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[硕士论文] 程雨
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:水工大体积混凝土温度应力和温度裂缝是影响混凝土结构耐久性和安全性的重要因素,控制温度裂缝是我国基础设施建设和维护的一项重要任务。水工混凝土浇筑过程中,水泥水化反应产生的热量将在结构内部聚集,由于混凝土导热系数较低,热传导过程较慢,结构内部温度高于外部温度,形成由内向外降低的温度梯度。不均匀的温度产生不均匀的温度变形,受外部约束的影响,产生温度应力。
  相变储能混凝土技术作为新兴的大体积混凝土温度控制技术,主要采用将混凝土内掺入一定量的相变材料,利用相变材料在固-液、液-气相变过程中能大量吸收热能的特点,减少混凝土内部的温度梯度,目前在房屋建筑中应用较多。要实现在混凝土中加入相变储能材料后既能增强混凝土热学性能,又不影响混凝土力学性能的目的,还需要进行大量的理论及试验研究,本文针对这一目的,对相变储能混凝土技术进行了理论、试验及数值模拟三方面的研究,主要的研究内容如下:
  1.通过理论分析,研究了相变储能材料以相变砂和相变粗骨料两种形式应用于混凝土后,混凝土结构内部绝热温升和温度场的计算方法;
  2.优选了应用于大体积水工混凝土温度控制的相变储能材料及载体材料,并制备出形状良好,且具有良好物理性能和化学性能的相变储能骨料;
  3.用相变储能骨料按照一定配合比制成相变储能混凝土,并对其力学性能及热学性能进行测定,制备出具有良好性能的相变储能混凝土;
  4.基于测定的相变储能混凝土的力学、热学参数,建立大体积水工混凝土ANSYS数值分析模型,对相变储能混凝土在实际混凝土浇筑、养护过程进行模拟,分析不同相变骨料对大体积水工混凝土温度场及温度应力场的影响,并探讨了相变储能混凝土的适用范围。
[硕士论文] 鲁敬旭
材料工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着国民经济的增强,现代水利工程正朝着大规模、高坝体,高耐久性、环保性、经济性的方向发展。水工沥青混凝土防渗工程有着环保、抗冻、抗渗、耐久性好、施工节奏快等优点,已经成为当前众多水利工程的首选形式。而目前对水工沥青混凝土的研究主要集中在力学性能方面,在配合比的设计与选择、变形性能的规律及影响因素、外加剂的使用、施工质量控制等方面还存在许多不足,但这些方面对水工沥青混凝土的发展有重要的意义。本文以水工沥青混凝土为研究对象,采用室内试验手段,研究沥青混凝土的配合比的优选方法及蠕变性能,为水工沥青混凝土的相关研究和工程应用提供一定参考。
  首先,本文归纳了水工沥青混凝土防渗工程的材料及结构特点,并且对现有的水工沥青混凝土配合比设计方法进行分析,在此基础上采用正交试验方案,依据已有的试验研究成果及工程经验,对级配指数、填料含量、油石比分别采用了3个水平:级配指数为0.35、0.38、0.41;填料含量为13%、15%、17%;油石比为6.6%、6.9%、7.2%,设计了共9组正交试验方案。
  其次,通过对9组配合比的水工沥青混凝土分别进行马歇尔稳定度和流值试验、单轴压缩试验、热稳定性试验、水稳定性试验、拉伸试验、小梁弯曲试验、劈裂试验、密度试验,得出9组配合比水工沥青混凝土的马歇尔稳定度、流值等相应的试验结果。由极差分析法对9组配合比的沥青混凝土各项试验结果进行了分析。分析发现油石比对绝大多数试验结果的影响都大于填料含量和级配指数的影响。最后综合分析优选出的配合比为级配指数0.38、填料用量15%、油石比6.9%。
  最后,本文介绍了粘弹性材料,分析了其在不同的温度及荷载条件下的性能差异。在此基础上,通过对水工沥青混凝土在10℃、20℃、30℃三种温度条件下分别进行0.5MPa、0.75MPa、1MPa三种应力的共计9组蠕变试验,由试验结果得出相应的蠕变曲线,并对不同温度和应力下的稳态蠕变速率进行拟合。由蠕变曲线分析发现:在应力相同时,当温度升高,沥青混凝土的蠕变曲线第一阶段持续时间变短,应变速率增大,第一阶段过程中产生的应变增大,稳态蠕变速率K也会增大,经过相同的时间,沥青混凝土的整体变形增大较多。在温度相同时,随着荷载的增大,沥青混凝土的变形速率增大,并且会以较大的变形速率进入稳态蠕变期,经过相同的时间沥青混凝土会产生更大的变形。由稳态蠕变速率得出了不同温度及荷载条件下的拟合直线,得到的拟合结果有较好的规律性。
[硕士论文] 蔡影
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:自密实混凝土因具有优良工作性,在结构配筋复杂处无需振捣仍能保证成型质量而被广泛关注,是混凝土材料方面一个重要的研究方向。因其胶凝材料用量较大,而导致干缩较大、易开裂,影响混凝土的耐久性。钢纤维具有增强、增韧、阻裂的作用,因此,本文将其掺入到自密实混凝土中研究其对自密实混凝土性能的影响。本文以钢纤维自密实混凝土为研究对象,基于室内试验和正交试验方法及超体积法研究了钢纤维自密实混凝土的钢纤维最优掺量、工作性能、力学性能和耐久性能等。取得主要研究成果如下:
  (1)对工作性的研究结果表明,添加钢纤维的自密实混凝土工作性虽有所下降,但依然能满足使用要求,仍保留了高工作性的优点。
