冻融损伤混凝土的应力应变关系

为了研究寒冷地区冻融损伤混凝土的力学性能,对108个普通混凝土试块进行了冻融损伤试验,探究在不同冻融次数作用下试块表面的损伤特征、质量损失率以及饱和含水率的变化特点,通过混凝土压缩破坏试验得到了其在不同冻融损伤程度下的破坏特征和应力应变值。试验研究表明,随着冻融次数的增多,试块的质量损失率先减小再增大,在第45次冻融时试块的质量损失率达到最小值;试块的饱和含水率则是先减小后增加,在第50次冻融循环时饱和含水率达到最小值。另外,还提出了冻融循环境下单轴受压混凝土在不同冻融循环次数条件下的应力-应变关系计算模型。     

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。     

冻融环境下地聚物混凝土和螺纹钢筋黏结性能的研究

寒冷地区临海、盐碱土壤或冰盐环境中的混凝土结构因遭氯离子腐蚀和冻融循环的共同作用使得钢筋与混凝土间的黏结性能劣化，甚至会导致构件过早失效。为了分析在冻融循环和氯离子腐蚀耦合作用下地聚物混凝土与螺纹钢筋间黏结性能的变化规律，通过拉拔试验研究了地聚物混凝土与螺纹钢筋在此环境下的黏结性能，分析了保护层厚度（40 mm、60 mm、67 mm）、盐溶液浓度（0 %、5 %、10 %）和冻融次数（0次、15次、30次、50次）对极限黏结强度及黏结—滑移曲线的影响。结果表明：盐冻循环和水冻循环试件与未冻融试件破坏模式相同，均为劈裂破坏；但与未冻融的试件相比，极限黏结强度总体上降低，经过50次冻融循环后，盐冻和水冻试件的极限黏结强度为未冻融试件的56 %~67 %和80 %左右；最后，基于试验数据，提出考虑冻融次数和盐溶液浓度影响作用下地聚物混凝土劈裂抗拉强度以及极限黏结强度的拟合公式，以期为混凝土结构的工程应用提供理论参考。     

碳化程度对混凝土中氯离子扩散系数的影响

为研究碳化程度对混凝土中氯离子扩散系数的影响,通过室内混凝土快速碳化试验获得不同碳化程度的混凝土试块,再结合氯离子快速渗透试验,计算各混凝土试块的氯离子扩散系数.试验结果表明:完全碳化试件与部分碳化试件的氯离子扩散系数未见明显差别;而完全未碳化试件的氯离子扩散系数最大,与已碳化试件有明显差距.混凝土的碳化会降低氯离子的扩散系数;碳化使混凝土的孔隙率降低、密实度提高,一定程度上阻止了氯离子向混凝土内部扩散,完全碳化试件的氯离子扩散系数约为未碳化试件的1/2左右.利用pH计对部分碳化试件进行了测试,结果表明方法可行.     

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.     

不同粉煤灰掺量的混凝土抗冻融性能研究

通过液压伺服试验系统,研究不同粉煤灰掺量下混凝土的抗冻融性能.对不同粉煤灰掺量的混凝土试块分别进行冻融循环试验,在不同循环次数下对试块进行单轴压缩强度测试及质量变化测定,并研究了混凝土的冻融损伤演化方程.结果表明,在混凝土中掺入一定量的粉煤灰能够改善其抗冻、抗裂性能,并且掺有粉煤灰的混凝土的后期强度大于普通混凝土后期强度.同时分析了混凝土的冻融损伤本构关系,为今后研究粉煤灰混凝土的冻融寿命提供了试验基础和理论依据.试验所得结论对于低温环境下混凝土在实际工程中的应用具有参考价值.     

