多因素对聚合物水泥基功能梯度混凝土抗压强度的影响

针对功能梯度混凝土在地下工程中的应用问题,研究了多因素(水胶比、粉煤灰掺量、硅粉掺量、聚丙烯酸酯乳液)作用对聚合物水泥基混凝土抗压强度的影响,确定了各因素对聚合物水泥基混凝土抗压强度变化的影响程度,并加以定量化表征,提出了多因素共同作用影响聚合物水泥基混凝土抗压强度变化的偏最小二乘二次多项式回归分析模型。结果表明:在试验拟定的影响因素中,聚合物水泥基混凝土抗压强度存在最大值,各因素对聚合物水泥基功能梯度混凝土抗压强度的影响程度以水胶比最大,其次是聚丙烯酸酯乳液、粉煤灰掺量,硅粉掺量最小。最佳因素水平组合为水胶比0. 22、粉煤灰掺量25%、硅粉掺量5%、聚丙烯酸酯乳液6%。     

混凝土薄壁箱梁高温冲击模式及时变效应研究

针对混凝土薄壁箱梁的耐火性能,综合考虑火灾高温下影响钢筋混凝土结构性能的多种参数,密度、导热系数、比热容以及混凝土的初始湿度,给出含有潜热函数的高温冲击模式,利用数值模拟程序分析了火灾高温下混凝土薄壁箱梁的温度分布,研究了荷载比、保护层厚度对ISO834标准火灾升温过程中混凝土薄壁箱梁变形的时变效应规律.研究表明:保护层厚度、荷载比和火灾时间对混凝土薄壁箱梁挠度影响较大;增加混凝土保护层厚度,可有效提高火灾下混凝土薄壁箱梁抵抗竖向变形的能力,并且保护层厚度与挠度之间保持非线性关系;挠度随荷载比的提高呈非线性增长趋势;火灾时间越长,挠度递增幅度越大.     

复合助剂改性混凝土的韧性与刚性研究

采用正交试验研究了水胶比、胶粉掺量、硅粉掺量以及消泡剂掺量对混凝土的韧性与刚性的影响规律。结果表明:四个因素对混凝土的折压比影响的主次顺序是胶粉掺量最大,消泡剂掺量次之,水胶比第三,硅粉掺量最小;而对于弹性模量影响的主次顺序是胶粉掺量最大,硅粉掺量次之,消泡剂掺量第三,水胶比最小。胶粉能显著提高混凝土的折压比,改善混凝土的韧性;且胶粉掺量越大,效果越明显。组成参数为水胶比0.35、胶粉掺量8.0%、硅粉掺量6.0%、消泡剂掺量0.8%的复合助剂改性混凝土混凝土,其抗折强度为7.05 MPa,折压比为0.159,弹性模量为20.16 GPa,其综合力学性能良好,韧性最大,适合用作混凝土路面材料。     

火灾下钢筋混凝土梁极限承载力分析

为研究火灾作用下钢筋混凝土梁在不同设计参数下极限承载能力变化特点,对混凝土梁抗火设计提供参考,通过ABAQUS有限元软件,建立钢筋混凝土梁瞬态热分析模型计算梁体火灾下温度场分布,并采用顺序耦合分析方法对梁体进行承载力分析。计算结果显示,梁体截面配筋率及保护层厚度增加对梁体抗火性能有提高,但增加幅度有限;通过钢筋混凝土梁在火灾下承载能力设计参数定量分析得出,梁体保护层厚度增加对抗火性能提升比截面配筋率提高更加有效,并从定量分析角度验证了防火设计规范中对结构保护层厚度区间取值的合理性。     

粉煤灰掺量对再生混凝土抗渗性影响的试验研究

以粉煤灰取代水泥质量为变化参数,对粉煤灰掺量为0、15%、30%、50%的再生混凝土进行抗渗性试验,研究了水胶比和龄期对再生混凝土抗渗性能的影响。试验表明,减小水胶比和增加养护龄期可以提高再生混凝土的抗渗性能,粉煤灰取代率在30%左右时抗渗性能最优。     

