不同强度等级混凝土遭受低温冻融循环作用的弹性模量试验研究

通过设计强度等级C40、C50及C60混凝土的低温冻融循环作用试验,探讨不同混凝土强度等级对其弹性模量的影响。选取的低温冻融循环作用温度区间为15℃—-120℃和15℃—-190℃,冻融次数分别取0次、16次和30次。结果表明,各强度等级混凝土经历不同温度区间低温冻融循环作用上限温度时的相对弹性模量均随冻融循环作用次数增加而减小,而下限温度时则随冻融循环作用次数增加不仅不降低还略有增大。无论是作用的温度区间和冻融次数不同还是上下限温度时加载,其相对弹性模量均随混凝土强度等级的提高而增加。各强度等级混凝土弹性模量变化特征明显不同于自然环境的常规冻融试验结果,较少的冻融循环作用次数便使其产生严重的恶化。     

不同温度环境中沥青混凝土动态抗压性能试验研究

为研究沥青混凝土在不同温度环境中的动态力学特性,该研究在-20~30℃和10-5~10-2 s-1条件下对其进行了动态抗压试验研究。试验结果表明:温度和应变速率对沥青混凝土的力学性能有显著影响,降低温度或增加应变速率导致抗压强度和弹性模量增加,峰值应变减小;当温度大于20℃或小于-10℃时,应变速率由10-5 s-1增加到10-2 s-1,温度对抗压强度和弹性模量的影响逐渐减小,该研究提出的温度影响因子经验公式较好地反映了抗压强度和弹性模量随温度变化的规律。在-20~0℃温度区间,抗压强度和弹性模量的动态增强因子随应变速率呈线性增长;在0~30℃温度区间,抗压强度和弹性模量的动态增强因子随应变速率呈非线性增长。在此基础之上,基于时温等效原理,建立了沥青混凝土抗压强度和弹性模量的计算模型。该模型考虑了温度和应变速率对沥青混凝土的共同作用,与试验结果吻合较好。     

不同超低温温度区间冻融循环作用混凝土弹性模量软化性能试验研究

通过混凝土经历10℃~-40℃、10℃~-80℃和10℃~-160℃等3种典型的超低温温度区间冻融循环作用试验,探讨不同的温度区间和冻融循环作用次数对混凝土弹性模量的影响。结果表明,随冻融循环作用次数的增加,上限温度时因冻融损伤累积使混凝土的弹性模量呈逐渐软化趋势,其中下限温度较低温度区间的变化趋势最为明显;下限温度时因混凝土内孔隙水结冰使混凝土弹性模量呈先增大后减小趋势,且较上限温度时的变化幅度更大。不同温度区间的混凝土相对弹性模量差以及上下限温度时单次冻融软化指标和累积冻融软化指标均存在明显的差异且变化规律较为复杂。该文还由试验结果拟合出混凝土相对弹性模量与超低温冻融循环作用的温度区间和次数间的关系式。所获得的这些结果可为LNG储罐类混凝土结构的设计和安全性能评估提供参考。     

不同超低温温度区间冻融循环作用混凝土受压强度试验研究

通过混凝土经历3种温度区间（10~℃-40℃、10~℃-80℃和10~℃-160℃）的冻融循环作用试验,探讨不同的超低温温度作用区间对混凝土受压强度的影响。结果表明:经历不同超低温温度区间各种冻融循环作用次数的试件,上下限温度时加载的破坏形态虽基本上呈对顶锥状,但其破坏过程声响和破坏状况等不尽相同;经历超低温冻融循环作用混凝土的受压强度变化规律明显不同于遭受自然环境温度下冻融作用,各超低温温度区间的冻融循环作用影响也不同。下限温度较高温度区间的冻融循环作用初期,混凝土受压强度将提高,但之后随冻融循环作用次数的增加呈波动状的恶化态势;不同超低温温度区间的混凝土单次冻融循环作用损伤指标和累积冻融循环作用损伤指标存在明显的差异。对于下限温度较高的温度区间,下限温度时它们经历较多次冻融循环作用后仍为正值,而下限温度较低的温度区间则经历数次冻融循环作用后便始终为负值,表明混凝土累积损伤较前者严重。这些结果可为可靠地进行液化天然气储罐类混凝土结构设计提供参考。     

