盐冻耦合作用对掺CWCPM混凝土性能的影响及其机理分析

为研究建筑垃圾复合粉体材料(CWCPM)掺量、水灰比对小型混凝土预制构件抗冻性能的影响以及小型混凝土预制构件在不同盐溶液质量分数下的冻融损伤规律,借助XRD和压汞试验,对CWCPM改善混凝土抗冻性能的微观机理进行分析.分析结果表明:CWCPM提高了混凝土的抗冻性能,且存在最佳掺量30%;盐冻耦合作用加剧了混凝土的冻融破坏,存在最不利盐溶液质量分数3.5%;CWCPM的掺入降低了混凝土内部Ca(OH)2的含量,改善了混凝土水化产物组成细化了混凝土内部孔结构,降低了孔隙水的渗透和结冰速率,减小了孔隙内部静水压力和渗透压,宏观上表现为抗冻性能得到提高.     

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.     

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。     

水环境与冻融共同作用下混凝土力学性能研究

基于不同pH值水环境下冻融循环对混凝土断裂性能影响的研究现状和发展方向,采用加速腐蚀试验、单轴压缩试验与三点弯曲试验,对在酸碱中性溶液中浸泡、再经不同次数的冻融循环后的混凝土的断裂性能及宏观力学特性进行研究。此外,利用IPP（image-pro plus）软件对由电镜扫描获得的混凝土SEM（scanning electron microscope）图像进行分析,并对损伤劣化规律,以及微观层面混凝土腐蚀及冻害破坏机理等方面进行研究。结果表明：虽然水环境的pH值对冻融前的混凝土各力学性能影响不尽相同,但随着pH值的减小,冻融循环作用对混凝土力学性能的破坏趋于严重。不同pH值溶液浸泡后混凝土试件的内部微观劣化规律相似,损失变量与冻融循环次数存在二次函数关系。由此推导出不同pH溶液下不同冻融循环次数后的损伤变量公式。     

多尺度聚丙烯纤维混凝土孔结构及抗冻性

选用2种尺寸聚丙烯细纤维与1种聚丙烯粗纤维,进行单掺及混掺,对9组不同纤维掺量试件进行快速冻融循环试验、抗压、劈裂试验及压汞试验,研究不同冻融次数下混凝土质量、动弹性模量变化以及冻融循环前后混凝土拉、压强度变化;研究多尺寸聚丙烯纤维对混凝土孔结构的改善情况;研究多尺寸聚丙烯纤维混凝土孔结构与抗冻性的关系,并对孔结构对混凝土抗冻性能的影响加以分析。试验结果表明:将聚丙烯纤维掺入素混凝土后,混凝土的微观孔结构和抗冻性能得到明显改善;在相同掺量条件下,聚丙烯粗纤维和多尺寸聚丙烯纤维对混凝土抗冻性有较大改善,且多尺寸聚丙烯纤维对混凝土的抗冻性改善效果最好:相比于素混凝土冻融后抗拉、压强度,单掺聚丙烯细纤维混凝土强度损失分别降低了9.95%～11.94%和4.29%～7.62%,单掺聚丙烯粗纤维混凝土强度损失分别降低了27.36%和16.67%,混掺多尺寸聚丙烯纤维混凝土强度损失分别降低了46.77%～53.23%和41.90%～50%。     

冻融对混凝土强度的影响

通过试验分析了冻融循环对混凝土抗压、抗折、劈拉强度的影响,并从微观结构探讨了混凝土冻融破坏机理。结果表明普通低标号混凝土抗冻性能较差,冻融循环对混凝土强度影响较大。     

低掺量聚乙烯醇纤维混凝土抗冻性研究

采用快速冻融法,在水、氯化钠溶液分别作用下,研究聚乙烯醇(PVA)纤维对混凝土抗冻性能影响。结果表明:在200次水冻融循环实验中,当PVA纤维掺量在0.1%~0.5%(体积分数,以下同)时,随着PVA纤维掺量的增加,混凝土的抗冻耐久性呈现先改善后劣化的趋势,PVA纤维掺量为0.3%时混凝土抗冻性能最好;在经过200次水冻融循环作用后,空白组试件完全损坏,而PVA纤维掺量为0.3%的混凝土的相对动弹性模量损失率为32%,质量损失率为1.2%,冻融后的试件仍然表现出较好的性能;氯盐溶液冻融实验与水冻融实验具有相同趋势,但是氯盐-冻融联合作用下的混凝土比水冻融破坏更加严重;低掺量PVA纤维在混凝土浆体中可以均匀分散,在水泥基体中可承受由受冻膨胀产生的拉应力,减少基体内部裂缝的出现,从而改善混凝土的抗冻耐久性。     

