混凝土高负温冻融损伤特性研究

为研究(-5±2)℃～(5±2)℃高负温冻融循环温度下混凝土盐冻融和水冻融的抗冻性,采用质量损失率、相对动弹性模量和超声波速损失率三种指标对混凝土试件在水冻、盐冻、盐浇水冻和盐浇盐冻环境下进行测试,结果表明:各类试件经历150次冻融后,评价指标值远未达到混凝土试件停止试验时的最初设计标准;盐与水冻融间的差距也要比标准冻融循环温度下小.同时提出了一种新的混凝土冻融损伤评价指标—氯离子侵蚀面积占比,利用该指标测试表明,在(-5±2)℃～(5±2)℃的冻融循环温度下,混凝土氯离子侵蚀进程较同时长常温下浸泡后并不会加快.     

氯盐侵蚀和冻融循环耦合作用下保温混凝土的耐久性

通过混凝土抗冻性能试验,对保温混凝土(TIC)进行氯盐侵蚀与冻融循环耦合作用下的耐久性能研究。本文以质量分数3.5%的氯化钠溶液为冻融介质,对保温混凝土的相对动弹性模量、质量损失率、抗压强度、劈裂抗拉强度及氯离子侵蚀情况进行了测试分析。结果表明:氯盐侵蚀加剧了冻融循环的破坏程度,250次冻融循环后TIC的相对动弹性模量降低至60%以下。随着冻融循环次数的增加,TIC的抗压强度和劈裂抗拉强度与冻融次数呈线性关系。氯盐侵蚀与冻融循环耦合作用下,TIC中氯离子扩散规律满足Fick第二定律。     

碳化与盐雾共同作用下的混凝土氯离子扩散性能

为了探明海洋大气环境下混凝土氯离子侵蚀规律,从氯离子质量分数、氯离子扩散系数、混凝土孔隙结构3个方面讨论了碳化对混凝土氯离子扩散性能的影响.研究结果表明:碳化减缓了混凝土内部氯离子质量分数的衰减,增加了混凝土内部的自由氯离子质量分数,对混凝土的抗氯离子侵蚀性能造成了不利影响.当混凝土水胶比较大时或是掺加粉煤灰后,碳化引起氯离子质量分数增大的现象较为显著;碳化反应虽然造成了混凝土总孔隙率的下降,但会使临界孔径和最可几孔径增大,孔隙连通性提高,因而造成混凝土氯离子扩散系数的增大.     

受冻融混凝土表面处理后的暴露试验研究

采用硅烷凝胶对受冻融混凝土进行表面处理,通过室外暴露试验研究受冻融混凝土表面处理后的的抗氯离子侵蚀和抗碳化性能,并对防护机理进行分析。结果表明:表面处理能明显提高受冻融混凝土抗氯离子侵蚀能力,其效果与混凝土冻融损伤程度、渗透型涂料用量有关;由于受到混凝土冻融损伤程度和环境气候的影响,受冻融混凝土的抗碳化性能有所差异。基于试验结果,引入渗透型涂料影响系数δs与冻融损伤因子ω对碳化模型进行了修正。     

冻融循环对粉煤灰混凝土氯离子扩散系数的影响

测定不同冻融循环次数的混凝土氯离子含量,应用二维扩散理论模型计算混凝土氯离子扩散系数.结果表明:混凝土中的自由Cl-浓度(Cf)随着扩散深度的增加而降低,随着冻融循环次数的增加而升高;混凝土的氯离子扩散系数Dt随着冻融循环次数的增加而逐渐降低,随着粉煤灰含量的增加而先增加后降低;混凝土的Dt与冻融循环次数和粉煤灰掺量分别呈幂函数关系和呈二次函数关系.利用冻融循次数室内外换算关系,建立服役时间和粉煤灰掺量与Dt方程,可用来估算现场环境下不同服役周期实际工程混凝土的氯离子扩散系数.     

