冻融循环作用下混杂纤维粉煤灰混凝土力学性能试验

为了研究混杂纤维和粉煤灰增强混凝土在冻融循环作用下的损伤程度,通过对基准混凝土、混杂纤维混凝土和混杂纤维粉煤灰混凝土试样在冻融循环条件下进行抗压强度试验及超声波检测试验,得到冻融破坏后混凝土的抗压强度和相对动弹性模量,分析抗压强度损伤量、相对动弹性模量损伤量和内部结构破坏机制,建立了基于相对动弹性模量的强度衰减方程。试验结果表明：基准混凝土、混杂纤维混凝土和混杂纤维粉煤灰混凝土的抗压强度和相对动弹性模量均随着冻融循环次数的增加而减小;经历60次冻融循环时,其抗压强度和相对动弹性模量都有不同程度的下降;混杂纤维粉煤灰混凝土抗压强度和动弹性模量的损伤量在粉煤灰掺量小于10%时整体小于基准混凝土,而在粉煤灰掺量为20%和30%时大于基准混凝土;通过对冻融循环作用下混凝土相对抗压强度与相对动弹性模量的关系拟合,得到相关系数良好的相对抗压强度与相对动弹性模量的指数函数关系表达式;分析了混凝土冻融损伤、纤维和粉煤灰增强混凝土抗冻融机理。掺入适量纤维和粉煤灰能增强混凝土的抗冻融破坏能力。     

基于Weibull分布的冻融循环下纤维混凝土损伤模型

对聚丙烯纤维混凝土（PFRC）、钢纤维混凝土（SFRC）、普通混凝土（PC）进行冻融循环试验,经过冻融循环后,得到PFRC、SFRC、PC的相对动弹性模量、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度,分析冻融循环过程中PFRC、SFRC、PC的冻融损伤率、强度衰减率的演化规律和冻融损伤机理,提出基于Weibull分布的纤维混凝土冻融损伤演化模型,并与推导出的力学性能衰减模型联立得到PFRC、SFRC、PC的相对抗压强度、相对抗拉强度与冻融损伤度的演化模型。结果表明:纤维的掺入能有效减小混凝土的强度衰减和冻融损伤,基于Weibull分布建立的两种冻融损伤模型,可以分别通过冻融循环次数、相对强度预测PFRC、SFRC、PC的冻融损伤度。     

不同纳米碳酸钙含量对粉煤灰混凝土力学及抗冻性能的影响

研究了不同纳米碳酸钙掺量对不同养护龄期下的粉煤灰混凝土力学性能及抗冻融性能的影响,对掺杂不同纳米碳酸钙含量的混凝土试件分别进行了冻融循环试验,测定不同循环次数下的动弹性模量和相对动弹性模量;并构建了冻融循环粉煤灰混凝土损伤模型。结果表明:在一定范围内,掺杂纳米碳酸钙可以有效改善混凝土的抗压强度和劈裂强度;且对早期力学性能影响优于后期。纳米碳酸钙能够细化孔径,使得气泡间距减小,显著提高混凝土冻融循环次数,延缓混凝土相对动弹性模量衰减。当纳米碳酸钙用量为1.5%时,冻融循环125次后,其相对动弹性模量为82.07%,比未掺杂时提高了23.89%,混凝土的抗冻性能最优。     

冻融环境下混凝土中氯离子传输特性研究

冻融损伤和氯盐侵蚀是寒区海洋环境中混凝土耐久性失效的主要原因.通过模拟寒区海洋环境,设计满足一定抗冻要求的引气混凝土,围绕冻融循环次数对混凝土氯离子扩散系数的影响和冻融后氯离子在混凝土中的传输特性进行了试验研究.结果表明:氯离子扩散系数随冻融循环次数的增长呈指数型上升;冻融后混凝土表层氯离子质量分数随侵蚀时间的增长也呈...     

