荷载损伤对混凝土微裂缝和氯离子侵蚀的影响研究

研究荷载损伤对混凝土中微裂缝和氯离子侵蚀的影响,在65%、75%、85%三种轴压应力水平,分别持载10、50、250、1 250 min,测定整个加载过程中的纵横向应变,通过比裂缝面积评价混凝土的扩展微裂缝,卸载后,通过毛细吸收试验,测定混凝土7d的毛细吸水量和28 d的氯离子含量,试验结果表明:混凝土的扩展微裂缝随着应力水平及持载时间的增加而增加,残余微裂缝也随着应力水平及持载时间的增大而增大;同一应力水平下,在持载时间较短时(≤250 min),平行轴力方向的毛细吸收和抗氯离子侵蚀和垂直于轴力方向的相差不大,但当持载时间较长时(1250 min),平行轴力方向的毛细吸收和抗氯离子侵蚀和垂直于轴力方向的有较大差别,平行轴力方向的毛细吸收作用稍小一些,抗氯离子侵蚀性能稍差一些。     

氯离子在轴向受压混凝土内的输运试验

设计水灰比为0.55的素混凝土棱柱体试件,研究加载中和加载后不同压应力水平下的氯离子在混凝土内的侵蚀。对试件在8%浓度的氯化钠溶液中浸泡180 d后的取样进行测试,测试结果表明,当施加的压应力小于抗压强度的70%时,持续荷载与瞬时荷载下混凝土内同一深度的自由氯离子质量分数变化很小,且没有一定的规律性。而当压应力施加到95%的抗压强度后卸载时,混凝土内的氯离子质量分数明显增大。施加不大于70%抗压强度的压应力后,混凝土表观氯离子扩散系数有所减小,持续荷载下回归得到的表观氯离子扩散系数比相同应力水平下瞬时荷载时的要小,顺着荷载施加方向的氯离子质量分数和表观扩散系数要小于垂直荷载施加方向的值。根据试验数据及所需满足的边界条件建立了相应的计算公式。     

荷载损伤后纤维轻骨料混凝土氯离子侵蚀研究

为研究荷载损伤对纤维轻骨料混凝土抵抗氯离子侵蚀性能的影响,设计了掺加聚丙烯纤维、钢 聚丙烯纤维、钢纤维3种轻骨料混凝土,开展了抗拉和抗压试验。分别在40%,60%,80%极限荷载3种拉、压应力水平下持续加载60 s,并测量加载后的残余应变。卸载后将试件切割成直径100 mm、厚50 mm的圆柱体,通过NEL法测定氯离子扩散系数。研究结果表明:混凝土残余应变随着拉、压荷载等级的增大而增大,纤维对轻骨料混凝土极限强度和变形能力提高显著;未施加荷载时,随着纤维的增加,单掺聚丙烯纤维组氯离子扩散系数变小,混掺纤维组基本保持不变,钢纤维组显著增加;施加荷载后,纤维的增加没有显著改善轻骨料混凝土抗氯离子侵蚀能力;残余应变与氯离子扩散系数间存在正相关特性,残余应变越大,氯离子扩散系数越大。     

双轴受压下再生混凝土氯离子扩散规律

为了研究复杂应力状态下再生混凝土的氯离子传输特性,首先通过破碎不同水灰比的母体混凝土得到不同性能的再生粗骨料,并对天然混凝土和不同性能再生混凝土进行双轴受压试验。然后利用电场加速氯离子扩散和双轴受压装置测试了不同类型再生骨料混凝土和天然骨料混凝土在不同应力水平和不同应力比下的氯离子扩散系数,并利用压汞仪测试了混凝土内部的微观孔隙结构。最后建立了考虑双轴应力水平、再生骨料吸水率和粗骨料体积分数的再生混凝土氯离子扩散系数理论模型,并进行了试验验证。结果表明:来自不同母体混凝土的再生骨料中的附着老砂浆具有不同的孔隙结构,再生混凝土中老砂浆的孔隙率随着母体混凝土水灰比的增加而变大,进而影响再生混凝土的氯离子扩散性; 应力比相同时,随着双轴受压应力水平的增加,再生混凝土氯离子扩散系数普遍呈现先下降再上升的趋势,在应力水平约为0.5时再生混凝土氯离子扩散系数出现最小值; 在双轴受压荷载作用下,母体混凝土水灰比分别为0.4,0.5,0.6的再生混凝土氯离子扩散系数最多分别下降到无荷载时的0.76%,0.78%,0.78%。     

持续荷载作用下混凝土吸水特性试验研究

混凝土在荷载作用下,其内部产生微裂缝,会加快水及侵蚀物质侵入混凝土内部的速度.现有研究多采取在试件卸载的情况下,用试件吸水前后的质量差来衡量吸水率.但试件卸载后,其内部产生的微裂缝会部分闭合,从而降低了吸水率.为解决这一问题,研究设计了混凝土试件持载吸水试验装置,以实现混凝土试件毛细吸水过程中荷载的持续施加.通过此试验...     