  (2)钢纤维的掺入可提高自密实混凝土的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度及弹性模量。抗压强度增幅可达30%,轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值在0.69~0.91之间,与普通混凝土相比,有所增长。钢纤维的掺入可明显提高自密实混凝土的抗折强度及劈裂抗拉强度,抗折强度最大可达立方体抗压强度的1/3,且钢纤维体积率为1.2%时,劈裂抗拉强度增幅可达89.7%。过小钢纤维体积率对弹性模量影响较小,14d时增幅仅7%。对于各项力学性能,强度值随着龄期的增长而增长,14d前强度增长较快,后期趋于稳定。且钢纤维在混凝土内部充分发挥自身增强、增韧、阻裂作用,提高了混凝土的延性,改善了混凝土的破坏形态。
  (3)通过钢纤维自密实混凝土的力学性能试验发现,钢纤维自密实混凝土的立方体抗压强度与龄期、轴心抗压强度分别呈对数、线性关系;抗折强度与立方体抗压强度、龄期分别呈多项式、对数关系;弹性模量与立方体抗压强度、龄期分别呈线性、对数关系;劈裂抗拉强度与立方体抗压强度、龄期都呈线性关系。并分别获得了不同钢纤维体积率的公式,且符合程度较好。
  (4)通过钢纤维自密实混凝土的耐久性试验发现,钢纤维的掺入提高了抗渗等级,增幅最大为58.3%;降低了渗水高度,降低幅度最大为50%;还减小了碳化深度,减小幅度最大为51%。但较小、较大的钢纤维体积率对其耐久性影响不大,对抗渗性和抗碳化性,其最佳体积率为0.9%。
  (5)利用ANSYS CFX软件,模拟了0.9%钢纤维体积率自密实混凝土梁的浇筑过程。通过云图发现,梁的前半段钢纤维分布较均匀,后半段呈重分布。以浇筑速度为参数,对0.35m/s、0.5m/s、0.65m/s浇筑速度的结果文件进行量化,近似计算出了每个梁段内钢纤维的数量。结果表明,浇筑速度为0.35m/s时,钢纤维的分布情况较其它浇筑速度更均匀。
[硕士论文] 付泓锐
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:砂泥岩混合料常作为主要建筑填料运用于三峡库区岸坡填方工程,库水位升降必然使得砂泥岩混合料经受周期性饱水作用。周期性饱水作用使得砂泥岩混合料抗剪强度降低、变形增大,可能影响结构的安全使用。研究周期性饱水对砂泥岩混合料抗剪特性的影响,对于解决砂泥岩混合料在涉水工程中的运用,具有重要的科学意义和工程价值。本文依托国家自然科学基金项目(No.51479012)“周期性饱水砂泥岩混合料的劣化机理及其演化过程”开展研究工作。通过砂泥岩混合料三轴剪切试验,查明周期性饱水作用对饱和砂泥岩混合料抗剪特性的影响,具体的研究方法和成果如下:
  (1)通过砂岩和泥岩的单轴压缩试验,得到了天然状态下泥岩和砂岩的单轴抗压强度,弹性模量,砂岩和泥岩单轴压缩试验中均呈脆性破坏,破坏面贯穿于整个试样,且破坏面与竖向都有一定的夹角,砂岩的破坏面相对于泥岩更明显。
  (2)通过三轴剪切试验,得到了周期性饱水作用对不同试样特征砂岩料和砂泥岩混合料抗剪强度和变形的影响。根据试验结果总体而言砂泥岩混合料偏应力峰值随着干密度、颗粒级配的增加而增大,随着泥岩颗粒含量的增大而降低;体积应变峰值随着干密度、颗粒级配的增大而减小,随着泥岩颗粒含量的增大而升高;周期性饱水循环过程中轴向应变增量随着干密度的增大而减小,随着泥岩含量的增大而增大;体积应变增量随着干密度、颗粒级配的增大而减小,随着泥岩含量的增大而增大。
  (3)根据周期性饱水作用对不同试验条件下砂岩料和砂泥岩混合料抗剪强度和变形的数据分析,总体而言砂泥岩混合料偏应力峰值围压、应力水平的增大而升高,随着周期性饱水次数的增加而降低;体积应变峰值随着围压的增大升高,与应力水平和周期性饱水次数无明显变化规律;周期性饱水循环过程中应变增量(轴向应变增量和体积应变增量)随着周期性饱水循环次数、围压、应力水平的增加而增大,砂岩料和砂泥岩混合料试样主要呈剪缩破坏,少部分呈剪胀破坏。
  (4)通过砂泥岩混合料的颗粒筛分结果得到,周期性饱水作用下不同试样特征的砂岩料的颗粒破碎率Bg随着干密度增大而增大,随着颗粒级配的增大而减小;不同试验条件下砂岩料和砂泥岩混合料的颗粒破碎率Bg随着周期性饱水循环次数、围压、应力水平的增加而增大。总体而言掺入20%泥岩颗粒后的所形成的砂泥岩混合料在本文所研究的条件下的颗粒破碎率比砂岩料高。
[硕士论文] 高磊
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:混凝土的拉伸软化曲线一直是混凝土断裂特性的重要参数,也是混凝土结构断裂数值分析的基本参数。由于混凝土材料本身的复杂性以及当前试验条件的限制,对混凝土的断裂特性的直接研究一直比较困难。在这种背景下,各国学者们一般通过实验结果拟合,提出了不同的拉伸软化曲线形式,但多年来各国的学者们在拉伸软化曲线的选择形式上未能达成统一。这也在一定程度上影响了混凝土断裂力学在实际工程中的应用。因此本文通过数字图像相关方法研究了混凝土的断裂特性,并提出了一种新的拉伸软化曲线参数的获取方法。本论文的主要工作如下:
  (1).进行了混凝土三点弯曲试件的断裂试验,并采用数字图像相关方法作为实验观测手段,研究了裂纹扩展和裂纹前沿应变场的变化规律,分析了不同荷载下的断裂过程区长度和裂纹口张开位移(CMOD),为混凝土拉伸软化曲线的参数获取提供了实验数据。
  (2).在试验结果的基础上,假设断裂过程区的位移分布为线性,修正了传统的粘聚裂纹模型基础,并根据荷载-裂纹口张开位移关系(P-CMOD)中的极值,提出了混凝土拉伸软化曲线的参数获取的新方法。
