三因素作用下混凝土耐久性试验研究

利用自制加载装置,研究硫酸盐侵蚀、干湿循环和弯曲荷载耦合作用时混凝土的损伤劣化规律.试验结果表明:弯曲荷载加速了硫酸盐对混凝土的侵蚀作用;在1年内,干湿循环对硫酸盐侵蚀混凝土的影响不明显;混凝土试件接近破坏时,重量稍有增加.钢纤维对混凝土重量损失影响不大,其主要作用是减缓混凝土相对动弹性模量的降低,并随钢纤维体积率增大而效果更佳.粉煤灰有利于提高混凝土抗硫酸盐侵蚀能力.     

相对法评价干湿循环―硫酸盐侵蚀下混凝土内部损伤

将相对法理论应用于混凝土材料,通过测量由表及里磨削掉每薄层前后样品的动弹性模量,运用相对法理论公式计算得出混凝土内部不同深度损伤层的动弹性模量,进而研究在干湿循环—硫酸盐耦合作用下混凝土内部损伤规律.研究结果表明:随着侵蚀深度增加,混凝土内部动弹性模量由表及里逐层递减,证明混凝土将发生由内向外的逐层破坏;随着干湿循环周期的延长,混凝土内各梯度损伤层处的动弹性模量均呈现先降低后增大再降低的趋势,由动弹性模量最低值处所对应的干湿循环次数,即可得到腐蚀到该循环次数时所对应的侵蚀层深度;掺矿物掺和料的混凝土试件内部各层动弹性模量值均小于基准混凝土试件的对应值,证明矿物掺合料的掺入加剧了干湿循环与硫酸盐侵蚀耦合作用下混凝土的损伤速率.该研究为解决常规实验方法无法测试的混凝土材料内部力学性能评价问题提供一种新思路.     

初始损伤对混凝土硫酸盐腐蚀劣化性能的影响

通过试验研究含初始损伤混凝土在硫酸盐腐蚀和干湿循环共同作用下的性能,分析了不同初始损伤程度混凝土随腐蚀时间的增加,其质量、超声波传播速度、强度、单轴压缩应力应变曲线以及声发射活动的变化,运用损伤力学对腐蚀损伤进行定量评价和参数拟合,基于声发射特性建立含初始损伤混凝土的腐蚀受荷损伤模型并进一步分析其损伤演化过程,借助环境扫描电镜与电子能谱技术观测分析受硫酸盐腐蚀作用初始损伤混凝土微结构的变化,揭示其损伤机理.试验结果表明,随着腐蚀时间的增加,不同初始损伤程度混凝土的质量、超声波传播速度和强度均呈先增大后减小,初始损伤程度增加会加速混凝土在腐蚀作用下物理力学性能的劣化,其影响存在阈值,分别以抗压强度、超声波速为损伤变量可以建立混凝土的腐蚀损伤劣化方程,并进一步得出不同损伤表达式间的函数关系;相同腐蚀时间下,初始损伤的增加使声发射活动减弱且产生明显的声发射的时间滞后;初始损伤下,基于声发射特性的混凝土损伤演化过程可分为初期压密阶段、损伤稳定演化阶段和损伤加速发展阶段3个阶段;初始损伤的增加使混凝土内部腐蚀反应更为活跃,微裂纹网络体系比无初始损伤状态下更加发达,呈现龟裂状延伸和扩展,进而改变了混凝土的宏观物理力学性质.     

硫酸盐侵蚀下混凝土的非经典非线性效应变化

混凝土由于受硫酸盐侵蚀和干湿循环作用,内部出现微损伤,性能发生劣化.目前国内外针对结构混凝土硫酸盐侵蚀和干湿循环作用对结构混凝土的损伤失效的研究都集中在力学性能方面,关于损伤和劣化规律特别是无损检测的实验研究较少.混凝土无损检测技术一般采用线性超声方法,用非线性声学方法检测混凝土损伤和劣化规律的研究才刚刚起步.岩石、混...     

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.     