喷射混凝土抗冻性及冻融损伤力学行为实验研究

为系统研究喷射混凝土抗冻性能,采用快冻法,对普通喷射混凝土及钢纤维喷射混凝土进行快速冻融实验,并与同配合比模筑混凝土进行对比,研究模筑混凝土与喷射混凝土抗冻性能差异;而后对冻融循环后试件进行微观结构观察,分析其性能劣化机理。结果表明,随着冻融循环次数增加,试件相对动弹性模量、质量损失率、立方体抗压强度及劈裂抗拉强度呈下降趋势,且模筑混凝土性能衰减程度远大于喷射混凝土。而此时试件内部微气孔相互连通继而发展成为微裂缝,凝胶体在冻胀压力及过冷水渗透压作用下结构酥松且部分流失,进一步加剧试件性能劣化速度;钢纤维的加入可显著改善喷射混凝土内部微观孔结构,提高其抗冻性能。同时,对冻融循环50,100,150及200次后试件进行轴心抗压强度实验,分析冻融损伤对试件应力-应变曲线的影响。随着冻融损伤的加剧,试件弹性模量及峰值应力减小,峰值应变和极限应变增大,应力-应变曲线趋于扁平。经相同冻融循环次数作用时,钢纤维喷射混凝土峰值应变和极限应变增大,说明钢纤维的掺入可显著提高喷射混凝土延性及韧性。     

不同强度等级混凝土超低温冻融循环作用下的变形性能试验研究

通过试验探讨设计强度等级分别为C40、C50及C60混凝土经历超低温冻融循环作用的受压峰值应变、受压应力应变曲线和热变形等变形性能。其作用的超低温温度区间为15—-120℃和15—-190℃,冻融次数分别取0次、16次和30次。结果表明,不同强度等级混凝土的相对受压峰值应变上限温度时随冻融循环作用次数增加变化不大,下限温度时则随冻融循环作用次数增加基本上呈现不断地减小趋势。而相对受压应力应变曲线上下限温度时相近、均呈现出先内凹后外凸的性态,且随强度等级的提高这种性态更为明显;经历超低温冻融循环作用混凝土的热变形较为复杂,但其热膨胀系数随冻融循环作用次数的增加呈现出先逐渐地增大后近于恒定的变化趋势。所获得的试验结果及其相应的拟合公式可为超低温混凝土结构的设计计算分析提供依据。     

冻结状态聚乙烯醇纤维/水泥基复合材料抗压本构模型

为了研究冻融循环后的聚乙烯醇纤维/水泥基复合材料在冻结状态下的抗压服役情况,设计了冻结聚乙烯醇纤维/水泥基复合材料抗压试验,先对试样进行0～300次的冻融循环,冻融循环试验后在-18℃的持续低温环境下对试样进行抗压试验,分析试样的抗压应力-应变关系及影响机制。在此基础上,结合等效应力原理和统计损伤理论,建立了冻结状态聚乙烯醇纤维/水泥基复合材料抗压本构模型,讨论了损伤变量随冻融循环次数的演化特征。结果表明：随着冻融循环次数的增加,冻结状态下聚乙烯醇纤维/水泥基复合材料的抗压峰值强度降低,峰值应变增加,极限破坏时脆性特征显著,高冻融循环次数下试样的弹性模量主要由试样中的孔隙冰来提供。建立的模型可以较好地预测实际经受冻融循环作用后的聚乙烯醇纤维/水泥基复合材料在冻结状态下的抗压应力-应变关系,冻融损伤变量和总损伤变量与冻融次数有显著相关性。     

水泥砂浆冻融循环后单轴抗压强度试验研究

水泥砂浆在使用过程中经常会受到冻融循环的影响。本文通过模拟试验的方法,探讨了不同水灰比水泥砂浆在不同冻融循环次数下的单轴抗压强度和应力应变关系。试验结果表明,随冻融循环次数的增加,水泥砂浆应力应变关系曲线逐渐扁平,峰值应力点明显下降和右移,表明抗压强度降低,峰值应力点的应变成倍地增大。同时,本文得出了冻融循环腐蚀下水泥砂浆抗压强度随冻融次数变化的近似计算模型,对水泥砂浆在复杂环境中的应用有重要的参考价值。     

不同强度等级混凝土遭受超低温冻融循环作用的受压强度试验研究

通过设计强度等级C40、C50及C60混凝土经历0次、16次和30次温度区间分别为15℃~-120℃和15℃~-190℃的冻融循环作用试验,探讨不同强度等级混凝土超低温冻融循环作用下受压强度变化规律。试验结果表明,不同强度等级混凝土试件上下限温度时加载的破坏形态基本上类似、均大致呈对顶锥状,但其破坏面状况等破坏特征有所不同。经历各种超低温冻融循环作用工况混凝土上、下限温度时的相对受压强度随其含水率增加基本上均呈下降趋势。而随强度等级提高,上限温度时混凝土相对受压强度呈增大态势,但各强度等级混凝土均随冻融循环作用次数的增加呈下降趋势;下限温度时不同超低温温度区间的混凝土相对受压强度虽也基本上有所增大,但增大的原因存在明显的差异。给定的超低温冻融作用温度区间工况下各强度等级混凝土下限温度时相对受压强度随冻融循环作用次数增加的变化趋势相似,但不同温度区间时却不同。超低温冻融作用对混凝土性能影响与常规冻融作用不同,其受压强度恶化更为严重。实际工程中不能直接地将常规冻融循环作用研究结果应用于设计具有超低温冻融作用的混凝土结构。     