C40沙漠砂混凝土抗碳化性能

通过设计水胶比、粉煤灰掺量、砂率和沙漠砂替代率四因素三水平正交试验,进行沙漠砂混凝土抗碳化性能试验,分析了各因素对C40沙漠砂混凝土抗碳化性能影响。研究表明:碳化3 d后各因素对沙漠砂混凝土碳化性能影响顺序为粉煤灰掺量水胶比砂率沙漠砂替代率;碳化7 d、14 d后各因素对沙漠砂混凝土碳化性能的影响顺序为粉煤灰掺量水胶比沙漠砂替代率砂率;碳化28 d、56 d后各因素对沙漠砂混凝土碳化性能的影响顺序为水胶比粉煤灰掺量沙漠砂替代率砂率。综合各因素对沙漠砂混凝土抗碳化性能影响,确定其最佳配合比为水胶比0.39,粉煤灰掺量10%,砂率30%,沙漠砂替代率30%。     

基于正交试验的混凝土电通量非线性预测模型

为分析多因素对混凝土抗氯离子性能的影响,基于正交试验设计和ASTM C1202试验方法对掺粉煤灰和矿渣的混凝土的抗氯离子渗透性能进行试验和分析,研究了不同水平下水胶比、粉煤灰掺量、矿渣掺量、砂率等试验因素对混凝土电通量的影响,并基于各试验因素与混凝土电通量的相关关系,研究建立了混凝土电通量非线性预测模型.研究结果表明,水胶比、粉煤灰掺量、矿渣掺量对混凝土电通量的影响较大,基于水胶比、粉煤灰掺量、矿渣掺量的混凝土电通量非线性预测模型的计算结果与试验值吻合较好,可以用于实际工程混凝土电通量的预测.     

再生粗集料混凝土双变量强度公式研究

通过对16组再生粗集料混凝土试件的试验,研究了不同水胶比条件下不同粉煤灰的掺量对再生粗集料混凝土抗压强度的影响.利用多元回归计算建立了水胶比、粉煤灰取代率和混凝土28d抗压强度之间的关系,建立了再生粗集料混凝土双变量强度公式.     

基于综合性能试验的混凝土早期开裂行为研究

为提高混凝土的早期抗裂性能,突破单因素改善其早期稳定性,进行了多因素补偿混凝土各性能缺陷方面的研究.基于调控混凝土配合比开展了胶凝材料水化热、混凝土早期收缩试验和大板加速开裂试验.通过相关收缩机理分析了不同混凝土拌和物的开裂行为;运用双参数Weibull分布分析试验结果,得出了混凝土大板裂缝经时开裂规律.试验结果表明：采用高效稳定型聚羧酸减水剂可以增加浆体的和易性,结合66.7%矿物掺合料(粉煤灰和矿渣粉与水泥质量比)、较好级配碎石和0.29的水胶比有利于延长混凝土的初裂时间和控制裂缝宽度,即提高混凝土的早期抗裂性能.同时,该调控手段也可以降低浆体的水化热,提高混凝土的抗压强度.此外,混凝土裂缝宽度的经时变化规律很好地服从双参数Weibull分布.     

硅灰强化再生混凝土抗压强度尺寸效应

为研究水泥外掺硅灰浆液强化再生骨料对再生混凝土立方体抗压强度尺寸效应 的影响,以水泥外掺硅灰浆液水胶比、再生骨料取代率和试件几何尺寸为试验参数,完成了 240个再生混凝土立方体试件的抗压试验. 结果表明：采用水胶比为1.0的水泥外掺硅灰浆液 强化处理再生骨料对再生混凝土立方体抗压强度的提升和尺寸效应的降低幅度均最大. 随着 再生骨料取代率的增加,立方体抗压强度尺寸效应呈增强趋势,100%再生骨料取代率下尺寸 效应度约为普通混凝土的1.4倍;采用水泥外掺硅灰浆液强化处理再生骨料可降低尺寸效应, 强化处理后再生混凝土立方体抗压强度尺寸效应度较未处理试件降低了约 19.2%. 建立了尺 寸效应律计算公式,可用于再生混凝土立方体抗压强度的分析计算.     