  (3).采用遗传算法,对实验获得P-CMOD曲线点赋予不同的权重,以断裂过程区线性位移分布的粘聚裂纹模型为基础,提出了混凝土拉伸软化曲线的相关参数获取的遗传算法模型结合MATLAB编程,分析了混凝土尺寸、强度变化、初始裂缝比和配合比对拉伸软化曲线参数影响的规律。
[硕士论文] 王倩芸
水利工程;水工结构工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:堆石混凝土(Rock Filled Concrete,简称RFC),是利用自密实混凝土(SCC)的高流动、抗分离性能好以及自流动的特点,在粒径较大的块石内随机充填自密实混凝土而形成的混凝土堆石体。因其造价低、施工方便,近十年来广泛地应用于水利工程中。堆石混凝土施工冷缝对这类结构的工程特性影响显著。为此,本文基于室内堆石混凝土剪切试验,系统地研究了堆石混凝土的剪切性能。主要研究内容如下:
  (1)开展了不同竖向力下作用下的RFC冷缝剪切试验,通过破坏规律和破坏形态,获得其剪切破坏机理,和堆石混凝土层间抗剪强度的应力-应变方程,确定了RFC的层间抗剪摩擦系数和抗剪粘聚力。同时进行了标准混凝土试块的抗压强度试验,分析自密实混凝土试块、堆石混凝土试块、和堆石样芯三种标准试件的破坏机理。
  (2)开发了堆石混凝土数值计算模型。以剪切面的三维扫描重构法为基础,得到每个剪切面块石的接触函数密度,构建堆石混凝土的数值模型,通过对比了0、0.5、1、1.5、2Mpa时的试验破坏模型,验证了数值模拟的可靠性,深入分析堆石混凝土的剪切破坏机理。
  (3)获得了堆石混凝土的破环模式。堆石混凝土的层间剪切破坏中,随着竖向力的增大,其承受的剪切力越大,堆石的磨损破坏越严重。试件的破坏是由自密实混凝土的磨剪压坏,堆石内部延剪切面的断裂,以及块石和自密实混凝土连接面的磨剪受损三部分组成。因堆石的强度较高,剪切破坏是先由自密实的磨损产生细小裂缝,连接冷缝面的磨剪逐渐脱落,后由堆石的磨剪受损内部产生裂缝,裂缝延纹理被剪断,同时堆石和自密实混凝土的连接面受剪脱落,试件最终破坏。对比标准混凝土试块的试验,验证了块石的强度较高,且破坏通常延纹理展开。
  (4)提出了堆石混凝土的剪切计算公式。依据堆石混凝土的剪切破坏机理及数学表达,在对现有的剪切计算公式对比分析的基础上,修正了剪切计算公式并提出了其适用范围,为堆石混凝土结构在实际工程中的应用提供了参考。
[硕士论文] 周桐
水利工程 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:目前,水泥砂浆是我国建筑行业需求量最大、最重要的建筑材料,水泥砂浆材料的质量对建筑物的安全影响很大。当今土木水利工程领域中的重要课题之一就是对水泥砂浆材料性能的全面深入研究。因此,深入研究循环加卸载情况下的钢筋水泥砂浆的力学特性,对于解决工程实践问题具有重要的应用价值和重要的意义。
  本文应用长春科新试验仪器有限公司生产的SAW-2000微机控制电液伺服岩石试验机,对素水泥砂浆试件与加筋水泥砂浆试件进行循环加卸载实验,从而得到了应力—应变曲线,利用Origin软件对数据进行处理,得到试件的力学特性与滞回环的图像。借用Ansys数值模拟软件丰富试验的荷载梯度,得到了理想状态下的加筋水泥砂浆柱在循环加卸载条件下的应力—应变曲线、整体位移云图与应力云图。
  通过分析循环加卸载实验得到的应力—应变曲线,应用Ansys数值模拟软件对应力—应变进行了较好的模型拟合,得出了力学特性规律。加筋水泥砂浆柱进行固定荷载级别循环加卸载实验时,荷载级别为6MPa时,加筋水泥砂浆柱每次在6MPa应力的情况下的轴向应变分别为0.311%、0.323%、0.334%、0.340%、0.348%、0.355%、0.359%、0.361%、0.365%,每次轴向应变的变化幅度分别为3.86%、3.31%、1.84%、2.39%、1.81%、1.13%、0.75%、1.08%。荷载级别为5MPa时,加筋水泥砂浆柱每次在5MPa应力的情况下的轴向应变分别为0.303%、0.317%、0.330%、0.337%、0.343%,每次轴向应变的变化幅度分别为4.17%、4.00%、2.31%、3.68%。荷载级别为7MPa时,加筋水泥砂浆柱每次在7MPa应力的情况下的轴向应变分别为0.317%、0.329%、0.337%、0.342%、0.352%,每次轴向应变的变化幅度分别为4.17%、4.00%、2.31%、3.68%。加筋水泥砂浆柱进行九次循环加卸载实验后,每次循环加卸载形成的滞回环的面积分别为0.08275×106J/m3、0.08009×106J/m3、0.07814×106J/m3、0.07651×106J/m3、0.07629×106J/m3、0.07814×106J/m3、0.07926×106J/m3、0.07172×106J/m3。每次形成新的滞回环的变化幅度分别为-3.21%、-2.43%、-2.08%、-0.28%、2.42%、1.43%、-9.51%。加筋水泥砂浆柱进行荷载梯度递增循环加卸载实验时,荷载梯度为1MPa时,加筋水泥砂浆柱在3.5MPa、4.5MPa、5.5MPa、6.5MPa、7.5MPa和破坏时的轴向应变分别为0.118%、0.161%、0.240%、0.317%、0.429%、0.822%,每次轴向应变的变化幅度分别为36.44%、49.07%、32.08%、35.33%、91.61%。荷载梯度为2MPa时,加筋水泥砂浆柱在3.5MPa、5.5MPa、7.5MPa和破坏时的轴向应变分别为0.118%、0.241%、0.429%、0.822%。每次轴向应变的变化幅度分别为103.34%、78.25%、91.64%。
