1 南京大学现代工程与应用科学学院，江苏 南京 210023
2 南京大学智能光感知与调控技术教育部重点实验室，江苏 南京 210023
3 北京湜沅科技有限公司，北京 102400
4 南京法艾博光电科技有限公司，江苏 南京 211135
为了解决水资源时空分布不均匀的困境，我国目前正在兴建一系列大规模引调水工程。预应力钢筒混凝土管（PCCP）因其强度高、抗震好、防渗漏等优点，被广泛应用在长距离输水管道的建设中。但是随着服役年限的增加，PCCP管道存在预应力钢丝断裂的现象，积累到一定程度便有可能诱发爆管事故，因而迫切需要对PCCP断丝进行实时在线监测。相比于传统手段，基于分布式光纤声场传感（DAS）的PCCP断丝监测技术在传感器布设的便捷性和事件识别的准确性方面具有明显优势。本文分析了PCCP断丝成因，对比了现有的各种PCCP断丝监测方法，并介绍了近年来出现的基于融合式DAS原理的PCCP断丝实时在线监测解决方案，同时对其发展趋势进行了展望。
预应力钢筒混凝土管 断丝监测 分布式光纤声场传感 融合型系统
辽宁工程技术大学 爆破技术研究院，阜新 123000
为分析不同单位面积炸药量及不同截面应力下的钢筋混凝土立柱爆破后破坏特征及应变演化规律，以弹性力学理论为基础，利用自主研制的单轴惯性动载力学模型试验系统对12个钢筋混凝土立柱进行爆破试验。当钢筋混凝土立柱上部截面应力为0 MPa时对应单位面积炸药量为0.11 kg/m2、0.23 kg/m2、0.27 kg/m2; 上部截面应力为2 MPa时对应单位面积炸药量为0.13 kg/m2、0.18 kg/m2、0.23 kg/m2;上部截面应力为3 MPa时对应单位面积炸药量为0.18 kg/m2、0.23 kg/m2、0.32 kg/m2; 上部截面应力为4 MPa时对应单位面积炸药量为0.13 kg/m2、0.18 kg/m2、0.23 kg/m2，并且运用数值仿真模拟软件对不同截面应力影响爆破效果进行模拟分析。定义纵向中轴线破碎距离来描述立柱爆破后的破碎范围，通过理论推导、现场试验及数值模拟软件分析不同影响因素下的中轴线破碎距离及应变演化规律得出：随着截面应力的增加，越接近中轴线的耦合切向应力越大，与加载方向垂直的耦合切向拉应力相对减小; 当单位面积炸药量约小于0.15 kg/m2时，随立柱截面应力增大，立柱中轴线破碎距离不断减小; 当单位面积炸药量约大于0.15 kg/m2时，随着截面应力的递增，中轴线破碎距离不断增大，立柱的切向拉应变峰值呈上升趋势，径向压应变峰值绝对值逐渐减小; 当截面应力一定时，随着单位面积炸药量的增加，立柱纵向中轴线破碎距离增大，但是增长幅度却随着单位面积炸药量的增加而减小，同时立柱的切向拉应变峰值增大，径向压应变峰值绝对值也呈上升趋势; 随着截面应力的增大，立柱损伤云图中轴线上损伤距离不断增大，且裂纹倾向于加载轴向扩展，进一步验证试验结论的正确性。
爆炸荷载 钢筋混凝土立柱 截面应力 单位面积炸药量 破坏特征 应变演化规律 explosive loads reinforced concrete columns section stress amount of explosive per unit area destructive characteristics strain evolution laws
湖南大学土木工程学院，绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室，长沙 41008湖南省绿色先进土木工程材料国际科技创新合作基地，长沙 410082
超高性能混凝土(UHPC)是一种具有超高强度、高韧性和优异耐久性的新型水泥基复合材料。由于它的水胶比低、细颗粒用量大，导致新拌浆体黏度高、纤维易成团、泵送困难等问题，不利于混凝土的匀质性及纤维对UHPC增强增韧作用的发挥。本文从流变表征和模型层面综述了UHPC的流变特性，基于水胶比、外加剂、矿物掺合料、纤维及骨料特性等因素对UHPC流变性能的影响，讨论分析了UHPC流变行为调控技术，包括调控水膜层厚度、调控浆膜层厚度、降低间隙液黏度、掺入黏度调节外加剂、改变纤维特性等5个方面及其调控作用机理。
超高性能混凝土 流变性能 调控技术 纤维分散与取向 力学性能 ultra-high performance concrete rheological property regulation techniques and mechanisms steel fiber dispersion and orientation mechanical properties
