工业与建筑固废高效利用混凝土及其工程结构防灾研究

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作者 弓扶元 曹万林 +3 位作者 王栋民 黄天勇 赵羽习 马敬友 《自然灾害学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期1-18,共18页

我国工业固废与建筑拆除固废存量巨大,且固废产生量逐年增加,固废堆存造成的滑坡灾害、环境污染灾害和占用大范围场地给可持续发展带来了挑战。此外,历次大地震造成房屋倒塌也产生大量的建筑固废,如何将这些建筑固废在灾后重建中高效利... 我国工业固废与建筑拆除固废存量巨大,且固废产生量逐年增加,固废堆存造成的滑坡灾害、环境污染灾害和占用大范围场地给可持续发展带来了挑战。此外,历次大地震造成房屋倒塌也产生大量的建筑固废,如何将这些建筑固废在灾后重建中高效利用,引发国内外学者的广泛关注。目前利用这些固废制备混凝土是具有重要价值和前景的方案,采用工业固废、建筑固废、工业和建筑固废制备的混凝土被统称为固废混凝土,其中利用后两者制备的混凝土也被称为再生混凝土。固废高效利用混凝土有3层含义,即固废胶凝材料和固废骨料性能提升、高固废掺量混凝土、固废混凝土在工程结构中根据受力需求合理利用。综述了不同建筑固废和工业固废的物化特性,概述了不同固废材料对混凝土力学性能和耐久性能的影响,在归纳固废混凝土构件及结构抗震性能、抗火性能研究结果的基础上,对固废混凝土结构防灾技术研究的发展进行了展望。 展开更多

关键词 固废混凝土 工程结构 力学性能 耐久性能 抗震性能

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AAR与锈蚀对钢筋-混凝土黏结性能的耦合劣化试验研究

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作者 李鹏飞 张媛 +2 位作者 王凯 弓扶元 汪承志 《水利水电快报》 2024年第2期80-87,共8页

为研究碱骨料反应(Alkali-Aggregate Reaction,AAR)和锈蚀对钢筋-混凝土黏结性能影响的损伤机理,试验制备了一系列不同钢筋直径的混凝土拉拔试件,通过测量混凝土的膨胀量、钢筋锈蚀质量损失以及相应的拉拔试验,评估不同程度损伤对黏结... 为研究碱骨料反应(Alkali-Aggregate Reaction,AAR)和锈蚀对钢筋-混凝土黏结性能影响的损伤机理,试验制备了一系列不同钢筋直径的混凝土拉拔试件,通过测量混凝土的膨胀量、钢筋锈蚀质量损失以及相应的拉拔试验,评估不同程度损伤对黏结性能的影响。得到了耦合损伤下碱骨料膨胀和钢筋锈蚀对黏结性能影响的量化结果,并阐明了黏结性能的劣化规律。结果表明:短期耦合损伤下,AAR凝胶和锈蚀产物填充混凝土孔隙以提高黏结强度;随着损伤程度加剧,反应产物膨胀应力释放,黏结强度开始下降。长期耦合损伤作用会严重劣化混凝土性能,造成混凝土黏结性能严重劣化。研究结果可为钢筋混凝土工程设计与维护提供参考。 展开更多

关键词 碱骨料膨胀 钢筋锈蚀 钢筋混凝土结构 耦合损伤 黏结性能

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基于双目标优化的再生骨料混凝土智能配比设计方法研究

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作者 叶林杰 吴迪高 +3 位作者 白丽辉 殷向红 弓扶元 李鹏飞 《水利水电快报》 2024年第3期61-67,共7页

针对现有再生骨料混凝土配比设计未综合考虑资源、经济等因素的问题,提出了一种考虑低碳排、低成本等多因素的智能配比设计方法。引入再生混凝土强度影响系数,明确再生骨料与矿物掺和料对再生混凝土强度影响的数理关系。基于帕累托优化... 针对现有再生骨料混凝土配比设计未综合考虑资源、经济等因素的问题,提出了一种考虑低碳排、低成本等多因素的智能配比设计方法。引入再生混凝土强度影响系数,明确再生骨料与矿物掺和料对再生混凝土强度影响的数理关系。基于帕累托优化与目标优化决策,实现对再生骨料混凝土配合比设计的双目标配比优化;再通过代码撰写将研究理论应用于再生混凝土配合比设计软件的开发,实现再生骨料混凝土配合比设计的智能化,并应用于舟山人工鱼礁工程,实现了再生骨料混凝土配合比优选。结果表明:提出的智能配比设计方法可有效提高再生骨料取代率、低碳排胶凝材料掺量,实现再生混凝土应用的高绿色度、高强高性能、低能耗、低成本。 展开更多

