相对法评价干湿循环―硫酸盐侵蚀下混凝土内部损伤

将相对法理论应用于混凝土材料,通过测量由表及里磨削掉每薄层前后样品的动弹性模量,运用相对法理论公式计算得出混凝土内部不同深度损伤层的动弹性模量,进而研究在干湿循环—硫酸盐耦合作用下混凝土内部损伤规律.研究结果表明:随着侵蚀深度增加,混凝土内部动弹性模量由表及里逐层递减,证明混凝土将发生由内向外的逐层破坏;随着干湿循环周期的延长,混凝土内各梯度损伤层处的动弹性模量均呈现先降低后增大再降低的趋势,由动弹性模量最低值处所对应的干湿循环次数,即可得到腐蚀到该循环次数时所对应的侵蚀层深度;掺矿物掺和料的混凝土试件内部各层动弹性模量值均小于基准混凝土试件的对应值,证明矿物掺合料的掺入加剧了干湿循环与硫酸盐侵蚀耦合作用下混凝土的损伤速率.该研究为解决常规实验方法无法测试的混凝土材料内部力学性能评价问题提供一种新思路.     

冻融损伤对再生混凝土耐久性及与钢筋粘结性能分析

制作掺入引气剂和未掺入引气剂的100％粗骨料取代率的再生混凝土RC1和RC2两组试件以及掺入引气剂和未掺入引气剂的普通混凝土NC1和NC2两组试件,并分别对经过不同次数冻融循环试件的抗压强度、质量损失率、动弹性模量损失率进行研究。结果表明,冻融后各组试件的抗压强度、质量损失率及动弹性模量损失率均降低,对于添加引气剂的NC1和RC1两组试件损失较小,其中RC1组试件在200次冻融后抗压强度损失接近40％,质量损失率达0．5％,动弹性模量损失率38．5％。100％取代率并加入引气剂的ZRC组试件冻融后进行中心拨出实验,发生劈裂破坏和钢筋拔出破坏2种形式。再生粗骨料混凝土与钢筋的极限粘结应力均随冻融次数的增加而降低,200次冻融后极限粘结应力下降33．5,荷载滑移曲线既有上升段也有下降段。     

氯盐环境下钢纤维混凝土冻融试验研究

为了研究复合因素下钢纤维混凝土耐久性能,采用快冻融法研究氯盐环境下两种类型不同掺量钢纤维混凝土的外观形貌、质量损失率、相对动弹性模量以及抗折强度.结果表明:端勾型钢纤维能降低冻融循环过程中混凝土质量损失率以及冻融后期相对动弹性模量与强度的损失率,且端勾型钢纤维掺量越大,混凝土质量损失率越小;而波浪型钢纤维对混凝土冻融性能没有影响.     

冻融循环作用下混杂纤维粉煤灰混凝土力学性能试验

为了研究混杂纤维和粉煤灰增强混凝土在冻融循环作用下的损伤程度,通过对基准混凝土、混杂纤维混凝土和混杂纤维粉煤灰混凝土试样在冻融循环条件下进行抗压强度试验及超声波检测试验,得到冻融破坏后混凝土的抗压强度和相对动弹性模量,分析抗压强度损伤量、相对动弹性模量损伤量和内部结构破坏机制,建立了基于相对动弹性模量的强度衰减方程。试验结果表明：基准混凝土、混杂纤维混凝土和混杂纤维粉煤灰混凝土的抗压强度和相对动弹性模量均随着冻融循环次数的增加而减小;经历60次冻融循环时,其抗压强度和相对动弹性模量都有不同程度的下降;混杂纤维粉煤灰混凝土抗压强度和动弹性模量的损伤量在粉煤灰掺量小于10%时整体小于基准混凝土,而在粉煤灰掺量为20%和30%时大于基准混凝土;通过对冻融循环作用下混凝土相对抗压强度与相对动弹性模量的关系拟合,得到相关系数良好的相对抗压强度与相对动弹性模量的指数函数关系表达式;分析了混凝土冻融损伤、纤维和粉煤灰增强混凝土抗冻融机理。掺入适量纤维和粉煤灰能增强混凝土的抗冻融破坏能力。     

