海洋环境下裂缝混凝土氯盐腐蚀

研究劈裂裂缝混凝土在海水全浸区和潮汐区作用下的氯盐腐蚀规律。试验结果表明:裂缝混凝土在海水全浸区和潮汐区氯盐腐蚀规律相似,氯离子含量由表及里随深度增加而下降,后在8~12 mm深度以内形成稳定段。但潮汐区混凝土的氯离子扩散系数比海水全浸区服役的裂缝混凝土的大。裂缝混凝土稳定段氯离子含量随裂缝宽度增加而呈指数函数增加,裂缝周边区域稳定段氯离子含量则随裂缝宽度增加而呈二次函数增加。相比海水全浸区腐蚀,潮汐区裂缝宽度对混凝土中氯离子传输影响更大。依据数据拟合回归,当潮汐区混凝土裂缝宽度为0.265和0.480 mm时,海水全浸区混凝土裂缝宽度为0.292和1.200 mm时,裂缝左右5 mm区域和30 mm区域的氯离子扩散系数提高一个数量级。     

玄武岩纤维增强路用混凝土力学与开裂性能

为了提高路用混凝土的韧性和抗裂性能,研究了玄武岩纤维掺量为0,1,3,6和10 kg/m3的碎石稳定基层混凝土和C30混凝土的工作性,抗压强度,断裂能及早期抗裂性能.试验结果表明:玄武岩纤维掺量增加,混凝土工作性下降,但可通过减水剂调整以保证其工作性.玄武岩纤维对混凝土增强效果不明显.混凝土中掺加玄武岩纤维,其峰值荷载和最大变形量均有所提高,当玄武岩纤维掺量大于6 kg/m3时,混凝土断裂能增加30%～100%.当玄武岩纤维掺量大于3kg/m3,混凝土开裂面积降低了30%～70%,混凝土抗裂性能显著提高.此外,SEM表明玄武岩纤维与水泥基体密切结合可以有效吸收混凝土中的拉应力,因而提高了混凝土的阻裂能力.     

混凝土的高温变形与微结构演化

研究了普通混凝土及纤维混凝土在高温作用下的热变形、力学性能及微结构演化.试验结果表明:普通混凝土和纤维混凝土在200 ℃高温作用下抗压强度下降了18%和8%;800 ℃时下降了70%和33%.混凝土与骨料随环境温度增加线性膨胀,当温度达到900 ℃时,其线膨胀率分别达到1%和3.4%.水泥净浆在160℃前先膨胀,后线性收缩;环境温度为800℃时,其线性收缩率为1.5%,质量损失率为19.1%.骨料与净浆在高温作用下的变形差异导致了混凝土浆集界面区裂纹的产生与扩展.聚丙烯纤维掺加并不能显著改变混凝土及浆体的热变形性能,但环境温度由400℃升至800℃,熔融纤维空洞直径仍能保持原有直径的74%,有助于水蒸气的排出.     

索塔锚固区钢纤维混凝土的工艺试验

首先通过室内试验优选出索塔锚固区纤维混凝土配合比,然后在现场泵送浇注2.44 m×1.22 m×1.22 m长方体试验块和3.4 m×1.0 m×2.3 m剪力钉试验块,最后浇注节段足尺模型.采用合理的振捣工艺,避免振捣过程中砂浆上浮和纤维外漏,从而试验块未出现开裂,外观质量良好.对优选的钢纤维混凝土进行了120 m和216 m泵送试验,系统泵压都在20 MPa左右;停机0.5h后泵压约为22 MPa,并且混凝土土出机坍落度大、和易性良好.通过泵送阻力计算,预测优选的钢纤维混凝土能达到306 m的泵送高度.     