SO_4~(2-)存在下水泥基复合材料力学性能研究

以内掺复合掺合料、中砂、细石、普通硅酸盐水泥以及抗硫水泥制成的细石高性能混凝土作为研究对象,在硫酸盐溶液中进行一百次干湿循环后,以抗折强度和抗压强度的变化来说明硫酸盐侵蚀对混凝土耐久性的影响.结果说明:混凝土试件的抗折强度比抗压强度更敏感,能够更好地反映混凝土试件的破坏程度;在干湿交替的水侵蚀环境中,不宜采用普通水泥混凝土和抗硫酸盐水泥混凝土;在干湿交替的硫酸盐侵蚀环境中,不宜采用普通水泥混凝土.在硫酸跟浓度小于5000mg/L的硫酸盐侵蚀环境中,可以选择使用抗硫酸盐水泥混凝土;在干湿交替的水侵蚀和硫酸盐侵蚀环境中,加入复合掺和料的混凝土能够更好地发挥抵制恶劣环境的作用.通过硫酸盐侵蚀机理分析说明:加入辅助胶凝材料能够有效的提高盐渍土地区混凝土抵抗硫酸盐侵蚀的能力.     

SO2-4存在下水泥基复合材料力学性能研究

以内掺复合掺合料、中砂、细石、普通硅酸盐水泥以及抗硫水泥制成的细石高性能混凝土作为研究对象,在硫酸盐溶液中进行一百次干湿循环后,以抗折强度和抗压强度的变化来说明硫酸盐侵蚀对混凝土耐久性的影响.结果说明混凝土试件的抗折强度比抗压强度更敏感,能够更好地反映混凝土试件的破坏程度;在干湿交替的水侵蚀环境中,不宜采用普通水泥混凝土和抗硫酸盐水泥混凝土;在干湿交替的硫酸盐侵蚀环境中,不宜采用普通水泥混凝土.在硫酸跟浓度小于5000mg/L的硫酸盐侵蚀环境中,可以选择使用抗硫酸盐水泥混凝土;在干湿交替的水侵蚀和硫酸盐侵蚀环境中,加入复合掺和料的混凝土能够更好地发挥抵制恶劣环境的作用.通过硫酸盐侵蚀机理分析说明加入辅助胶凝材料能够有效的提高盐渍土地区混凝土抵抗硫酸盐侵蚀的能力.     

干湿循环下氯盐对现浇混凝土硫酸盐

盐渍土地区地表及地下现浇混凝土结构往往遭受多离子 干湿交替的复合侵蚀作用.利用室内试验条件模拟实际工程中地下现浇混凝土结构复合侵蚀过程.测定了试件的尺寸、质量、抗压强度变化及硫酸盐在不同深度的分布情况,进一步采用SEM（扫描电子显微镜）、XRD（X射线衍射）及EDS（电子能谱测试）观察了混凝土试样微观结构及物相变化,并对比和分析了干湿循环条件下氯盐对硫酸盐在现浇混凝土中扩散规律的影响.结果发现,干湿及氯盐影响下现浇混凝土硫酸盐侵蚀更为剧烈,干湿条件下复合侵蚀的混凝土试样在腐蚀后期强度显著降低,氯盐影响下现浇混凝土中硫酸盐的扩散和积累速度更快.研究表明,干湿交替下氯盐对硫酸盐腐蚀存在协同加速效应,氯盐促进了硫酸盐在现浇混凝土中的扩散及积累.     

电脉冲作用下水泥基材料硫酸盐侵蚀的影响因素

利用电脉冲加速外部硫酸根离子向砂浆内部迁移,研究了电脉冲作用下水灰比、侵蚀溶液种类以及电脉冲周期等因素对水泥砂浆硫酸盐侵蚀的影响,并利用扫描电镜观察受硫酸盐侵蚀后砂浆的微观结构.结果表明,硫酸钠溶液浸泡侵蚀180 d后,水灰比为0.3,0.4,0.5的砂浆抗折系数分别为1.03,0.98,0.94,抗压抗蚀系数分别为1.02,0.96,0.90;电脉冲作用下30 d后,各砂浆抗折系数分别变为0.98,0.95,0.90,抗压抗蚀系数分别为0.97,0.96,0.91,试件内部生成了大量的钙矾石,表明电脉冲加速了水泥砂浆的硫酸盐侵蚀.电脉冲作用下,在侵蚀溶液为硫酸镁的试件内部,部分水化硅酸钙(CSH)凝胶已转化为无胶凝性的水化硅酸镁(MSH),导致试件强度下降幅度大于硫酸钠侵蚀.此外,与周期为20 s的电脉冲相比,在周期为10 s的电脉冲作用下,试件受硫酸盐侵蚀的破坏程度更大.     

