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.     

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.     

腐蚀方式对灌注桩劣化及硫酸盐扩散规律影响

利用室内试验模拟盐渍土地区混凝土灌注桩的腐蚀过程,对比研究灌注桩混凝土在半浸泡及全浸泡腐蚀环境下的劣化过程及硫酸盐扩散规律.通过室内试验制备现浇混凝土试样,采用人工腐蚀环境,分别模拟全浸泡及半浸泡腐蚀作用方式下混凝土灌注桩的腐蚀过程,测定混凝土试件在1、3、6、9个月等不同腐蚀时间的尺寸、抗压强度变化及硫酸盐扩散深度,分析两种腐蚀作用下灌注桩现浇混凝土的劣化过程及差异,并探讨不同腐蚀方式对灌注桩混凝土中硫酸盐扩散的影响规律.结果显示,半浸泡与全浸泡腐蚀的灌注桩混凝土劣化过程差异显著;半浸泡的混凝土劣化速度显著快于全浸泡混凝土,强度损失也更严重;半浸泡混凝土同时遭受硫酸盐的化学及结晶腐蚀,液面附近表面发生较为严重的脱落并发生一定程度的膨胀;液面以上混凝土硫酸盐的扩散速度显著高于全浸泡下混凝土中硫酸盐的扩散.研究表明,灌注桩中处于地下水位活动范围的混凝土在硫酸盐腐蚀下的劣化速度较快,在较短时间内发生严重的损伤;全浸泡现浇混凝土则由于其环境较稳定,主要受到硫酸盐的化学侵蚀,损伤过程较慢.因此,在混凝土灌注桩抗硫酸盐腐蚀设计中,应重点考虑地下水位附近桩体混凝土的抗蚀性能.     

混凝土硫酸盐腐蚀损伤的声波与声发射变化特征及机理

试验模拟干湿循环作用下混凝土受10%(质量分数)硫酸钠溶液侵蚀的腐蚀环境,测试和分析硫酸盐不同侵蚀时期混凝土单轴压缩试验时波速和声发射的变化特征。采用环境扫描电镜和能谱仪进行微观观测并结合X射线衍射测试手段分析受蚀混凝土的损伤机理。结果表明：受侵蚀60 d和80 d的试件加载初期会有较明显的压密阶段,试件受硫酸盐侵蚀和干湿循环作用愈久,加载中波速急剧下降的突变点愈提前;受蚀40 d以上的试件加载中声发射事件活跃区间较集中,在腐蚀产生的缺陷和薄弱位置容易出现应力集中和能量集中释放,声发射事件数量急剧上升的突变点提前。通过数学模型以声发射累积振铃计数为损伤变量建立损伤模型可以表征混凝土中环境腐蚀、荷载及损伤之间的作用关系。腐蚀阶段钙矾石与石膏的膨胀作用和硫酸钠的结晶压在试件内部形成微破损,受蚀混凝土表现出不同宏观性能。     

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.     

运用声发射技术研究橡胶混凝土疲劳损伤过程

借助声发射技术对水泥混凝土及橡胶水泥混凝土的疲劳过程进行实时监测,通过声发射信号的强度和活度等相关参数分析疲劳损伤过程.实验结果表明:疲劳循环加载过程中,0.6,0.7,0.8应力水平下水泥混凝土中声发射信号的撞击总数随时间变化均呈现近似线性增长趋势,幅度随时间变化分布密集,声发射信号连续发生,表明水泥混凝土的疲劳损伤过程是一个持续的损伤累计增长的过程;橡胶混凝土声发射信号的撞击总数随时间变化曲线分为中间阶段曲线平缓、幅度随时间变化分布松散3个阶段,疲劳损伤全过程呈现典型的裂纹引发、稳定扩展和失稳扩展3个阶段.由于在疲劳循环加载过程中橡胶的能量耗散特性以及良好的吸声性能,橡胶混凝土中声发射信号发生的强度和活度普遍低于同应力水平下的普通水泥混凝土,损伤演化速度缓慢,损伤程度降低,因此具有优异的疲劳性能.     

