弯曲应力下钢筋混凝土碳化性能数值模拟分析

本试验以弯曲应力下钢筋混凝土构件的快速碳化试验为依据,探讨弯曲应力水平和粉煤灰掺量对构件碳化损伤的影响,建立两者对钢混构件碳化速度的影响公式。以此为基础,引入粉煤灰掺量、弯曲应力水平影响因子,完善弯曲应力下混凝土碳化模型方程,利用ANSYS软件对受弯的钢筋混凝土构件碳化过程进行数值模拟分析。模拟结果与试验中混凝土碳化规律相符,证明该方法的科学性,并寻找出碳化深度和锋面CO_2浓度关系式,为混凝土碳化数值分析提供了合理的依据。     

单掺掺合料对C25混凝土碳化性能影响

选用常用掺合料Ⅱ级粉煤灰和S95矿粉,采用加速碳化试验方法,研究了单掺掺合料对C25混凝土碳化性能影响。研究结果表明:(1)C25混凝土不同龄期加速碳化深度随着粉煤灰掺量增加,总体的变化规律基本一致;当矿粉掺量增加时,C25混凝土各龄期得加速碳化深度的变化规律不完全相同。(2)相同龄期不同粉煤灰(或矿粉)掺量的C25混凝土加速碳化深度相差不大,且同属于现行预拌混凝土标准中T-IV抗碳化性能等级;在单掺掺合料混凝土中,编号50S28d加速碳化深度最低。(3)针对28d加速碳化深度低的配合比进行了经济分析,编号40S不仅具有较低的28d加速碳化深度,而且单方成本最低。     

自密实混合骨料混凝土碳化试验研究

与普通骨料相比,陶粒具有轻质、多孔的特点,降低了混合骨料混凝土的碳化性能。采用加速碳化试验,研究了自密实混合骨料混凝土碳化性能。试验结果表明:2种自密实混合骨料混凝土加速碳化深度随着水胶比增加在增加,其增加值在不同水胶比范围内有明显差异;同水胶比混凝土加速碳化深度由大到小顺序为:自密实轻骨料混凝土和自密实混合骨料混凝土,其中筒压强度高的陶粒配制自密实混合骨料混凝土与自密实混凝土同龄期的加速碳化深度相当;同强度等级混凝土加速碳化深度由大到小顺序为:自密实混凝土、自密实混合骨料混凝土和自密实轻骨料混凝土。     

高性能混凝土坍落度预测的遗传规划方法

提出应用遗传规划理论(GP)对高性能混凝土坍落度进行预测。针对影响高性能混凝土坍落度的主要因素作为输入因子,坍落度值作为输出变量,应用改进的遗传规划方法模拟出输入-输出二者因果关系的显式数学解析式,建立了高性能混凝土坍落度预测的非线性数学模型。通过实测数据进行验证分析,并分别与线性回归和神经网络模型比较,表明GP模型具有更好的拟合精度和预测效果,为坍落度预测提供了新的方法。     

钢筋混凝土结构中混凝土碳化规律的研究

本文基于大量工程鉴定资料对各种环境下的钢筋混凝土结构混凝土碳化规律进行了分析。建立了各种环境下混凝土碳化深度与服役时间的关系模型,并分析了钢筋混凝土结构工业厂房碳化状况有助于评估结构的耐久性。     

防护材料对不同强度等级混凝土基于碳化因素使用寿命的影响

为研究防护材料对不同强度等级混凝土的碳化防护作用以及对其服役寿命的影响规律,通过加速碳化试验考察了3种水泥基渗透结晶材料的混凝土碳化防护性能,并依据Fick第一扩散定律建立和推导出混凝土碳化深度的预测公式,对防护后不同强度等级混凝土的服役寿命进行了定量表征.试验结果表明,经过防护后的混凝土结构使用寿命均得到了大幅度的提升,经过涂料防护的C20混凝土的使用寿命超过了100年,C15混凝土使用寿命低于100年,C10混凝土的使用寿命低于50年.结果表明,防护材料可有效提升混凝土的抗碳化性能,但对于C10等低强度等级的混凝土,经过涂料防护,碳化程度仍然较深.     