复杂环境下钢筋混凝土桥梁损伤概率模型及可靠度分析

综合考虑氯离子的结合作用、水灰比、温度和湿度因素对钢筋锈蚀的初始时间的影响,对Fick第二定律进行改进,建立了初锈时间模型.并通过Monte Carlo数值模拟技术,对钢筋混凝土桥梁的保护层厚度、表面氯离子浓度、扩散系数和临界氯离子浓度进行随机抽样,进行了正常使用极限状态下的可靠度计算.研究结果表明,钢筋对锈蚀的敏感程度依次为:保护层厚度、临界氯离子浓度、扩散系数、表面氯离子浓度;随着锈蚀率的增加,桥梁在使用年限达到65年之后,失效概率达到1,同时使用年限下降27%.     

海工环境下预应力高强混凝土管桩使用寿命计算

针对海工环境中的预应力高强度混凝土(PHC)管桩,考虑离心分层,将其使用寿命分为诱导期和发展期.对诱导期氯离子输运进行计算,采用差分法对Fick第二定律进行解答,求解诱导期寿命,而发展期寿命采用弹性力学理论求解.计算表明,诱导期和发展期寿命与保护层厚度分别呈线性和指数变化关系,砂浆层厚度增大时,发展期寿命急剧减小,内部封闭可增大PHC管桩使用寿命3~4倍.通过对PHC管桩180d氯盐侵蚀实验,验证了诱导期计算理论的准确性.     

海洋环境下混凝土方桩使用寿命预测模型

基于Fick第二定律,建立了考虑扩散系数时变性、荷载对扩散系数影响和氯离子结合能力的氯离子扩散方程;通过求解扩散方程得到考虑多因素影响的混凝土方桩使用寿命预测模型;并分析了桩的保护层厚度、裂缝控制宽度、表面氯离子浓度和临界氯离子浓度等因素对桩的使用寿命的影响.分析结果表明:得到的氯离子扩散方程与实测数据吻合较好;对于设计使用寿命为50年的混凝土方桩,保护层厚度应大于45mm,桩身裂缝宽度不宜大于0.1mm.     

时变扩散系数对混凝土结构服役寿命的影响

基于氯离子二维扩散模型考虑混凝土氯离子扩散衰减系数及其随机性,计算了氯盐侵蚀下混凝土结构的可靠度及服役寿命。为克服传统可靠度敏感系数的缺陷,分析氯离子扩散衰减系数及其随机性对混凝土结构耐久性的影响,根据全微分公式导出了可靠度对随机变量均值和变异性的无量纲敏感系数。计算结果表明,忽略氯离子扩散系数时变性会导致显著地低估结构服役寿命,而不考虑衰减系数的随机性又会明显地高估结构耐久性能。敏感性分析结果表明,混凝土氯离子扩散衰减系数与混凝土保护层厚度对氯盐侵蚀下混凝土结构耐久性的影响占主导地位,并随着服役时间的增加,衰减系数的影响会超过混凝土保护层厚度。     

粉煤灰混凝土的多因素寿命预测模型

通过快速碳化试验,研究了不同粉煤灰掺量(0～60%)、不同养护龄期(1,3,7,28,90 d)、不同弯曲荷载率(0,25%,50%)对m(W)/m(C)=0.34混凝土的碳化影响,并建立了综合考虑粉煤灰掺量、养护龄期、荷载率、环境温度、结合能力以及混凝土的CO2扩散系数时间依赖性的多因素寿命预测模型.结果表明:混凝土的CO2扩散系数与粉煤灰掺量成二次函数关系,粉煤灰掺量30%左右最佳.混凝土的CO2扩散系数随养护龄期的增加而降低,随荷载率的增加而增加.其关系分别符合指数关系和乘幂关系.使用多因素碳化寿命预测模型对大桥的箱梁和索塔进行预测,箱梁的运营寿命为211年,索塔为167年.增加养护龄期或提高保护层厚度是提高大掺量粉煤灰结构混凝土寿命的重要途径.     