PVA-纳米SiO2混凝土经冻融循环后的动态抗压特性

为研究PVA纤维和纳米SiO₂对混凝土抗冻性的影响，对经历过冻融循环的PVA纤维混凝土、纳米SiO₂混凝土和PVA-纳米SiO₂混凝土施加动态压缩试验，测得抗压强度和峰值应变，以及质量损失率和相对动弹性模量，以此评价三种混凝土的抗冻性能，并以试验测得抗压强度劣化值构建了纤维混凝土冻融损伤的演化模型。研究结果表明：PVA纤维的掺入降低了混凝土冻融损伤的质量损失率，并使混凝土的延性有所提高，纳米SiO₂的掺入则明显提高了混凝土的抗压强度。掺加PVA纤维或掺加纳米SiO₂均可提高素混凝土的抗冻性，且PVA-纳米SiO₂混凝土的抗冻性优于PVA纤维混凝土，而PVA纤维混凝土的抗冻性优于纳米SiO₂混凝土。本文建立的纤维混凝土冻融损伤模型可较好地反映冻融损伤后混凝土抗压强度的劣化情况。     

冻融循环下掺锂渣再生混凝土损伤试验

针对冻融损伤分析再生粗骨料取代率和锂渣掺量对混凝土质量、动弹性模量以及抗压强度的影响。试验结果表明:过多使用再生粗骨料不利于抗冻性的提高;适量添加锂渣可以有助减轻冻融循环给混凝土带来质量损失的影响,且随着掺入量的增加,抗冻性能呈现先提高后降低的趋势,当掺量为20%时,抗冻性能达到最优。由试验数据拟合得到用再生粗骨料取代率以及锂渣掺量两因素的混凝土冻融后抗压强度劣化方程。     

聚丙烯纤维混凝土冻融损伤试验研究

通过快速冻融循环试验,研究聚丙烯纤维混凝土冻融损伤性能.结果表明:冻融循环对聚丙烯纤维混凝土有较大影响,随冻融循环次数的增加,聚丙烯纤维混凝土损伤不断累积,相对动弹模、劈拉强度不断下降;掺加一定量的聚丙烯纤维,能有效提高混凝土的抗冻性能;在一定范围内,随聚丙烯纤维掺量的增加,强度损伤逐渐减小.冻融循环75次时,聚丙烯纤维混凝土的强度损伤变量最大达到77.7%,掺量为1.5 kg/m3的聚丙烯纤维对混凝土强度增益比达240.5%.在试验基础上,分析了聚丙烯纤维混凝土冻融损伤机理,建立了冻融循环作用下聚丙烯纤维混凝土强度损伤模型.     

引气粉煤灰道面混凝土抗冻融性能试验研究

采用快速冻融法,测定了不同冻融循环次数下引气粉煤灰混凝土试件的质量损失、相对动弹模量和抗弯拉强度。研究了水胶比、引气剂掺量和粉煤灰掺量对混凝土抗冻性能的影响规律。结果表明:提高水胶比会增大水泥石内部孔径和孔隙率,混凝土更容易遭受冻融破坏;掺加粉煤灰不利于提高混凝土抗冻耐久性,随着粉煤灰掺量的增加,混凝土冻融循环后力学性能呈下降趋势;引气剂能够改善混凝土拌和物的泌水和离析现象,减小混凝土循环冻融后抗弯拉强度的损失。     

机场道面再生混凝土的抗冻性能及机理

为了研究机场道面再生混凝土的抗冻性能及其机理,采用掺加优质粉煤灰和高效外加剂的＂双掺＂技术路线,进行机场道面再生混凝土配合比设计和抗冻性能研究.根据机场道面再生混凝土抗冻试验结果和试件破坏现象,探讨了再生混凝土抗冻性能评价指标.从含气量、孔结构和微观结构等方面,对机场道面再生混凝土的抗冻机理进行了分析,建议寒冷地区道面再生混凝土含气量为5%～6%,在再生混凝土中掺入优质矿物外掺料,提高机场道面再生混凝土的抗冻性能.结果表明：所配制的机场道面再生混凝土抗冻等级高达F250,抗冻性能优于普通道面混凝土,满足道面设计规范要求.     