超高程泵送钢纤维混凝土关键性能及试验研究

钢纤维混凝土(SFRC)具有抗裂、耐疲劳和耐久的特性.但是,由于其可泵性差,很少用于高的索塔中.为了确保其成功泵送和提高索塔锚固区混凝土结构的抗裂性能,对异形钢纤维混凝土的配合比进行了优化.优选出的钢纤维混凝土1 h内泵送性能良好,依照216 m的泵送试验结果,能确保泵送到308 m以上.经过计算,纤维体积率为0.8%的钢纤维混凝土能使结构裂缝降低32%.同时,试验结果表明SFRC不仅能显著抑制塑性收缩,而且还能使干燥收缩值降低50%.这将有助于提高索塔锚固区混凝土结构的耐久性.此外,试验还表明所配制的钢纤维混凝土具有优异的抗渗、抗冻性能和耐疲劳以及较高的钢筋握裹力.     

胶州湾海底隧道衬砌混凝土关键参数研究

对我国第2条海底隧道即胶州湾海底隧道已施上衬砌混凝十的强度、氯离子扩散系数、保护层厚度、抗渗透性能、浇注厚度、空洞及胶结性能进行试验研究.研究结果表明:胶州湾海底隧道衬砌混凝土3 d强度大于30MPa,28 d强度大于60 MPa,但与标准养护相比,现场养护混凝土强度降低6%~7%:已施工衬砌混凝土回弹强度为53-75 MPa,氯离子扩散系数均值为(2.1~2.7)×10-12 m2/s,抗渗等级大于S12,海底隧道左、右线衬砌混凝土保护层偏差分别为-6~15 mm和-4~15 mm;衬砌混凝十芯样抗压强度大于50 MPa,氯离子扩散系数均值分别为1.60×10-12 m2/s和3.39×10-12 m2/s,满足设计要求;衬砌混凝十厚度超过设计值为1.0~3.5 cm,初衬和二衬间未发现脱空异常区,衬砌混凝土胶结好,合格率超过98%;此外,隧道洞口段衬砌混凝土受环境气候影响,其性能比其他部位的性能略差,建议对该部位进行防水处理.     

海底隧道衬砌混凝土在多种因素下的冻融损伤

调查了胶州湾海底隧道衬砌混凝土面临的气候环境,提出了隧道洞口段衬砌混凝土抗冻指标要求。以水和海水为冻融介质,对标准养护和现场养护的胶州湾海底隧道衬砌混凝土施加应力比为0,25%和50%的弯曲荷载,进行快速冻融试验。研究结果表明:胶州湾海底隧道洞口段衬砌混凝土快速冻融循环次数应大于300次,且应通过防水处理提高其抗冻性能。相比于标准养护,现场养护劣化了混凝土的抗冻性能,经过300次冻融循环,混凝土质量损失和相对动弹性模量损失分别提高了1.5%和15%。海水中的氯盐和硫酸盐使得混凝土表面剥落程度增加,但内部损伤程度却相应下降。弯曲荷载劣化了混凝土抗冻性能,且随应力比增加而增加。对胶州湾海底隧道200m施工里程内混凝土抗冻性能调查表明:衬砌混凝土质量稳定,抗冻性能良好,满足设计要求。     

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%。     

新型电石成型原料研究

通过分析生石灰的消化曲线和热失重曲线,提出了合理的电石成型工艺.根据电石成型原料对粘结剂的要求,研制出ZJ型复合粘结剂并分析了粘结功效及机理.结合现场的生产要求,通过大量实验与分析,给出了合理的成型加水量、成型压力和养护龄期.     

粉煤灰混凝土的多因素寿命预测模型

通过快速碳化试验,研究了不同粉煤灰掺量(0～60%)、不同养护龄期(1,3,7,28,90 d)、不同弯曲荷载率(0,25%,50%)对m(W)/m(C)=0.34混凝土的碳化影响,并建立了综合考虑粉煤灰掺量、养护龄期、荷载率、环境温度、结合能力以及混凝土的CO2扩散系数时间依赖性的多因素寿命预测模型.结果表明:混凝土的CO2扩散系数与粉煤灰掺量成二次函数关系,粉煤灰掺量30%左右最佳.混凝土的CO2扩散系数随养护龄期的增加而降低,随荷载率的增加而增加.其关系分别符合指数关系和乘幂关系.使用多因素碳化寿命预测模型对大桥的箱梁和索塔进行预测,箱梁的运营寿命为211年,索塔为167年.增加养护龄期或提高保护层厚度是提高大掺量粉煤灰结构混凝土寿命的重要途径.