轴压与硫酸盐实时耦合作用下混凝土耐久性试验研究

通过测量混凝土的饱和面干吸水率和相对动弹性模量,研究了混凝土在轴压荷载与硫酸盐侵蚀耦合作用下耐久性能的时变规律,采用扫描电镜和X射线衍射仪研究非界面过渡区微观结构劣化规律.轴压应力比包括0、15%、30%和45%,硫酸钠溶液浓度包括0、5%和10%.试验结果表明:在45%应力比作用下,荷载对混凝土相对动弹性模量的劣化有显著促进作用,饱和面干吸水率随侵蚀龄期的增加呈逐渐增加规律.在30%及以下应力比作用下,混凝土的饱和面干吸水率随侵蚀龄期的增加呈先降低后增大的规律,且10%的硫酸钠溶液中的饱和面干吸水率后期增加较快;荷载对5%硫酸钠溶液中混凝土相对动弹性模量的劣化有抑制作用,30%应力比作用下的最明显.混凝土在轴压荷载与硫酸钠溶液侵蚀耦合作用下,随侵蚀龄期的增加,在45%应力比作用下,非界面过渡区微观结构呈逐渐劣化的规律;在30%及以下应力比作用下,非界面过渡区微观结构呈两阶段演化规律,在早期侵蚀阶段,钙矾石、石膏等侵蚀产物对微观结构有逐渐填充密实作用,后期钙矾石、石膏等的膨胀应力作用使微观结构产生微裂缝而逐渐劣化.     

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.     

混凝土在硫酸盐-氯盐环境下的损伤失效研究

研究了水胶比为0.37,0.45普通混凝土在3种单一硫酸盐溶液(2.5%,5.0%,10%Na2SO4溶液),3种复合溶液(10%Na2SO4 (0,7%,13%)NaCl溶液)中浸烘循环,其相对动弹性模量Erd演化规律.实验结果表明:混凝土损伤演化过程包括初始劣化段,性能改善段和性能劣化段.其损伤演化方程由线性函数和二次函数构成的分段函数描述,二次项系数改变反映了腐蚀溶液中硫酸盐浓度和氯盐浓度的影响.随硫酸盐浓度增加,混凝土损伤劣化速度加快;复合溶液中氯盐存在,延缓了混凝土损伤劣化速度.为阐明该结果,用TG-DSC-XRD分析了相同W/B水泥静浆在不同腐蚀龄期、腐蚀溶液中的腐蚀产物.     

盐雾环境下基于Weibull分布的钢筋混凝土腐蚀劣化行为

针对西部地区大气环境下钢筋混凝土病害严重问题,模拟当地腐蚀环境,设计盐雾与烘干相结合的室内加速腐蚀试验,采用电化学参数和混凝土损伤度表征钢筋混凝土的腐蚀劣化规律;基于Weibull分布函数建立钢筋混凝土在盐雾环境下的劣化模型,并进行竞争失效分析.结果表明：在盐雾干湿循环作用下,钢筋混凝土保护层及内部钢筋的耐腐蚀性均呈现出先强化后劣化的变化趋势;Weibull分布函数可以有效地描述钢筋混凝土在盐雾环境下的性能劣化过程;在盐雾干湿循环前期,混凝土损伤度比腐蚀电流密度更为敏感,而在后期,腐蚀电流密度为钢筋混凝土劣化的主导因素.     

复合因素联合作用下混凝土硫酸盐侵蚀损伤特性试验

为研究经历荷载历史后的混凝土在荷载历史与环境因素联合作用下的损伤演化规律,对105个尺寸为100 mm×100 mm×300 mm的棱柱体试块施加轴压荷载历史并进行硫酸钠溶液单独侵蚀、硫酸钠溶液与干湿循环联合侵蚀,以试验测得的相对动弹性模量、轴心抗压强度作为损伤评价指标来研究混凝土的损伤特性和机理.试验结果表明:无论经历荷载历史与否,混凝土在硫酸钠溶液作用下力学性能早期均有所提高.在双因素联合作用下,干湿循环和荷载历史都加快了混凝土内部损伤和强度劣化,干湿循环加速损伤作用更加明显.在三因素联合作用下,混凝土损伤劣化速度和程度与硫酸钠溶液浓度成正比,但并非随着历史荷载的应力水平呈现单调变化,在25%应力水平的荷载历史下影响最大.     

