地聚物混凝土材料和构件的高温性能及损伤机理研究结题摘要

地聚物具有与波特兰水泥相近的力学性能、高温性能和耐久性，但其生产过程中的能耗和二氧化碳释放量远低于波特兰水泥，因此被认为是最有前途的水泥替代物之一。本项目采用碱激发偏高岭土和粉煤灰的混合物制备地聚物混凝土，首先对地聚物混凝土的工作性能、热工性能、常温和高温力学性能、高温爆裂性能、微观结构以及钢筋-地聚物混凝土的粘结-滑移性能进行了试验研究，然后开展了钢筋-地聚物再生混凝土梁柱构件和纤维编织网增强地聚物砂浆抗剪加固钢筋混凝土梁的常温静载试验、改进的地聚物粘贴纤维布加固钢筋混凝土梁的明火试验以及钢丝网增强地聚物砂浆约束素混凝土柱的常温和高温力学性能试验。基于试验研究和理论分析结果，获得了地聚物混凝土的优化配方，提出了钢筋-地聚物混凝土的高温粘结-滑移模型，查明了地聚物混凝土和地聚物材料加固构件的高温损伤规律及损伤机理，建立了地聚物再生混凝土梁柱构件的正截面承载力、纤维编织网增强地聚物砂浆抗剪加固钢筋混凝土梁的抗剪承载力以及钢丝网增强地聚物砂浆约束素混凝土柱的高温后剩余承载力计算公式。本项目的顺利完成将推动地聚物材料的进一步研究和实际工程应用，尤其是在混凝土结构加固领域的应用，从而产生较大的环境效益和经济效益，因而具有重要的理论意义和应用价值。 2100433B

地聚物具有与波特兰水泥相近的力学性能、高温性能和耐久性，但其生产过程中的能耗和二氧化碳释放量远低于波特兰水泥，因此被认为是最有前途的水泥替代物之一。本项目采用碱激发偏高岭土和粉煤灰的混合物制备地聚物混凝土，首先对地聚物混凝土材料的常温和高温力学性能、热工性能、微观结构以及钢筋-地聚物混凝土之间的粘结-滑移性能进行实验研究，然后开展钢筋-地聚物混凝土梁柱构件的常温静载试验和明火试验及相应的有限元分析。基于实验研究和有限元分析结果，评估地聚物混凝土应用于结构构件的可行性，提出地聚物混凝土的配合比设计方法和钢筋-地聚物混凝土之间的高温粘结-滑移模型，查明地聚物混凝土材料和构件的高温损伤规律及损伤机理，建立地聚物混凝土梁柱构件的正截面承载力计算公式和耐火极限计算公式。本项目的顺利开展将推动地聚物混凝土材料的研发及工程应用，并为地聚物混凝土结构设计提供参考依据，因而具有重要的理论意义和实用价值。

活性粉末混凝土是一种具有超高强度、高韧性和高耐久性的新型水泥基复合材料。将这种材料应用于高烈度地震区的大跨度桥梁或高层及超高层建筑结构等工程建设，不仅可以有效地减小构件截面尺寸，降低结构自重和地震惯性力，还可以保证结构具有良好的位移延性能力。本项目拟通过材料的单轴及多轴加载试验研究，从分析材料的基本损伤机理出发，采用损伤变量反映微观损伤对活性粉末混凝土材料宏观力学性能劣化的影响，提出一个基于连续介质力学和不可逆热力学理论的活性粉末混凝土损伤本构模型及损伤演化方程；通过开展活性粉末混凝土墩柱配筋构件的拟静力试验及其拟动力试验，研究活性粉末混凝土墩柱构件的抗震性能及损伤机理，并应用损伤本构模型建立活性粉末混凝土墩柱构件的弹塑性地震反应分析方法。本项目的研究结果将是活性粉末混凝土复杂结构设计及抗震结构设计的理论基础。 2100433B

本项目拟对含缺陷自动铺丝复合材料构件的损伤失效机理和承载能力开展研究，针对含间隙、重叠、间隙/重叠、扭曲波纹四种典型纤维铺放缺陷，开展复合材料板壳的损伤演化行为的实验研究；发展典型缺陷相应的损伤断裂力学理论，建立适用的损伤分析模型来分析其损伤演变规律和失效行为；发展变角度铺设、变刚度层合结构的刚度计算理论，提出相应的有限元分析方法；针对预设不同铺放缺陷形式的加筋板壳结构，开展其屈曲和后屈曲过程中的损伤失效行为和承载能力研究，为含缺陷自动铺丝复合材料构件的力学性能评估提供分析工具。