荷载损伤后混凝土劣化机理和试验研究

在分析混凝土荷载损伤后混凝土劣化机理的基础上,通过短期轴拉和短期轴压静载后混凝土抗氯离子侵蚀和抗冻性性能试验,研究荷载损伤对混凝土长期耐久性能的影响。结果表明:受压荷载作用下混凝土依次经历可逆、不可逆和加速劣化三个劣化阶段,受拉荷载下混凝土表现为耐久性持续劣化。在65%和75%轴拉荷载水平,混凝土表观氯离子扩散系数分别增加了6.4%和34%,表面氯离子浓度分别增大了10%和40%,显现出轴拉荷载的"负效应";随着轴压荷载水平的增加,混凝土抗冻性能经历一个"正效应"到"负效应"的转变。     

较高应力下混凝土氯离子侵蚀性研究

研究较高应力水平作用下混凝土中氯离子传输机理,文中制定65%、75%、85%三种应力水平,持载时间分别为10min、50min、250min、1250min,卸载后与5%Na Cl溶液接触进行28d氯离子侵蚀试验,测定混凝土不同深度处氯离子含量。试验结果表明,在较高应力水平下(65%~85%),混凝土各深度处的氯离子含量随着应力水平的增加而增加,垂直于轴力方向的混凝土各深度处的氯离子含量要高于平行于轴力方向的混凝土各深度处的氯离子含量。     

轴压重复荷载作用下L形柱箍筋约束混凝土加卸载准则

对5根箍筋约束混凝土L形柱进行了轴心重复受压试验,分析了轴压重复荷载作用下L形柱箍筋约束混凝土应力-应变曲线包络线,参照单调荷载作用下L形柱的箍筋约束混凝土应力-应变全曲线数学模型,建立了轴压重复荷载作用下L形柱箍筋约束混凝土应力-应变包络线方程,计算结果和试验结果吻合良好;并对轴压重复荷载作用下L形柱箍筋约束混凝土加卸载曲线特征进行分析,基于试验结果的回归分析,建立了加卸载准则,与试验结果比较,二者吻合良好,说明提出的加卸载准则能够较好地反映轴压重复荷载作用下L形柱约束混凝土的应力-应变变化规律。     

机械荷载与氯盐环境复合作用下混凝土结构耐久性研究

我国沿海地区长期受海水、盐雾环境的影响,氯离子侵蚀成为钢筋混凝土结构辐射的元凶。借助室内氯盐侵蚀试验和海边暴露试验,探究轴压荷载与氯盐环境复合作用对混凝土结构耐久性产生的影响。结果证实,不论是短期或长期持载,轴压荷载作用对混凝土耐久性有显著性影响,氯离子表面扩散系数随着应力水平的提升,展现先减小后增大的发展趋势。由海边暴露试验和室内试验结果比较发展,相同条件下,海洋环境下混凝土侵蚀程度明显大于室内氯盐侵蚀,这是因海边环境受多种因素的影响。针对试验结果,使用混凝土结构使用寿命预测模型预测混凝土桥梁寿命,得出不同荷载形式、大小作用下混凝土桥梁的耐久性及影响规律,以期为北方恶劣环境混凝土结构桥梁耐久性提供理论支撑。     

单轴受压混凝土的微裂缝和氯离子侵入性

采用1种无破损微裂缝估算指标-比裂缝面积来评价单轴压力作用下混凝土棱柱体的扩展微裂缝.加压卸载后试块暴露于氯离子环境中,测得试块中的氯离子含量分布.分析了单轴压力下混凝土微裂缝的发展以及荷载、微裂缝和氯离子渗透性的相关规律.试验结果表明,在大约0.3的应力水平范围内,受压并卸载后的试块表观氯离子扩散系数普遍降低,但随着应力水平的继续提高,氯离子扩散性能开始提高并超过未加载时的氯离子扩散系数.混凝土在单轴受压并卸载的情况下,其微裂缝的发展和恢复与应力水平关系密切.比裂缝面积能够较好地表征混凝土中微裂缝的发展,有助于分析混凝土在荷载作用下产生的微裂缝对氯离子传输性能的影响.     

