装配式建筑钢结构用耐蚀钢材的腐蚀性研究及工程应用

摘要:装配式建筑钢结构具有节能、环保、资源可循环利用的特点,符合我国未来建筑发展方向。但普通钢材易受腐蚀,钢材表面防腐是目前钢结构设计中必须考虑的内容。由于防腐作业成本高,并且除锈产生粉尘,涂料有机化学物质、镀层金属对大气及土壤产生污染,是制约建筑钢结构发展的重要因素。故开发免涂装新型钢材,降低加工成本,减少环境污染,对于建筑钢结构发展具有重大意义。为此,在钢中添加Ni、Cr、Cu合金元素满足材料耐大气腐蚀性能要求,结合型钢轧制工艺特点,采用V 微合金化,轧后冷却过程中V(C,N) 弥散析出强化,研发了Q390级抗震耐候热轧H型钢(Q390NHD) ,采用周浸对比试验研究了其耐蚀性,分析了在大气中长期暴露的腐蚀问题,论证了耐候钢作为装配式建筑钢结构材料的可行性。Q390NHD级型钢的主要化学成分范围:m(C)≤0.12%,m(Si)≤0.50%,m(Mn)≤1. 50%,0.20%≤m(Ni)≤0.65%,0.30%≤m(Cr)≤1.25%,0.20%≤m(Cu) ≤0.55%,m(V) ≤0.12%;力学性能:下屈服强度ReL在400MPa以上,抗拉强度Rm在560~600MPa 之间,屈强比不大于0.80,短比例试样断后伸长率不小于25%,-20℃夏比冲击功不小于34 J/cm2 ,满足GB 50017-2017《钢结构设计标准》中采用抗震性能化设计的钢结构构件材料性能要求。72h周浸试验中,Q390NHD钢的腐蚀速率为1. 665g/(m2·h) ,是普碳钢的47.0%,其耐蚀性是普通钢的2倍多,与09CuPCrNiA 相当。参照ISO 11844-1∶2006 标准分析,Q390NHD 型钢70 a的腐蚀厚度,若按照室内腐蚀性IC3级给出的腐蚀速率上限估算,总腐蚀量不超过0.031 mm;达到IC4 级时,不超过0.3 mm;即使室内最严重腐蚀情况(IC5级) ,也不超过0.7mm。因此,只要适当增加腐蚀裕量,在我国大部分地区,将Q390NHD钢应用于普通民用办公及住宅钢结构建筑中是可以免涂装的。

智能化技术在建筑工业化中的应用进展

摘要:分析了建筑智能化系统、企业信息化管理、建筑信息模型(BIM)技术运用、项目绿色施工等的研究热点及发展趋势,并在国家政策和市场层面提出了相应建议。当前建筑业整体工业化程度低、标准规程不足、生产耗能高的现状下,智能化技术的兴起能够在科技提升、成本节约和效率提高等多方面助力建筑工业化的高质量发展。

耐候钢在钢结构建筑领域的应用前景研究——绿色建材低碳产品与技术案例

摘要:在我国城镇化推进过程中,钢结构建筑的比例逐年提升,钢材在建筑领域的应用量也随之提高。耐候钢以其优异的环保性能特点成为绿色建材产品,它具有高耐候、高强度、免涂装、长寿命等技术优势,可广泛运用于钢结构建筑。它广阔的应用前景对推动建筑领域节能减碳,促进绿色建材应用,提升绿色发展水平具有重要意义。

国内外耐候钢桥发展综述

摘要:为了推动我国耐候钢桥技术进步和发展,梳理了美国、日本、欧洲和我国耐候钢桥技术现状,从工程应用、耐候桥梁钢性能要求、耐候钢桥设计、钢结构连接及管养技术等五方面进行了综述总结。分析表明:耐候钢桥在美、欧被大量应用且反响良好,日本耐候钢桥则经历了从快速发展到2008 年左右顶峰后比重逐年下降并趋于稳定的过程。通过多年的工程应用和技术提升,目前各国在耐候钢的母材、设计、连接、管养等方面技术已相对成熟。我国耐候钢桥应用近些年发展势头良好,在公路和铁路桥梁领域涌现出众多工程案例。工程实践表明,耐候钢桥应用效果与环境气候密切相关,在耐候钢桥工程应用推广过程中需要注意积累实践经验,同时做好致密锈层稳定机理、耐候性指标、国内耐候钢桥应用环境分区等基础性课题和关键技术问题的研究。

水泥及地聚物疏水复合材料的研究现状及分析

摘要:混凝土的长期耐久性问题是其面临的主要问题之一,造成耐久性破坏的主要原因是水在混凝土多孔结构中的迁移,使有害离子更容易进入基材内部。采用超疏水材料对水泥及地聚物进行改性复合处理,赋予其超疏水特性,避免水分在其孔隙中的传输,从而防止有害离子的迁移及侵蚀,增强混凝土的耐久性。本文总结了目前研究当中对于水泥及地聚物胶凝材料超疏水改性方法,包括整体改性和表面改性两种;归纳了整体改性方式中超疏水改性剂加入到水泥及地聚物混凝土中的改性机制及与无机物基体中的连接键合方式;概括了目前研究当中表面改性常用的改性方法,包括喷涂法、浸渍法、模板法等,并分析了表面改性机制。与表面改性所得到的超疏水复合涂层相比,整体改性的水泥及地聚物基复合材料在实际应用场景当中具有更大的优势。此外,分析了疏水改性后对复合材料润湿性、防水性、抗压性能及防腐性能的影响规律,发现其抗压强度降低了约20%~60%。最后,阐述了水泥及地聚物复合材料疏水改性研究中存在的一些问题并对未来的研究方向进行了展望,建议从体积型超疏水、提高抗压强度、成本控制及疏水外加剂在材料内部实现均匀化分散等方面进行研究。