海洋水下区纤维混凝土中氯离子的扩散性能

采用室内长期浸泡的方法模拟海洋水下区,以纤维掺量为参数,开展了聚丙烯纤维混凝土的氯离子侵蚀试验研究.试验结果表明:海洋水下区氯离子通过毛细吸附和扩散作用在纤维混凝土中迁移,毛细吸附的影响深度为8~10 mm;纤维掺量为0.1%(体积分数)的混凝土内部致密,随纤维掺量继续增大,试件的抗氯离子侵蚀能力减弱;纤维混凝土的结合氯离子在毛细吸附影响深度之前对试件中总氯离子含量影响较大.运用Fick第二扩散定律解析解对试件中的氯离子进行非线性拟合,纤维掺量影响氯离子扩散系数,掺量为0.1%(体积分数)的纤维混凝土氯离子扩散系数最小.     

特定环境下FRP与混凝土正拉黏结性能试验研究

通过纤维增强塑料(FRP)与混凝土试件的正拉黏结强度试验来研究碳化、冻融循环、盐溶液干湿循环下FRP与混凝土之间的黏结耐久性.碳化、干湿循环作用后,CFRP与GFRP试件的正拉黏结强度有一定提高,表明这两种复合材料体系可以用来加固碳化、盐溶液干湿循环作用地区的混凝土结构.冻融循环作用达到一定循环次数后,正拉黏结强度随着冻融循环次数增加逐渐降低,这与冻融降低了混凝土强度有关,冻融循环对复合材料与混凝土的黏结界面也有不利影响,因此这两种复合材料体系用于加固承受冻融作用的混凝土结构时,需要考虑耐久性问题.     

疲劳载荷作用下超高程泵送钢纤维混凝土的耐久性

研究了疲劳载荷作用下的超高泵送钢纤维混凝土(SFRC)的氯离子扩散规律,对相应临界疲劳循环次数作用的SFRC试件的碳化性能进行了分析.通过对疲劳试件的不同深度自由氯离子浓度和表面氯离子扩散系数的研究表明:只要疲劳次数超过某一临界值时,SFRC试件内部的氯离子含量和表面扩散系数就会随着疲劳次数的增加而增大;在相应临界疲劳循环次数作用下,SFRC试件具有较强的抗碳化能力;该SFRC具有优异的抗氯离子扩散性能和抗碳化能力.这不仅拓展了SFRC的应用领域,也为动荷载作用下的混凝土耐久性研究提供了很好的参考和依据.     

经受疲劳荷载与冻融循环作用后混凝土动态性能研究

采用微宏观结合的方法来研究疲劳荷载与冻融循环作用下混凝土动态性能的劣化规律和损伤机理,对混凝土试件先分别进行冻融循环、疲劳加载和先疲劳加载后冻融循环等3种损伤试验,再进行不同应变率下的单轴动态抗压试验.研究不同应变率下试件的表观损伤、质量损失、相对动弹性模量和抗压强度的劣化,并结合扫描电子显微镜(SEM)对损伤后的微观形貌进行机理分析.研究表明:仅受冻融作用和先疲劳后冻融作用时,随冻融次数的增加,试件的质量均呈先增后降的趋势,相对动弹性模量均呈逐渐降低趋势. SEM微观试验结果表明先疲劳后冻融作用下,冻融循环使得混凝土内部裂缝数量和宽度均有明显增加,导致混凝土抗压强度随冻融循环次数的增加而逐渐降低.先受疲劳荷载再受冻融循环作用的混凝土,在冻融次数和疲劳次数相同时,抗压强度随应变率的增加逐渐增大.相比混凝土仅受冻融循环作用,疲劳荷载历史对混凝土的抗冻性有显著劣化作用.受疲劳荷载和冻融循环作用后的混凝土具有明显的应变率效应,而且混凝土损伤越严重,其强度对应变率越敏感.     

混合侵蚀和冻融循环条件下混凝土力学机制试验研究

混凝土在硫酸盐侵蚀和冻融循环条件下易破坏,引发基础承载力下降。为了研究寒区盐渍土环境下混凝土的劣化机制,进行混凝土在硫酸钠和氯化钠混合溶液中的冻融循环试验,循环次数分别为0、10、20、30、40、50次;其次测量了冻融循环后混凝土的抗压强度,并结合X射线衍射试验,分析了侵蚀后混凝土内部物质的变化对力学性能的影响;最后通过冻融前后的弹性模量及质量变化,计算了损伤变量和质量损失率变化,研究了冻融循环下的混凝土损伤规律。研究结果表明:随着冻融次数的增加,混凝土力学性能大幅度弱化,内部损伤越严重,表面剥落越严重;弹性模量、抗压强度均大幅度降低,质量损失率与损伤变量均增大。混凝土内部发生了物理反应(芒硝的生成)和化学反应(石膏和钙矾石的生成),共同造成了混凝土内部结构破坏。     