早龄期受硫酸盐侵蚀下的混凝土分层腐蚀模型

为研究早龄期受硫酸盐侵蚀下混凝土的损伤劣化规律，本文采用压汞法（MIP）测定了清水环境和硫酸盐环境下不同腐蚀龄期混凝土试样的孔隙率，利用分光光度法测定了混凝土中硫酸根离子的分布，并测试了不同腐蚀龄期混凝土的超声波声速值。结果表明：清水组中混凝土的孔隙率先降低后逐渐趋于一个定值，硫酸钠溶液中混凝土的孔隙率则先降低后增加；混凝土超声波声速值的变化规律与孔隙率的变化规律呈负相关性。最后，结合硫酸根离子的分布规律和Fick第二定律，建立了腐蚀混凝土分层理论计算模型，并利用混凝土密实速率系数评估了混凝土的损伤劣化进程。     

硫酸盐与冻融复合作用下混凝土劣化规律

采用快冻法对混凝土分别在1%Na_2SO_4,5%Na_2SO_4,5%MgSO_4(质量分数)溶液以及水中的冻融情况进行试验,从混凝土相对动弹性模量、抗压强度、损伤层厚度及损伤层混凝土抗压强度等方面研究混凝土的损伤劣化规律,并结合扫描电镜方法,分析混凝土在硫酸盐和冻融循环作用下的复合损伤机理。研究结果表明:混凝土相对动弹性模量变化呈现快速下降、缓慢下降和快速下降3个阶段;抗压强度变化表现为缓慢下降和加速损失2个阶段。随着冻融次数增加,混凝土损伤层中超声波速降低,损伤层厚度增大,损伤层混凝土抗压强度明显降低,混凝土损伤劣化程度增大。混凝土在5%Mg SO4溶液中冻融破坏严重,抗冻性能最差;在5%Na_2SO_4溶液中,混凝土在冻融循环前期劣化程度比水冻的小,冻融300次后劣化程度比水冻的大;混凝土在1%Na_2SO_4溶液中的劣化情况比5%Na_2SO_4溶液和水中的大。     

煤岩脉动水力压裂过程中声发射特征的试验研究

利用真三轴加载脉动水力压裂试验系统和PAC声发射仪,开展不同注液频率和不同压裂液黏度条件下煤岩脉动水力压裂过程的声发射(AE)试验研究,揭示煤岩脉动水力压裂过程中声发射参数、损伤演化规律及震级-频度关系参数b的动态特征。试验结果表明:煤岩在脉动水力压裂过程中,声发射行为演化过程可划分为平静期、提速期、加速期和稳定期4个阶段,其中提速期和加速期累积能量均值较平静期分别提高40.9和52.7倍;煤岩损伤演化过程可分为初始阶段、损伤发展阶段及损伤加速发展阶段,煤岩的声发射特征能较好地描述其损伤演化特性;脉动频率较低时煤样的AE活动水平和能量释放越强,裂隙发育程度越高;当压裂液黏度较高时,煤样的AE活动水平和能量释放越弱,裂隙发育程度较低;在煤岩脉动压裂整个过程中,当脉动频率或压裂液黏度较低时,煤岩AE振幅分布变化幅度较大,且其b更大,大尺度AE事件比例更低。     

混凝土损伤破坏的协同问题

针对混凝土的力学性能在很大程度上取决于初始损伤的问题,而现有的损伤力学研究观点和理论都是基于某种假定(或简化)对混凝土损伤演化进行研究,很难从本质上对混凝土损伤演化过程进行描述.尝试从系统的观点出发,采用热力学和协同学的基本理论和方法研究受载条件下的混凝土损伤演化问题.应用协同学的绝热消去法得到了材料考虑初始损伤条件下的非线性力学模型,研究破坏过程中的相变问题,并加以深入分析,获得了材料受载破坏过程中裂纹的平均取向规律,揭示了破坏过程中的声发射现象和体征规律,并应用数值模拟验证了理论分析的正确性.通过研究,有望得到混凝上损伤演化过程、本构关系等更本质的描述,为进一步研究损伤演化问题指明了方向.     

氯化钠侵蚀混凝土力学性能的试验研究

为研究NaCl环境下混凝土力学性能的退化规律,采用实验室加速腐蚀的试验方法,利用质量分数分别为10%和20%的NaCl溶液对C30混凝土试件进行侵蚀,对腐蚀后混凝土进行了抗拉和抗压力学性能测试。采用强度退化率和应变能损失率为损伤指标,对不同腐蚀程度混凝土力学性能的退化进行分析。结果表明,强度退化率和应变能损失率可以很好地反映混凝土的受腐蚀程度。在腐蚀作用初期,两者略有降低;随着腐蚀时间的延长和腐蚀液质量分数的增加,两者逐渐增加。     

三向等压荷载历史后混凝土超声波探伤方法研究

采用两组混凝土立方体试件,对其施加三向等压荷载历史作用,分别测量载前和载后的抗压强度、劈拉强度和超声波速.首先研究了经历过三向等压荷载历史后超声波速的劣化以及混凝土强度与声速的关系.然后,用抗压强度和抗拉强度的劣化来定义混凝土的损伤,研究了损伤与超声波速降低的关系.根据试验数据拟合得到损伤的演化方程,从中可以看出损伤与超声波速的降低之间具有较好的线性相关性,且有明显的超声波速降低临界值.研究表明,根据超声探伤方法测得的声速,结合混凝土经历的荷载历史和配比等因素,可以为工程提供较为可靠的损伤估计值,对实际工程的指导意义重大.     