  素水泥砂浆柱进行荷载梯度为2MPa的荷载梯度递增循环加卸载实验时,每次循环加卸载形成的滞回环的面积分别为0.03675×106J/m3、0.07291×106J/m3,滞回环面积的变化幅度为98.39。加筋水泥砂浆柱进行荷载梯度为2MPa的荷载梯度递增循环加卸载实验时,每次循环加卸载形成的滞回环的面积分别为0.01868×106J/m3、0.03217×106J/m3、0.06953×106J/m3,滞回环面积的变化幅度分别为72.22%、116.13%。水泥砂浆柱的轴向应变与循环加卸载次数成正相关,水泥砂浆柱的整体位移与循环加卸载次数成正相关,水泥砂浆柱随着循环加卸载次数的增加,应力—应变曲线中的滞回环不断增多,产生的总的能量损失不断增大。加筋会使水泥砂浆柱承受更大的轴向应力,强度增大。加筋会使水泥砂浆柱在轴向受压过程中内部裂隙的摩擦增大。水泥砂浆柱破坏的实质就是在受压过程中水泥砂浆柱内部受力不均,受力在各个方向不同,因而导致了水泥砂浆柱产生劈裂破坏。加筋水泥砂浆由细裂纹的萌生、发育、扩展到贯通的过程,都伴随着能量的吸收和释放。因此,从能量的角度,研究分析加筋水泥砂浆试件破坏耗散能量的力学特性,将能量法与加筋水泥砂浆破坏的宏观特征联系起来。
[硕士论文] 邹樾旋
水利工程 重庆交通大学 2017(学位年度)
摘要:混凝土材料具有强度高、造价低廉、施工方便及就地取材等优点被广泛运用于水利工程建设中。然而在水泥水化热、外荷载以及自然灾害等因素的影响下,混凝土表面及内部极易产生裂缝。尤其对于水工混凝土,裂缝的产生将在不同程度上影响结构的整体性及耐久性,严重时还会影响到结构的承载能力,引起工程事故。因此,寻找一种有效的无损检测方法检测混凝土中裂缝的位置及尺寸,对水利工程质量评估提供参考具有重要意义。基于此,本文采用红外热像法对混凝土内部裂缝进行检测,主要开展了以下研究工作:
  (1)介绍混凝土无损检测方法、红外热成像无损检测技术的应用与研究现状。在现有的混凝土裂缝无损检测方法的基础上,将红外热像法引用出来,并应用到混凝土裂缝检测当中,然后阐述红外热成像无损检测相关理论、感应加热理论。
  (2)采用基于辐射热源的红外热像法检测混凝土内部裂缝。选用远红外石英加热板和太阳辐射作为热源对混凝土试件表面进行热激励,通过红外热像仪采集试件受热激励表面的温度数据,得到试件表面的温度分布情况以及表面温度随时间的变化情况,通过对此结果进行分析来定位裂缝的位置、判断裂缝的大小。
  (3)采用基于钢筋感应加热的红外热像法检测混凝土内部裂缝。选用高频感应加热仪对混凝土试件内部钢筋进行加热,通过红外热像仪采集与感应加热仪正对的试件表面的温度数据,得到试件表面的温度分布情况以及表面温度随时间的变化情况,通过对此结果进行分析来定位裂缝的位置、判断裂缝的大小。
[硕士论文] 梁泽龙
水利工程;水工结构工程 重庆交通大学 2017(学位年度)
摘要:水工建筑物多以混凝土为主要材料,并且多数均服役多年,诊断其健康状态是一项重要的工作。其中,水工建筑物健康与否又可以混凝土结构实际工作应力予以反映。而在检测应力方法中,超声波检测是其中较为准确、便捷的方式之一。目前,针对混凝土应力与声学参数之间的研究多是借助试验方法进行,但在试验过程中,难免出现一些不可避免的因素对超声波传播产生一定影响,致使其中一些声学参数规律与其原本具备的规律有所差异。鉴于此,本文开展受载条件下混凝土超声波传播特性的数值模拟研究,主要研究内容及成果如下:
  (1)针对实验室混凝土的制备要求,参照《水工混凝土试验规程》中有关二级配混凝土的规定,基于随机骨料模型理论,借助MATLAB生成实验室混凝土二维细观模型中骨料各顶点的坐标点,并写入TXT文件,由它导入AUTO-CAD软件,实现二维细观模型的部件分类,由此可在ABAQUS软件中建立sj(砂浆)、jm(界面)、gl(骨料)三大部件予以后续计算。
  (2)基于混凝土破坏损伤机理,且从其受力特性(主要为受压)分析,采用基于规范推导的塑性损伤模型作为混凝土二维细观模型中各组分的本构关系,其中以隐式有限元法求解,实现混凝土细观模型的单轴受压损伤分析,而以显式有限元法求解,实现超声波在混凝土细观模型中的传播。
  (3)基于ABAQUS软件,提出一种建立应力场与声场耦合的分析方法。其具体过程为:提取受力变形后的各单元坐标,重构几何模型;以塑性损伤模型中损伤因子与弹性模量之间的关系与过镇海所给的泊松比的建议取值公式,重定义模型的基本属性,通过上述方式保存混凝土细观模型在应力场中的某种状态,而后模拟超声波在“已处理”的混凝土二维细观模型中传播。
  (4)以本文提出的耦合应力场与声场的方法实现受载条件下的混凝土超声波传播的模拟,在获得相应时域波形图之后,以快速傅里叶变换与小波分析对其进行时频分析,获取一些基本声学参数:波速、首波振幅、最大振幅、主频、主频幅值、谱面积、加权谱面积,通过分析发现加权谱面积、首波振幅、波速对应力变化相对敏感,然后使用ORIGIN软件分别将它们与应力进行拟合,获得应力与声学敏感参数之间的关系式。
[硕士论文] 陈聪
水利工程;水利水电工程 重庆交通大学 2017(学位年度)
