預制橋梁GRPC材料的優(yōu)化設計及接縫性能研究

綠色高性能混凝土”是近年來混凝土發(fā)展的主要方向之一?；钚苑勰┗炷粒≧eactive Powder Concrete，RPC）是一種具有高強度和高耐久性的超高性能混凝土材料，但其制備和應用中存在材料成本高、資源能耗大、養(yǎng)護工藝復雜等問題。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)濟環(huán)保性能的“綠色活性粉末混凝土”。 本文研究對比了稻殼灰和再生微粉對RPC強度、耐久性和工作性能的影響。首先，對選用的兩種綠色摻合料的物理化學性能進行了檢測分析，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，還對比了稻殼灰和再生微粉與常見的摻合料礦粉和粉煤灰對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，其強度有一定程度的下降，但仍能滿足一般工程對高性能混凝土的強度需求；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中的應用提供了理論支持和技術(shù)支持，提高了RPC的經(jīng)濟性，擴大了其在工程中的應用范圍，有利于廢棄資源回收利用，帶來良好的環(huán)境效益，促進了RPC的可持續(xù)化發(fā)展。 采用無損檢測方法—沖擊共振法，可以快速準確地測出混凝土早齡期動態(tài)彈性模量，通過它與靜力受壓彈性模量的線性關(guān)系推算出靜力受壓彈性模量。試驗研究了骨料體積含量、粗骨料級配、粗骨料種類、水灰比和養(yǎng)護溫度對混凝土軸心抗壓強度和彈性模量的影響。研究得出水灰比是軸心抗壓強度的重要影響因素，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度和彈性模量相關(guān)關(guān)系的數(shù)學表達式。 進行了四種骨料組合混凝土的抗硫酸加速腐蝕試驗。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。腐蝕層受擾動情況下，腐蝕深度與腐蝕時間成線性關(guān)系。 進行了硫酸腐蝕作用對樁-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計方法。 2100433B

活性粉末混凝土(RPC)具有超高強度、高韌性、高耐久性和高體積穩(wěn)定性，但由于造價高應用受限。通過選取工業(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)應用于預制混凝土橋梁，具有工程意義和科學意義。運用分式正交設計方法制定試驗矩陣，對試驗參數(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)護方法）組合及材料性能（力學性能、工作性能及耐久性能等）進行系統(tǒng)的試驗研究，建立基于材料性能指標和全壽命經(jīng)濟性指標的GRPC 優(yōu)化設計模型。開發(fā)GRPC 橋板接縫材料，設計、試驗研究GRPC 橋板接縫形式，使其具有縮短現(xiàn)場施工，保證傳遞彎矩和剪力及優(yōu)良的耐久性能，實現(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)可以實現(xiàn)高效振動響應控制和結(jié)構(gòu)承載功能一體化，是目前航空航天飛行器結(jié)構(gòu)設計的重要研究方向。本項目基于全復合材料點陣夾芯結(jié)構(gòu)優(yōu)異的比剛度和比強度性能，結(jié)合粘彈性阻尼材料的高阻尼特性，設計制備兼具結(jié)構(gòu)承載功能和減振降噪功能的多功能結(jié)構(gòu)，研究這類結(jié)構(gòu)的動力學響應規(guī)律和阻尼特性。研究內(nèi)容包括：針對結(jié)構(gòu)承載和阻尼設計要求，開展多功能協(xié)同和多目標優(yōu)化設計，提出微結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計方法，給出優(yōu)化設計方案；采用共固化工藝制備阻尼復合材料點陣結(jié)構(gòu)，研究工藝參數(shù)對結(jié)構(gòu)動力學性能的影響規(guī)律；建立阻尼復合材料點陣結(jié)構(gòu)的細觀力學分析模型，研究其宏微觀阻尼機理以及微觀結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)整體動態(tài)性能的關(guān)系。研究成果可為航空航天飛行器結(jié)構(gòu)設計制造提供理論依據(jù)和技術(shù)儲備。

結(jié)構(gòu)阻尼一體化技術(shù)可以實現(xiàn)高效振動響應控制和結(jié)構(gòu)承載功能一體化，是目前航空航天飛行器結(jié)構(gòu)設計的重要研究方向。本項目基于全復合材料點陣夾芯結(jié)構(gòu)優(yōu)異的比剛度和比強度性能，結(jié)合粘彈性阻尼材料的高阻尼特性，設計制備兼具結(jié)構(gòu)承載功能和減振降噪功能的多功能結(jié)構(gòu)，研究這類結(jié)構(gòu)的動力學響應規(guī)律和阻尼特性。主要研究成果包括：針對結(jié)構(gòu)承載和阻尼設計要求，開展了多功能協(xié)同和多目標優(yōu)化設計，提出了阻尼點陣結(jié)構(gòu)的設計方案；采用共固化工藝制備阻尼復合材料點陣平板結(jié)構(gòu)和曲面殼結(jié)構(gòu)，通過在復合材料點陣面板以及芯子中埋置阻尼材料的方法實現(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；建立了阻尼復合材料點陣結(jié)構(gòu)阻尼性能與其結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，獲得了這類結(jié)構(gòu)力學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)設計制造提供理論依據(jù)和技術(shù)儲備。 課題圓滿完成了既定的計劃任務、實現(xiàn)了預期研究目標。迄今為止，本課題共發(fā)表學術(shù)期刊論文7篇，會議論文4篇，其中SCI檢索6篇，EI檢索3篇。在科學出版社出版專著1部。獲得授權(quán)國家發(fā)明專利2項。通過課題研究培養(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