膨胀剂对钢管再生混凝土柱轴压性能影响的试验研究

为了减少核心再生混凝土的收缩变形,防止钢管与核心再生混凝土脱离,在再生混凝土配合比设计时掺入不同掺量的膨胀剂。对6根再生混凝土替代率相同、膨胀剂掺量不同的钢管再生混凝土短柱进行了轴压试验,通过试验获得了试件的极限承载能力、荷载位移关系曲线、荷载与横向应变及纵向应变曲线。结果表明:掺入适量的膨胀剂能提高钢管再生混凝土短柱的轴压极限荷载,但掺量过大反而会使试件的核心再生混凝强度和轴压极限荷载下降。     

圆钢管混凝土轴压短柱在长期荷载-氯盐腐蚀耦合作用下的试验研究

研发了用于钢管混凝土轴压短柱在长期荷载-氯盐腐蚀耦合作用下的试验装置和方法。分别进行了7个圆钢管混凝土轴压短柱和4个圆钢管轴压短柱在浓度为3.5%的Na Cl溶液中腐蚀下的长期荷载试验研究。试验结果表明,长期荷载会使试件刚度降低很多,但对其承载力影响相对较小。腐蚀对试件的承载力和刚度的削弱都很大,且对圆钢管试件的削弱程度高于对圆钢管混凝土试件的;持载-腐蚀耦合作用对试件的承载力和刚度的降低都很大,并且对于圆钢管试件,随着持载等级和浸入程度的增大而更加明显。总体而言,对于钢管混凝土试件,持载-腐蚀耦合作用对其承载力和刚度的降低要大于单纯持载作用和单纯腐蚀作用对其承载力和刚度的降低的简单叠加。     

防水剂对受荷开裂下PVA-SHCC渗透性能的影响

受荷载时产生的多重裂缝是SHCC的薄弱部位和外界介质侵入的通路,会加速了结构的耐久性劣化。而对SHCC进行防水处理是提高耐久性的有效措施,研究了防水剂对PVA-SHCC试件抗氯离子渗透性能和受荷开裂下的试件水毛细吸收系数的影响。试验结果表明:对PVA-SHCC进行防水处理可以显著降低试件中的氯离子扩散系数,外涂防水剂试件的氯离子扩散系数只是不掺防水剂的试样的8%到20%,内掺防水剂的试件的氯离子扩散系数只是不掺防水剂试件的60%左右。试件在受荷开裂下的抗渗性比未施加应力试件的抗渗性差,采取防水处理可以有效提高受荷试件的抗渗性能,外涂和内掺处理方式对提高抗渗的效果相差不大。SHCC渗透性能的研究可以为SHCC结构耐久性研究和服役寿命预测提供重要参考。     

疲劳作用对混凝土中氯离子扩散系数影响的研究

采用两种应力水平和四种循环次数,通过轴向压缩的疲劳荷载形式,使混凝土试件获得不同的损伤量。应用超声探伤、电化学阻抗谱的方法判断混凝土的疲劳损伤程度。利用电迁移加速方法,进行氯离子扩散试验,测定混凝土的氯离子扩散系数。最终得到疲劳损伤量与混凝土氯离子扩散系数之间的关系。结果表明:超声波速和阻抗谱低频容抗弧压扁度可以作为表征混凝土疲劳损伤的指标;随着疲劳损伤的增加,混凝土中氯离子的扩散系数增大。     

不同材料内管的圆中空夹层钢管混凝土构件轴压性能研究

为了研究不同材料内管对圆中空夹层钢管混凝土构件力学性能的影响,设计了内管为钢管、PVC管和PPR管的3种、共5根圆中空夹层钢管混凝土试件。对所有试件进行轴压试验并对其整体和内部的破坏形态、荷载-纵向应变关系曲线、平均应力-应变关系曲线及横向应变发展规律进行分析,运用有限元分析软件ABAQUS对试件进行了轴压全过程模拟。结果表明:PVC内管和PPR内管试件破坏时的斜向鼓曲更为明显,其极限承载力、组合弹性模量和延性均逊于钢内管试件;PVC内管试件的横向应变发展最快;提出的有限元模型能够较好地模拟所有试件的前期刚度和钢内管试件的极限承载力;与钢内管相比,PVC管和PPR管在轴压全过程中仅承担微小的轴向荷载,且其与夹层混凝土的相互作用几乎为零;PVC内管的圆中空夹层钢管混凝土构件不可用于承重结构中,而PPR内管的圆中空夹层钢管混凝土构件可用于工程中。     

