預(yù)制橋梁GRPC材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)及接縫性能研究

綠色高性能混凝土”是近年來(lái)混凝土發(fā)展的主要方向之一?；钚苑勰┗炷粒≧eactive Powder Concrete，RPC）是一種具有高強(qiáng)度和高耐久性的超高性能混凝土材料，但其制備和應(yīng)用中存在材料成本高、資源能耗大、養(yǎng)護(hù)工藝復(fù)雜等問(wèn)題。遵循混凝土材料“節(jié)約資源、綠色環(huán)?！钡目沙掷m(xù)發(fā)展方向，本文通過(guò)采用兩種可回收利用的工農(nóng)業(yè)廢料——稻殼灰和混凝土再生微粉，作為“綠色摻合料”替代RPC中的水泥和硅灰，以制備具有良好經(jīng)濟(jì)環(huán)保性能的“綠色活性粉末混凝土”。 本文研究對(duì)比了稻殼灰和再生微粉對(duì)RPC強(qiáng)度、耐久性和工作性能的影響。首先，對(duì)選用的兩種綠色摻合料的物理化學(xué)性能進(jìn)行了檢測(cè)分析，初步探究其作為RPC摻合料的可行性；然后，分別用稻殼灰和再生微粉以不同摻量取代硅灰和水泥，研究摻綠色摻合料的RPC的力學(xué)性能、工作性能以及耐久性（收縮性能和抗氯離子滲透性能）的變化。同時(shí)，還對(duì)比了稻殼灰和再生微粉與常見(jiàn)的摻合料礦粉和粉煤灰對(duì)RPC性能的影響。研究結(jié)果表明：采用稻殼灰和再生微粉作為綠色環(huán)保的活性摻合料制備的“綠色活性粉末混凝土”，雖然與摻硅灰的RPC相比，其強(qiáng)度有一定程度的下降，但仍能滿(mǎn)足一般工程對(duì)高性能混凝土的強(qiáng)度需求；在耐久性方面，稻殼灰和再生微粉還能減小RPC的收縮變形，并使RPC保持較好的抗氯離子滲透性能。研究結(jié)果為綠色活性摻合料在RPC中的應(yīng)用提供了理論支持和技術(shù)支持，提高了RPC的經(jīng)濟(jì)性，擴(kuò)大了其在工程中的應(yīng)用范圍，有利于廢棄資源回收利用，帶來(lái)良好的環(huán)境效益，促進(jìn)了RPC的可持續(xù)化發(fā)展。 采用無(wú)損檢測(cè)方法—沖擊共振法，可以快速準(zhǔn)確地測(cè)出混凝土早齡期動(dòng)態(tài)彈性模量，通過(guò)它與靜力受壓彈性模量的線(xiàn)性關(guān)系推算出靜力受壓彈性模量。試驗(yàn)研究了骨料體積含量、粗骨料級(jí)配、粗骨料種類(lèi)、水灰比和養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)混凝土軸心抗壓強(qiáng)度和彈性模量的影響。研究得出水灰比是軸心抗壓強(qiáng)度的重要影響因素，骨料體積含量是彈性模量的重要影響因素。采用多元回歸分析建立了上述影響因素與強(qiáng)度和彈性模量相關(guān)關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 進(jìn)行了四種骨料組合混凝土的抗硫酸加速腐蝕試驗(yàn)。含有大理石骨料的混凝土比含青石和黃砂骨料的混凝土耐硫酸腐蝕性能高。腐蝕層受擾動(dòng)情況下，腐蝕深度與腐蝕時(shí)間成線(xiàn)性關(guān)系。 進(jìn)行了硫酸腐蝕作用對(duì)樁-土接觸面剪切特性的影響的研究。提出了等耐久性與全壽命設(shè)計(jì)方法。 2100433B