近些年，海水海砂混凝土的特性是一个研究热点，鲜有人关注海水海砂混凝土的碱硅酸反应。为了阐明辅助性胶凝材料对海水海砂混凝土碱硅酸反应特性的影响，采用单一质心法设计了水泥-偏高岭土-粉煤灰-矿粉四元胶凝材料，研究辅助性胶凝材料对海水海砂混凝土的碱硅酸反应(Alkali-silica reaction- ASR)产物、孔结构、孔溶液pH值和碱离子含量、膨胀率的影响。结果表明：海水海砂混凝土碱硅酸反应的非晶态产物ASR-P1(K0.52Ca1.16Si4O8(OH)2.84·1.5H2O)和晶态产物Na-shlykovite(NaCaSi4O8(OH)3·2.3H2O)的含量与其辅助性胶凝材料中活性SiO2、Al2O3含量成反比。在不同胶凝材料组成下，25%偏高岭土+25%粉煤灰+50%水泥制备浆体的pH值最低，Na+、K+、Ca2+含量最小，ASR-P1和Na-shlykovite含量最低，孔隙率最大，有害孔和多害孔含量最低，14 d和28 d膨胀率均为最小。本研究可为海水海砂混凝土的胶凝材料组成设计提供理论参考，并提高海洋工程海水海砂混凝土结构的使用寿命。
海水海砂混凝土 碱硅酸反应 无定形产物 结晶型产物 膨胀率 seawater sea sand concrete alkali silicate reaction amorphous product crystalline product expansion
1 广西大学土木建筑工程学院，南宁 530004长沙理工大学土木工程学院，长沙 410114
2 长沙理工大学土木工程学院，长沙 410114
3 湖南省高速公路集团有限公司，长沙 410003
为了降低超高性能混凝土(UHPC)的黏度，提高其工作性能，借鉴表面化学的研究成果，选用具有亲水性官能团的氨基硅烷(KH550)作为UHPC混合料的辅助外加剂，在UHPC混合料组分或配合比不变条件下，研究了水解硅烷配合比和水解硅烷的掺量对UHPC力学性能和流变性能的影响，揭示了UHPC力学与流变性能的硅烷改性机制。结果表明：KH550适合在无水乙醇和去离子水(或自来水)的混合溶剂中水解，水解最佳的配合比(质量比)为m1 (KH550)∶m2 (去离子水或自来水)∶m3(无水乙醇)=1.0∶3.0∶(2.5～5.0)，水解工艺为：三者混合后，用玻璃棒搅拌3 min，水解2 h以上；UHPC中的最佳硅烷掺量(按与UHPC中硅灰的质量比计)为1%；可以采用Bingham模型描述水解硅烷改性的UHPC的流变行为；基于水解硅烷改性的新拌UHPC流变性能大幅提升，但对力学性能的影响可忽略不计。
超高性能混凝土 硅烷 水解配合比 流变性能 力学性能 ultra high performance concrete silane hydrolysis mix proportion rheology mechanical performance
1 济南大学，山东省建筑材料制备与测试技术重点实验室，济南 250022 济南大学材料科学与工程学院，济南 250022
2 天津城建大学材料科学与工程学院，天津 300192
水泥基涂层疏水化改性处理是提高其防护效果的有效途径，然而有机硅烷类疏水性材料存在分散性差、弱化涂层物理性能及耐久性的问题。以含羟基聚二甲基硅氧烷为第二油相(PDMS)，采用一步法高速剪切乳化工艺实现了高稳定/疏水型改性聚丙烯酸酯乳液的制备，并进一步构建了高耐久聚合物水泥基防护涂层。研究结果表明：相匹配的PDMS分子量、掺量、剪切速率可获得兼具良好稳定性和疏水性的改性乳液，乳液30 d未见分层现象、乳胶膜接触角提高24.9%、吸水率降低28.94%；制备的聚合物水泥基涂层展现了优异的力学性能、疏水性、耐紫外老化、耐海水和碱溶液浸泡性能，氯离子渗透系数仅为0.193×10-6 mm2/s；分析了乳液的改性机理与涂层耐久性增强机制。
聚丙烯酸酯 聚二甲基硅氧烷 水泥基涂层 耐久性 海工混凝土防护 polyacrylate polydimethylsiloxane cement-based coating durability marine concrete protection
海洋环境下，温度和干湿循环等复杂因素会加速混凝土中氯离子的传输过程，从而引发混凝土结构的耐久性失效破坏。因此，加强对该特殊腐蚀环境下混凝土耐久性评价的研究具有重要意义。目前，通常采用单一指标(氯离子扩散系数)量化环境因素对混凝土耐久性的影响，不能综合反映环境因素对氯离子传输过程的影响。基于Fick第二定律的控制方程，从扩散通量入手，推导出进入混凝土氯离子总量(累计氯离子含量)的解析解；基于累计氯离子含量，综合考虑温度、干湿循环 2个典型的海洋环境因素，建立了混凝土氯离子渗透性量化指标“l值”，构建了混凝土耐久性综合评价方法，分析了温度、干湿循环等环境因素对混凝土l值的影响；揭示了28-d表观氯离子扩散系数D28与月平均温度的最大值Tmax以及龄期系数m与年温差ΔTy之间的线性关系，从而建立了综合考虑干湿循环和温度影响的混凝土氯离子渗透性量化指标的简化计算公式，该公式物理意义明确、参数便于获取，适用于评价温度、干湿循环等复杂环境因素对混凝土氯离子渗透性的影响。
