层布式混杂纤维混凝土渗透性及孔隙率试验

通过素混凝土、层布式钢纤维混凝土及层布式混杂纤维混凝土抗渗性及孔隙率的对比试验,研究了层布式钢纤维与聚丙烯纤维混杂应用对混凝土耐久性能的增强影响.试验结果表明,层布式混杂纤维的掺入,明显提高了混凝土的抗渗性能,减小了混凝土内部的微观孔隙率.     

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。     

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。     

冻融劣化混凝土动态轴压弹塑性损伤研究

为探明处于不同冻融劣化程度的混凝土材料的动态轴压损伤特性,进行了不同冻融循环次数(0次、10次、20次、30次、40次)下的混凝土动态轴压试验。研究结果表明,改进后的弹塑性损伤本构模型能够很好地描述冻融劣化混凝土动态轴压损伤演化规律。冻融劣化混凝土动态轴压损伤演化过程中,损伤积累与刚度退化和塑性变形发展基本保持同步。应变速率的增大可以减缓混凝土材料损伤的发展,提高混凝土损伤发展的阈值。混凝土冻融劣化程度越低,损伤演化不同发展阶段的特征差异就越显著,并且材料会以更快的速度发生损伤破坏。     

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。     

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.     

层布式聚乙烯醇纤维混凝土梁抗弯性能试验研究

将聚乙烯醇纤维混凝土布置在钢筋混凝土梁受拉区,设计了12根层布式聚乙烯醇纤维钢筋混凝土梁,改变纤维体积率、纤维层厚度、混凝土强度等级、截面配筋率、受拉钢筋强度等级5个影响因素,设计了5组对比试验,分别对12根试验梁做抗弯性能试验,以判断层布式纤维混凝土梁的抗弯性能。     

聚丙烯纤维混凝土耐久性与冻融损伤模型研究

掺入适量聚丙烯纤维即可以提高混凝土力学性能,又能够很好地改善混凝土耐久性。通过完成不同纤维掺量聚丙烯纤维混凝土抗水渗透试验、抗冻试验,得出耐久性最佳配合比。利用现有理论,结合数值分析最小二乘拟合方法,建立以相对动弹性模量和冻融累积损伤为损伤变量聚丙烯纤维混凝土的冻融损伤模型,完善现有软岩隧道喷层支护耐久性理论,对于软岩隧道支护技术发展具有广泛推广意义。     

干湿循环作用下混杂纤维混凝土抗硫酸盐侵蚀性能

采用干湿循环法,研究了普通混凝土和混杂纤维混凝土标准立方体试块(150 mm×150 mm×150 mm)对面侵蚀,在800和6 000 mg/L两种硫酸钠侵蚀溶液质量浓度下,分别在侵蚀龄期为0,30,60,90,180,210 d的抗硫酸盐侵蚀性能.结果表明:当侵蚀龄期达210 d,侵蚀溶液质量浓度为800和6 000 mg/L时,普通混凝土抗压强度分别劣化了5.6%和10.0%,劈裂抗拉强度分别劣化了3.0%和5.1%;混杂纤维混凝土抗压强度分别劣化了4.0%和6.3%,劈裂抗拉强度分别劣化了0.51%和3.8%;侵蚀深度为1.5 mm时,普通混凝土的SO2-4质量分数分别为0.83%和1.03%,混杂纤维混凝土SO2-4质量分数分别为0.79%和1.00%.     

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%。     

引气再生混凝土抗冻耐久性试验与损伤模型

通过对再生粗骨料掺量为0、25%、50%、75%、100%的C30再生混凝土和C30引气再生混凝土进行抗冻耐久性试验,得到质量损失率、动弹性模量的性能指标在冻融循环过程中的变化规律。基于Aas-Jakobsen损伤模型,定义实际应力比的相对差值为损伤变量,以相对动弹性模量作为损伤变量来拟合抗冻性能参数α,并对得到的冻融损伤关系进行验证。结果表明:掺量为50%的再生混凝土和普通再生混凝土的抗冻性能相近,较其他掺量的更优;同时,在再生混凝土中添加引气剂,有利于改善抗冻性能。从损伤模型计算值与实测值来看,二者基本相符,验证了损伤模型的合理性。     

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。     

偏高岭土混凝土抗冻性能及寿命预测

通过开展偏高岭土混凝土的力学性能及抗冻性能的试验研究,分析了不同偏高岭土掺量下试件的抗压强度及抗冻性的各项指标的变化规律,并针对内蒙古地区,对不同掺量的偏高岭土混凝土进行了抗冻耐久性寿命预测.试验结果表明,偏高岭土混凝土的抗压强度随着偏高岭土掺量的增加逐渐增大;随着偏高岭土掺量的增加,试件的抗剥落情况得到明显改善,抗冻...     

基于响应面法的高性能合成纤维道面混凝土冻融及冻蚀劣化分析

冻融破坏是我国寒区和盐渍土地区机场道面混凝土中最常见的一种破坏形式。国内外对于盐溶液以及冻融循环协同对混凝土所产生破坏的重视程度越来越高,而针对纤维道面混凝土在盐溶液下的抗冻性能的研究则相对较少。本文以高性能合成纤维道面混凝土为研究对象,基于响应面法（RSM）,研究冻融循环次数、硫酸钠溶液浓度以及纤维掺量这三种因素及因素之间对道面混凝土相对动弹模量Pn的影响规律,建立了相对动弹模量Pn与这三种因素之间的关系模型。该模型的精度较高,用来解释和预测Pn随三种因素变化而产生的变化是合适且有效的。     

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。     

改性聚酯纤维在混凝土中的分散性及对耐久性的影响

制备了不同纤维掺量的改性聚酯纤维混凝土,通过纤维分散的图像处理方法研究五种不同搅拌方式对改性聚酯纤维在混凝土中分散性能的影响,并通过耐久性试验研究改性聚酯纤维混凝土的抗碳化、抗氯盐侵蚀和抗冻性能.结果表明,图像处理方法能够较好地评价改性聚酯纤维混凝土中的纤维分散性,认为“砂石胶材60 s+水60 s+纤维60 s”的搅拌方式得到的纤维分散性最好,与肉眼观察的效果一致.掺加改性聚酯纤维能够提高混凝土的抗压强度,掺量为1.1 kg·m-3时提高强度14%左右,继续增大纤维掺量不能持续提升强度.改性聚酯纤维在混凝土中的密集分布能够削弱CO2的扩散,降低混凝土的碳化速率12.6%~18.9%,纤维掺量越多,抗碳化能力越好.掺加改性聚酯纤维能够降低混凝土的氯离子扩散系数,提高其抗氯离子侵蚀能力.改性聚酯纤维还能有效减少冻融循环过程中表层材料的剥落,大大改善混凝土的抗冻性.     

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。