轴拉荷载作用下粉煤灰混凝土碳化性能研究

研究通过自行研制的长期轴拉持载装置,对不同掺量的粉煤灰混凝土进行短期及长期轴拉荷载下的碳化试验,探讨不同荷载水平的短期加载及长期持载形式对混凝土碳化的影响,进一步分析拉、压荷载对混凝土碳化性能影响的区别。结果表明:在各碳化龄期,不同掺量粉煤灰混凝土碳化深度均随荷载水平的增加而增大;长期持载较短期加载对粉煤灰混凝土的抗碳化性能更为不利;粉煤灰掺量低于30%时,轴拉荷载下的碳化深度大于轴压荷载下的碳化深度,当粉煤灰掺量达到40%,应力水平超过20%时,轴压荷载较轴拉荷载对混凝土的抗碳化性能更为不利。     

轴压荷载下粉煤灰混凝土碳化性能实验研究

本研究以不同的轴压荷载为基准,分别对不同掺量的粉煤灰混凝土进行了短期以及长期加载下的碳化试验,分析短期加载及长期持载2种情况下,不同轴压荷载对粉煤灰混凝土碳化性能的影响。研究结果表明:短期加载与长期持载2种情况下,随着荷载的增加,4种粉煤灰掺量混凝土的碳化深度都呈现先减小后增大的趋势。同时,在20%、40%极限荷载时,长期持载较短期加载更有利于混凝土的抗碳化性能,而在60%极限荷载下,长期持载对粉煤灰混凝土的抗碳化性能更为不利。     

油菜秸秆纤维混凝土抗碳化性能的试验研究

运用正交试验,制作油菜秸秆纤维混凝土试件,探究水灰比(0.45、0.50、0.55、0.60)、油菜秸秆纤维长度(15~20、>20~25、>25~30、>30~35 mm)和秸秆纤维体积掺量(0.50%、1.00%、1.50%、2.00%)对油菜秸秆纤维混凝土抗碳化性能的影响。极差分析结果表明,3因素对油菜秸秆混凝土抗碳化性能影响的大小依次为水灰比、秸秆纤维长度、秸秆纤维体积掺量,最优组合为水灰比0.45、秸秆纤维长度为>30~35 mm、秸秆纤维体积掺量1.50%。取最优水平组试件作电镜扫描观察,发现油菜秸秆纤维的掺入,能够改善水泥浆体内部孔隙结构,使混凝土碳化深度最多可减小35.31%,从而提高混凝土的抗碳化性能。采用最小二乘法回归分析建立的油菜秸秆纤维混凝土碳化深度预测模型,验证离散系数接近0.05。     

碳化对水工钢筋混凝土结构耐久性的影响

混凝土的碳化是引起钢筋锈蚀、影响混凝土耐久性的重要原因之一。阐述了混凝土碳化原因及碳化处理方法,并结合工程质量实例提出了防止混凝土碳化或放慢碳化速度所采取的一些措施。     

棉秆炭对灰漠土活性有机碳氮的影响

【目的】研究棉秆炭炭化条件对灰漠土土壤基本理化性质和活性有机碳氮的影响,为西北干旱区棉花秸秆生物炭在灰漠土土壤上改良和应用提供理论依据。【方法】采用室内恒温培养法,研究棉秆炭定量施入对灰漠土土壤基本理化性质和活性有机碳氮的影响。【结果】添加棉秆炭提高了土壤pH值、电导率和有机碳含量,相比CK处理分别提高了1.48%~2.65%、25.62%~39.61%和54.99%~213.09%;T₄H₀、T₄H₄、T₆H₀、T₆H₂和T₆H₄ 处理土壤微生物量氮较CK处理含量增加了67.73%、9.38%、95.49%、5.21%和6.90%,添加棉秆炭降低了土壤微生物量碳和CEC(T₄H₀除外)27.89%~49.50%和0.08%~5.12%,T₄H₁、T₆H₁、T₆H₄处理提高土壤可溶性有机碳总含量,其他处理降低了土壤可溶性有机碳总含量;随着炭化温度和炭化时间的增长,土壤pH值增加。炭化时间一致,炭化温度升高,降低土壤CEC、有机碳含量,提高土壤微生物量氮、可溶性有机碳含量,炭化处理间炭化时间过短或长(0.5、4 h)提高土壤微生物量碳。炭化温度高时(600℃),炭化时间影响土壤pH值和有机碳含量。【结论】低温短时间(450℃,1 h)制备的棉秆炭对灰漠土理化性质和活性有机碳氮变化影响较好,是较适宜的炭化处理。     

预增压对稻秸水热炭化的影响

[目的]为降低水热炭化的能耗及反应时间,设计开发预增压水热炭化工艺。[方法]以稻草为原料,通过FT-IR、XRD、BET等表征及对亚甲基蓝的吸附性能分析,研究增压介质和压力对水热炭化升温耗时、耗电以及对生物炭的影响规律。[结果]预增压后总升温时间最大可缩短63.917%,升温速率提高2.772倍,电加热效率提高1.657倍;水热反应体系的压力增加对炭产物表面官能团组成、产物晶相结构、表面积和吸附性能无显著影响,但可加快水热炭化进程,反应体系压力增加提高了体系中的底物浓度,从而使暴发聚合反应的饱和浓度提前出现;氦气比空气介质更有利于缩短水热反应周期,但节能效率及炭产物表面OH类官能团含量略低,可能与介质中氧浓度有关。所制炭对亚甲基蓝的吸附等温曲线符合Freundlich模型,样品的1/n在0.5~1.0,表现为优惠型吸附。[结论]该研究可为开发预增压水热炭化工艺提供科学依据。     