预应力组合箱梁桥的使用寿命分析

为了研究既有预应力混凝土结构在混凝土碳化后,结构在服役期间的使用寿命,分析讨论了混凝土碳化及与混凝土本身有关的内部因素(如水灰比、水泥品种、骨料品种与粒径、混凝土强度等)和与环境有关的外部因素(如环境湿度、CO2浓度、环境温度等)的影响.以混凝土的碳化深度作为一个随时间变化的随机过程,建立了一般大气环境下,混凝土强度的时变概率随机模型.并将混凝土强度、保护层厚度、荷载横向分布系数以及荷载增长视为随机变量,在此基础上,研究了在不修复的情况下五跨一联预应力组合箱梁主梁和结合面的使用寿命,结果表明结合面的失效概率要大于主梁.荷载增长对结构可靠度指标影响较大.给出了在不同服役年限时结构主梁和结合面的使用寿命可靠度水平,其结果对预测结构剩余寿命和经济、科学地安排养护维修时间具有重要参考意义.     

不同保护层厚度下钢筋混凝土板受力性能试验研究

在实际施工过程中,混凝土板负弯矩钢筋的保护层厚度容易偏大,这将导致板(特别是悬臂板)的承载力降低.对钢筋混凝土悬臂板和两端约束板进行了试验研究,重点研究了保护层厚度变化对板的承载力及正常使用性能的影响.对两墙约束板分别接线弹性理论和塑性内力童分布理论进行了计算;利用ANSYS进行了有限元数值模拟,并与试验结果进行了对比...     

不同措施对热带海洋砼结构服役寿命的影响

海工钢筋混凝土结构由于长期受到海洋盐雾大气、浪溅与潮汐、高温等环境因素作用,大量氯离子侵入混凝土中,致使结构中的钢筋严重锈蚀,从而使混凝土结构难以达到50年的设计寿命要求.本文基于修正的氯离子扩散理论与可靠度理论,通过南海实际工程来探讨一些结构措施和附加措施对海工混凝土服役寿命的影响.结果表明:增大结构的保护层厚度能有效延长结构的服役寿命.对混凝土结构施加一定的附加防护措施,也能够有效地延长混凝土结构在热带海洋环境下的服役时间.最有效的附加防护措施是采用不锈钢钢筋,但是价格太高而应用受限,比较适用的是硅烷外涂或者使用阻锈剂,但对于一维结构而言仅仅使用其中一种并不能保证结构50年的设计寿命.     

混凝土结构耐久性寿命评估影响因素敏感性分析

保护层厚度、CO2浓度影响系数、环境湿度、混凝土立方体强度等因素都影响了结构的耐久性寿命。本文运用灰色关联理论分析了单因素对结构预测寿命的影响，并分析了各影响因素对结构碳化寿命的敏感性。结果表明：保护层厚度、混凝土立方体强度、环境湿度增大可以使结构的寿命增加；构件所处年平均温度、CO2浓度升高、工作应力增大时其寿命成近似线性下降趋势；在各因素中保护层厚度、混凝土立方体强度对结构寿命的影响最大，因此在一定程度上可以通过增加保护层厚度及混凝土的强度来提高结构寿命。     

混凝土保护层的设计及构造建议

为考虑离散性的影响,通过对混凝土保护层厚度实测结果的分析,提出了保护层有效厚度的概念．根据结构耐久性的要求,提出了混凝土保护层厚度的可靠度设计方法,并以室外暴露或室内高湿度环境中的混凝土构件为例进行了分析计算．最后,就保护层设计及构造技术提出了建议．