海洋环境 干湿循环 混凝土耐久性 扩散通量 氯离子 marine environment dry-wet cycles concrete durability diffusion flux chloride
1 广西科技大学土木建筑工程学院，广西 柳州 545006 广西高校防灾减灾与预应力技术重点实验室，广西 柳州 545006广西大学工程防灾与结构安全教育部重点试验室，南宁 530004
2 广西科技大学土木建筑工程学院，广西 柳州 545006，
3 广西大学工程防灾与结构安全教育部重点试验室，南宁 530004
为研究珊瑚海水海砂混凝土的三轴力学性能，通过常规三轴试验研究了不同骨料组合与侧向围压对试件破坏形态、应力-应变曲线、屈服应力、屈服应变及损伤演变的影响规律。结果表明：珊瑚粗骨料试件更易受围压值影响，在9 MPa的围压值下试件表面出现裂缝形式转变与塑性流动，在12 MPa的围压值下其应力-应变曲线出现“应力平台段”，碎石粗骨料试件则分别在15 MPa与24 MPa的围压值下出现上述变化；在围压值达到15 MPa后，珊瑚粗骨料试件的应力-应变曲线呈现具有第二线性分支的双线性形状；随着围压值增加，试件的屈服应力、屈服应变及耗散能均逐渐提高，损伤发展逐渐延缓。最后，提出了珊瑚海水海砂混凝土的屈服应力计算式，可为相关理论分析与工程应用提供借鉴。
珊瑚海水海砂混凝土 三轴受压 应力-应变曲线 能量耗散 损伤分析 coral seawater sea sand concrete triaxial compression stress-strain curve energy dissipation damage analysis
青岛理工大学土木工程学院，山东 青岛 266520
为了探究海水海砂碱激发混凝土与FRP筋的粘结性能发展规律，推动新型绿色建筑材料的应用，本研究通过对碳纤维增强塑料(CFRP)筋/玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋与海水海砂碱激发混凝土(SSASC)试件进行中心拉拔试验，研究了FRP筋种类、直径、锚固长度及混凝土强度、养护龄期等因素对FRP筋-SSASC试件的粘结性能的影响。基于现有文献和实验所得数据统计分析，表明碱激发混凝土(ASC)与FRP筋的粘结性能明显优于普通硅酸盐混凝土(OPC)。同时使用多元线性方程将试验数据代入拟合出适用的粘结强度预测公式。结果表明：粘结强度随FRP筋直径和锚固长度的增大呈减小趋势，其中随直径的变化趋势不明显；ASC30混凝土大多为拔出破坏，ASC60混凝土大多为劈裂/筋断破坏，且强度较高的混凝土的粘结强度也较高；随养护龄期的增加其粘结强度有所上升；OPC与FRP筋的粘结强度小于ASC；所得粘结强度经验公式与实验数据具有良好的相关性。
海水海砂混凝土 碱激发混凝土 纤维增强塑料筋 粘结性能 粘结强度预测 seawater sea-sand concrete alkali activated concrete fiber-reinforced polymer bars bond performance bond strength prediction
1 武汉科技大学 理学院 湖北省智能爆破工程技术研究中心,武汉 430065
2 武汉大学 水利水电学院,武汉 430072
工程爆破教学中, 拆除爆破构筑物建模周期长, 单次实验费用消耗高, 短期内无法重复实验。另外, 实验本身瞬态不可逆, 且危险性高, 不利于近距离观察与学习。针对爆破拆除工程中实验教学的难点问题, 从虚拟仿真教学实验的设计方案出发, 建立了虚拟仿真教学实验平台系统。首先通过“倾倒方案选择”和“切口设计”两个环节的互动操作, 让学习者掌握倾倒方案选择的依据以及爆破切口的设计方法, 理解切口形状、导向窗与定向窗等爆破切口设计内容。根据烟囱倾倒的力学原理, 分析切口设计要满足应力条件, 熟悉受拉区、受压区以及中性轴知识, 掌握切口截面应力极值的计算公式以及强度条件的应用; 其次, 通过“爆破参数设计”让学习者参与炸药单耗、炮孔参数及起爆网路的设计与连线, 正确选择孔内外雷管段别; 随后, 学习者通过“安全校核”与“减震措施布置”两个环节的交互学习, 掌握数据采集的步骤, 学习安全校核的方法以及设置控制爆破负面效应的措施; 最后, 学习者进入“爆破现场”模块并亲身体会现场起爆操作过程, 通过参与设计、组织施工中的每个步骤, 并逐渐建立对爆破作业流程的认知。另外, 实验系统对于每个模块都设置有知识介绍, 便于学习者自主学习。虚拟仿真实验平台的建设不仅优化了教学方法, 而且提高了教学质量, 同时丰富了工程爆破实验教学特色与创新思路。
爆破拆除 混凝土烟囱 虚拟仿真实验 教学设计 力学教学改革 blasting demolition concrete chimney virtual simulation experiment instructional design mechanics teaching reform
