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孔隙特征及受荷过程中的演化特性对珊瑚砂的物理力学特性有重要影响.利用自主研发的高压土工CT-三轴仪,在保证试样常规尺寸大小的前提下,对珊瑚砂进行围压为100～1600 kPa的三轴固结排水试验,同时在加载过程中对珊瑚砂试样进行实时CT扫描,根据CT图像分析孔隙形状参数球圆度和各向异性,利用数字体积关联法(DVC)分析珊瑚砂的孔隙结构演化特性.结果表明,在围压和颗粒破碎的影响下,加载过程中珊瑚砂试样的孔隙结构演化大致可分为3段,即加载端部位(Ⅰ段)主要受到压力作用,颗粒发生破碎和滑动引起孔隙率减小,局部应变主要为负应变即压应变;试样中部及以下部位(Ⅱ和Ⅲ段),低围压时颗粒滑移孔隙外扩宏观上表现为剪胀现象,局部应变呈现正应变即拉应变,高围压和颗粒破碎会抑制剪胀现象;较好地解释了低围压时砂样的剪切带常发生在试样中间及偏下部分的原因.试样加载过程中孔隙形状随围压增大越来越接近球形和趋于各向同性;沿竖直方向,试样的变形量在围压约束下逐渐减小.试样的孔隙体积和局部应变在加载过程中逐渐稳定,符合砂土的临界状态理论.研究成果对深入认识珊瑚砂的工程力学特性具有重要意义.
珊瑚砂CT扫描细观孔隙演化数字体积关联法DVC
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碳纤维常被作为增强相用以提高水泥基材料的性能,然而碳纤维与水泥基材料的相容性较差.碳纤维表面活性基团少,表现为化学惰性,与水泥基材料的结合仅依靠机械摩擦力.碳纤维表面光滑,与水泥基材料的机械摩擦力小,界面结合较差,从而影响碳纤维效果的发挥.因此,研究者们通过碳纤维表面处理或复掺其他材料对碳纤维/水泥浆体界面进行改善.本文从碳纤维表面氧化、碳纤维表面接枝纳米材料、纳米材料与碳纤维复掺以及聚合物与碳纤维复掺等方面出发,对国内外碳纤维增强水泥基材料界面改性的研究现状进行了总结分析,可为今后碳纤维增强水泥基材料性能的提升提供参考.
水泥基材料碳纤维界面性能纳米材料表面接枝
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为探明在磷酸镁水泥(magnesium phosphate cement,MPC)砂浆中掺加减水剂而引起的强度变化规律,选取典型磷酸镁水泥道面修补砂浆配合比,以5％硼砂掺量为基础,分别掺入0.3％、0.5％、1.0％、1.5％聚羧酸减水剂(poly carboxylic acid superplasticizer,PCE)以及 0.5％、1.0％、1.5％、2.0％萘系减水剂(naphthalene water reducer,FDN)制作系列试件,对试件1/6、1、3、7、28 d龄期的抗压强度、抗折强度进行了测试.基于抗压强度和抗折强度试验结果,建立相应的预测模型,进一步研究了不同减水剂掺量下MPC性能随时间的变化规律.结果表明:随着PCE掺量的增加,MPC抗压强度逐渐减小,抗折强度3d龄期内先增大后减小,3d龄期后呈减小趋势;随着FDN掺量的增大,MPC抗压强度先减小后增大,抗折强度先增大后减小,当掺量为0.5％时4 h龄期抗压强度最大,掺量为1.5％时4h龄期抗折强度最大;PCE、FDN对MPC的早期强度具有一定破坏作用,当FDN掺量为1.5％时满足机场道面的抢修要求;经验证,MPC抗压强度和平均相对误差均小于5％,标准差均小于0.02,证明模型具有较好的准确性.