冻融循环作用下聚乙烯醇纤维增强快硬混凝土的力学性能

为了揭示冻融下快硬聚乙烯醇纤维混凝土的力学性能及其变化规律,对不同纤维体积掺量的纤维增强快凝混凝土开展了冻融循环研究,测得不同冻融循环次数后的抗压强度、抗折强度、相对动弹性模量与质量损失率,并提出了聚乙烯醇纤维早强混凝土相对动弹性模量冻融损伤模型.研究结果表明:掺入0.2%～0.4%的聚乙烯醇纤维可以有效提高混凝土整体密实度及抗冻融能力,试件从脆性破坏过渡到延性破坏;150次冻融循环后,聚乙烯醇纤维增强快硬混凝土的抗压强度损失率小于17.8%;200次冻融循环后,抗折强度损失率及纵波波速下降幅度分别小于16%和10.6%.所提指数模型具有较高的适用性及拟合精度,能较好地反映聚乙烯醇纤维快凝混凝土冻融损伤的演化规律.     

掺镍铁渣复合矿物掺合料预制混凝土梁、柱的性能分析

为探究掺镍铁渣复合矿物掺合料预制混凝土梁、柱性能,对两根掺镍铁渣复合矿物掺合料预制混凝土梁及一根普通混凝土梁进行三分点静力加载试验,观察试验过程中裂缝的开展以及极限破坏形式. 同时,对两根掺镍铁渣复合矿物掺合料预制混凝土柱及一根普通混凝土柱进行低周往复加载,试验过程中观察裂缝开展、屈服状态以及极限破坏状态. 试验结果表明,掺镍铁渣复合矿物掺合料预制混凝土梁与普通混凝土梁的破坏状态相同,均为弯曲破坏. 镍铁渣复合矿物掺合料的掺入没有改变柱子的破坏形态,试验柱的水平荷载差别不大. 说明两根掺镍铁渣复合矿物掺合料预制混凝土梁的力学性能可以满足普通混凝土梁的要求,两根掺镍铁渣复合矿物掺合料预制混凝土柱能够符合普通混凝土柱的抗震性能.     

粉煤灰品质对混凝土性能影响研究

研究掺低钙、高钙粉煤灰对结构混凝土坍落度、抗压强度、混凝土碳化、氯离子扩散系数、干湿循环破坏等性能的影响.研究表明低钙、高钙粉煤灰对混凝土坍落度没有影响,在相同的养护龄期里掺高钙粉煤灰的混凝土抗压强度大于低钙粉煤灰混凝土.掺加低钙、高钙粉煤灰对混凝土碳化、氯离子扩散系数、干湿循环破坏有影响,掺加低钙粉煤灰混凝土具有比掺高钙粉煤灰混凝土更大碳化深度,掺低钙、高钙粉煤灰对混凝土氯离子扩散系数影响不明显,在干湿循环初始阶段掺低钙粉煤灰混凝土抗压强度、相对动弹性模量增加程度大于掺高钙粉煤灰混凝土增加程度,干湿循环超过30次后高钙粉煤灰混凝土抗压强度、相对动弹性模量劣化增加程度小于低钙粉煤灰混凝土抗压强度劣化损伤增加程度.     

掺合料水泥混凝土抗盐冻性能研究

耐久性是混凝土最重要的指标,耐久性的退化会直接影响结构的可靠性和安全性.当混凝土暴露于盐溶液和冻融环境下,会加剧混凝土的冻融破坏,混凝土表面将会产生剥落,同时动弹性模量会下降,严重影响混凝土构件的耐久性.通过对粉煤灰、矿渣粉和硅灰三种矿物掺合料对水泥混凝土力学性能、物理性能以及抗盐冻性能的研究表明,三种矿物掺合料的掺入均能改善混凝土抗氯离子渗透能力;粉煤灰的掺入会降低混凝土的强度及抗冻性能,而矿渣粉与硅灰的掺入会改善混凝土的抗压强度及抗冻性能,且小掺量的硅灰能够显著改善混凝土的物理、力学及抗冻能力.     

