应力状态下混凝土的碳化试验研究

进行了碳化环境下预应力混凝土试件的耐久性试验研究，阐述了在应力和碳化共同作用下的混凝土结构破损机理及规律．试件为无应力、弯曲受拉和直接受压的应力状态，采用加速碳化的试验方案．分别引进kws和χσ反映碳化深度与混凝土质量、强度和应力水平的关系，建立了应力状态下的混凝土碳化深度的多因素预测模型．结果表明：拉、压应力分别加快和减缓了混凝土的碳化速率，且应力越大；碳化速率的改变越大；χσ可以反映碳化速率的变化趋势．施加预应力能够控制混凝土裂缝的发展、消除或限制裂缝的宽度，因此，预应力混凝土结构的耐久性比普通混凝土结构的耐久性更好．     

硫酸铵腐蚀环境下的混凝土碳化深度试验研究与应用

硫酸盐腐蚀是影响混凝土结构耐久性能的重要化学劣化因子之一。以赣南离子型稀土开采残留硫酸铵的环境问题为背景,通过实验室快速碳化试验研究硫酸铵溶液浓度对混凝土碳化深度的影响规律。结果表明:硫酸铵溶液浓度越大,相同强度等级的混凝土在相同碳化龄期的碳化深度与碳化速率越大。根据试验结果建立了硫酸铵腐蚀环境下混凝土碳化深度预测模型,对该环境下混凝土最小保护层厚度取值提出了建议。     

预应力混凝土靠船桩变形性能试验研究

通过4根后张预应力混凝土靠船桩的室内试验,并结合有限元分析计算,研究了初始预张拉应力、混凝土强度、配筋率等对靠船桩的变形性能、裂缝及其闭合情况的影响.研究结果表明,采用高强度材料的预应力混凝土靠船桩具有良好的变形能力和裂缝闭合性能.实际应用此项技术时,建议混凝土强度取C60～C80;混凝土取高强度时,初始预张拉应力取规范规定的下限值,反之取上限值.     

多因素作用下混凝土中性化深度统一预测模型

依据扩散理论及室内试验,对碳化、酸雨、应力等单一因素和多因素耦合作用下的混凝土构件中性化深度进行了研究.通过理论研究、数值模拟和试验数据的回归分析,建立了混凝土中性化深度统一预测模型.研究表明:碳化和酸雨存在耦合现象,酸雨在某种程度上抑制碳化作用,耦合系数小于1;无论酸雨、碳化单一因素或耦合作用,混凝土中性化深度值随侵蚀时间的增加而增加,中性化深度值在前期增加比较快,继而中性化速度逐渐减小,中性化深度与时间平方根呈正比例关系;拉应力促进混凝土中性化,而压应力抑制其中性化,应力与混凝土中性化深度值之间呈近似线性关系,最后通过试验数据拟合出不同腐蚀模式下的应力影响因子.     

基于盐冻性能的高寒地区桥梁混凝土优化设计及机理分析

为探索改善高寒地区桥梁混凝土盐冻性能的可行性措施,设计正交试验,重点研究水胶比、用水量和引气量等因素对桥梁主塔C50混凝土、桥面板C40混凝土及大体积承台C30混凝土盐冻损伤规律,并提出高寒地区桥梁混凝土配合比设计参考值;借助SEM和压汞微观测试手段对桥梁混凝土进行微观分析.结果表明:桥梁混凝土盐冻性能显著性影响因素为用水量和引气量;用水量由156 kg·m~(-3)减至144 kg·m~(-3),桥面板C40混凝土剥蚀量降幅为13. 0%,300次冻融后抗弯拉强度损失率仅为20%;引气量控制在4. 5%～5. 0%时,300次冻融循环后,主塔C50混凝土的动弹模量相对值在87%以上,混凝土内部微裂缝较少,过渡区结构致密度较高,孔径分布最佳,宏观上表现为盐冻性能的提高.     

大骨料混凝土动态双轴拉压强度试验研究

为了研究不同应变速率下混凝土双轴动态受力状态的力学性能,在大型静、动态三轴试验机上,对大骨料混凝土和湿筛混凝土试件进行了不同应变速率和应力比下的双轴动态拉压试验,系统研究了应变速率和应力比对混凝土双轴拉压强度的影响.试验结果表明:两种混凝土双轴拉压强度均低于单轴拉伸或单轴压缩强度,其变化规律不但与应力比有着密切的联系,还随应变速率的增大而增大.在主应力空间建立了考虑应变速率和应力比的混凝土双轴拉压破坏准则,为水工结构物的非线性分析提供了试验依据.     