不同炭化–活化过程杉木液化物碳纤维微晶结构演变及孔结构形成路径

  目的  为进一步揭示木材液化物活性碳纤维（ALWCFs）孔结构形成机制,探讨了不同炭化–活化过程杉木液化物碳纤维（LWCFs）微晶结构演变及孔结构形成路径。  方法  通过控制炭化温度（500 ~ 900 ℃）获得具有不同微晶结构的LWCFs,在800 ℃进行水蒸气活化,采用元素分析仪、X射线衍射仪和氮气吸附仪分别考察了不同炭化–活化过程中LWCFs的元素组成、微晶结构和孔结构的变化。  结果  随着炭化温度的升高,LWCFs中碳元素质量分数逐渐升高,氢、氧元素质量分数减少,ALWCFs碳元素质量分数逐渐增加,氢、氧元素质量分数逐渐减少。炭化温度的升高使LWCFs乱层石墨微晶轴向尺寸逐渐增大,结构更加致密,900 ℃时横向微晶发生了生长。在活化过程中,高的炭化温度显著促进了水蒸气对轴向微晶的侵蚀,且随着活化时间的延长,侵蚀程度加重。活化20 min时,微晶横向尺寸显著增大,900 ℃炭化样品增长最为明显,进一步延长活化时间横向微晶结构无显著变化。孔结构数据表明:炭化温度的升高提高了ALWCFs的比表面积和总孔容,对微孔结构的形成有明显促进作用,且活化时间越长,微孔结构增加越显著。低的炭化温度有利于活化初期中孔结构的形成,而900 ℃炭化样品初期中孔结构较少,但随着活化时间延长,微孔结构的逐步扩大导致了中孔结构明显增多。  结论  水蒸气对乱层石墨轴向微晶内部的侵蚀是形成ALWCFs微孔结构的主要途径,中孔结构在活化初期主要来源于水蒸气对晶体缺陷或初始孔隙处的活化作用,活化后期主要来自于初期微孔的逐步扩大。      

闷烧热解及间接加热直立移动床生物质炭化设备设计研究

我国秸秆资源丰富,但是焚烧秸秆现象严重,不仅浪费资源,而且带来一系列的环境问题。为此,以粉碎的生物质颗粒料为炭化原料,创新采用分步加热炭化的工艺路线,设计了一种直立式移动床生物质炭化设备。该设备采用闷烧热解以及间接加热的方式为生物质炭化提供热量,并利用绞龙、旋转炉篦等结构实现了生物质的连续炭化。详细介绍了该设备从整体到局部的设计流程,并对其重要参数的选择做了详细分析,同时针对重要结构进行强度分析。在设备的加工制造及组装过程中,发现该试制设备设计良好、装配方便、运行平稳,模块化设计便于安装和后期维护。以谷壳为炭化原材料,进行了功能性试验,谷壳炭化效果良好,表明其工艺路线设计较为合理。该设备结构合理、操作方便、可实现连续化生产,具有一定的市场前景。     

模糊神经网络的真空木材碳化设备控制系统设计与仿真

针对目前真空木材碳化设备的控制系统具有大滞后、强耦合、时变性以及难以建立精确数学模型等特点,提出了一种模糊神经网络算法的真空木材碳化设备控制系统。通过对输入输出变量、论域及隶属函数的选择,设计出真空木材碳化设备控制器;再将神经网络与模糊控制系统相结合,得到模糊神经控制网络。对模糊神经网络控制器的算法进行了分析;在Matlab环境下编写控制器的程序,用Simulink进行仿真实验。结果表明:模糊神经网络控制器的真空木材碳化设备输出的温度曲线,稳态误差为0、最大偏移量为1℃、调节时间约为8 s、超调量为2%;湿度曲线在6 s时即可达到稳定,稳态误差为0、最大偏差为1%、超调量为4%;加入扰动后,误差能被快速消除,温湿度的波动幅度相对减小,系统的稳定性更强。模糊神经网络控制器,可减小调节时间、消除误差、提高控制精度,具有很好的鲁棒性。将二者结合设计出的模糊神经网络控制器,具有自适应、学习、识别和模糊信息处理等功能,在处理大规模复杂的模糊应用问题方面具有更好的控制效果。     