圆钢管活性粉末混凝土轴压力学性能研究

进行22根圆钢管活性粉末混凝土轴压短柱试验,分析其荷载-变形曲线、破坏特征和工作全过程。试验研究表明:圆钢管RPC轴压短柱的荷载-纵向应变曲线弹性阶段约为极限荷载的90%~95%;套箍系数ξ较小时,在达到极限荷载后承载力急剧下降;ξ较大时,在达到极限荷载后承载力下降平缓并呈回升趋势。ξ较小的试件多呈剪切破坏形态;ξ较大的试件所有断面上均被墩粗、试件的上下两端明显局部鼓曲。在分析国内40个试件试验结果的基础上,研究建立了圆钢管活性粉末混凝土峰值应力、峰值应变、平台应力等理论特征参数的计算方法和应力-应变全曲线方程,验证对比了有关技术规程中圆钢管混凝土基本构件承载力的计算方法,最后建议了圆钢管活性混凝土轴压短柱极限承载力统一计算公式。     

不同应力作用下粉煤灰混凝土徐变后力学性能研究

为研究持续荷载作用对粉煤灰混凝土静力性能的影响,以天津地铁6号线渌水道站为工程背景,进行了不同持荷时间、不同持荷应力条件下混凝土轴压徐变和徐变后静力性能的测试,同时进行了同环境条件下无持荷混凝土收缩和收缩后的静力性能测试。试验结果表明：在15%和30%应力级别下,随着持荷时间延长,混凝土弹性模量会逐渐增加,其增长速率随着持荷时间的增加而减小;相同环境条件下,无持荷收缩试件的弹性模量也有一定增长,数值较30%应力级别持荷试件低5%左右。随着持荷时间的延长,混凝土徐变后的应力-应变曲线弹性阶段的斜率增大,峰值应力也增大;相同环境条件下,无持荷收缩试件的应力-应变曲线弹性阶段的斜率也会增大,峰值应力低于徐变试件,峰值应力增长不明显,增长幅度为徐变试件增长幅度的65%左右。     

压-扭荷载下CFRP-方形钢管混凝土的力学性能研究

以轴压比、CFRP层数和混凝土立方体抗压强度等为参数,开展了压-扭荷载下CFRP-方形钢管混凝土(S-CF-CFRP-ST)的静力性能试验,得到了试件的扭矩-转角(T-θ)曲线、扭矩-应变(T-ε)曲线和破坏模态。试验结果表明,钢管与CFRP可协同工作;同一点的45°方向应变始终为负,横向应变始终为正,纵向应变根据轴压比的变化为正或为负;小轴压比CFRP-方形钢管混凝土试件在压-扭荷载下发生延性破坏。采用ABAQUS模拟试件扭矩-转角曲线和变形模态并开展受力全过程分析,模拟和分析结果与试验现象和结果吻合良好。参数分析的结果表明,提高混凝土强度、钢材屈服强度、含钢率和横向CFRP层数可提高构件的抗扭承载力;通过对试件扭矩-转角曲线的大量分析,导出了CFRP-方形钢管混凝土的压-扭承载力相关方程。     

考虑截面应力重分布的钢筋混凝土柱徐变分析

为研究考虑截面应力重分布对轴压柱混凝土徐变的影响,完成了12组24个几何尺寸为100 mm×100 mm×400 mm的素混凝土试件在不同应力水平下的徐变试验。运用MATLAB编写的程序,分析了关键参数对钢筋混凝土柱徐变的影响。结果表明：当初始压应力水平不大于0.35时,徐变过程中卸载回弹应变系数为0.89;当初始压应力水平高于0.35时,随初始压应力水平的增大,卸载回弹应变系数减小。随加载龄期的延长、纵向受压钢筋配筋率的增大、截面尺寸的增大、混凝土强度的降低、初始压应力水平的减小、环境温度的降低、环境相对湿度的增大,轴心受压钢筋混凝土柱徐变值减小。基于模拟分析结果拟合得到了C20~C50轴压钢筋混凝土柱徐变终值与各关键参数的关系式。     

内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱生命周期内的力学性能

为了研究内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱在生命周期内的受力机理,利用有限元软件ABAQUS建立该类短柱的计算模型,并与已有的相关试验结果进行对比。模型中将钢管初应力和长期荷载作为生命周期内的主要因素进行考虑,分析了内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱生命周期内的荷载-变形全过程曲线、跨中截面各部件纵向应力分布和钢材与混凝土之间的相互作用力; 考察了初应力系数、长期荷载比和含钢率对构件承载力和变形的影响规律。结果表明:考虑钢管初应力和长期荷载作用的内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱极限承载力与一次加载情况下相比变化不明显,但极限承载力对应的纵向应变增长84.2%; 在长期持荷阶段,核心混凝土发生卸载现象,其承担的荷载下降了30%左右,再加载阶段又继续承载; 钢管与混凝土之间的接触应力在中截面处最大,沿构件长度方向逐渐向两端减小; 随着钢管含钢率增大,构件极限承载力增大,变形减小,而型钢含钢率对构件变形影响较小; 随着初应力系数和长期荷载比的增大,构件纵向变形增大。