摘要:北方寒区的水工混凝土结构,由于温度低,会反复遭受水结冰以及融化带来的损伤,最终会发生冻融破坏,对结构安全稳定性产生巨大影响。抗冻性是混凝土结构耐久性中极其重要的一个方面。
  本文采用室内实验的方法,采用不同的配比制作五组混凝土试块,着重对冻融循环作用下混凝土承载力劣化特性进行了研究,研究内容以及得到的主要结论如下:
  (1)利用冲击回波法测试经历了不同冻融循环次数后的混凝土内部应力波波速。研究发现,对于同一组试块,随着冻融循环次数的增加,混凝土内部P波波速会出现一定程度的降低,不同配比的混凝土的变化情况并不相同。在相同冻融循环次数下,水灰比小的混凝土相比水灰比大的混凝土,波速变化要缓一些,添加了引气剂的混凝土相比未添加引气剂的混凝土波速变化要缓。
  (2)通过单轴加载实验研究不同冻融循环次数下的混凝土极限抗压强度以及应力-应变曲线变化规律。实验表明,对于同一组试块,随着冻融循环次数的增加,混凝土极限抗压强度会出现一定程度的降低,对于同一强度的混凝土,在相同冻融循环次数下,水灰比小的混凝土的极限抗压强变化相比水灰比大的混凝土要缓一些。在配比相同的情况下,虽然添加了引气剂会引起混凝土强度的降低,但是极限抗压强度的变化对比未添加引气剂的混凝土要缓一些。随着冻融循环次数的增加,所有规格混凝土都表现为极限抗压强度下降,峰值应变上升。
  (3)对同一组试块,研究遭受不同冻融循环次数后混凝土内部P波波速以及强度之间的关系,并通过幂函数以及指数函数进行数据拟合。研究发现,遭受冻融破坏的混凝土的极限抗压强度与其内部P波波速存在良好的相关性。
  (4)在进行混凝土试块单轴抗压实验的同时,通过VIC-3D系统拍摄试块从加载开始一直到破坏的过程,后期通过软件对所拍摄的图片进行处理,研究冻融与荷载共同作用下混凝土表面变化规律以及破坏过程。
[硕士论文] 杨金贤
水利工程;水利水电工程 重庆交通大学 2017(学位年度)
摘要:随着水利工程的发展,水工建筑物对于混凝土性能的要求逐步增加,而混凝土出现的裂缝问题也成为本行业关注的焦点之一,对于断裂过程区的研究是混凝土断裂特性研究的基础。本文主要通过使用先进的数字图像相关方法测量技术技术,对试件在三点弯曲实验中的表面应变场进行分析。在目前的断裂力学理论的基础上,通过简化软化曲线模型,利用MATLAB软件编程进行了基于过程区位移线性分布的断裂过程区的特性研究,本文的几个主要工作如下:
  (1)通过数字图像相关方法观测记录三点弯曲实验中整个试件的全场位移应变变化情况,对比引伸计测量数值,验证了数字图像相关方法的准确性。从全场应变分析,发现随着荷载的增加,全场应变会出现应变集中的现象,主要在裂缝发展过程的周围区域。另外,通过对裂缝尖端切线的不同高度平行线的位移分析,其突变区域也可以判断裂缝存在的区域以及断裂裂缝存在的走向。
  (2)为了解水工建筑物的断裂过程,分别进行了饱和混凝土与非饱和混凝土试件的三点弯曲实验。通过二者的表现规律,发现二者呈现相同的变化趋势,表明二者的断裂过程发展应该有相同的规律,所以可以将非饱和混凝土的断裂过程区的研究的一些结论运用到饱和混凝土上来。
  (3)对于断裂过程区发展的研究,主要通过分析断裂过程区与混凝土试件所受到荷载的关系,发现断裂过程区是在荷载达到一定值后才开始发生,产生之后伴随整个受载过程,受边界条件影响,后期到达一定临界值时,断裂过程区长度会下降。
  (4)对裂缝周边应变进行相关分析,发现裂缝尖端周围不同区域应变值的变化规律与所取分析长度关系不大,但会影响其峰值的大小;所取分析长度的中心距离裂缝的距离会影响应变的变化规律。
  (5)在前人的断裂理论模型上,假定张开位移呈线性分布,得到一种较为简单、快速软化曲线参数的获取方式。根据本文建立的软化曲线模型,通过对不同强度、不同含水率、不同骨料、不同砂率、不同骨料最大粒径以及不同粗骨料含量进行相关拟合对比,得到相应影响关系。
[硕士论文] 郭超
交通运输工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:我国南海各礁体即是中国领土主权的标志,也是开发海洋资源,建设我国南海海空交通中继站的重要基地。近些年来,伴随着海洋开发以及海洋权益的争夺日趋激烈,我国南海权益被大量非法侵占,亟需推进南海岛礁上的海洋工程(包括军事防护工程在内)建设,维护我国的合法权益。
  本文围绕岛礁建设中防护工程防浪块、护岸挡墙以及模袋混凝土护岸等大规模素混凝土岛礁工程应用背景,现阶段重点针对岛礁护岸重力式支挡构件、防浪重力机制块的性能技术要求,以C30为混凝土的目标强度,开展了珊瑚集料混凝土配制原理、强度特性与稳定性能的试验研究。
  本文以破碎后的珊瑚礁岩碎块为粗骨料、珊瑚砂为细骨料制备珊瑚集料混凝土,在对粗细珊瑚骨料的物理力学性质进行分析的基础上,提出珊瑚混凝土系统为粗骨料、珊瑚砂浆以及二者过渡区构成的三元结构概念模型,提出珊瑚混凝土的配制原则:适度提高系统砂率,降低骨料粒度内部损伤;优化水泥用量,充分发挥胶凝材料水化反应增强效应;以混凝土的工作性和耐久性为控制指标。此概念模型用以指导珊瑚混凝土的配合比设计。
  本文以C30为目标强度对珊瑚混凝土进行配合比设计,并对其基本力学性能进行试验分析,分析了珊瑚混凝土的立方体抗压强度和劈裂抗拉强度发展规律,揭示珊瑚混凝土抗拉强度提高的机理。给出珊瑚混凝土C30强度的推荐配合比,水泥∶珊瑚砂∶珊瑚礁岩(预湿前)∶水=1∶1.225∶0.816∶0.32。通过研究珊瑚砂浆说明水泥珊瑚系统具有良好的相容性,并建立了珊瑚砂浆强度与水灰比和砂用量的回归模型,通过试验分析认为珊瑚砂浆中灰砂比不应低于0.5才能既保证强度又满足流动性的要求。