改性聚酯纤维在混凝土中的分散性及对耐久性的影响

制备了不同纤维掺量的改性聚酯纤维混凝土,通过纤维分散的图像处理方法研究五种不同搅拌方式对改性聚酯纤维在混凝土中分散性能的影响,并通过耐久性试验研究改性聚酯纤维混凝土的抗碳化、抗氯盐侵蚀和抗冻性能.结果表明,图像处理方法能够较好地评价改性聚酯纤维混凝土中的纤维分散性,认为“砂石胶材60 s+水60 s+纤维60 s”的搅拌方式得到的纤维分散性最好,与肉眼观察的效果一致.掺加改性聚酯纤维能够提高混凝土的抗压强度,掺量为1.1 kg·m-3时提高强度14%左右,继续增大纤维掺量不能持续提升强度.改性聚酯纤维在混凝土中的密集分布能够削弱CO2的扩散,降低混凝土的碳化速率12.6%~18.9%,纤维掺量越多,抗碳化能力越好.掺加改性聚酯纤维能够降低混凝土的氯离子扩散系数,提高其抗氯离子侵蚀能力.改性聚酯纤维还能有效减少冻融循环过程中表层材料的剥落,大大改善混凝土的抗冻性.     

引气混凝土在冻融循环过程中的氯离子渗透与孔结构

C30和C50引气混凝土在3.5%NaCl溶液中自然浸泡或快速冻融循环,测试盐冻过程中混凝土表面和内部的超声声时,混凝土中的氯离子浓度分布及孔结构演变。研究结果表明:超声声时较好反映了混凝土在盐冻过程中的损伤演化,其表面和内部超声声时均先下降,后保持稳定,当混凝土剥落严重时迅速上升;冻融循环过程中的低温环境降低了混凝土表面氯离子浓度和氯离子扩散速度,但冻融损伤程度的增加将导致混凝土中氯离子扩散速度的提高;盐冻循环50,150和400次时,C50混凝土中孔径大于100 nm毛细孔数量由31.85%提高到42.70%和56.60%,孔径大于0.1 mm的微裂纹数量由12.80%降低为8.37%,并最终提高到25.29%。此外,混凝土经过150次冻融循环,相比于C30混凝土,C50混凝土中孔径大于100 nm的毛细孔数量降低20.10%,微裂纹数量降低43.44%。     

冻融循环对混凝土静动力特性的影响

为了解冻融循环对混凝土材料静、动态力学性能的影响规律,在清水和盐水中采用"快冻法"对C60混凝土进行了不同冻融次数后的单轴静压试验和霍布金森压杆冲击试验,分析了混凝土强度变化的原因。试验表明,清水和盐水条件下,混凝土试件的质量损失和相对动弹性模量的损失率随冻融次数的增加而增大,盐水环境中更明显。清水环境下的冻融循环对混凝土的静态抗压强度具有显著影响,但对其动态抗压强度影响不明显;盐水环境下,当冻融次数较少时,混凝土的动态强度表现显著的应变率效应且不受冻融循环次数的影响,但在冻融循环次数达到240次时,混凝土的动态强度显著下降且对冲击速度不再敏感。不同冻融环境对混凝土静、动态强度影响的差异显著。     

不同水灰比混凝土冻融循环后双轴压试验研究

对水灰比为0.45、0.55的普通混凝土试块分别进行0、25、50、75和0、25、50次冻融循环作用后双轴压荷载试验,测得了试块的双轴压强度.通过对试验结果进行分析,讨论了水灰比、冻融循环次数及中间应力对双轴压强度的影响,发现双轴压强度高于单轴压强度,且随冻融循环次数的增加而降低;在分析试验资料的基础上,建立了冻融循环作用后普通混凝土在主应力空间的破坏准则,可为复杂应力状态下可能经受冻融循环作用的普通混凝土结构的设计、维修提供参考.     