水泥基结构电池:机制、影响因素及应用

摘要:结构储能一体化复合材料为结构与储能的融合发展提供了创新途径。将水泥基材料用作结构电解质,并与电极材料相结合,即可得到水泥基结构电池。本文系统总结了水泥基结构电池的研究进展,阐明了其导电机制和放电机制,并从电极和电解质两个主要方面厘清了影响其电化学性能的关键因素。研究表明,该电池的电压可达1.5 V以上,体积比容量可达8.45×105 mA·h·m−3,并具备充放电的能力。凭借其结构储能一体化特性,水泥基结构电池在绿色储能建筑、智能化混凝土和能量收集混凝土等领域具有应用潜力。最后,指出了目前存在的问题及未来的研究方向。

建筑用生物质基纤维素保温气凝胶研究进展

摘要:建筑保温可以有效降低建筑材料的热损失,对于保持建筑内部的舒适度起着重要的作用。提高建筑材料的保温性能至关重要,特别是通过减少加热-冷却的热量损失来实现节能。因此,研究具有优良保温性能的建筑材料已成为当前保温领域研究的重点之一。与传统的保温建筑材料相比,生物质基纤维素保温气凝胶具有低导热系数、高比表面积、可再生性、成本效益和环境友好型等优越的物理和化学特性,是未来建筑节能技术的理想新型建筑材料。本文综述了近年来生物质基纤维素保温气凝胶的制备技术、研究现状、存在的问题及在建筑材料(屋顶、内外墙和玻璃等) 中的应用。最后,简要讨论了生物质基纤维素气凝胶在保温材料应用中面临的挑战,并对其未来的发展方向进行了展望。

3D打印混凝土的流变性能及其影响因素研究综述

摘要:3D打印混凝土具有绿色环保、生产高效智能、节约人力、无需模板等优势,是推动建筑行业工业化升级向智慧化和数字化发展的重要途径之一。对应混凝土3D打印的3个重要阶段:泵送、挤出和建造,决定其制备成功的可打印性主要包含可泵送性、可挤出性和可建造性,然而,这些特性之间存在着矛盾与平衡,且与流变性能密切相关。因此,混凝土流变性能是3D打印混凝土的重要影响因素,也是制约3D打印技术在土木工程中广泛应用的主要因素。目前,已有许多关于3D打印混凝土流变性能的研究,但对于3D打印混凝土流变性能的测试方案和影响因素等关键研究方向尚未形成全面的认识。基于此,本文首先汇总分析了3D打印混凝土流变参数(屈服应力、塑性黏度和触变性) 的测试方案、测量范围和表征模型。其次,对3D打印混凝土流变性能的影响因素(原材料性能与配合比、打印参数和温度) 进行了分析,提出了调控流变参数的方法。最后,展望了3D打印混凝土流变性能研究的未来发展方向。

海工混凝土环氧涂层的改性设计与防护机制研究进展

摘要:海洋环境中的海浪导致物理条件的变化、气候的多变、化学成分的复杂性、生物等多种外界因素耦合,尤其在海洋工程方面,混凝土的服役环境更恶劣。在海洋防腐蚀领域,环氧树脂(EP) 材料具有耐海洋环境下氯离子的腐蚀、经济效益好等优点,在海工混凝土中被广泛应用。目前,针对海工环氧涂层的改性研究不断更新和深入,以混凝土为基体的环氧涂层改性也成为研究热点,但在海工混凝土服役的海洋环境多因素耦合作用下,应建立的防护体系仍需系统的开展相关研究。基于此,从海工混凝土环氧涂层研究背景及意义、失效形式及机制、多维助剂改性和防护机制4个角度展开,对海工混凝土环氧涂层的改性设计与防护机制调控研究进展进行分析与论述。综述了海工混凝土环氧涂层的多尺度结构设计与防护机制研究进展,总结了目前海工混凝土环氧涂层的环境、结构、工艺、机制4 个维度的研究现状、前景,对未来的海工混凝土环氧涂层的超长寿命防护研究、仿生设计、机制研究具有指导意义。

聚合物-混凝土复合材料研究进展

摘要:【目的】 聚合物作为一种在水泥基材料中广泛应用的有机外加剂,能显著改善混凝土各方面性能; 探讨聚合物对混凝土工作性、 力学性能及耐久性的影响规律及作用机制,能够更好地指导聚合物在混凝土中的应用。【研究现状】 综述聚合物-混凝土复合材料的种类及性能特点,分别介绍聚合物混凝土、 聚合物浸渍混凝土、聚合物改性混凝土以及其他3类新型聚合物混凝土复合材料; 从工作性、力学性能和耐久性3个方面的表现分析聚合物对聚合物-混凝土复合材料性能影响及作用机制。【结论与展望】 聚合物混凝土和聚合物浸渍混凝土在力学性能和耐久性方面显示出较大优势,但高成本和复杂制备工艺限制其大规模应用; 聚合物改性混凝土虽然成本较低且应用广泛,但抗压强度随聚合物掺量的增大而下降,须通过优化骨料配比和养护条件平衡性能; 新型聚合物-混凝土材料如单体原位聚合混凝土(强度高但反应难控)、 纤维增强基材(延展性好但掺量敏感)、 废旧塑料-橡胶混凝土(环保但强度低)各有潜力与挑战;未来须重点突破界面作用机制解析、低成本工艺及环保材料开发等瓶颈。