  本文对珊瑚混凝土进行干缩试验和考虑南海气候环境因素的温缩试验,评价了珊瑚混凝土的干缩和温缩特性,本文中珊瑚混凝土虽然干缩率和温缩系数较大,但是珊瑚混凝土弹性模量小、抗拉强度高,所以并不一定会对混凝土结构造成不良影响。本文还发现珊瑚混凝土与对应的珊瑚砂浆的干缩率具有一定的相关性,并给出二者的回归模型。针对珊瑚混凝土的特点提出改善珊瑚混凝土收缩性能的措施。
[硕士论文] 秦明
项目管理 三峡大学 2017(学位年度)
摘要:三滩砂石系统重点供应锦屏一级水电站的主体工程(包括垫座以及右岸基础处理)的细骨料,泄洪洞非抗冲部分、引水发电系统等混凝土粗、细砂石骨料的生产工作。在水利工程混凝土中,砂石骨料大约占总体积的80%~85%,占重量的85%~90%,因此骨料的优劣对混凝土质量有决定性影响。针对人工骨料加工系统干法制砂工艺与质量控制,进行了如下研究:
  (1)在阅读多量参考资料的前提下,结合锦屏一级电站人工骨料加工系统的生产运行经验及收集的数据,研究采用立轴+选粉机制砂新工艺,实现人工砂石料的全干法生产及其工艺及质量保证方法,满足了锦屏一级电站快速施工的要求。
  (2)针对人工骨料干法生产过程具有的特点,从骨料质量保证的方法、骨料质量保证的标准、毛料质量的现场控制手段、砂石料加工过程质量保证、砂石骨料的质量评价标准等入手,详细研究了人工骨料加工过程中如何使成品料各项指标满足要求。
  (3)根据人工骨料加工设备选型的原则,对比不同加工设备的特征和优劣,研究了干法制砂工艺中设备原因对人工骨料加工工艺及成品质量保证的作用,并通过试验对比分析了反击式破碎机与圆锥式破碎机各自的长处和缺点,选取了最优的破碎设备型号及数量,有效解决了人工干法生产工艺石粉含量严重超标、含水率难以控制、细度模数偏小等难题,提高了混凝土质量。
  (4)结合锦屏一级电站三滩右岸人工砂石骨料加工系统生产实践,对干法生产过程进行了实例分析研究,研究证明本文提出的干法生产砂石骨料工艺效果较好,值得推广。
[硕士论文] 马金泉
桥梁工程 北京交通大学 2017(学位年度)
摘要:在我国北方地区,水工混凝土在使用过程中会长期受到潮湿等环境因素的影响,会很大程度上减少结构的使用寿命。在这些环境因素中,冻融侵蚀与水沙的冲磨作用是对水工混凝土耐久性影响比较重要的因素。尤其对北方水域中的混凝土结构,两者之间还存在着耦合作用,加速了结构耐久性的退化。
  本文对在冻融与冲磨作用下的混凝土耐久性进行研究,根据理论分析和试验结果,研究了冻融侵蚀作用下混凝土冲磨损伤规律。论文的主要研究工作如下。
  1)设计了一种新型冲磨试验方法,能够满足冻融后试件进行冲磨的条件,并能够提供多种转速以模拟不同水流流速。
  2)考虑引气剂、冻融次数等因素,进行了48个混凝土试件的冻融试验,得到了冻融混凝土的动弹模、相对质量和抗压强度变化规律。然后分析冻融混凝土和未冻融混凝土冲磨试验结果,得出冻融侵蚀会加大冲磨对混凝土的作用效果的结论,通过试验得到了不同冻融次数下混凝土冲磨的不同效果,定量地测得出冻融作用对混凝土抗冲磨性能变化的影响。
  3)结合混凝土冻融退化模型和冲磨模型,建立了冲磨作用下冻融混凝土的质量损失模型。
  最后,采用CFD数值分析方法,计算冻融混凝土冲磨磨蚀率,将数值模拟结果与本文试验结果进行对比,验证数值分析的正确性。并针对北方桥墩在冻融和冲磨耦合作用下损伤的变化规律,计算在混凝土冻融和冲磨作用下年均磨损厚度。结果表明:混凝土桥墩在只考虑河流冲磨作用下,年均磨蚀厚度为1.2~2.2mm之间,在冻融和冲磨联合作用下,年均磨蚀厚度在4.7~5.7mm之间。
[硕士论文] 郭庆兵
材料工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:随着国家对海洋资源和海疆安全越来越重视,海洋工程大量兴建,混凝土作为海洋工程的基本结构材料其稳定性非常重要,不同于陆地环境,海水中存在大量的离子,其中有些对混凝土材料具有较强的腐蚀作用,本文针对海水中三种主要侵蚀离子:Cl-、Mg2+和SO42-,根据其侵蚀机理不同分别进行实验研究。
  通过C3A、AFm与AFt之间相互转化的关系,以及转化条件进行研究,首先进行了热力学理论分析,提出物质转化的理论基础;然后进行实验验证,包括通过高温炉煅烧制成纯度较高的C3A,进行转化实验,并对得到的试样进行XRD和SEM微观分析,结果证明:无论是热力学理论分析还是实际操作实验C3A与AFm可以在Cl-存在的环境下转化为Fridel's盐,而热力学理论分析AFt并不能与Cl-反应生成Fridel's盐或者三氯铝酸盐,但是实验得到的XRD衍射图谱中却发现了Fridel's盐的存在,推测原因是钙矾石转化过程中不够彻底,还存在一定量的C3A或者AFm,或AFt与AFm存在一个动态平衡,他们之间可以相互转化。
  对于Mg2+和SO42-,本文进行了水泥胶砂试件浸没于侵蚀离子溶液中不同龄期的腐蚀实验,然后对各腐蚀龄期胶砂试块进行了力学性能测试(抗折、抗压),然后对净浆试样进行XRD、SEM、BET等微观测试,结合微观和宏观分析了不同侵蚀离子对于不同水泥混凝土的侵蚀机理。结果证明普硅水泥在面对Mg2+和SO42-侵蚀的时候表现很差;矿渣水泥抗Mgz+侵蚀能力表现较差,而抗SO42-侵蚀能力相对普硅水泥要好一些;超硫酸盐水泥相较于矿渣水泥拥有更好的抗Mg2+和SO42-侵蚀能力;硫铝酸盐基水泥由于其独特的水化特性,在Mg2+和SO42-侵蚀的环境下,强度保持好,抗侵蚀能力也相对更好,自配硫铝酸盐A型和自配硫铝酸盐B型水泥从微观以及宏观相比较差别不大。纵向比较几种水泥抗侵蚀能力,自配A型=自配B型>超硫酸盐水泥>矿渣水泥>普硅水泥。
