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工业与城市固体废弃物建材资源化利用团队李京军教授在Construction and Building Materials期刊(IF=8.0,中科院1区TOP)发表题为“Study on the interfacial bonding performance and damage mechanism between steel reinforcement and fiber-reinforced self-compacting lightweight aggregate concrete”(DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2025.141845)的研究成果。该研究系统探究了纤维增强自密实轻骨料混凝土与钢筋的界面粘结性能与损伤机理,通过11组中心拔出试验分析了强度等级、纤维掺量与钢筋直径对粘结滑移行为的影响,结合有限元模拟揭示了损伤机制,建立了极限粘结强度计算公式与粘结-滑移本构模型,并验证了纤维桥联效应对抑制裂缝扩展的关键作用。

Construction and Building Materials是Elsevier出版社旗下建筑工程材料领域的国际权威期刊,自1987年创刊以来,持续引领绿色建材与结构工程领域的创新研究。作为JCR Q1、中科院一区Top期刊(2025年影响因子8.0),其聚焦混凝土、复合材料、再生资源利用、低碳技术及环境-材料交互作用等方向,致力于推动建筑材料的可持续性与高性能化发展,研究内容涵盖从纳米级材料设计到大型工程结构耐久性评估的全链条研究,尤其重视碳中和目标下的材料革新与极端环境工程应用的交叉融合。
自密实轻骨料混凝土是一种结合自密实混凝土与轻骨料混凝土性能优势发展而来的一种新型高性能混凝土,具有高流动性、轻质和优良耐久性等特点。其高流动性使其特别适合于密集配筋部位和板壳结构的浇筑,而轻质特性则使其在高层建筑和大跨度结构中具有显著优势。然而,自密实轻骨料混凝土存在脆性大和易开裂的问题,这限制了其在工程建设中的广泛应用。在自密实轻骨料混凝土的拌合过程中掺入适量纤维,以进行纤维增韧改性。这种方法不仅能有效改善材料的脆性,还能显著提高其抗拉强度、抗开裂性能和粘结性能。但是,为了实现纤维增强自密实轻骨料混凝土(Fiber reinforced self-compacting lightweight aggregate concrete, FSLC)在钢筋混凝土结构中的应用,需保证钢筋与混凝土之间具有良好的粘结性能,这是两者之间协同工作的基础。因此,开展钢筋与FSLC之间的粘结性能研究具有重要的理论意义和实用价值。
该研究结果表明,基体强度等级、纤维掺量的提高和钢筋直径的减小可以改善粘结破坏模式。初始粘结强度随基体强度等级和纤维掺量的增加而增大,随钢筋直径的增大先减小后增大;而残余粘结强度随基体强度等级的增加先减小后增大,随纤维掺量和钢筋直径的增大先增大后减小。粘结韧性和极限粘结强度随基体强度等级和纤维掺量的增加而提高。随着钢筋直径的增大,FSLC的极限粘结强度和粘结韧性相应降低,而极限粘结强度对应的自由端滑移量则随之增大。建立了纤维增强自密实轻骨料混凝土与钢筋粘结滑移的本构模型,计算结果和试验数据吻合良好,成功复现了曲线的峰值和下降段,并通过有限元进行了粘结损伤机理分析,为纤维增强自密实轻骨料混凝土在建筑结构中的应用提供参考。

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图1 受压的混凝土圆环 |
图2 钢筋肋间混凝土受力示意图 |

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图3 试件细观示意图 |
该研究构建了纤维增强自密实轻骨料混凝土与钢筋的粘结-滑移本构模型,揭示了纤维桥联抑制裂缝扩展的细观损伤机理,为纤维增强自密实轻骨料混凝土在钢筋混凝土结构中的设计与应用提供了关键理论依据与技术支撑,对推动高性能轻质混凝土结构的发展具有重要的理论与工程意义。
李京军,工学博士,教授(破格),硕士研究生导师,内蒙古自治区优秀青年基金获得者,入选内蒙古自治区“青年科技英才”、“英才兴蒙”和包头市“鹿城英才”、青年创新人才等人才专项计划。主要从事固体废弃物建材资源化利用和高性能水泥基材料方面的基础和应用研究。近五年,作为项目负责人主持国家自然科学基金、内蒙古自治区重点研发(4项)、中央引导地方项目、内蒙古优秀青年基金等国家级及省部级项目12项,地市级项目3项,企业项目2项,累计课题经费500余万元。累计发表高水平期刊论文40余篇,其中,中科院一区SCI(TOP期刊)15篇,授权发明专利5项,参与制定标准5部。