掺矿渣生态多孔混凝土的冻融试验

用润湿状态下的快速冻融试验方法,对矿渣掺量分别为0%、10%、20%、30%的生态多孔混凝土进行了抗冻性能试验。分析了生态多孔混凝土强度损失率、相对动弹模量及质量损失率对抗冻性能的影响。试验结果表明:掺入矿渣试验组的质量损失率明显低于基准组;试验组的相对动弹性模量随矿渣掺量的增加先增后减,且均高于基准组,表明矿渣的掺入改善了生态多孔混凝土的相对动弹模量和质量损失,提高了生态多孔混凝土的抗冻性能;矿渣掺量为20%的生态多孔混凝土抗冻性能最佳。     

基于青稞秸秆纤维及碎石的改性生土抗压性能试验研究

为寻求一种绿色、低成本、高性能的改性生土方式,以青藏高原独有的青稞秸秆、碎石为掺和料,研究单掺和复掺不同含量的青稞秸秆及碎石对改性生土的力学性能和变形性能的影响,制作100 mm×100 mm×100 mm立方体试件进行无侧限抗压强度试验,对比分析不同试件的破坏现象、抗压强度、变形性能、荷载—位移曲线。结果表明:单掺青稞秸秆可提高试件的抗压强度及变形性能,掺入1%青稞秸秆的改性生土试件抗压强度较素土试件可提高1. 17倍,峰值荷载对应的位移可提高0. 4倍;单掺碎石仅可提高试件的抗压强度,对土体的变形性能提升不大,掺入10%碎石的改性生土试件抗压强度较素土体试件提高1. 38倍;复合掺入0. 25%青稞秸秆和20%碎石改性试件成型较好、表面光滑无干缩裂缝,抗压强度和变形性能较素土体试件分别提高了2. 1倍和0. 3倍。因此复掺试件明显优于单掺青稞秸秆试件和单掺碎石试件,此配比可作为改性生土方法的最佳配合比使用。     

温度循环对岩石物理力学性质影响试验研究

温度的交替性变化对岩体内部损伤加剧,岩石损伤的积累与发展,导致高寒区岩土工程发生破坏失稳。选取花岗岩、砂岩进行不同温度循环条件下的单轴压缩试验,分析花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度与温度循环次数的变化关系;对经历不同温度循环次数的岩石试件进行纵波波速测定,并引入纵波波速劣化度,定量分析温度循环对岩石的损伤。结果表明：花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度逐渐减小,且与温度循环次数拟合关系可表征为负指数变化关系;温度循环条件下,岩石试件的纵波波速随循环次数的增大而减小,温度循环初期,波速值变化速率较快,后期变化趋势基本平缓。试件纵波波速劣化度最大可达15.02%,表明温度循环对岩石产生明显损伤。研究为寒区岩土工程的稳定性分析提供试验依据,具有较高的参考价值。     

冻融循环作用下泥岩的力学特性及损伤机理研究

为研究冻融循环作用下岩石的损伤特性及发展规律,以泥岩为例,对泥岩在不同次数冻融循环条件下进行了单轴压缩和超声波检测试验,并分析在不同冻融循环条件下泥岩的力学特性。结果表明:随着冻融循环次数的增加,试样的原生裂隙受到反复冻胀荷载的作用引起损伤,试样脆性减小、延性增大,单轴抗压强度、弹性模量以及纵波波速均减小;对各力学参数的劣化规律及损伤机理进行了研究,建立了呈指数型衰减的模型,结果表明单轴抗压强度、弹性模量和纵波波速的劣化随冻融循环次数的增加而增大,但增大速率却逐渐减小,趋于稳定;最后,基于波阻抗为损伤变量,建立泥岩的冻融损伤方程,结果表明泥岩的损伤随着冻融循环次数的增加而增大,但增大速率逐渐降低。     

水化学及冻融循环对砂岩物理力学特性试验研究

以寒区砂岩为研究对象,考虑水化学溶液的侵蚀和冻融循环的影响,开展不同酸性条件下岩石冻融循环试验,引入岩石损伤变量,定量分析砂岩力学损伤规律。结果表明:随着酸性增强及冻融循环次数的增大,砂岩的弹性模量、抗压强度逐渐减小,砂岩内部损伤逐渐增大;酸性条件与冻融循环的耦合作用加剧岩石的损伤,酸性最强条件下(p H=2),经历60次冻融循环试件弹性模量、抗压强度下降55.70%和54.57%;分析砂岩的弹性模量、抗压强度及损伤变量与冻融循环次数关系,定量关系可表征为指数变化关系。建立岩石力学参数损伤变量,对水化学冻融循环耦合机理进行研究,探究岩石力学性质的劣化机制。研究成果将为不同水化学条件下寒区工程长期稳定性分析提供试验依据。     

冻融循环对大尺寸陶粒混凝土冲击压缩性能的影响

首次采用卧式Hopkinson束杆装置进行冲击压缩实验，研究了冻融循环试验过程中裂缝发展和动弹性模量变化的规律及冻融循环周次对陶粒混凝土大尺寸试样冲击压缩性能的影响.实验结果表明动态抗压强度随着冻融循环周次的增加而降低，随陶粒体积分数增加而降低，最大抗压强度随加载应变率的增加而增加.     