[硕士论文] 冯新红
控制工程 浙江工业大学 2017(学位年度)
摘要:混凝土生产系统是水利水电工程等各类工程建设必不可缺的系统,而控制系统又是这个系统的核心。控制系统的稳定性、可靠性、速度、精度等性能直接影响混凝土的生产质量和生产效率,从而影响整个工程建设。
  本文简要介绍了混凝土生产控制系统的国内外发展与研究情况,分析了研究工作的选题和意义;再结合金沙江观音岩水电站左岸混凝土生产系统工程实际概述了水利水电工程混凝土生产系统的设备组成、生产工艺及控制要求等基本情况,分析现有控制系统中存在的问题,并提出优化方案。针对混凝土搅拌楼控制系统中配料精度的问题,一方面从信号采集上进行分析,确定了称重传感器的选型、安装、接线及信号传输的方法,另一方面在控制策略上采用迭代学习控制方法,通过称量提前量的动态修正,实现配料精度的控制要求;针对现有混凝土原料输送系统中料位检测存在的问题,利用物料重量对支撑结构会发生弹性形变的原理,设计了一种贴片式称重传感器料位计,实现料位准确检测的可靠性,并同时对控制时序进行优化,提高了物料输送系统的工作效率。在混凝土车辆运输管理方面,利用排队论的相关理论,对车辆调度进行排队模型分析,并在此基础上得到合理的调控方式,同时采用车辆照牌识别技术,提高车辆识别效率,再结合地磅称重系统,通过监控其出货量及时发现混凝土生产质量问题,把好质量关。
  本文采取的优化设计,均已在观音岩水电站混凝土生产系统中使用,运行结果表明,系统运行稳定可靠,提高了整个生产系统的自动化水平,提高了混凝土的生产质量和生产效率。
[硕士论文] 胡南琦
结构工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:土石坝渗流问题直接关系着水利工程的投资与安全,注浆是解决土石坝渗流问题的主要手段之一。目前水利工程中使用的注浆防渗材料主要为水泥浆和化学浆。但是化学浆成本相对较高,而且有可能会对环境产生一定的污染,且耐久性较差,因此并未得到普遍使用;而水泥浆虽具有成本低、结石体强度高等优点,但也存在着流动性差、结石率低等问题,一定程度上影响注浆效果。本文结合防渗注浆的设计要求,并根据土石坝及穿坝涵管的损坏程度不同,通过试验的方法研发出两种不同的注浆材料。
  复合水泥基单液注浆材料是以700目PO.425硅酸盐水泥为基本材料,掺加粉煤灰及膨润土,将减水剂、膨胀剂作为外加剂,对不同配比的材料进行浆液凝结时间、浆液流动性及结石体物理性能等试验分析,并参考扫描电镜试验结果,最终综合各试验数据,选定最佳配合比为:70%700目PO.425硅酸盐水泥、25%粉煤灰、5%钠基膨润土、无减水剂、5%CSA高效膨胀剂(外加剂)。主要结论包括:掺加膨润土可以增加浆液稳定性,提高结石率,但同时会降低浆液流动性,掺加适量粉煤灰可以增加浆液流动性,提高浆液可注性;但随着膨润土和粉煤灰掺入比例的增加,浆液结石体的物理性能会有明显下降;因而膨润土和粉煤灰的掺加比例应适宜。
  复合水泥基—水玻璃双液注浆材料在传统水泥—水玻璃双液注浆材料的基础上添加了粉煤灰和膨润土,在保证传统材料凝胶时间短、早期抗压强度高等优点的基础上,改善了传统材料稳定性差等弊端。通过不同体积的水泥基材料与水玻璃混合,对不同的配比进行了浆液胶凝时间及结石体物理性能的试验分析,并结合扫描电镜试验分析,最终选定最佳配合比为:70%水泥、25%粉煤灰、5%膨润土,水泥基浆液与水玻璃(39°Bé)体积比2∶1。主要结论包括:在复合水泥基材料中加入水玻璃,可以大幅缩短浆液的胶凝时间,但加入过多会大幅降低浆液结石体的物理性能,加入量小会使浆液胶凝时间太短,注浆过程难以控制;掺加粉煤灰虽然会使浆液凝结时间增长、结石体物理性能降低,但一定比例粉煤灰可以改善浆液的流动性,还可以降低成本。
  渗流对土石坝的影响包括:第一、渗透水可能会对穿坝涵管形成接触冲刷,致使涵管表面的混凝土剥落,影响涵管的耐久性;第二、渗透水可能会使穿坝涵管上下两侧受力不均匀,产生不均匀沉降、致使涵管表面混凝土开裂,影响涵管的耐久性,严重时还可能导致涵管漏水。根据两种不同情况,制定了两种不同的注浆施工方案:对于水力坡降小,只形成渗流通道的情况,采用复合水泥基单液注浆材料进行劈裂注浆进行处理;对于水力坡降较大且形成管涌的情况,采用复合水泥基—水玻璃双液注浆材料进行劈裂注浆处理。
  本文研究内容拟在南水北调东线第一期工程鲁北段工程的大屯水库进行现场试验,大坝现场通过地质雷达进行检测,一旦发现缺陷,即对缺陷范围进行防渗加固处理。
[硕士论文] 孙幸福
材料科学与工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:目前使用较多的灌浆材料包括化学灌浆材料、超细水泥灌浆材料、水泥水玻璃灌浆材料等,它们普遍存在成本高、耐久性差、环境友好型差等问题,越来越不能满足绿色化、高性能化发展要求,而我国有大量堆存钢渣、矿渣等工业废渣,尤其是钢渣综合利用率低,不但占用大量土地,还造成巨大的资源浪费。本文针对基于碱激发胶凝材料的原理,提出利用钢渣、矿渣为主要原材料,用水玻璃为激发剂,并添加缓凝剂、减水剂以及膨胀剂等研制出了一种新型的绿色灌浆材料。