关键词 再生骨料 配合比设计 碳排放 目标优化

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纤维、掺合料对混凝土徐变影响综述 被引量：1

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作者 陈晨 弓扶元 +1 位作者 赵羽习 曾滨 《混凝土》 CAS 北大核心 2023年第5期85-91,95,共8页

从纤维和掺合料角度综述混凝土徐变规律。针对纤维混凝土,首先分析了不同纤维和复掺纤维对徐变影响,发现钢纤维长度不宜大于30 mm,弯钩形钢纤维抑制徐变效果更好,钢、聚乙烯醇、聚丙烯纤维掺量不宜高于2.0%、1.0%、0.3%,而复掺纤维宜采... 从纤维和掺合料角度综述混凝土徐变规律。针对纤维混凝土,首先分析了不同纤维和复掺纤维对徐变影响,发现钢纤维长度不宜大于30 mm,弯钩形钢纤维抑制徐变效果更好,钢、聚乙烯醇、聚丙烯纤维掺量不宜高于2.0%、1.0%、0.3%,而复掺纤维宜采用强纤维中增加其他纤维方法;然后,在文献数据基础上,定量分析混凝土徐变随时间和钢纤维掺量变化规律。其次,针对掺合料混凝土,首先分析不同掺合料和复掺对徐变影响,发现硅灰、矿粉、粉煤灰掺量不宜高于10%、30%、30%,且复掺掺合料优先顺序为硅灰、粉煤灰、矿粉;然后,根据已有文献,定量分析混凝土徐变随时间和粉煤灰掺量变化规律。最后,讨论超高性能混凝土徐变规律,发现掺量低于2.5%钢纤维有利于抑制徐变。 展开更多

关键词 纤维混凝土 矿物掺合料 超高性能混凝土 徐变

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基于色彩识别的再生砖混骨料中红砖含量的快速检测研究 被引量：1

5

作者 贾健国 弓扶元 +2 位作者 彭一展 吴庆培 杨柳 《混凝土》 CAS 北大核心 2023年第7期81-85,90,共6页

对砖混骨料中红砖含量的快速检测技术进行了研究,提出了一种基于色彩识别的红砖含量快速检测方法。首先对3种色彩空间(RGB、HSV、HSL)下的识别效果进行了对比分析,筛选出最适合于红砖含量识别的色彩空间。之后探究了骨料表面干湿状态、... 对砖混骨料中红砖含量的快速检测技术进行了研究,提出了一种基于色彩识别的红砖含量快速检测方法。首先对3种色彩空间(RGB、HSV、HSL)下的识别效果进行了对比分析,筛选出最适合于红砖含量识别的色彩空间。之后探究了骨料表面干湿状态、图像收集角度、骨料翻动、摆放形态、试样规模等因素对检测结果的影响,确定了一套合理消除误差的测试流程。最后通过数据统计确定了一组适用于实际工程应用的默认阈值,识别结果在工程可接受的范围内。结果表明,HSL色彩空间下红砖含量的识别效果最佳。虽然各种试验因素影响下的试验结果具有一定的波动性,但均可通过求均值的方法控制在合理的范围内。通过测试流程优化,提出的方法可以获得较为理想的识别效果。 展开更多

关键词 再生骨料 砖混骨料 红砖含量 快速检测技术 色彩空间

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钢筋混凝土碱骨料膨胀对钢筋锈蚀影响试验研究

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作者 张媛 李鹏飞 弓扶元 《水利水电快报》 2023年第11期99-104,共6页