超声波法评价不同类型混凝土高温后性能和参数的比选

为研究超声波法评价不同类型混凝土高温后性能的普适性,对普通混凝土、高强混凝土和掺聚丙烯纤维的高强混凝土进行200℃、400℃、600℃、800℃的高温试验,对比分析了3种不同类型混凝土的相对波速、相对幅值和损伤度3个参数与受热温度、抗压强度损失率和抗折强度损失率的关系。结果表明:对于3种不同类型的混凝土,采用损伤度和相对波速评价混凝土高温后的性能具有同一性结果,其中,损伤度的拟合值与实验值的相关性最大,能直观地反映出混凝土的受损程度;而对于相对幅值,拟合值与实验值的相关性最小,对3种不同类型混凝土的评价结果差别较大,不具有同一性。     

近海大气环境下RC结构钢筋锈蚀程度预测

钢筋锈蚀是影响近海大气环境下RC结构使用寿命的重要因素之一。为研究近海大气环境下混凝土碳化与氯离子侵蚀双重作用对钢筋锈蚀的影响,对沿海地区不同龄期钢筋混凝土结构进行了工程实测,包括混凝土抗压强度、碳化深度、钢筋表面氯离子浓度及锈蚀深度。基于实测结果,拟合得到了混凝土碳化深度与抗压强度间的关系模型,建立了同时考虑混凝土碳化深度与钢筋表面氯离子浓度的钢筋锈蚀深度预测模型。在此基础上,利用Abaqus分析软件对不同龄期、轴压比的RC框架柱进行了损伤塑性分析,得到了锈蚀RC框架柱抗震性能随服役龄期与轴压比的变化规律。     

高温后地质聚合物混凝土损伤特性试验

采用矿渣和粉煤灰为原料,硅酸钠和氢氧化钠为激发剂,制备了矿渣粉煤灰基地质聚合物混凝土,通过超声波检测及抗压强度试验,研究了不同温度、不同冷却方式下SFGC的质量损失及力学、声学特性变化规律。结果表明,高温总体上导致SFGC的质量、抗压强度及纵波波速减小,峰值应变增大,频谱中高频成分衰减; 冷却方式对高温后SFGC的损伤演化具有显著影响,经浇水冷却后的试件较自然冷却情况性能退化更为严重; 600 ℃为SFGC性能突变的临界温度,600 ℃之后,其性能急剧劣化。     

单轴加卸荷过程中岩石声学特性及其与损伤因子关系

设计了岩石试块的单轴加卸荷实验.利用声发射观测动态检测损伤的扩展,通过超声波检测来定量评价岩石试块的损伤程度.结果表明:岩石在加载和卸载两种过程中都有新的损伤产生;其损伤扩展和演化过程可以通过声发射监测来动态观测,损伤演化的水平则可通过超声波的信号特征进行定量评价.     

基于AE对预应力钢筋砼梁损伤试验分析

为了探究预应力钢筋混凝土梁损伤与其声发射信号之间的关系,利用声发射技术对预应力钢筋混凝土梁损伤过程进行监测。通过三点弯曲试验,采集到预应力钢筋混凝土梁损伤的实时声发射信号数据。分析不同荷载下声发射信号幅值与上升时间的参数分布图,并对比加载过程试件梁的裂缝变化,发现不同信号幅值分布与混凝土梁的损伤类型具有很好的相关性,可以演化试件梁的损伤过程,其中高幅值信号的集聚意味着宏观裂缝的出现。此外,通过ISA信号强度准则的计算,对预应力钢筋砼梁损伤程度做出了定性评价。     

基于非线性超声的混凝土高温损伤研究

在高温作用下,混凝土内部会发生物理和化学反应,引起材料的力学性能改变,影响混凝土的安全性能。文章对混凝土在不同高温受热温度和受热时间阶段下的力学性能进行测量试验,研究了混凝土高温损伤下超声波波速和非线性超声系数的演化规律,并讨论了非线性超声方法的适用范围。试验结果表明,当混凝土的高温损伤较小时,非线性超声检测对混凝土材料的高温损伤更加敏感,可以用来更为准确地评估混凝土结构在高温下较低损伤情况。