  针对灌浆材料的性能特点,系统地研究了各原材料对其流动性、凝结时间、固结强度等性能的研究,确定了最优配合比范围,同时研究了钢渣用量和膨胀种类和掺量对其干缩性能、抗渗性能的影响,确定了最佳膨胀剂的种类和掺量,并在此基础上研究了其抗碳化性能。结合XRD、SEM、压汞法等微观测试手段研究了水化产物组成、微观形貌、孔结构特征与性能之间的关系,初步探讨了其水化硬化机理。
  研究结果表明:钢渣用量在40%~50%,水玻璃模数为1.2~1.4,掺量为10%~12%,缓凝剂和减水剂掺量分别为1.5%、1%时,灌浆材料浆液析水率小于3%,初始流动度基本可以达到280mm以上,凝结时间大于90min,1d、3d、28d固结强度分别能达到10MPa、30MPa、50MPa以上;提高钢渣用量及分别内掺HCSA或FQY膨胀剂能明显改善其收缩性能,降低孔隙率,提高其抗氯离子渗透能力,但内掺膨胀剂明显缩短了灌浆材料的凝结时间,并使流动度减小,建议 HCSA、FQY膨胀剂掺量为4%~8%,此时灌浆材料流动性基本能达到260mm,凝结时间约为70min;碱激发钢渣-矿渣基灌浆材料主要水化产物为C-S-H,C-S-A-H及沸石类产物,内掺膨胀剂时沸石类产物消失,由于碳化作用,并没有检测到CH及Aft的存在;当钢渣用量为40%~50%时,此时具有较为合理的钢渣矿渣比例,钢渣矿渣表现出协同水化效应,有利于提高灌浆材料水化程度。
  综上,以钢渣、矿渣作为主要原材料,水玻璃作为激发剂,辅以高效减水剂、膨胀剂等外加剂,可以制备出具有良好流动性、可控凝结时间、较高强度、无收缩的新型绿色高性能灌浆材料。碱激发钢渣-矿渣基灌浆材料能高效利用工业废渣,制备工艺简单,具有良好的发展前景。
[硕士论文] 牟玉池
水工结构工程 三峡大学 2017(学位年度)
摘要:水工沥青混凝土是一种以沥青为胶结料,将骨料和填料集合在一起的复合材料,具有良好的耐久性、不透水性和柔性,被广泛应用于土石坝的防渗体系。目前关于水工沥青混凝土的力学性能研究较少,特别是在低温状态下的力学性能研究更少。因此,研究水工沥青混凝土在低温状态的力学性能对其在低温地区的应用与施工具有重要意义。
  本文以水工沥青混凝土在低温、高应力条件下的蠕变实验为研究对象,对水工沥青混凝土在低温状态下的力学性能进行研究。首先,通过水工沥青混凝土在同一加载温度,不同加载应力条件下的蠕变实验和同一加载应力、不同加载温度条件下的蠕变实验,研究水工沥青混凝土的蠕变规律。然后,利用MATLAB编写四种常用的粘弹性本构模型的非线性拟合程序,和实验数据进行拟合,得到各个模型在各个加载温度和加载应力条件下的模型参数和拟合曲线,分析各个模型的优势与不足,选择其中最能够反映水工沥青混凝土在低温状态下的本构模型方程。最后,对选出来的最优本构模型方程的模型参数进行研究,利用灰色系统理论,研究各个参数受到加载温度和加载应力的影响程度分析,利用MATLAB拟合各个模型参数关于加载温度和加载应力的定量关系表达式,并通过实验曲线和预测曲线进行对比分析,验证定量关系式的正确性。
  本文通过实验研究,发现Burgers模型能够更好的反映水工沥青混凝土在低温状态下的蠕变过程,并对其模型参数受到加载温度和加载应力的影响进行了定性与定量分析,建立了Burgers模型关于加载温度和加载应力的预测函数,对于水工沥青混凝土在低温地区的应用具有一定实际参考意义。
[硕士论文] 汪武威
水工结构工程 郑州大学 2017(学位年度)
摘要:橡胶混凝土是以混凝土为基材,掺入橡胶颗粒配制而成的一种新型混凝土。国内外学者对橡胶混凝土的强度、耐久性能等已经进行了较为深入的研究工作。对于橡胶混凝土的抗冲磨性能和抗冲击性能还在初步研究阶段,若能进行系统研究后将橡胶混凝土应用并推广,不仅为解决水工混凝土冲磨问题提供了一种新的途径,同时还可以缓解因废旧橡胶引起的环境污染问题。
  本文主要研究内容包括两个部分:第一部分为橡胶混凝土抗冲磨性能和抗冲击性能的研究,该部分选取两种橡胶颗粒,对橡胶颗粒采用四种表面处理方法(不处理、水洗处理、NaOH溶液处理、NaOH溶液和KH570复合处理)进行处理,按两种掺量等体积取代砂配制橡胶混凝土,并对橡胶混凝土的工作性能、基本力学性能、抗冲磨性能和抗冲击性能进行研究;第二部分是应用分形理论评价橡胶混凝土抗冲磨性能,该部分在抗冲磨试验的基础上,采用盒计数法计算混凝土冲磨表面的分形维数,并以此分析各因素对橡胶混凝土抗冲磨性能的影响。
  本文的主要结论如下:
  (1)在一定范围内,掺入1~3mm橡胶颗粒混凝土拌和物的坍落度随着橡胶掺量的增大而增大,而掺入3~6mm橡胶颗粒混凝土拌和物的坍落度则先增大后减小;
  (2)将橡胶颗粒掺入混凝土中会降低混凝土的抗压强度,但同时在较大程度上提高了混凝土的抗冲磨强度和抗冲击强度;
  (3)橡胶颗粒粒径和掺量对橡胶混凝土抗冲磨性能影响较大,基准混凝土强度对橡胶混凝土抗冲击性能影响较大,改性处理方法对橡胶混凝土抗冲磨和抗冲击性能影响都较小,改性处理方法中,NaOH+KH570复合处理的效果最明显;
  (4)混凝土冲磨表面的分形维数与基准混凝土强度等级、橡胶颗粒粒径、橡胶掺量这三个影响因素呈负相关关系,随着上述三个因素的增大混凝土冲磨表面的分形维数逐渐减小,混凝土抗冲磨性能则逐渐提高。
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