为研究钢筋混凝土结构碱骨料反应(AAR)过程中体积膨胀率对钢筋锈蚀率的影响规律,对两种钢筋直径的混凝土试件进行了不同程度的AAR劣化和钢筋锈蚀试验。通过测量混凝土的AAR膨胀量和钢筋的锈蚀质量损失,得到钢筋-混凝土AAR膨胀率对钢筋... 为研究钢筋混凝土结构碱骨料反应(AAR)过程中体积膨胀率对钢筋锈蚀率的影响规律,对两种钢筋直径的混凝土试件进行了不同程度的AAR劣化和钢筋锈蚀试验。通过测量混凝土的AAR膨胀量和钢筋的锈蚀质量损失,得到钢筋-混凝土AAR膨胀率对钢筋锈蚀的量化影响结果。结果表明:AAR损伤程度加剧会增大钢筋锈蚀发展速率、增加钢筋锈蚀损伤;钢筋直径越大,锈蚀效果越不明显。AAR为氯离子输送到钢筋表面提供了直接渠道,AAR凝胶的存在也减弱了钢筋的碱性环境,缩短了钢筋混凝土结构的锈蚀反应启动时间。 展开更多

关键词 碱骨料反应(AAR) 碱骨料膨胀 钢筋锈蚀 钢筋混凝土结构

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浓度梯度引起的固相速度测量误差

7

作者 石健 郭波 +2 位作者 弓扶元 何小刚 李丹勋 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期67-74,共8页

用粒子示踪技术测量明渠挟沙水流中固相颗粒的速度时,流速梯度和浓度梯度的存在会引起测量误差。选用典型的垂线流速与浓度分布公式对时均速度测量误差进行分析,得出了误差的解析表达式。对该解析式的理论分析表明,测量误差恒小于零,即... 用粒子示踪技术测量明渠挟沙水流中固相颗粒的速度时,流速梯度和浓度梯度的存在会引起测量误差。选用典型的垂线流速与浓度分布公式对时均速度测量误差进行分析,得出了误差的解析表达式。对该解析式的理论分析表明,测量误差恒小于零,即速度测量值比实际值偏小。误差的大小与采样窗口的相对位置、尺寸及颗粒的悬浮指数有关。对误差大小随自变量的变化规律进行的数值分析结果表明,在一定的流场条件下,测量误差的最大值出现在床面附近,误差从床底至水面呈现出先减小后增大的特点。 展开更多

关键词 流速 浓度 梯度 误差 粒子示踪测速

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基于结晶劈裂作用的再生粗骨料冻融改性方法 被引量：1

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作者 弓扶元 支点 +1 位作者 吴庆培 赵羽习 《建筑材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期1210-1218,共9页

利用多孔水泥基材料在冻融循环中的孔隙水结晶劈裂原理,开展了不同工况下再生粗骨料的冻融改性试验,以部分或全部去除再生粗骨料表面附着的旧砂浆.结果表明:冻融最低温度越低,附着砂浆的剥除速率越快;经过一定次数的冻融循环后,附着砂... 利用多孔水泥基材料在冻融循环中的孔隙水结晶劈裂原理,开展了不同工况下再生粗骨料的冻融改性试验,以部分或全部去除再生粗骨料表面附着的旧砂浆.结果表明:冻融最低温度越低,附着砂浆的剥除速率越快;经过一定次数的冻融循环后,附着砂浆几乎全部剥离,且改性后的再生粗骨料各项物理力学性能接近天然骨料;高温干燥预处理对后续冻融改性有较好的促进作用.最后,基于孔隙水相变的热力学原理以及冻胀开裂的孔隙介质力学机理,对再生粗骨料的冻融改性进行了理论分析,构建了再生粗骨料细观模型,从细观尺度解释了附着砂浆冻胀开裂及剥离的全过程. 展开更多

关键词 再生粗骨料 冻融改性 结晶劈裂 孔隙介质力学 细观模拟

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锈蚀钢筋混凝土梁弯曲疲劳性能的材料——结构协同数值模拟研究 被引量：1

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作者 陈长久 黄文腾 +1 位作者 弓扶元 金伟良 《混凝土》 CAS 北大核心 2022年第8期29-35,共7页

以路径依赖的率型混凝土本构模型为基础,采用多尺度有限元模拟方法 DUCOM-COM3,并结合试验对钢筋混凝土梁的静载、疲劳以及锈蚀疲劳耦合性能进行了分析研究。结果表明,路径依赖的混凝土本构模型能够更好地模拟复杂的往复荷载工况,同时... 以路径依赖的率型混凝土本构模型为基础,采用多尺度有限元模拟方法 DUCOM-COM3,并结合试验对钢筋混凝土梁的静载、疲劳以及锈蚀疲劳耦合性能进行了分析研究。结果表明,路径依赖的混凝土本构模型能够更好地模拟复杂的往复荷载工况,同时通过多尺度建模可将锈蚀引起的材料损伤与疲劳荷载引起的结构损伤协同分析。针对无锈蚀适筋钢混梁的疲劳分析表明,其S-N曲线大致呈双线性模式。对于锈蚀钢混梁,其疲劳寿命随着锈蚀率增大而线性减小,且锈胀裂缝对于锈蚀构件疲劳寿命减小有着显著影响。若以锈蚀损伤后梁的承载力重新定义荷载等级,则锈蚀钢混梁的S-N曲线与无锈蚀S-N曲线接近。最后,结合数值分析和理论模型,对中低荷载水平下适筋钢混梁的疲劳破坏模式进行了机理性分析。 展开更多