冻融循环条件下灰岩力学性能试验研究

为研究灰岩在不同冻融循环条件下岩石物理力学性能变化情况,利用快速冻融机和2 000 KN三轴压缩试验机对不同冻融次数下灰岩进行单轴压缩试验,得到冻融灰岩应力-应变关系曲线。结果表明：随着冻融次数的增加,抗压强度、弹性模量、泊松比均逐渐降低,且降低程度服从指数衰减模型,20次冻融之前,岩样应力-应变曲线塑性阶段不明显,随着冻融次数的继续增加,塑性特征逐渐明显,岩样脆性逐渐降低;试验得到不同冻融次数下饱水岩样波速均大于干燥状态下的波速,且随冻融次数的增大呈指数形式降低;最后,基于波速建立以岩石动弹模为损伤变量的冻融损伤方程,拟合结果显示损伤随冻融次数的增加而增大,但增长速率逐渐减少。     

冻融循环和氯盐侵蚀作用下钢筋与混凝土的粘结性能

为了研究冻融循环和氯盐侵蚀两种因素对钢筋与混凝土粘结性能的影响,本文设计了光圆钢筋和螺纹钢筋两种钢筋混凝土试件,对其在三种不同冻融次数（15次、25次、50次）和三种不同浓度（3.5%、7%、10%）氯盐溶液条件下进行试验,探讨钢筋混凝土试件试验后的粘结性能退化规律。结果表明：光圆钢筋试件表现为拔出破坏,螺纹钢筋试件表现为劈裂破坏,当冻融循环次数较少时,钢筋与混凝土之间的粘结性能随着氯盐侵蚀程度的增加略有提高,当冻融循环次数大于等于25次时,粘结性能随氯盐浓度的增加而变差,冻融破坏程度不同,钢筋与混凝土粘结性能随氯盐浓度大小变化的敏感程度不同。最后根据试验结果拟合出冻融氯盐侵蚀后试件的粘结强度—滑移本构关系。     

海水干湿循环作用下CFRP-高强混凝土黏结性能研究

在沿海地区,海水干湿循环成为限制CFRP(碳纤维增强复合材料)在加固混凝土结构应用中的主要因素之一.考虑结构自身荷载和海水干湿循环作用,用5%NaCl溶液模拟海水,利用发明的持载装置施加持续荷载,采用双面剪切试验方法对CFRP与高强混凝土的界面黏结性能进行了研究.结果表明:海水干湿循环作用下界面黏结性能发生显著的退化,极限荷载、剥离荷载、端部滑移、断裂能等界面参数均显著降低;而持续荷载和干湿循环耦合作用下界面黏结性能退化更加严重,黏结界面参数进一步降低.因此未考虑持续荷载作用而对CFRP-高强混凝土界面耐久性的研究将会过高地估算界面的黏结性能.     

荷载-干湿交替-硫酸盐耦合作用下混凝土损伤过程

研究了弯曲荷载-干湿交替-硫酸盐三因素耦合作用下的混凝土损伤劣化过程,采用环境扫描电镜(ESEM)观察了耦合作用下的混凝土微观结构演变过程.结果表明,与单一硫酸盐侵蚀相比,弯曲荷载和干湿循环都加剧了混凝土在硫酸盐溶液中的损伤程度,但干湿循环的加速损伤作用更加明显.三因素耦合作用时,当荷载率低于40％时,干湿循环是加速混凝土损伤劣化的主要因素;而当荷载率达到60％时,荷载引起的力学损伤是导致混凝土劣化的主要因素.试验还表明,在荷载-干湿交替耦合作用下,混凝土强度等级越高其抗硫酸盐侵蚀能力越强,硫酸盐浓度越大混凝土损伤越明显,粉煤灰和矿粉等矿物掺合料可显著提高混凝土抗硫酸盐侵蚀能力.