水灰比对裂缝钢筋与混凝土粘结性能的影响

针对大气环境和氯盐侵蚀环境中带预制裂缝钢筋与混凝土粘结滑移性能进行研究.通过实验室模拟亚热带沿海地区工作环境,对具有不同水灰比带初始裂缝梁试件,经海水浸泡180 d干湿循环或大气环境180 d作用下,着重研究水灰比对钢筋与混凝土之间粘结性能影响.结果表明:在海水腐蚀环境下峰值滑移,随着水灰比减小而减小;在大气环境下,峰值滑移随着水灰比变化规律不明显.极限粘结应力随着水灰比减小而增大.     

饱水混凝土中硫酸根离子扩散-反应模型研究

针对硫酸盐环境下混凝土的劣化问题,本文从腐蚀机理出发,采用Fick第二定律,考虑硫酸根离子在混凝土中扩散的曲折度,结合水泥水化、腐蚀产物填充和材料损伤度对孔隙的影响建立了硫酸盐侵蚀下混凝土的扩散-反应模型;开展了3种水灰比的混凝土在2种浓度的硫酸盐侵蚀条件下的浸泡腐蚀试验,并与模型计算结果对比分析。结果表明：模型计算值与试验实测值基本一致;相同浓度下,水灰比越大混凝土内部同一截面硫酸根离子含量越高;水灰比一样的混凝土,侵蚀浓度越高腐蚀产物填充孔隙周期越短,相同周期内侵蚀深度越大。最后通过建立的混凝土受硫酸根离子侵蚀的最大深度预测模型,可见硫酸盐侵蚀混凝土的最大侵蚀深度随着侵蚀龄期的延长而逐渐变缓,后随着腐蚀产物对混凝土产生损伤,扩散速率加快,侵蚀深度变大。     

腐蚀疲劳作用下混凝土膨胀内应力分析

为了研究交变荷载对硫酸盐侵蚀混凝土所产生膨胀内应力的影响,引入受交变荷载应力水平及加载频率影响的有效扩散系数,基于Fick第二定律,建立腐蚀与疲劳耦合作用下的扩散反应方程,并采用有限差分法进行求解;在混凝土单轴抗拉强度本构关系的基础上,由膨胀应变计算膨胀内应力,研究交变荷载应力水平、加载频率、外界硫酸盐浓度和水灰比对其膨胀内应力的影响,并应用灰色关联熵对各因素进行分析.结果表明:随交变荷载应力水平、加载频率、水灰比和外界硫酸盐浓度的增加,膨胀内应力产生以及达到极限抗拉强度的时间出现了不同程度的提前,其中,水灰比是影响膨胀内应力的最主要因素;在腐蚀疲劳工况中,混凝土满足设计要求的前提下宜采用较小的水灰比,以提高其耐久性.     

硫酸盐侵蚀损伤劣化基桩竖向承载特性

依据混凝土腐蚀损伤度这一变量,基于混凝土强度和刚度建立了硫酸盐侵蚀基桩力学性能劣化模型.在此基础上,分别采用双曲线非线性函数和双折线硬化函数来模拟桩侧和桩端荷载传递规律,开展硫酸盐侵蚀损伤基桩竖向承载特性非线性数值分析,研究了硫酸盐侵蚀环境下不同腐蚀损伤度基桩的竖向承载特性.结果表明:在竖向荷载作用下,腐蚀损伤度超过某一临界值时,基桩会发生脆断破坏.同一初始桩端沉降条件下,腐蚀损伤度越大,基桩所需桩顶荷载也越大.由于混凝土性能退化模型的局限性,本方法仅适用于硫酸钠侵蚀环境下腐蚀损伤度小于0.80的情况.     