活性粉末混凝土(RPC)具有超高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性和高體積穩(wěn)定性，但由于造價(jià)高應(yīng)用受限。通過(guò)選取工業(yè)廢料替代RPC 中的部分水泥、硅灰和石英粉等，研制低成本RPC-Green Reactive Powder Concrete (GRPC)應(yīng)用于預(yù)制混凝土橋梁，具有工程意義和科學(xué)意義。運(yùn)用分式正交設(shè)計(jì)方法制定試驗(yàn)矩陣，對(duì)試驗(yàn)參數(shù)（水膠比和纖維、硅粉、石英粉、工業(yè)廢料、減水劑品種與摻量以及養(yǎng)護(hù)方法）組合及材料性能（力學(xué)性能、工作性能及耐久性能等）進(jìn)行系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，建立基于材料性能指標(biāo)和全壽命經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的GRPC 優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。開(kāi)發(fā)GRPC 橋板接縫材料，設(shè)計(jì)、試驗(yàn)研究GRPC 橋板接縫形式，使其具有縮短現(xiàn)場(chǎng)施工，保證傳遞彎矩和剪力及優(yōu)良的耐久性能，實(shí)現(xiàn)橋板全壽命周期的環(huán)保與低消耗。

結(jié)構(gòu)阻尼一體化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高效振動(dòng)響應(yīng)控制和結(jié)構(gòu)承載功能一體化，是目前航空航天飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要研究方向。本項(xiàng)目基于全復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)優(yōu)異的比剛度和比強(qiáng)度性能，結(jié)合粘彈性阻尼材料的高阻尼特性，設(shè)計(jì)制備兼具結(jié)構(gòu)承載功能和減振降噪功能的多功能結(jié)構(gòu)，研究這類(lèi)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)規(guī)律和阻尼特性。研究?jī)?nèi)容包括：針對(duì)結(jié)構(gòu)承載和阻尼設(shè)計(jì)要求，開(kāi)展多功能協(xié)同和多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出微結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，給出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案；采用共固化工藝制備阻尼復(fù)合材料點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，研究工藝參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能的影響規(guī)律；建立阻尼復(fù)合材料點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的細(xì)觀(guān)力學(xué)分析模型，研究其宏微觀(guān)阻尼機(jī)理以及微觀(guān)結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)整體動(dòng)態(tài)性能的關(guān)系。研究成果可為航空航天飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造提供理論依據(jù)和技術(shù)儲(chǔ)備。

結(jié)構(gòu)阻尼一體化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高效振動(dòng)響應(yīng)控制和結(jié)構(gòu)承載功能一體化，是目前航空航天飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要研究方向。本項(xiàng)目基于全復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)優(yōu)異的比剛度和比強(qiáng)度性能，結(jié)合粘彈性阻尼材料的高阻尼特性，設(shè)計(jì)制備兼具結(jié)構(gòu)承載功能和減振降噪功能的多功能結(jié)構(gòu)，研究這類(lèi)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)規(guī)律和阻尼特性。主要研究成果包括：針對(duì)結(jié)構(gòu)承載和阻尼設(shè)計(jì)要求，開(kāi)展了多功能協(xié)同和多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了阻尼點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案；采用共固化工藝制備阻尼復(fù)合材料點(diǎn)陣平板結(jié)構(gòu)和曲面殼結(jié)構(gòu)，通過(guò)在復(fù)合材料點(diǎn)陣面板以及芯子中埋置阻尼材料的方法實(shí)現(xiàn)了在結(jié)構(gòu)剛度不降低的前提下阻尼性能的大幅提高；建立了阻尼復(fù)合材料點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)阻尼性能與其結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，獲得了這類(lèi)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能和阻尼性能的表征方法。研究成果可為航空航天飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造提供理論依據(jù)和技術(shù)儲(chǔ)備。 課題圓滿(mǎn)完成了既定的計(jì)劃任務(wù)、實(shí)現(xiàn)了預(yù)期研究目標(biāo)。迄今為止，本課題共發(fā)表學(xué)術(shù)期刊論文7篇，會(huì)議論文4篇，其中SCI檢索6篇，EI檢索3篇。在科學(xué)出版社出版專(zhuān)著1部。獲得授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利2項(xiàng)。通過(guò)課題研究培養(yǎng)博士生8人，碩士生4人，畢業(yè)博士生3人、碩士生3人。 2100433B