高温后大理岩力学性质及其破坏规律研究

基于大理岩在常温至高温800℃后的力学试验结果,分析了高温后大理岩峰值强度、峰值应变、弹性模量、变形模量以及应力-应变全过程曲线等随温度的变化规律,同时采用岩石声发射仪与扫描电镜试验仪,对高温后大理岩破坏规律进行了探讨。结果表明:高温后大理岩试样高度和直径将变大,质量和密度减小,但在200℃时变化不明显;在常温至高温200℃后,大理岩的力学性质变化不大;高温400℃~800℃,大理岩峰值强度、弹性模量和变形模量随着温度的升高而减小,而峰值应变则变大,并且随着温度的升高,变化越明显;声发射试验得到的振铃计数与应力-时间曲线具有较好地对应关系,充分反映了岩石在不同阶段内的破裂演化规律;温度对大理岩的破坏规律有着显著影响,温度升高使大理岩由脆性破坏向延性破坏的方向发展。     

制备温度对Ag-IPMC拉伸及致动性能的影响

在不同的沉积温度-修饰温度(25℃-25℃,15℃-25℃,15℃-15℃,10℃-10℃,7.5℃-15℃,7.5℃-7.5℃)设定下,以化学沉积的方法制备银型离子聚合物金属复合材料(Ag-IPMC),并对制得试样进行了表面形貌观察以及拉伸测试和动态位移测试。结果表明: 制备温度在7.5~25℃范围内,反应温度越低,离子交换膜表面所沉积的银粒子团聚颗粒越细小。在7.5℃-7.5℃下制备试样比25℃-25℃下制备的试样团聚颗粒直径小60%。电极厚度受温度影响较大,不同温度下内、外层电极厚度差异明显(内: ~130%,外: ~70%); 制备温度在15℃-15℃的试样具有最大的弹性模量(比最小值大28%)。在实验温度范围内,最大驱动变形量随着反应温度的降低而增大,其最大值比最小值大80%。     

基于超声波测试的片岩单轴抗压强度预测模型

岩石单轴抗压强度是岩土工程中最基础、最重要的参数之一,建立其快速、方便、经济的预测方法一直是岩土界的研究热点。为了获取片岩单轴抗压强度的预测模型,基于超声波试验和单轴压缩试验数据,对福建某矿山的片岩岩样分别开展了单轴抗压强度与纵波波速、横波波速、纵波模量、横波模量、动弹性模量和静弹性模量的回归性分析,并各自建立了线性、对数、多项式、指数函数和幂函数5种回归模型。分析表明,除了动弹性模量以外,其他参量都易受空间变异性和各向异性影响,不适合用于片岩单轴抗压强度的预测。最终,通过拟合度、所包含参量、量纲平衡、测试方法以及显著性分析,确定基于动弹性模量建立的线性回归模型是最合理、可靠、方便的片岩单轴抗压强度预测模型。研究成果可为开展岩石单轴抗压强度预测的相关理论研究和工程应用提供参考和帮助。     

高温作用对花岗岩动态压缩力学性能的影响研究

采用高温装置对传统的大直径Φ 100 mm SHPB试验设备进行改造,利用该试验系统对采自陕西秦岭山区的花岗岩进行不同高温与冲击荷载共同作用下的动态压缩试验,考察了高温下花岗岩的峰值应力、峰值应变、弹性模量的变化规律。试验结果表明：在25℃～600℃时,高温作用对花岗岩峰值应力的影响不大;800℃～1000℃时,花岗岩峰值应力受高温影响明显,迅速下降;600℃～800℃有可能存在花岗岩内部结构突变的临界温度;随着温度的升高,峰值应变呈现逐渐增加的趋势,而弹性模量离散性较大,大体上呈现逐渐减小的趋势;从总体规律上来说,高温下花岗岩的峰值应力、峰值应变仍然表现出显著的应变率硬化效应。     