基于声发射技术的单轴受压混凝土损伤细观研究

为了从细观角度了解不同强度等级,以及不同碳化龄期的混凝土的损伤演化特征,对强度等级分别为C20、C30、C40以及碳化龄期分别为0、28、56、77、90 d的混凝土棱柱体试件进行了单轴受压试验;并利用声发射(AE)技术对试验全过程进行了动态监测,获得了表征混凝土损伤演化过程的典型声发射事件累积计数(burst line cumulate,BLC)曲线;以及声发射事件数-相对应力水平关联曲线.结果显示:①BLC曲线的三个部分分别反映出材料损伤演化过程的三个阶段,曲线的两个转折点分别对应混凝土材料内部的起裂点和失稳点;②在低应力时,不同强度等级以及不同碳化龄期的混凝土试件的声发射特征没有明显区别;随着应力的增加,高强度等级和碳化龄期长的混凝土试件的声发射事件数增长较快,并且声发射活性急剧增加点明显前移.     

应力状态对RC梁混凝土碳化损伤及承载力的影响

为研究应力状态对RC梁混凝土碳化损伤及承载力的影响规律，制作了7根RC梁进行加速碳化环境与荷载耦合作用试验研究。将RC梁放入环境箱中，进行三点弯曲静力持荷条件下的7 d、14 d、28 d加速碳化试验，得到不同持荷时间下的RC梁受拉、受压不同区域的混凝土碳化深度，进一步开展加速碳化作用、加速碳化与荷载耦合作用后的RC梁三点弯曲试验，探讨应力状态时碳化深度对RC梁极限承载力的影响机制。结果表明：通过对RC梁受压、受拉区的混凝土碳化深度分析，发现压应力状态会抑制碳化反应的进行，而拉应力状态会促进碳化反应的进行，28 d后受拉区混凝土碳化深度比受压区增加了34.7%。混凝土碳化损伤导致抗压强度降低、钢筋锈蚀影响了试验梁的极限承载力，加速碳化作用28 d后RC梁的极限承载力下降了10.7%，加速碳化与荷载耦合作用28 d后RC梁的极限承载力下降了14.9%。     

混凝土裂缝宽度和深度对裂缝表面碳化的影响

为研究混凝土裂缝宽度和深度对裂缝表面混凝土碳化的影响,制作了带裂缝的钢筋混凝土试件并进行了碳化试验研究。研究采用碳化时未开裂的试件、裂缝近似贯通的试件、裂缝未贯通的试件的横断面,其中裂缝近似贯通试件、裂缝未贯通试件的横断面即为裂缝开裂断面。对于裂缝近似贯通和未贯通的试件,通过对比裂缝的宽度、深度和裂缝表面混凝土的碳化情况,并与未开裂试件断面混凝土碳化情况进行对比分析。研究结果表明,裂缝宽度对于混凝土裂缝表面的碳化几乎没有影响,表面碳化主要与裂缝深度有关。本文对混凝土开裂部位的耐久性研究仅以裂缝表面宽度为依据进行的方法提出了不同看法,建议将混凝土裂缝宽度和深度列为同等重要的研究依据。     

闸墩混凝土表面温度裂缝稳定性断裂力学分析

采用断裂力学方法对闸墩类大体积混凝土表面温度微裂缝的稳定性进行了分析,并预测了其发展趋势.分析结果表明:裂缝处温度变化幅度Δt、承受的拉应力σ以及裂缝端部应力强度因子KⅠC是影响裂缝发展趋势的主要因素;对承受较小稳定拉应力的混凝土来说,只要降温幅度保持在5~6℃/d以内,初始温度裂缝就不大可能发展成危害性深缝.     

环保型裂缝修复材料对混凝土抗碳化性能的影响

混凝土碳化会导致混凝土中的钢筋脱钝,从而引起钢筋锈蚀,最终影响到混凝土结构的耐久性。该文对环保型裂缝修复材料处理试件进行了抗碳化性能试验。试验结果表明：相比普通混凝土试件,ECRM处理后试件的碳化深度减小,且混凝土碳化速率提前出现下降趋势,ECRM能有效增强混凝土的抗碳化能力。     

考虑应力状态的二维混凝土碳化过程数值模拟

混凝土碳化过程的数值模拟为研究碳化机理、碳化影响因素、碳化过程与力的耦合作用等提供了新的定量分析工具.为定量分析应力状态对混凝土截面角部碳化发展的影响,建立了混凝土碳化过程的2维数值计算模型,使得混凝土组分、应力状态等影响可以得到定量考虑,并模拟应力状态下混凝土构件角部的碳化过程.详细介绍了这一模型的数值计算实现过程,研究了网格尺寸及时间步长对数值计算结果的影响.该模型数值计算结果与快速碳化试验和长期暴露碳化试验结果的对比验证了模型计算结果的准确性.最后,对某混凝土构件的角部混凝土碳化过程进行了数值分析.结果表明,混凝土截面角部双向碳化作用以及拉应力状态均会加速混凝土碳化,角部是整个构件截面碳化发展最为迅速的部位,其耐久性应当予以考虑.     