磷酸镁水泥聚羧酸减水剂萘系减水剂抗压强度抗折强度预测模型
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机场土质道面易松散,耐磨性能较差,产生大量扬尘和碎屑,危害飞机安全.提出将改性聚脲、环氧树脂以及硅烷渗透型材料作为机场土质道面功能性面层,对其进行复合因素作用下的磨耗试验,并通过扫描电子显微镜分析3种功能性面层材料的作用机理,分析功能性面层材料在机场土质跑道的适用性.结果表明,冻融-紫外线老化下,与对比组相比,改性聚脲组质量损失降低59.7%,硅烷组降低32.4%,环氧树脂组降低16.1%,改性聚脲在冻融-紫外线中的改善作用较明显;环氧树脂在前期虽具有较高的耐磨性能,但20转磨耗之后,其损耗质量快速增长,不建议长期使用;经过冻融-火焰喷蚀、干湿循环-紫外线老化以及干湿循环-火焰喷蚀试验后,硅烷组的质量损失较小,分别为4.28%、3.02%、2.87%,均远低于对比组,干湿循环及火焰喷蚀后硅烷组显示出了良好的防水及耐高温性能,硅烷材料对面层使用性能强化作用明显.硅烷/改性聚脲组合强度在干湿循环后相较初始值降幅仅23.1%,冻融循环后仅下降29.5%,其抗干湿循环及抗冻性能提升较大.研究结果可为机场土质道面功能性面层材料的选择提供借鉴.
简易机场土质道面功能性面层道面材料耐磨性能
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针对当前常用于道面修复的硅酸盐系水泥在严寒环境(-20 ℃)下水化趋于停滞,强度生成困难的问题,选择在负温环境下仍能正常水化的磷酸镁水泥作为研究对象,研究了水灰比、硼砂掺量、聚羧酸减水剂掺量、萘系减水剂掺量对严寒环境下磷酸镁水泥早期性能的影响规律,并给出了最优配合比.研究结果表明,严寒环境下水灰比的增加会降低抗折强度,延长凝结时间,但对于抗压强度影响较小;硼砂掺量与强度基本呈先增加后降低的趋势,在5％时强度表现较好;随聚羧酸减水剂的增加抗压强度呈先增加后减小的趋势,抗折强度在1 h呈同样规律,后期则呈负相关.萘系减水剂掺量则与强度呈负相关.因此,严寒环境下配合比建议选择为水灰比0.16,硼砂掺量5％,聚羧酸减水剂掺量0.4％.研究结果可为严寒环境机场道面快速修复工程提供理论支撑.
严寒环境磷酸镁水泥聚羧酸减水剂萘系减水剂力学性能工作性能
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为探究氧化铝纤维对混凝土力学性能的影响,制作了不同氧化铝纤维长度(4 mm、8 mm、12 mm、16 mm)及体积掺量(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%)的氧化铝纤维增强混凝土试件,并且分别对其开展了抗压及抗折性能测试.结果表明,随着氧化铝纤维体积掺量的增加,混凝土的抗压强度和抗折强度均呈现出先逐渐增加而后有所下降的变化趋势;掺入长度为 8mm的氧化铝纤维比另外 3 种长度的氧化铝纤维对于混凝土抗压、抗折强度的提升作用更加明显.当氧化铝纤维长度为 8 mm、体积掺量为0.2%时,氧化铝纤维增强混凝土的抗压强度相较于素混凝土提高了10.59%;当氧化铝纤维长度为8 mm、体积掺量为0.3%时,氧化铝纤维增强混凝土的抗折强度相较于素混凝土提高了 26.18%.通过微观形貌分析可知,氧化铝纤维能够与混凝土基体紧密结合,充分发挥阻裂作用、桥接作用,进而有效改善混凝土材料的基本力学性能.
混凝土氧化铝纤维抗压强度抗折强度折压比微观形貌
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黄土高原北侧与诸多沙漠接壤,形成了广泛分布的风积砂-黄土混合区.不同比例条件下的风积砂-黄土混合料会呈现不同的物理力学特征,且风积砂-黄土混合料地基现场施工和使用过程中常与其他材料产生界面接触力学行为,相关研究目前鲜有述及.鉴于此,本工作获得了不同掺砂率条件下的混合料最大干密度,配制相同压实度和不同掺砂率的风积砂-黄土混合料环状试样,开展不同竖向压力和剪切速率条件下的混合料与钢制界面的环形剪切试验,借助扫描电镜观测不同混合料的颗粒分布特征以及颗粒破碎特征,揭示风积砂-黄土混合料与钢制界面环形条件下的残余强度形成机制.结果表明,随着掺砂率的增大,风积砂-黄土混合料的物理力学特征由黄土向砂土过渡.竖向压力小于100 kPa条件下,混合料产生剪胀的概率增大.混合料与钢界面之间的残余强度与竖向压力呈线性关系,变化趋势符合摩尔-库仑定律.随着掺砂率的增大,风积砂颗粒破碎效应增大,混合料与钢界面之间的残余内摩擦角及残余黏聚力均会减小.剪切速率的增大会缩短混合料与钢界面之间的接触时间,两者之间的接触、咬合效应尚不足以发挥作用进而减小了界面残余强度.研究结果预测了风积砂中掺入黄土的比例,可以为风积砂地基处理提供有益参考,也可为风积砂-黄土混合料施工力学行为研究提供科学借鉴.