关键词 钢筋混凝土 疲劳锈蚀耦合 数值分析 S-N曲线 破坏模式

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混凝土结构全寿命减碳技术研究进展 被引量：1

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作者 赵羽习 张大伟 +3 位作者 夏晋 孟涛 曾强 弓扶元 《建筑结构学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1-14,共14页

混凝土结构应用广泛,但其在施工、服役和退役的全寿命周期均有较大量的碳排放,因此,混凝土结构全寿命减碳技术的研发与应用,对于推动建筑业低碳发展至关重要。从混凝土结构全寿命角度出发,将结构生命过程划分为服役前(包括材料制备和施... 混凝土结构应用广泛,但其在施工、服役和退役的全寿命周期均有较大量的碳排放,因此,混凝土结构全寿命减碳技术的研发与应用,对于推动建筑业低碳发展至关重要。从混凝土结构全寿命角度出发,将结构生命过程划分为服役前(包括材料制备和施工建造)、服役中(包括运营和维护)、服役后(包括拆除和回收)3个阶段,以全寿命周期总碳排放量和年均碳排放量为评价指标,分阶段探讨了混凝土结构减碳技术理念;提出了采用新型低碳胶凝材料、提升结构耐久性以及退役后建筑固废循环利用等方式实现混凝土结构全寿命减碳;总结了混凝土结构减碳设计理论的研究现状,建议通过多目标优化分析,实现可靠性、经济性和碳排放的平衡设计;对混凝土结构全寿命减碳设计下一步研究和实施的方向进行了展望。 展开更多

关键词 混凝土结构 碳排放 全寿命周期 减碳技术 减碳设计

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大体积机制砂混凝土水化升温数值分析 被引量：3

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作者 刘德宝 黄鑫 +2 位作者 毛意军 贾健国 弓扶元 《低温建筑技术》 2021年第9期26-31,共6页

为研究大体积机制砂混凝土水化升温规律,采用DUCOM-COM3数值模拟平台进行了模拟分析。结果表明浇筑温度相对养护温度对大体积混凝土水化升温的影响大许多,且在一定程度上养护温度的影响甚至可以忽略。另外,相同条件下大体积机制砂混凝... 为研究大体积机制砂混凝土水化升温规律,采用DUCOM-COM3数值模拟平台进行了模拟分析。结果表明浇筑温度相对养护温度对大体积混凝土水化升温的影响大许多,且在一定程度上养护温度的影响甚至可以忽略。另外,相同条件下大体积机制砂混凝土内部温度要低于大体积河砂混凝土。 展开更多

关键词 机制砂 水化升温 数值模拟 DUCOM-COM3

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基于水-热-力耦合分析的钢混梁徐变数值模拟研究

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作者 黄文腾 弓扶元 《低温建筑技术》 2021年第5期86-90,共5页

文中基于多物理场、多尺度耦合分析平台DUCOM-COM3,研究了湿度、温度、顶部纵筋配筋率、混凝土水灰比四种因素对钢混梁徐变挠度发展的影响。结果表明标准环境下模拟结果与试验结果吻合,且模拟结果展现出的各种因素对钢混梁徐变的影响符... 文中基于多物理场、多尺度耦合分析平台DUCOM-COM3,研究了湿度、温度、顶部纵筋配筋率、混凝土水灰比四种因素对钢混梁徐变挠度发展的影响。结果表明标准环境下模拟结果与试验结果吻合,且模拟结果展现出的各种因素对钢混梁徐变的影响符合徐变机理解释。进而,基于大量工况模拟结果,回归建立了多因素钢混梁徐变预测模型,并通过耦合工况下的分析结果验证了模型的合理性。 展开更多