反复荷载下碳化混凝土力学性能及本构关系研究

为研究碳化对反复荷载下混凝土力学性能及本构关系的影响,本文通过碳化混凝土棱柱体试件单调及反复荷载试验,得到各试件应力应变曲线及骨架曲线,考虑到碳化混凝土构件的截面尺寸效应,从混凝土碳化率的角度对比分析了单调及反复荷载下碳化对试件破坏形态、混凝土强度、弹性模量、峰值应变及极限应变的影响.试验表明:随着反复荷载下碳化混凝土内部损伤的积累,其应力应变曲线下降段比单调荷载下的更为陡峭,破坏较为突然,反复荷载碳化混凝土延性变差;反复荷载下随着碳化率的增加,混凝土碳化后的峰值应变有所降低,但变化不大;而峰值应力均有所提高,极限应变均有所降低.根据试验结果引入与碳化率相关的下降段参数修正系数建立了碳化混凝土反复荷载作用下应力-应变本构关系,通过与试验对比分析表明本文确定的本构关系与试验结果较为吻合.     

碳化作用下混凝土的微生物表面处理

利用脲解型微生物的成矿效应对碳化后的混凝土表面进行处理.测试了处理后混凝土的毛细吸水、抗水渗透和快速氯离子渗透性,并测定了表面接触角,综合分析了表面产物的微观形貌和组成.结果表明,碳化和微生物表面处理均能提高混凝土抗渗性能并降低吸水性,后者形成了粗大的方解石晶体并紧密附着在混凝土表面.碳化并不影响微生物成矿产物的晶型和形貌,然而是否碳化却对微生物表面处理后混凝土的吸水和抗渗行为有不同的作用规律.碳化后再进行微生物表面处理,混凝土表层吸水系数的降低幅度相比未碳化直接处理更高,其主要原因在于微生物表面处理能够改善碳化所带来的亲水问题.     

机制砂掺量对自密实轻骨料混凝土碳化性能的影响机理

为探究机制砂掺量对自密实轻骨料混凝土碳化性能的影响及其变化规律,采用固定砂石体积法和改进的全计算法配制了5组机制砂掺量(0、30%、60%、80%、100%)的自密实轻骨料混凝土,并与2组机制砂掺量(0、100%)的自密实混凝土对比,测试了各龄期下混凝土的碳化深度,并通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)对比研究了自密实轻骨料混凝土和机制砂自密实轻骨料混凝土碳化前后的微观结构。结果表明：随着龄期的增长,混凝土碳化深度不断增加,但碳化速率前期较大,后期较小;机制砂的掺入能够细化孔结构,提高硬化浆体和骨料过渡界面区的密实度,轻骨料特有的内养护机制能够改善骨料水泥石过渡区界面结构,均可提高混凝土的碳化性能。最后,得到了关于机制砂掺量的自密实轻骨料混凝土碳化深度预测模型,可为机制砂自密实轻骨料混凝土耐久性预测提供参考。     

Research on the influence of the fly ash on the concrete carbonation

The influence of fly ash on the fresh properties, mechanical properties and carbonation properties were studied in this paper. The performance of a kind of curing agent which was applied to the hardened concrete surface was evaluated. Incorporating large volume of fly ash will risk the concrete carbonation. The curing agent could prevent the concrete carbonation, and the mechanism was explained.     

混凝土碳化深度预测模型的比对与分析

分析混凝土碳化机理和影响因素,总结混凝土碳化深度的多种预测模型,并根据工程实例对碳化模型进行比对和分析.经工程实例验证,得出在一般气候条件下,内陆地区的普通工业建筑采用基于混凝土抗压强度的混凝土碳化深度预测模型,进行预测其碳化深度较为适合.     

复合助剂改性混凝土的碳化性能

采用正交试验方法,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碳化性能的影响规律。结果表明:水胶比、胶粉掺量、硅粉掺量以及消泡剂掺量4个因素对混凝土的碳化性能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;胶粉掺量对混凝土碳化的影响存在两个拐点,4%时混凝土的抗碳化性最差,8%时抗碳化性最好;随着消泡剂掺量的增加,碳化深度逐渐减小。最后,通过试验数据分析和查阅文献取值建立复合助剂改性混凝土的碳化模型,经游程检验,在显著性水平a=0.05下其相关关系显著。