冻融循环和氯盐侵蚀作用下钢筋与混凝土的粘结性能

为了研究冻融循环和氯盐侵蚀两种因素对钢筋与混凝土粘结性能的影响,本文设计了光圆钢筋和螺纹钢筋两种钢筋混凝土试件,对其在三种不同冻融次数（15次、25次、50次）和三种不同浓度（3.5%、7%、10%）氯盐溶液条件下进行试验,探讨钢筋混凝土试件试验后的粘结性能退化规律。结果表明：光圆钢筋试件表现为拔出破坏,螺纹钢筋试件表现为劈裂破坏,当冻融循环次数较少时,钢筋与混凝土之间的粘结性能随着氯盐侵蚀程度的增加略有提高,当冻融循环次数大于等于25次时,粘结性能随氯盐浓度的增加而变差,冻融破坏程度不同,钢筋与混凝土粘结性能随氯盐浓度大小变化的敏感程度不同。最后根据试验结果拟合出冻融氯盐侵蚀后试件的粘结强度—滑移本构关系。     

机制砂混凝土的冻融和盐侵蚀耐久性

对机制砂混凝土进行了冻融循环试验。考虑了三种强度等级(C30、C40、C50)和四种介质(清水、质量分数为5%的氯化钠溶液、质量分数为5%的硫酸钠溶液和5%氯化钠溶液+5%硫酸钠溶液组成的混合盐溶液)。重点考察质量损失率、相对动弹性模量和抗压强度的变化。结果表明:随着冻融循环次数的增加,四种环境下机制砂混凝土的质量、相对动弹性模量和抗压强度均呈下降趋势;盐的存在加剧了机制砂混凝土在冻融循环过程中产生的表层剥落,却减缓了机制砂混凝土相对动弹性模量的下降;盐溶液种类对机制砂混凝土冻融后质量损失率和相对动弹性模量的影响程度不同,氯化钠比硫酸钠的破坏力强。     

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。     

氯盐环境下钢纤维混凝土冻融试验研究

为了研究复合因素下钢纤维混凝土耐久性能,采用快冻融法研究氯盐环境下两种类型不同掺量钢纤维混凝土的外观形貌、质量损失率、相对动弹性模量以及抗折强度.结果表明:端勾型钢纤维能降低冻融循环过程中混凝土质量损失率以及冻融后期相对动弹性模量与强度的损失率,且端勾型钢纤维掺量越大,混凝土质量损失率越小;而波浪型钢纤维对混凝土冻融性能没有影响.     

酸雨-冻融侵蚀下透水混凝土性能损伤

为探究酸雨和冻融共同作用对透水混凝土性能的影响,采用酸雨-冻融侵蚀试验,分析不同橡胶掺量(0%、3%、6%和9%)下透水混凝土的质量、动弹性模量、超声波波速、抗压强度和透水系数等指标的变化规律,通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)和X射线衍射分析(X-ray diffraction, XRD)试验,从微观角度分析酸雨-冻融侵蚀机理。结果表明,透水混凝土的质量损失率、超声波波速损失率、透水系数和抗压强度损失率均呈不断上升趋势,相对动弹性模量呈不断降低趋势。掺入适量橡胶,会改善透水混凝土抗侵蚀性能。此外,利用灰色聚类分析得出透水混凝土的动弹性模量、超声波波速、抗压强度和透水系数等指标可以归为一类进行研究;结合SEM和XRD分析图谱分析得出酸雨-冻融循环试验的主要侵蚀产物为钙矾石晶体。     

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.     

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.     