干湿循环下受弯钢筋混凝土梁的氯盐侵蚀

为探究弯曲荷载对干湿交替环境下钢筋混凝土梁内氯离子输运的影响,引入混凝土标量损伤作为耦合中间量,并拟合氯离子的荷载修正函数修正不同损伤部位的氯离子扩散系数,建立干湿循环与弯曲荷载耦合作用下混凝土梁中的氯盐和水分的输运模型。在此基础上,基于COMSOL软件,提出一种混凝土中氯盐侵蚀的数值模拟方法,并以弯曲荷载、侵蚀时间为变量,进行干湿循环试验验证。研究结果表明:随着弯曲荷载、侵蚀时间增加,混凝土梁内同一位置处的氯离子质量分数提高;对于同一试验梁,纯弯段氯离子质量分数比弯剪段的高;弯曲荷载影响构件的损伤范围和程度,进而影响氯离子在混凝土内的传输。     

不同粉煤灰掺量混凝土抗冻融性能研究

通过液压伺服试验系统,研究不同粉煤灰掺量下混凝土的抗冻融性能。对不同粉煤灰掺量的混凝土试块分别进行冻融循环试验,并在不同循环次数下对试块进行单轴压缩强度测试及质量变化进行测定,并研究了混凝土的冻融损伤演化方程和冻融损伤本构关系。研究表明：在混凝土中掺入一定的粉煤灰能够改善其抗冻、抗裂性能,且掺有粉煤灰的混凝土的后期强度大于普通混凝土后期强度,实验所得结论为低温环境下混凝土在实际工程中的应用提供了一定的参考价值。     

冻融和碳化作用对混凝土氯离子侵蚀的影响

对4种不同配比混凝土先后进行冻融循环(0,50,150次)、加速碳化(0,1,2星期)和氯离子侵蚀,以研究冻融、碳化作用对混凝土氯离子侵蚀的影响.通过压汞法和选择电极法分别测定不同作用后混凝土的孔径分布和氯离子含量及其毛细吸收变化情况.结果表明:冻融循环增大混凝土孔隙率,作为混凝土损伤的动力源,为氯离子侵蚀创造更为有利的条件;冻融次数越多,造成的氯离子侵蚀越严重;碳化反应破坏混凝土基体原有的过滤机制,并促进Friedel盐分解,使氯离子含量增多;冻融与碳化均不同程度增大混凝土毛细吸水性能,两者共同作用较单独作用时的氯离子侵蚀严重得多.对混凝土结构进行耐久性设计和使用寿命预测时,必须考虑和引进冻融、碳化及其他因素的复合作用.     

混凝土动弹模量在盐冻作用下的衰变试验

针对中国西北寒旱灌区水工混凝土建筑物在盐冻作用下混凝土的耐久性衰减问题,以试件的动弹模量变化为评价指标,采用现场调查、室内加速试验和理论分析相结合的研究方法,研究不同配合比、侵蚀介质浓度以及冻融次数对混凝土试件动弹模量劣化衰减的影响规律.研究结果表明,混凝土中粉煤灰的掺加会造成混凝土试件在盐冻作用下动弹模量显著衰减;侵蚀介质浓度的增大会加速各个配合比混凝土试件的耐久性劣化;而在混凝土配合比中添加矿粉能有效地增加混凝土的抗盐冻能力,提升结构耐久性.     

冻融时间对早期混凝土抗压性能的影响试验

为研究冻融前养护时间和冻融时间对早期混凝土抗压性能的影响,采用混凝土冻融试验机冻融循环和冬季室内外自然冻融循环,对不同冻融前养护时间和冷冻时间的混凝土立方体试块进行抗压性能试验．冻融循环后混凝土表面不再光滑,表面剥落情况越严重,混凝土疏松、起皮,甚至脱皮,空洞现象也随之增多．龄期越早、冻融时间越长表面破坏越严重．混凝土冻融试验机和室内外自然冻融受冻试块的冻融时间与质量损失率的关系曲线大致相同,受冻时间为6h的试块均比受冻时间为12h的质量损失大,且冻融前养护3d和7d的质量损失较大,7d后质量损失较小,斜率趋于平缓．混凝土冻融试验机和冬季室内外自然冻融受冻12h的试块比受冻6h的抗压强度低,抗压强度损失率要大．     

高温后横向压力对带肋钢筋与高强混凝土间粘结的影响

配制C100高强混凝土,分别浇筑成混凝土立方体抗压试块和特制的黏结试块.对立方体试块和黏结试块进行200,300,400,500,600℃的高温试验,测量不同温度经历下高强混凝土的残余抗压强度和基于损伤的黏结强度,并分析横压力与黏结强度的关系.对高温后高强混凝土的表观特征和带肋钢筋与高强混凝土黏结强度的退化机理进行研究,为火灾后高强混凝土结构鉴定及加固提供技术支持和理论依据.     