炭化温度对木材液化物碳纤维原丝微结构的影响

为了扩大木材的应用领域和降低碳纤维的成本,以木材液化物为原料,加入六次甲基四胺熔融纺丝,经甲醛和盐酸溶液固化处理后获得木材液化物碳纤维原丝,利用IR、XRD、拉曼光谱分析仪等初步揭示了木材液化物碳纤维原丝在炭化过程中微结构的变化。结果表明:炭化温度400℃以上,木材液化物原丝中出现了较明显的（100）衍射峰;炭化温度500℃以上在1 360 cm -1处附近出现D峰、1 595 cm -1处附近出现G峰;随炭化温度的提高,原丝内部微观结构逐步趋于有序化;炭化过程中,原丝分别在500和800℃时结构发生了两次大的改变,但代表芳环骨架振动的1 632、1454 cm-1处吸收峰在整个炭化过程中依然存在,表明木材液化物原丝是一种难石墨化的高分子材料。      

炭化温度对牛粪生物炭结构性质的影响

以牛粪为原料,在不同炭化温度下(200、300、400、500、600、700 ℃)采用热裂解法制备生物炭,借助扫描电子显微镜、元素分析仪、比表面积分析仪,结合Boehm滴定法、碘吸附及亚甲蓝吸附等,对所制得的牛粪生物炭的形貌特征、元素组成、比表面积、孔径、表面官能团和吸附性能等进行分析。结果表明:随着炭化温度升高,产率和挥发分含量降低,灰分和固定碳含量升高,pH值增加,制得生物炭的形貌特征更有规则且孔隙更加紧密。适当的升高炭化温度有利于孔隙的形成及微孔数量的增多,比表面积和孔容逐渐变大,而孔径逐渐减小。随炭化温度升高,牛粪生物炭的C含量增加,而H、O含量减小,N含量先增加后减小,H/C、(O+N)/C和O/C均下降,说明制得生物炭的芳香性和结构稳定性增强,但极性和亲水性减弱。表面官能团中羧基含量随炭化温度升高先增加后降低,羰基含量持续增加,而内酯基、酚羟基含量、酸总量和表面含氧官能团总量逐渐降低。碘吸附值和亚甲基蓝吸附值随炭化温度升高先增加后减小,在600 ℃下吸附值最大。     

碳化温度对2种畜禽粪便水热炭热重特性的影响

[目的]考察碳化温度对水热炭热解特性的影响。[方法]采用热重法对不同碳化温度下的猪粪和牛粪水热炭的热解特性及反应动力学进行研究。[结果]水热碳化温度达到180℃时,猪粪水热炭热解DTG曲线出现2个峰,特性参数也发生显著变化,且180℃的猪粪水热炭的热解残留率最低。猪粪水热炭热解反应活化能(E)和指前因子(A)均随水热碳化温度的升高而降低,牛粪水热炭热解特性参数和动力学方程中的E和A随碳化温度的增大而增大。[结论]该研究可为猪粪水热炭的制备条件化及应用提供科学依据。     

炭化条件对猪粪水热炭主要营养成分的影响

以猪粪为原料,采用水热炭化法将猪粪转化为水热炭。考察了炭化温度（160,180,200,220和240 ℃）,炭化时间（1,5,8 h）和原料含水率（70%,75%,80%）等条件对水热炭中主要营养成分及其回收率的影响。结果表明:猪粪水热炭中营养成分质量分数较高,其中有机碳质量分数为232.0~328.0 g·kg-1,总氮为25.2~31.8 g·kg-1,磷全量为21.5~30.6 g·kg-1,钾全量为3.4~12.5 g·kg-1。当炭化温度从160 ℃升到240 ℃,水热炭中氮和有机碳回收率均降低,其中氮从66.29%降到41.95%,有机碳从49.61%降到29.07%。钾质量分数降低最大,为7.5 g·kg-1;磷质量分数升高了7.7 g·kg-1,但磷回收率几乎不变。炭化时间和原料含水率对水热炭的主要营养成分质量分数的影响较小,影响趋势与炭化温度相似。因此,炭化温度是影响水热炭成分质量分数的主要因素。     

基于工业分析指标的秸秆生物炭热值预测

为了有效的预测秸秆生物炭热值,选取棉花、小麦、玉米、油菜和水稻5种农作物秸秆,经过粉碎、干燥后进行炭化处理后,获得175个秸秆生物炭试验样品,并按相关标准测定其热值及灰分、挥发分和固定碳含量。在分析炭化工艺、工业组成与高位热值相关性的基础上,采用回归方法建立基于工业组成的秸秆生物炭热值的预测模型。分析结果表明,对比不同炭化条件下制备的秸秆炭样品的热化工特性,炭化温度对热值影响最明显,保温时间与升温速率对热值影响小。通过方差分析检验,基于工业分析组成建立的秸秆热值曲线拟合方程都是显著的,其中基于灰分、灰分和挥发分、挥发分和固定碳、灰分和固定碳的秸秆热值曲线拟合方程达到了较好的预测精度。