干湿循环下氯盐对现浇混凝土硫酸盐腐蚀劣化及扩散影响

盐渍土地区地表及地下现浇混凝土结构往往遭受多离子-干湿交替的复合侵蚀作用.利用室内试验条件模拟实际工程中地下现浇混凝土结构复合侵蚀过程.测定了试件的尺寸、质量、抗压强度变化及硫酸盐在不同深度的分布情况,进一步采用SEM(扫描电子显微镜)、XRD(X射线衍射)及EDS(电子能谱测试)观察了混凝土试样微观结构及物相变化,并对比和分析了干湿循环条件下氯盐对硫酸盐在现浇混凝土中扩散规律的影响.结果发现,干湿及氯盐影响下现浇混凝土硫酸盐侵蚀更为剧烈,干湿条件下复合侵蚀的混凝土试样在腐蚀后期强度显著降低,氯盐影响下现浇混凝土中硫酸盐的扩散和积累速度更快.研究表明,干湿交替下氯盐对硫酸盐腐蚀存在协同加速效应,氯盐促进了硫酸盐在现浇混凝土中的扩散及积累.     

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。     

复合因素联合作用下混凝土硫酸盐侵蚀损伤特性试验

为研究经历荷载历史后的混凝土在荷载历史与环境因素联合作用下的损伤演化规律,对105个尺寸为100 mm×100 mm×300 mm的棱柱体试块施加轴压荷载历史并进行硫酸钠溶液单独侵蚀、硫酸钠溶液与干湿循环联合侵蚀,以试验测得的相对动弹性模量、轴心抗压强度作为损伤评价指标来研究混凝土的损伤特性和机理.试验结果表明:无论经历荷载历史与否,混凝土在硫酸钠溶液作用下力学性能早期均有所提高.在双因素联合作用下,干湿循环和荷载历史都加快了混凝土内部损伤和强度劣化,干湿循环加速损伤作用更加明显.在三因素联合作用下,混凝土损伤劣化速度和程度与硫酸钠溶液浓度成正比,但并非随着历史荷载的应力水平呈现单调变化,在25%应力水平的荷载历史下影响最大.     

水泥-石灰石粉胶凝材料在硫酸盐侵蚀下的破坏机理

采用5%硫酸钠溶液,对水泥-石灰石粉胶砂试件进行长期浸泡腐蚀试验,测试试件强度,并对试件进行XRD分析和SEM观察.研究结果表明:在硫酸盐侵蚀下,试件劣化是因产生石膏而不是钙矾石造成的;侵蚀反应还造成水化产物碳铝酸钙分解,促使试件腐蚀破坏;水泥-石灰石粉胶凝材料的破坏主要是由石青膨胀和水化产物分解共同造成的;在硫酸盐腐蚀环境中,不宜采用石灰石粉作混合材的复合水泥以及用石灰石粉作掺合料的混凝土.     

干湿循环条件下陶瓷粉再生混凝土抗硫酸盐侵蚀性能及可靠性分析

为了研究陶瓷粉再生混凝土抗硫酸盐干湿循环损伤的能力,设计了陶瓷粉、再生粗骨料取代率不同的6组配合比,检测各组试件质量损失和相对动弹模量,评判出最优配比,在Wiener退化过程的基础上进行可靠度建模并预测试件的剩余寿命.结果表明:在硫酸盐干湿循环过程中,动弹性模量和质量呈现先增加后下降的趋势.陶瓷粉代替部分再生细骨料能有效提高再生混凝土抗硫酸盐侵蚀能力;再生粗骨料的掺入导致试件性能大幅度下降且影响更为显著.当陶瓷粉、再生粗骨料的替代率为15%、0%时,陶瓷粉再生混凝土抗硫酸盐侵蚀能力最强,且试件经受178次硫酸盐干湿循环后完全失效.     

硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压模拟

本文基于硫酸盐腐蚀混凝土单轴受压试验结果，通过对《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)中无腐蚀混凝土单轴压应力-应变关系中的混凝土损伤演化参数进行修正，建立了硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压本构模型。采用修正后的本构模型，以及ABAQUS软件自带的损伤塑性模型，考虑损伤因子的影响，较好地模拟了硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土的单轴受压行为。有限元模拟结果表明：随着硫酸盐干湿循环次数和冻融循环次数的增大，混凝土最大受压损伤因子逐渐增大，损伤范围也逐渐扩大；最大主拉应力逐渐减小，中部压应力逐渐增大，等效塑性应变逐渐增大，混凝土破坏更严重;破坏均属于最大拉应变强度破坏。所提有限元模型可动态反映参数变化过程中混凝土的应力发展与损伤状态，可应用于硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压的模拟。     

动弹性模量在混凝土抗侵蚀性能评价中的应用

用力学指标评价混凝土抗侵蚀性能具有破坏性和测值离散的特点,采用混凝土试件在饱和硫酸钠溶液中浸泡和干湿循环的相对动弹性模量的测试结果与混凝土力学破坏试验结果比较的方法,探讨了相对动弹性模量测试等非破损方法在评价混凝土抗硫酸盐盐结晶侵蚀性能的可行性和有效性.结果表明,相对动弹性模量表征的抗盐结晶侵蚀系数与相对抗折强度及劈拉强度表征的抗盐结晶侵蚀系数评价指标具有较好的相似性.以相对动弹性模量测试的非破损方法辅助一定数量的力学测试可以用于评价混凝土的抗侵蚀性能.图6,表2,参8.     

硫酸盐溶液中混凝土抗冻融干湿循环性能

研究了冻融干湿循环交替作用下,不同强度等级、不同含气量的混凝土在水中和7%硫酸钠溶液中的耐久性能.采用40mm×40mm×160mm试件直立半浸入介质进行干湿循环试验.结果表明:在冻融干湿交替作用下,混凝土在硫酸盐溶液中表面剥落较水中严重;引气后混凝土的质量损失和相对动弹模下降均减小;混凝土的抗压强度在几次循环后下降,且在硫酸盐溶液中的损失大于水中;非引气混凝土的抗压强度损失大于引气混凝土;试件上半部的抗压强度损失明显大于下半部.适量的引气可以极大地改善混凝土的抗冻融干湿循环性.     

变幅循环荷载下混凝土轴拉声发射特性试验

采用声发射技术对混凝土试件在变幅循环轴拉荷载作用下的损伤破坏过程所伴生的声发射信号进行采集，分析混凝土的凯塞效应及典型声发射特性。结果表明:声发射凯塞效应和费利希蒂效应过渡的加载阶段约有62％极限应力，此临界点可作为混凝土轴拉裂缝发展稳定与否的标志；声发射振铃数、声发射ASL平均值和声发射幅度均呈现出随着加载阶段的延续而增加的趋势。相关结果可以作为预测混凝土结构安全和损伤程度的依据。     

硫酸盐侵蚀损伤劣化基桩竖向承载特性

依据混凝土腐蚀损伤度这一变量,基于混凝土强度和刚度建立了硫酸盐侵蚀基桩力学性能劣化模型.在此基础上,分别采用双曲线非线性函数和双折线硬化函数来模拟桩侧和桩端荷载传递规律,开展硫酸盐侵蚀损伤基桩竖向承载特性非线性数值分析,研究了硫酸盐侵蚀环境下不同腐蚀损伤度基桩的竖向承载特性.结果表明:在竖向荷载作用下,腐蚀损伤度超过某一临界值时,基桩会发生脆断破坏.同一初始桩端沉降条件下,腐蚀损伤度越大,基桩所需桩顶荷载也越大.由于混凝土性能退化模型的局限性,本方法仅适用于硫酸钠侵蚀环境下腐蚀损伤度小于0.80的情况.     

荷载-环境耦合作用下钢筋混凝土柱退化过程分析

针对荷载与环境因素耦合作用下钢筋混凝土柱承载性能退化及柱截面应力重分布问题,以受轴压荷载和硫酸盐、氯盐侵蚀耦合作用的钢筋混凝土柱为研究对象,根据硫酸盐侵蚀混凝土损伤机理,建立了基于Kent-Park模型的混凝土腐蚀损伤本构模型。基于氯盐导致的钢筋锈蚀机理,给出了混凝土内锈蚀钢筋有效截面积的计算公式。最后,采用纤维网格法建立了荷载与硫酸盐、氯盐耦合作用下钢筋混凝土柱承载力和柱截面应力的计算方法,并进行了数值分析。结果表明,在荷载-环境耦合作用过程中,钢筋混凝土柱承载力逐渐减小,且柱截面应力发生了重分布现象,钢筋和未腐蚀混凝土的应力随腐蚀时间的增加而增大,而腐蚀后的混凝土应力由表及里逐渐增加。