高温后碳纤维布约束混凝土轴压力学性能试验

通过对20个经历四种不同高温后的素混凝土和无机胶粘贴碳纤维布加固混凝土圆柱体的轴压力学性能试验,研究了无机胶粘贴碳纤维布约束混凝土在经历不同高温后抗压强度、极限压应变和应力-应变关系的变化,得出所经历高温过程对其轴压力学性能的影响。结果表明:无机胶粘贴碳纤维布约束混凝土经历高温后的破坏形态与常温下基本相似;其抗压强度在经历100℃高温后,下降仅5%左右,在经历200℃、300℃和400℃高温后,约为常温试件的85%~90%;无机胶粘贴碳纤维布约束混凝土的极限压应变在100℃高温后略有减小,在200℃~400℃高温后则比常温下增大20%左右;碳纤维约束对核心混凝土抗压强度的提高作用,会随试件所经历温度的升高而逐渐增大;无机胶粘贴碳纤维布约束混凝土的应力-应变曲线在经历高温后会明显趋于扁平,并且多了一个呈上凹状的压密阶段。     

ZrB_2基超高温陶瓷复合材料的高温拉伸损伤行为

开展了SiC(20vol%)-石墨(15vol%)/ZrB2复合材料室温及高温拉伸性能实验,发现高温时复合材料的拉伸强度和弹性模量有所降低,并且具有明显的非线性特征。引入热损伤来表征弹性模量随温度的衰减规律,利用强度统计分析方法确定单向应力状态下材料的机械损伤演化方程,建立了材料在热力耦合条件下的高温拉伸损伤非线性本构模型。分析表明:随着温度的升高,SiC-石墨/ZrB2复合材料的热损伤和机械损伤不断增加,延性增强,且脆性-延性破坏转变温度范围为1 250~1 350℃。     

高强高模聚乙烯纤维力学性能的应变率和温度效应

利用MTS810材料试验机、旋转盘式杆-杆型冲击拉伸装置和温度控制箱,在温度20℃~110℃、应变率为0.001/s~700/s范围内,对高强高模聚乙烯纤维束进行了准静态和高应变率冲击拉伸实验,得到了不同温度、不同应变率时纤维束的应力-应变曲线。结果表明:高强高模聚乙烯纤维束的初始弹性模量具有应变率和温度相关的特性,随应变率提高而增加,随温度提高而下降;在常温下,破坏应力从准静态到动态,具有明显的应变率相关性,随应变率提高而增加,但在20℃~110℃范围内、高应变率下,对应变率变化不敏感;失稳应变也具有应变率和温度相关的特性,随应变率提高而减小,随温度提高而增大。在高应变率下,断裂应变能密度主要由初始弹性模量和失稳应变共同决定,受温度效应和应变率效应的综合影响。     

不同循环上限荷载下泥质石英粉砂岩力学特性试验研究

通过开展循环加卸载转单调加载试验和疲劳破坏试验,揭示循环荷载下泥质石英粉砂岩的变形和力学响应特征。试验与研究结果表明,当循环上限荷载位于疲劳强度前后,试件的轴向和横向累计残余应变由单调递增凸曲线向凹曲线延伸,滞回环间距由“疏-密”向“疏-密-疏”发展,残余应变率和滞回环相对面积由L形向U形转化;弹性模量由初始快速上升、下降、缓慢稳定发展3个阶段向单调递减凹曲线转凸曲线衰减;而横向-轴向应变比则由单调递减凹曲线,转变为单调递增凸曲线,然后向凹曲线延伸;随上限荷载的增加,循环加卸载3000次后泥质石英粉砂岩抗压强度先增大后减小,最大增幅较单轴抗压强度高13.62%,而当上限荷载小于单轴压缩弹性上限时,循环荷载作用后的岩石抗压强度略小于单轴抗压强度;当试件发生疲劳破坏时,疲劳寿命与上限荷载呈幂函数分布,疲劳强度约为单轴抗压强度的80%~89%。试件弹性模量整体随着循环上限荷载先增大后减小,而横向-轴向应变比则随上限荷载的增加而增大;提出了循环荷载的“薄弱结构断裂效应”和“压密嵌固效应”,探讨了循环加卸载过程中多孔弱胶结岩石的强度变化特征和力学参数演化机制。     

无应力氧化下C/SiC复合材料弹性性能模拟及验证

结合复合材料氧化质量损失率模型和混合率公式, 发展了单向C/SiC复合材料在无应力氧化下的弹性模量预测方法。对400~700 ℃和700~900 ℃两种氧化机制下C/SiC复合材料的弹性模量进行了预测, 分析了氧化温度、氧化时间和纤维体积含量对C/SiC复合材料弹性模量的影响。开展了单向C/SiC复合材料在650 ℃和800 ℃空气环境下的无应力氧化试验, 建立了复合材料质量损失率与氧化时间的变化关系, 得到了氧化后材料拉伸应力-应变曲线。同时, 将理论预测值与试验结果进行对比, 发现理论值与试验值基本吻合, 从而验证了该方法能够有效地预测无应力氧化下陶瓷基复合材料的弹性性能。