风积砂-黄土混合料钢界面环剪试验界面残余强度
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墨西哥圣卢卡斯Xolox历史中心街区的更新是在一个特殊的时空节点进行的.2018 年底,在全民公投决定取消NAIM机场项目后,民众呼吁将前圣卢西亚军事空军基地(墨西哥第一空军基地)作为建造菲利普·安赫莱斯机场(AIFA)的新址.这项决策将使项目周边乃至墨西哥州临近地区面临航空活动的压力,因为建设机场基础设施会对人员流动、土地使用、环境污染和城镇发展等诸多方面产生影响,而这些问题还有待研究与协调.
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为提升低温环境下矿渣基地聚物砂浆性能,通过掺加硅灰、偏高岭土实现对矿渣基地聚物砂浆的复合改性,并通过正交试验研究硅灰、偏高岭土、减水剂的掺量以及水玻璃与氢氧化钠溶液质量比对硅灰-偏高岭土-矿渣基地聚物砂浆(SMSGM)力学性能和工作性能的影响,并确定最佳配合比.在此基础上作对比验证试验,探究低(负)温对SMSGM力学性能的影响,并分析了低(负)温养护下地聚物砂浆的微观形貌、红外吸收性质、孔隙结构.结果表明:SMSGM的流动性及强度受水玻璃与氢氧化钠溶液质量比影响最大;正交试验中,硅灰掺量为10％、偏高岭土掺量为20％、减水剂掺量为0.8％、水玻璃与氢氧化钠溶液质量比为0.5是最优配合比,3 d抗压强度可达30.1 MPa;温度降低至-10℃后,SMSGM表面存在大量未参与反应的原材料,水化产物未充分胶结,孔隙量增大,毛细孔数目增多,宏观表现为强度降低,但水化反应释放的大量热可支持SMSGM早期强度的形成,验证了其在寒冷条件下使用的可行性,以期为寒区基础设施快速修复的应用提供理论依据和指导.
硅灰-偏高岭土-矿渣基地聚物砂浆低温环境早期力学性能正交试验配合比优化微观结构
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受损道面的快速修复能力是战时制约空军战斗力生成的重要因素,抢修过程中的测试技术是体现此能力的重要方面,但目前的测试技术无法满足使用需求.针对于此,基于理论分析和测试实践对机场道面抢修中修复范围确定、结构承载力和道面表面特性测试等关键步骤的测试技术进行了对比分析,并提出发展建议.结果表明,目测法、激光水平仪和激光扫平仪法存在测试过程繁琐、误差可能性大和无法快速精确确定高程偏差等问题,更优的方法是定制强光下15 m内光线清晰可见的激光器,同时集成激光测距仪;重型落锤式弯沉仪(heavy weight deflectometer,HWD)和飞机荷载模拟加载车法适用于最终承载力的验证,不适于抢修过程中的测试;动态圆锥贯入仪(dynamic cone penetrometer,DCP)法存在测试过程不够简单、测试结果需进一步计算等缺点,更优的方法是采用轻型落锤式弯沉仪(light weight deflectometer,LWD)测试动态变形模量作为评价指标;摩擦系数测试车法和激光平整度仪法不适于抢修道面测试,摆式仪法和三米直尺法可用于小范围抢修道面测试,更优的方法是开发基于智能手机的抗滑性能和平整度联合测试方法.研究结果可为提高机场道面抢修效率提供技术支撑.
道路工程机场工程道面抢修弹坑道面承载力表面性能
