雨洪灾的不确定性,根据现有数据对古遗址进行暴雨洪灾风险评估与灾前预测是极为重要的,评估预测结果对古遗址的日常管理规划和突发事件应急处置都有一定的参考价值和指导作用。 通过对现有研究的调查整理可以发现,国内外对于风险的定义尚未形成统一的学说,由于涉及的学科类型众多,根据各学科的研究侧重点所提出的自然灾害风险评估方法也不尽相同。同时,在暴雨洪涝灾害风险评估方面,现有研究中的研究对象多是省市等较大空间尺度的行政区划,即便是从地点、场所这一层面选取研究对象,也多是对“文化遗产”这一广泛概念进行研究,鲜有针对古遗址类文物的暴雨洪涝灾害风险评估研究,更不必说针对我国古遗址特点的适用性了。 在古遗址的暴雨洪涝灾害风险评估研究中,遗址的自身属性如年代、规模、材料、价值等是评估指标的重要部分,而在这之中,材料这一指标在当前的研究中分类较为模糊。通过调查发现,前人研究中多将遗址的材料确定为某单一材料,如土、木、砖瓦等,但是由于古遗址自身是有一定空间范围的,一处古遗址的构成可以分为不同材料类型的文物建筑、现代建筑及其他地物,单一材料值并不能准确概括某一古遗址的材料,因此需要对遗址材料这一指标进行细化,这对风险评估的结果也有一定正向影响。 根据当前研究中的问题与不足,本研究的主要研究目标分为以下两点: 一是构建一个综合定性定量评估的古遗址暴雨洪涝灾害风险评估体系。从自然风险评估理论的角度出发,从致灾因子危险性、孕灾环境敏感性和遗址本体脆弱性三方面构建古遗址暴雨洪涝灾害风险评估指标体系,结合我国古遗址的不同空间尺度形态特点和对暴雨洪涝灾害风险定义的侧重点选取合适的评估指标,并利用主观、客观的赋权方法对定性、定量指标赋予相应的权重,最后通过风险评估模型及具体计算方法得到古遗址暴雨洪涝灾害各指标值与风险结果。 二是提出一种面向暴雨洪涝灾害的遗址混合材料计算方法。考虑古遗址空间范围内建筑材料和地物类型的复杂性与差异性,提出古遗址“混合材料”的概念并说明其材料构成,以细化遗址材料指标,解决当前单一遗址材质分类的局限性,并提高整体风险评估结果的准确度与等级划分。 本研究将在以上两项研究目标的基础上,以河南省的古遗址类全国重点文物保护单位为研究对象,结合RS和GIS技术获取并处理相关地表环境数据,计算各个古遗址的指标值与风险值,利用GIS统计分析技术对其结果进行空间分析与探究,作为对提出的古遗址混合材料计算方法与古遗址暴雨洪涝灾害风险评估方法进行实例应用。结果表明,所提出的古遗址混合材料计算方法可以有效细化遗址的材料值,有助于风险评估结果的准确性与等级划分。本研究旨在为面向暴雨洪涝灾害风险评估中遗址材料值的确定与计算提出一种新的思路,其中不成熟的部分仍需更深一步的探究,希望可以为后续相关研究发展提供一定思路拓展与理论支持。

关键词： 机制砂   可泵性   可喷性   流变学   力学性能   收缩开裂  

摘要： 砂是组成混凝土的主要材料之一,但天然砂源正逐渐枯竭。公路隧道施工中产生大量的岩石弃渣,合理选用弃岩,配制成合格的机制砂应用于喷射混凝土,既可解决用砂紧缺,又能践行绿色生产。但是目前针对机制砂在喷射混凝土中的应用,并没有系统性的研究。 本文以机制砂喷射水泥基材料为主要研究对象,为了得到工作性良好,强度高,抗裂性能和抗渗性能好的水泥基材料,采取0.4和0.45两种水灰比,以拓展度和流动度表征其可泵性,以一次最大喷射厚度和回弹率表征其可喷性,首先研究了石粉含量、机制砂细度模数对可泵性和可喷性的影响规律,然后基于流变试验,用动态屈服应力和塑性黏度对水泥基材料的可泵性和可喷性进行线性拟合,研究流变参数对机制砂喷射水泥基材料的工作性的影响规律;其次研究了石粉含量、机制砂细度模数和速凝剂掺量对其各龄期力学性能的影响,采用水化热测试和SEM测试等,从微观角度进行印证;最后,采用约束圆环收缩试验,研究了石粉含量、机制砂细度模数和速凝剂掺量对机制砂水泥基材料开裂性的影响规律,并对其早期开裂进行量化评估;采用抗氯离子渗透试验研究了石粉含量、机制砂细度模数和速凝剂掺量对其抗渗性的影响规律。本文主要结论如下: 1.研究了石粉掺量,机制砂细度模数和速凝剂掺量对机制砂喷射水泥基材料工作性的影响规律。结果表明,随着石粉掺量增大,可泵性呈降低趋势,提高机制砂细度模数,可以降低塑性黏度,提高可泵性;控制速凝剂掺量,适量掺入石粉和增大机制砂细度模数,都可以提升可喷性,随着石粉掺量增加到12%,回弹率依次降低,随着机制砂细度模数增加到3.53,一次喷射厚度呈增大趋势,增加速凝剂,可以提高可喷性,但应控制速凝剂的最大掺量。 2.用流变参数对可泵性进行拟合,发现塑性黏度与表征可泵性的拓展度呈负相关,相关系数为0.55,基本从总体趋势上可认为水泥基材料的塑性黏度越大,可泵性越低;用流变参数对可喷性进行拟合,发现动态屈服应力与喷射回弹率呈负相关,相关性系数为0.74,可以认为动态屈服应力越大,回弹越低,并且发现,当动态屈服应力在470-590Pa之间,可以兼顾取得较大的一次喷射厚度和较低的回弹率,一次喷射厚度能达到255mm以上,回弹率低于4.5%。 3.增掺速凝剂是提升机制砂喷射水泥基材料1d强度的最有效方案,但速凝剂越多,对28d强度越不利;增大机制砂细度模数对提高28d强度最有效;增掺石粉可以提高水泥基材料强度,但过量掺加会使强度倒缩。 4.选择合适的石粉掺量,可以降低早期开裂风险;增加机制砂细度模数可以延长开裂时间;增掺速凝剂,会加速早期开裂;适量增加石粉,增加机制砂细度模数都可以提高水泥基材料抗渗性,增掺速凝剂会降低抗渗性能。