模拟工业废水对钢纤维混凝土的腐蚀试验研究

针对模拟工业废水环境以及工业废水-干湿循环耦合作用下钢纤维混凝土的抗压强度、抗折强度、尺寸效应等几个方面进行了试验,研究了工业废水环境下钢纤维混凝土的抗腐蚀性能.结果表明,高COD值工业废水将对钢纤维混凝土产生腐蚀劣化,钢纤维混凝土的抗压腐蚀系数和抗折腐蚀系数均随着试验龄期的增加而逐渐降低,其降低幅度随着试件尺寸的减小而增大;钢纤维对抑制混凝土抗压强度的腐蚀劣化作用不明显,但可有效抑制混凝土抗折强度的腐蚀劣化作用;在工业废水环境下经历干湿循环4个月以后,钢纤维混凝土抗压强度与抗折强度的腐蚀劣化开始显现,钢纤维的加入对混凝土抵抗工业废水干湿循环下的腐蚀能力有所提高;经历工业废水腐蚀后的小尺寸试件与标准试件之间的钢纤维混凝土抗折强度具有较为显著的尺寸效应.     

盐湖地区混凝土的氯离子扩散性

在盐湖轻盐渍土现场暴露试验和试验室盐湖卤水干湿循环试验中,采取分层钻孔取样和化学分析方法,应用氯离子三维扩散理论,研究普通混凝土、高强混凝土和高性能混凝土的Cl-扩散系数Dt的变化规律。研究结果表明：混凝土的Cl-扩散系数随着暴露时间的增加而降低,混凝土的抗C1-扩散能力由大至小为高性能混凝土、高强混凝土、普通混凝土;Cl-扩散系数Dt随着水灰比的变小而变小,矿物掺合料(FA,SF和SL)可以降低Cl-扩散系数。     

不同水胶比混凝土的收缩性能研究

实验研究了不同水胶比的混凝土干缩性能及自收缩性能。结果表明,水胶比越低,混凝土的自收缩越大。高性能混凝土具有严重的自收缩现象。但整体的干缩与普通混凝土相似。高水胶比混凝土的自收缩可以忽略不计。掺入硅灰将增大高性能混凝土的自收缩。     

混凝土防盐腐蚀措施的探讨

为了解决建筑物、构筑物及大型桥梁在强盐渍土、盐湖地区的桩基混凝土腐蚀问题,通过分析目前混凝土防腐蚀常用的措施,包括提高混凝土自身性能、加大结构断面尺寸、加强施工防护、包裹隔离、表面涂层、阴极保护,对这些措施的适用范围进行探讨,研究土工布袋及大直径袋装混凝土灌注桩的防腐机理及在防盐蚀方面的效果,并在混凝土试件中内掺、外涂XYPEX防水材料,然后通过卤水浸泡、干湿循环,对XYPEX防水材料的防盐蚀试验研究结果进行分析。研究表明:混凝土常用防盐蚀措施均具有一定的适用局限性,并且不太适合强盐渍土及对承载力要求较高的大型桥梁;大直径袋装混凝土灌注桩是解决桩基承载力要求较高的大型桥梁桩身混凝土防盐蚀新的尝试;XYPEX防水材料对防止混凝土在强盐渍土、盐湖地区盐蚀有一定的效果。研究结果可为不同环境下的新建建筑物、构筑物及大型桥梁采用何种防盐蚀措施提供参考。     