冻融循环作用下表层嵌贴CFRP-混凝土界面黏结性能试验研究

以嵌贴CFRP-混凝土黏结的冻融耐久性为研究对象,通过拔出试验考察了冻融循环作用下嵌贴FRP与具有不同强度或抗冻性能混凝土的黏结性能,讨论了冻融循环下嵌贴FRP-混凝土界面黏结的退化机理;分析了冻融循环作用下混凝土槽至试件边缘距离、胶层厚度等因素对试件界面黏结性能的影响.试验结果表明:冻融循环作用下普通C30混凝土力学性能退化显著,添加引气防冻剂和减水剂的C30混凝土强度下降显著小于普通C30混凝土,C60混凝土强度反而有所提高;冻融循环导致了嵌贴CFRP-普通C30混凝土的黏结承载力下降和破坏模式转变,但嵌贴CFRP与抗冻混凝土间的黏结承载力没有显著降低,表明混凝土冻融损伤是冻融循环下嵌贴FRP-混凝土黏结退化的主要原因;槽壁厚度较小时,加载端槽壁混凝土出现锥形斜裂缝;胶层厚度较薄时,冻融循环作用下试件黏结承载力的降低较胶层较厚的试件更为显著.     

高寒山区C40机制砂混凝土耐久性能

针对高寒山区环境下,用于工程建筑的机制砂混凝土极易发生冻融破坏和腐蚀破坏的现象,引入高性能矿物掺合料对其耐久性能进行改性,分别研究了粉煤灰和矿渣微粉两种矿物掺合料在单掺和复掺条件下对C40机制砂混凝土抗冻及抗渗性能的影响,并结合其界面区形貌和孔结构进行了微观机理分析.研究结果表明:粉煤灰与矿渣微粉复掺能够显著提升C40机制砂混凝土的耐久性能,两者复掺对C40机制砂混凝土耐久性能的改善提升作用要优于两者单掺;以质量分数为21%粉煤灰与质量分数为9%矿渣微粉复掺时,C40机制砂混凝土的早期抗冻、抗渗性能显著提高,后期抗冻、抗渗性能得到了大幅度提升,界面区形貌和孔结构得到显著改善.     

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。     

冻融环境下引气剂对钢筋与混凝土黏结性能影响的试验研究

针对冻融环境下钢筋与混凝土结构黏结性能劣化的问题开展试验研究。以引气剂掺入量和冻融循环次数为变动因素制作了3批共9组钢筋混凝土试件,采用快速冻融试验和钢筋中心拔出试验方法,研究了冻融环境下不同掺量引气混凝土与钢筋之间的黏结应力、滑移量,对比分析了引气剂对冻融环境下钢筋与混凝土黏结性能的影响规律。试验结果表明,掺入一定量引气剂可使试件的冻融损伤现象得到缓解,冻融环境下钢筋混凝土的黏结性能得到明显改善。     

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.     

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。     

冻融循环作用下聚乙烯醇纤维增强快硬混凝土的力学性能

为了揭示冻融下快硬聚乙烯醇纤维混凝土的力学性能及其变化规律,对不同纤维体积掺量的纤维增强快凝混凝土开展了冻融循环研究,测得不同冻融循环次数后的抗压强度、抗折强度、相对动弹性模量与质量损失率,并提出了聚乙烯醇纤维早强混凝土相对动弹性模量冻融损伤模型.研究结果表明:掺入0.2%～0.4%的聚乙烯醇纤维可以有效提高混凝土整体密实度及抗冻融能力,试件从脆性破坏过渡到延性破坏;150次冻融循环后,聚乙烯醇纤维增强快硬混凝土的抗压强度损失率小于17.8%;200次冻融循环后,抗折强度损失率及纵波波速下降幅度分别小于16%和10.6%.所提指数模型具有较高的适用性及拟合精度,能较好地反映聚乙烯醇纤维快凝混凝土冻融损伤的演化规律.     

碳化硅混凝土微波加热效率及抗冻性

通过微波加热试验、冻融循环试验、SEM试验及MIP试验,对碳化硅混凝土的微波加热效率、抗冻性及冻融循环前后的微观结构进行研究。结果表明：掺加碳化硅能够提高混凝土的微波加热效率和抗冻性。随着碳化硅掺量的增加,混凝土的温升速率逐渐增大,微波加热效率提高,有效除冰范围增大。当碳化硅掺量为10%时,混凝土相对动弹性模量最大,质量损失率最小,抗冻性最佳。掺加碳化硅使混凝土内部孔隙增大,冻融循环使混凝土孔隙孔径增大,少害孔以及有害孔增多。