PE/HPP混杂纤维混凝土的抗冻性能

采用聚乙烯纤维(PE)和聚丙烯塑钢纤维(HPP)混杂技术制备纤维混凝土,以冻融前后的质量变化、动弹性模量、抗压强度以及弯曲性能等对其抗冻性能进行评价,并结合SEM分析从微结构角度对其损伤机理进行探讨.研究表明:冻融循环后素混凝土表面受损明显,混杂纤维掺入可以提高混凝土的完整性,表面损伤剥落减少;冻融循环过程中素混凝土的质量呈先增长后降低的趋势,而混杂纤维混凝土的质量呈持续增长状态;各配比混凝土的动弹性模量先基本不变而后下降,当纤维掺量为0.8%+1.2%时经受300次冻融循环作用后的相对动弹性模量仍保持在83.63%;各组混凝土抗压强度变化规律与动弹性模量相似;PE和HPP粗细纤维的协同作用使混凝土脆性显著改善,混杂纤维混凝土的韧性指数与残余强度随纤维掺量而变化,当掺量为0.8%+1.2%时优于理想弹塑性材料;经冻融作用后,混凝土的弯曲韧性有一定的损伤,但没有出现脆性断裂,仍表现出较好的延展性.     

冻融损伤对再生混凝土耐久性及与钢筋粘结性能分析

制作掺入引气剂和未掺入引气剂的100％粗骨料取代率的再生混凝土RC1和RC2两组试件以及掺入引气剂和未掺入引气剂的普通混凝土NC1和NC2两组试件,并分别对经过不同次数冻融循环试件的抗压强度、质量损失率、动弹性模量损失率进行研究。结果表明,冻融后各组试件的抗压强度、质量损失率及动弹性模量损失率均降低,对于添加引气剂的NC1和RC1两组试件损失较小,其中RC1组试件在200次冻融后抗压强度损失接近40％,质量损失率达0．5％,动弹性模量损失率38．5％。100％取代率并加入引气剂的ZRC组试件冻融后进行中心拨出实验,发生劈裂破坏和钢筋拔出破坏2种形式。再生粗骨料混凝土与钢筋的极限粘结应力均随冻融次数的增加而降低,200次冻融后极限粘结应力下降33．5,荷载滑移曲线既有上升段也有下降段。     

冻融循环下混杂纤维再生混凝土抗压强度预测方法

为了研究冻融循环对混杂纤维再生混凝土受压性能的影响,本文进行了钢纤维和聚丙烯纤维再生混凝土的冻融试验,并通过单轴压缩试验研究了冻融循环次数和纤维掺量对再生混凝土抗压强度的影响规律。试验结果表明,冻融次数的增加会导致再生混凝土抗压强度和弹性模量逐渐降低,加入纤维可以改善其受压性能。基于含夹杂弹性体内部应变场积分方程,推导了多相复合材料夹杂的变形协调张量,得到了预测混杂纤维再生混凝土弹性性能的修正Mori-Tanaka方法,建立了耦合冻融损伤和受力损伤的总损伤表达式,进而提出冻融循环作用下混杂纤维再生混凝土抗压强度预测方法。采用本文提出的抗压强度预测方法对冻融循环作用下的纤维再生混凝土受压性能进行了预测,并将预测结果与本文试验值进行对比,结果表明预测结果和试验值吻合较好,拟合优度达到98%以上。因此,本文提出的抗压强度预测方法可为混杂纤维再生混凝土在冻融循环条件下的工程应用提供一定的理论依据。     

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。     

基于核磁共振技术的硫酸盐侵蚀下混凝土孔隙率发展规律分析

针对不同浓度硫酸盐侵蚀下混凝土损伤过程中孔结构退化规律问题,对混凝土进行不同质量分数硫酸盐的冻融循环试验。采用核磁共振技术对混凝土损伤过程中的孔结构变化以及试验过程中的质量和相对动弹性模量变化进行分析。结果表明:不同质量分数硫酸盐侵蚀下T₂谱中第一峰变化明显,且同时期随着硫酸盐质量分数的增加,T₂谱第一峰变化幅度增大;盐冻环境下T₂谱第一峰面积与冻融循环次数之间符合指数关系,水冻环境下T₂谱第一峰面积与冻融循环次数之间符合线性关系;微小孔隙率发展与冻融循环次数之间符合线性关系;孔隙率与冻融循环次数、硫酸盐质量分数之间符合显著的线性关系;混凝土的质量和相对动弹性模量损失随着硫酸盐质量分数的增加而增加。     

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。     

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。     

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。