关键词 钢筋混凝土梁 徐变 DUCOM-COM3 水-热-力耦合

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应力影响下预应力筋的腐蚀性能研究综述

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作者 徐丹丹 赵羽习 +1 位作者 曾滨 弓扶元 《工业建筑》 北大核心 2023年第3期1-11,20,共12页

对应力影响下预应力筋腐蚀性能的相关研究进行了综述,从腐蚀现象和腐蚀效应两方面总结了相关研究的成果。腐蚀现象的研究关注腐蚀起始和点蚀形成、点蚀演化和裂纹成核、裂纹扩展和金属断裂的整个发展过程。预应力筋中的应力影响钝化膜... 对应力影响下预应力筋腐蚀性能的相关研究进行了综述,从腐蚀现象和腐蚀效应两方面总结了相关研究的成果。腐蚀现象的研究关注腐蚀起始和点蚀形成、点蚀演化和裂纹成核、裂纹扩展和金属断裂的整个发展过程。预应力筋中的应力影响钝化膜的形成和破坏,进而影响点蚀敏感性。因点蚀演化在蚀坑处形成微裂纹是应力腐蚀开裂的典型特征,分析裂纹扩展模式和断口形貌可以确定该断裂模式。腐蚀效应的研究重点关注有应力历史的腐蚀预应力筋的力学性能退化,研究表明强度和延性均有不同程度的降低,关于应力水平/应力幅对性能退化的影响规律仍需进一步研究。 展开更多

关键词 预应力混凝土结构 应力腐蚀 腐蚀疲劳 早期损伤演化

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氯盐侵蚀作用下混凝土内钢筋锈胀效应的化学 力学转化 被引量：5

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作者 宋宇峰 徐亦冬 +1 位作者 弓扶元 毛江鸿 《硅酸盐学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1249-1255,共7页

提出一个将氯盐侵蚀作用下混凝土内钢筋锈胀化学作用转化成力学作用的计算框架,从而将钢筋锈蚀的化学反应引入到宏观力学行为。首先,基于考虑不同湿度条件的钢筋锈蚀速率模型,得到钢筋电流密度icorr的计算方程;其次,在Faraday定律基础... 提出一个将氯盐侵蚀作用下混凝土内钢筋锈胀化学作用转化成力学作用的计算框架,从而将钢筋锈蚀的化学反应引入到宏观力学行为。首先,基于考虑不同湿度条件的钢筋锈蚀速率模型,得到钢筋电流密度icorr的计算方程;其次,在Faraday定律基础上确定钢筋总锈层厚度δ与钢筋电流密度icorr的关系;最后,基于均匀锈胀模型得到锈胀应力q和总锈层厚度δ的关系。数值验证表明:计算框架中的电流密度、总锈层厚度、锈胀应力与文献数值对应情况良好,化学-力学转化框架具有良好适用性。 展开更多

关键词 混凝土 氯离子 化学-力学转化 锈蚀速率 膨胀应力

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基于电场分析和仿混凝土实验的杂散电流腐蚀分布规律研究

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作者 彭一展 弓扶元 赵羽习 《中国腐蚀与防护学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期813-818,共6页

为了研究杂散电流作用下混凝土等导电基体中钢筋腐蚀的宏观分布规律,开展了三维电场的有限元模拟和基于仿混凝土材料的钢筋腐蚀实验。建立三根钢筋嵌入矩形基体的有限元模型来开展数值模拟研究,讨论钢筋的锈蚀状态和基体的杂散电流电场... 为了研究杂散电流作用下混凝土等导电基体中钢筋腐蚀的宏观分布规律,开展了三维电场的有限元模拟和基于仿混凝土材料的钢筋腐蚀实验。建立三根钢筋嵌入矩形基体的有限元模型来开展数值模拟研究,讨论钢筋的锈蚀状态和基体的杂散电流电场,并进行参数分析。然后使用与数值模型相同尺寸的试件来开展腐蚀实验,将得到的钢筋腐蚀速率与模拟结果进行了对比。结果表明,应用界面极化反应与外加Maxwell宏观电场相结合的方法,可以实现杂散电流作用下钢筋腐蚀速率与基体电场的有限元模拟。此外,通过对透明基体试件的观察和三维激光扫描,可以定性和定量地评估腐蚀量的分布。 展开更多

关键词 杂散电流 数值模拟 仿混凝土 腐蚀分布 基体电场

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