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。     

高强混凝土高温后的红外热像检测

为研究高强混凝土遭遇火灾后产生的损伤破坏情况,根据红外热像检测原理,对高温作用后的素混凝土和聚丙烯纤维混凝土进行红外检测,并进行了抗压强度试验。通过对试验结果的分析计算,建立了掺聚丙烯纤维前后的高强混凝土试块红外热像平均温升与受火温度和抗压强度损失率的关系。分析结果表明,随受火温度的升高,素混凝土和聚丙烯纤维混凝土的红外热像平均温升基本上处于上升趋势,而抗压强度降低,500℃时强度损失率达到50%,600℃以后,聚丙烯纤维混凝土的强度损失率更是达到75%左右,表明试块损伤趋于严重。通过建立平均温升与受火温度、抗压强度比之间的回归方程,可鉴定火灾后混凝土的火灾温度、结构损伤程度,有利于及时修复灾后建筑物。     

弯曲荷载与盐溶液复合作用下混凝土冻融损伤

依据损伤力学的理论与方法建立了冻融损伤变量,采用超声波法进行混凝土冻融损伤的测试,选取弹簧加载系统对试件施加弯曲荷载,系统试验研究了混凝土在弯曲荷载、硫酸盐、氯盐复合因素作用下的冻融损伤规律和特点.结果表明:弯曲荷载不仅加剧混凝土冻融损伤,而且改变了混凝土的破坏形式,表现出突然的脆性破坏特征;3.5%氯盐溶液、5.0%硫酸盐溶液和3.5%氯盐 5.0%硫酸盐复合溶液均减缓混凝土冻融损伤.     

环境条件和应力水平对混凝土中氯离子传输的影响

为了研究自然环境中混凝土的氯盐侵蚀过程,进行了不同侵蚀角度、氯化钠溶液质量浓度、环境温度、应力水平下的混凝土盐雾加速侵蚀试验,分别探讨了在不同的条件下氯离子在混凝土中的扩散规律.结果表明:盐雾箱中试件放置角度不同,其表面氯离子聚集量会不同,最终导致氯离子侵蚀程度不同,其中以平面或45°侧面为侵蚀面时,表面氯离子质量分数较高,氯离子侵蚀程度严重;随着氯化钠溶液质量浓度的增大,盐雾沉降量增加,表面氯离子质量分数也增加,不过最终会达到一个衡定值;随着环境温度的升高,氯离子表观扩散系数逐渐增大;由于压应力状态下混凝土内部结构更加密实,氯离子表观扩散系数显著减小.     

基于压电传感器的纤维陶粒混凝土冻融损伤检测

针对纤维陶粒混凝土低温下受到冻融损伤导致影响结构安全性问题,基于压电陶瓷传感器进行损伤检测。利用压电传感技术对冻融后的纤维陶粒混凝土试件进行检测,获得不同冻融次数下的应力波信号。当冻融次数增加,试件相对动弹模量和抗弯强度下降,压电陶瓷检测到的应力波信号幅值相应减小,基于应力波的衰减,采用小波包能量分析法将其转化为损伤指数,与冻融试验评价指标损伤程度和抗弯强度损失率进行拟合,吻合度较高。结果表明,纤维陶粒混凝土损伤指数与冻融损伤程度和抗弯强度损失率相关性较强,该纤维陶粒混凝土冻融损伤无损检测方法具有良好可行性。     

海洋生物膜对混凝土耐久性影响

为研究海洋生物群落附着在混凝土表面形成生物膜对混凝土耐久性能的影响,设置对照实验组,制作标准试块,放置在相应海洋环境中进行侵蚀,分阶段取出试块进行实验,检测混凝土碳化深度,氯离子侵蚀深度以及混凝土扩散系数三个参数,其中将有活性的生物膜,无活性的生物膜及无生物膜试块的混凝土氯离子扩散系数进行对比。有活性的海洋生物膜对混凝土碳化及氯离子侵蚀起到一定的抑制作用。为桥梁养护提供新的方法建议。采用MATLAB较好的拟合有生物膜与无生物膜扩散系数的关系,以便基于现有氯离子扩散系数模型推测有生物膜的氯离子扩散模型。