不同冻融介质作用下再生骨料透水混凝土力学性能试验研究

为进一步研究不同冻融介质下再生骨料透水混凝土冻融循环后的性能变化,分别以清水和3. 5wt%Na Cl溶液为冻融介质,分析比较了不同冻融环境下再生骨料透水混凝土透水系数、连续孔隙率、剩余抗压强度、CT扫描断面平均孔隙率随冻融循环次数的变化规律。试验结果表明,不同冻融介质作用下,再生骨料透水混凝土的透水系数、连续孔隙率、平均抗压强度与CT扫描断面平均孔隙率的劣化程度均随冻融循环次数增加而逐渐增大,氯盐环境下更易引起再生骨料透水混凝土的冻融破坏;冻融循环作用下,再生骨料透水混凝土单轴抗压强度与CT扫描断面平均孔隙率呈负相关,可通过测量冻融后再生骨料透水混凝土孔隙率来评估其剩余抗压强度,试验成果可为进一步研究冻融环境下再生骨料透水混凝土内部孔隙结构损伤特征及破损机理提供参考依据。     

冻融作用对环氧沥青混凝土复合梁抗裂性能的影响

在中国北方季节性冰冻地区,反复的冻融作用对环氧沥青混凝土的抗裂性能影响较大。本文分别对7组环氧沥青混凝土试件进行0到30次冻融作用,研究了冻融作用对弯曲劲度模量及复合梁平面应变断裂韧度（KIC）的影响,分析了不同冻融重复作用下带裂缝的复合梁发生裂缝扩展时的横向应力应变响应和层间粘结状况。研究结果表明:弯曲劲度模量随冻融循环作用的升高而降低;复合梁平面应变断裂韧度（KIC）、裂缝尖端最大横向拉应力/应变随着冻融重复作用的增加先降低后增高;不同冻融重复作用下带裂缝复合梁断裂不会发生在环氧沥青粘结层。     

冻融循环作用下橡胶混凝土蠕变特性试验研究

橡胶混凝土Concrete with Rubber Aggregate（简称RC）具有较高的抗冻融性，但其在各种冻融条件下的长期蠕变行为尚不清楚，势必会影响橡胶混凝土在严寒地区的应用。以RC在冻融循环条件下的蠕变特性为对象，选取C40普通混凝土配比为试验基准，将等体积、粒径为3~6mm橡胶颗粒代替中砂质量的10%配制了一种RC，在RC材料经历0、30、60、90、120、150次冻融循环试验后，进行单轴抗压、单轴蠕变、冻融后动弹性模量及SEM电子显微镜观察等试验。结果表明：相对于0次冻融循环条件下的RC，经历30-150次冻融循环作用后其抗压强度分别下降了6.51%-47%，质量损失率分别提高了6%-11.2%。随冻融循环次数的增加，RC蠕变破坏逐渐达到其临界值应力水平，冻融动弹性模量不断降低。经多次冻融循环后，RC试件蠕变应力低于峰值强度的50%时，判断结构是安全的。超过该临界值时，判别安全标准取决于其应力荷载及冻融循环次数。     

冻融循环下混凝土细观结构演化及力学损伤特性研究进展

周期性冻融循环会对季冻区混凝土材料的细观结构产生不可逆损伤,进而劣化其承载能力与耐久性能。混凝土的冻融破坏本质上是内部孔/裂隙等初始缺陷在周期性冻胀力的作用下发生的疲劳损伤累积。因此,开展冻融循环条件下混凝土材料细观结构损伤演化特性的研究对于评估寒区在役混凝土结构的安全性具有重要的意义。围绕冻融循环条件下混凝土细观结构演化及力学损伤特性两个核心内容,针对混凝土细观结构获取与表征技术、混凝土冻融循环室内物理试验与数值模拟方法,以及混凝土力学损伤特性与耐久性评估等方面的研究现状进行了系统的总结与分析。传统的冻融研究主要集中于宏观尺度下混凝土局部损伤演化,从细观尺度入手,研究了冻融循环下混凝土细观结构演化与力学损伤特性,有助于更加深入地了解宏观力学性能与耐久性劣化背后的冻融破坏机制与初始孔/裂隙缺陷扩展-聚并-贯通的发展规律。在此基础上,建立考虑冻融参数的细观结构演化与宏观损伤特性之间的内在联系,实现冻融环境下混凝土材料宏观物理力学特性的准确分析。为寒区工程结构服役期的损伤特性识别、稳定性与耐久性分析提供参考。