高性能混凝土应力腐蚀影响因素显著性分析

混凝土的应力腐蚀破坏是影响其耐久性能的主要原因。利用自行设计的应力腐蚀加载试验装置，通过正交设计方法，研究了高性能混凝土在3分点加荷及腐蚀溶液耦合作用下抗折强度衰减规律，提出了应力腐蚀因子和介质腐蚀因子两项评价指标，根据方差结果分析了不同影响因素对高性能混凝土应力腐蚀试验结果的敏感性。结果表明，水胶比、粉煤灰掺量、腐蚀溶液对高性能混凝土应力腐蚀因子和介质腐蚀因子都具有显著的影响，但水胶比对其影响特别显著，而应力水平仅对应力腐蚀因子的影响具有显著性。因此，对配合比设计参数中的水胶比、外掺材料进行优化设计可有效地提高公路建设用混凝土的耐久性。     

配合比设计参数对高性能混凝土腐蚀疲劳强度的影响

混凝土腐蚀疲劳破坏是腐蚀介质与交变荷栽耦合作用的结果，对其研究目前国内外还仅处于理论探索阶段。本文利用专门设计的混凝土腐蚀疲劳试验加栽装置，研究了高性能混凝土在Na2SO4腐蚀溶液及三分点交变荷栽耦合作用下水胶比、矿物细掺料掺量等参数对其弯拉强度的影响。结果表明，水胶比显著影响高性能混凝土的腐蚀疲劳力学强度，而适量的矿物细掺料虽能显著改善其抗腐蚀疲劳损伤特性。但以粉煤灰-硅灰复掺效果最为明显。     

高性能混凝土配合比设计方法的研究

本文从高性能混凝土的基本概念出发，并结合普通混凝土与高性能混凝土配合比设计方法的比较，指出高性能混凝土设计的主要方向及其在结构工程中的应用。     

高温下自密实混凝土强度和变形性能试验研究

进行了不同温度下自密实混凝土、掺加聚丙烯纤维的自密实混凝土、高强混凝土的抗压强度及应力-应变曲线的非持荷试验研究,分析了抗压强度、应力-应变关系随温度的发展变化规律,基于试验结果给出了相应的应力-应变曲线方程,并与普通混凝土、高强、高性能混凝土研究成果进行了对比分析.为高温下自密实混凝土本构模型的建立奠定了基础,也为自密实混凝土结构的设计和分析提供了试验依据.     

改进型环形收缩试验方法

针对当前混凝土学术界研究的热点问题之一高性能混凝土的收缩,提出了一种新的、简单的测试高性能混凝土收缩的方法,即改进型环形收缩试验方法,详细叙述了改进型环形收缩试验的试验装置、试验方法、试验原理和适用性.采用该试验方法可以进行高性能混凝土自由收缩的测定、不同约束程度的约束收缩的测定、开裂龄期和开裂趋势的观测.该试验方法既克服了常用的环形约束收缩试验的缺点,即无法得到约束应力的信息,又具有轴向约束收缩试验的某些特点,即可以得到高性能混凝土的多个早期性能参数,据此更为准确地评价高性能混凝土的抗裂性能,揭示高性能混凝土的开裂机理.     

高性能混凝土的弹性模量与泊松比

分析了一些国内外相关资料,对目前国内外研究人员通过试验得出的高性能混凝土弹性模量计算公式和柏松比的试验结果进行了对比与总结,得到可以用高强混凝土弹性模量计算公式计算普通集料高强混凝土弹性模量,以及高流动混凝土的弹性模量比普通混凝土的弹性模量低、高性能混凝土的泊松比与普通混凝土的泊松比相差不多等一些有价值的结论.     

盐湖地区混凝土的腐蚀和防治

总结了盐湖地区混凝土遭受侵蚀的三种主要方式 :溶解腐蚀、化学反应腐蚀和固相生成物体积膨胀腐蚀 ,研究了其腐蚀机理 ,给出了利用聚合物水泥混凝土防治腐蚀的方法 .聚合物水泥混凝土的使用不但提高了混凝土的强度、密度和韧性 ,而且减小了水泥石侵蚀的反应截面和通道 .