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基于CPM模型的生态自密实混凝土材料设计关键技术研究
结题报告
批准号:
51578341
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
龙武剑
依托单位:
学科分类:
E08.建筑与土木工程
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
Kamal Henri KHAYAT、孙红芳、罗启灵、杜晓艳、丁小波、方媛、王耀城、廖锦勋、彭武磊
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中文摘要
自密实混凝土因其绿色施工和良好的力学、耐久性能,在世界范围内广泛使用。但其较高胶凝材料用量导致较高碳排放。低胶凝材料含量生态自密实混凝土(Eco-SCC)设计与制备是高性能水泥基复合材料领域重要研究及发展方向。本项目基于对多元微粉体系颗粒堆积复杂机理问题的研究,建立考虑颗粒间相互作用效应和微粉体系压实效应的高适应性、高精度CPM(可压缩堆积)修正模型;在阐述多元粉体颗粒体系中物理、化学密实效应基础上,将修正模型数学解析与材料设计相结合;同时,在研究基于CPM的Eco-SCC流变性能的前提下,针对基于强度及抗渗性双指标的材料设计方法进行研究,建立胶凝材料活性与强度、抗渗性关联模型,利用模型在早期对Eco-SCC长期强度和抗渗性进行准确预测。基于上述研究,形成低胶凝材料生态自密实水泥基复合材料设计理论及关键技术。研究具有广泛的理论价值及巨大的工程实用性,对于SCC设计规范修订具有重要学术价值。
英文摘要
Self-Consolidating Concrete (SCC) is worldwide used due to its excellent mechanical and durability properties as well as its ability to produce a green construction product that is cost effective. However, the higher binder content required in the mix proportioning of SCC can lead to higher CO2 emission. The design of ecological SCC (Eco-SCC) is the major development direction of high-performance cement-based composite materials. Based on the investigation of complex packing mechanism of multiple size classes micro-particles, the modified Compressible Packing Model (CPM), including the influences of interaction effects of micro-particles and compaction effects of multi particles system due to inter-particle forces will be established. The modified CPM with high precision can be used for multiple size classes packing calculation. Moreover, based on the study of physical-, chemical-packing and the combined effects of multiple size classes micro-particles, the mathematical results from modified CPM can be used to establish a mix design protocol for Eco-SCC. Furthermore, based on the investigation of rheological properties of CPM-based Eco-SCC, as well as the study of strength-impermeability double performance index-based materials design technologies, the relationships between strength, durability, and activities of cementitious materials can then be established, and the long-term strength and impermeability can be predicted given short-term testing protocol. Based on the proposed investigation, the design principles and key technologies of designing low cement content, ecological self-consolidating cement-based composite materials can be established. The research project has novel theoretical value and practical implication, and will contribute to enhancing design specifications.
项目基于可压缩堆积(CPM)模型,研究了低胶凝生态自密实水泥基复合材料的设计理论及关键技术,主要研究成果包括:1)分析了多元微粉材料复合堆积效应,提出了用水量富余指数W和水泥颗粒间隙指数BSF,分析骨料和胶凝材料堆积对水泥基材料相关性能的影响,并基于多元微粉材料的复合堆积效应评价指标建立了水泥基材料工作性能和力学性能预测模型,模型预测3d、7d和28d力学性能误差分别为14.52%、9.04%和2.92%;2)利用数值模拟对具有离散特点的多元微粉颗粒进行相互作用及压实作用的仿真模拟,提出了多元微粉相互作用力,修正了多元微粉颗粒堆积模型,CPM修正模型颗粒堆积密实度的模拟计算结果平均误差仅为2.1%;3)考虑骨料颗粒形貌特性,结合数值回归分析方法,提出了与骨料颗粒形貌特性相关的形貌函数,对CPM模型中的作用效应系数进行优化和完善,使颗粒堆积密实度的预测值与实际值更加接近;4)分析了不同堆积密实度下水泥基材料的孔隙率、弹性模量和水化程度,研究了水泥基材料相互堆积的物理、化学效应,基于效应机理指导了混凝土配合比设计;5)采用内掺法和外掺法两种实验方法相结合,通过粉煤灰活性与粉煤灰/水泥用量的比值关系建立强度与氯离子渗透性的关联方程,设计了以混凝土强度和抗渗性为最终指标、以掺合料活性为中间变量的水泥基材料双指标设计方法;6)基于CPM修正模型及相关理论研究,形成了低胶凝材料含量生态自密实水泥基复合材料设计理论及关键技术。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Mitigating the electromagnetic radiation by coupling use of waste cathode-ray tube glass and graphene oxide on cement composites
通过废阴极射线管玻璃和氧化石墨烯在水泥复合材料上的耦合使用来减轻电磁辐射
DOI:10.1016/j.compositesb.2018.12.050
发表时间:2019-07-01
期刊:COMPOSITES PART B-ENGINEERING
影响因子:13.1
作者:Long, Wu-Jian;Gu, Yu-cun;Xing, Feng
通讯作者:Xing, Feng
Enhanced dynamic mechanical properties of cement paste modified with graphene oxide nanosheets and its reinforcing mechanism
氧化石墨烯纳米片改性水泥浆体增强动态力学性能及其增强机理
DOI:10.1016/j.cemconcomp.2018.07.001
发表时间:2018-10-01
期刊:CEMENT & CONCRETE COMPOSITES
影响因子:10.5
作者:Long, Wu-Jian;Wei, Jing-Jie;Khayat, Kamal H.
通讯作者:Khayat, Kamal H.
Rheology and buildability of sustainable cement-based composites containing micro-crystalline cellulose for 3D-printing
用于 3D 打印的含有微晶纤维素的可持续水泥基复合材料的流变学和可施工性
DOI:10.1016/j.jclepro.2019.118054
发表时间:2019-12-01
期刊:JOURNAL OF CLEANER PRODUCTION
影响因子:11.1
作者:Long, Wu-Jian;Tao, Jie-Lin;Xing, Feng
通讯作者:Xing, Feng
Microstructure development and mechanism of hardened cement paste incorporating graphene oxide during carbonation
碳化过程中掺入氧化石墨烯的硬化水泥浆体的微观结构发展和机理
DOI:10.1016/j.cemconcomp.2018.08.016
发表时间:2018-11-01
期刊:CEMENT & CONCRETE COMPOSITES
影响因子:10.5
作者:Long, Wu-Jian;Gu, Yu-cun;Khayat, Kamal H.
通讯作者:Khayat, Kamal H.
DOI:--
发表时间:2017
期刊:深圳大学学报(理工版)
影响因子:--
作者:龙武剑;周波;梁沛坚;孙柔嘉
通讯作者:孙柔嘉
滨海环境下高耐久性低胶凝自密实混凝土材料设计及应用基础研究
  • 批准号:
    U2006223
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    280万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    龙武剑
  • 依托单位:
纳米材料复合自密实混凝土流变、硬化性能及机理研究
  • 批准号:
    51778368
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    龙武剑
  • 依托单位:
纤维自密实混凝土收缩徐变性能研究
  • 批准号:
    51278306
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    龙武剑
  • 依托单位:
滨海环境用新型磷铝酸盐水泥混凝土设计与劣化机理研究
  • 批准号:
    51008197
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    龙武剑
  • 依托单位:
国内基金
海外基金