盐冻作用下玄武岩纤维混凝土力学性能损伤研究

针对西北寒旱地区混凝土结构易开裂耐久性降低的问题,选取力学性能优异的玄武岩纤维作为混凝土增强材料,采用室内快速冻融试验,以纤维体积掺量为变量,研究了不同纤维体积掺量(0.05%、0.1%、0.15%、0.2%)混凝土试件分别在清水、质量分数为3%的NaCl溶液、质量分数为5%的Na₂SO₄溶液冻融作用下动弹性模量、抗压强度、抗折强度三个力学性指标的变化。研究发现,玄武岩纤维的掺入能有效提升混凝土的初始抗折强度和抗盐冻能力,纤维体积掺量在0.15%~0.2%时混凝土试件动弹性模量、抗压强度与抗折强度在盐冻作用下的衰减速率减缓明显,玄武岩纤维混凝土在三种冻融介质中力学性能下降速率排序为清水<5%Na₂SO₄溶液<3%NaCl溶液。以动弹性模量为损伤变量,拟合混凝土相对抗压强度、相对抗折强度与损伤度的相关模型,模型相关性良好。研究结果可为玄武岩纤维混凝土的实际运用与后期维护提供理论依据与参考。     

玄武岩纤维水泥土填料抗压强度及耐久性研究

为保证水泥土无侧限抗压强度和耐久性满足要求,通过外掺玄武岩纤维的方式,基于室内试验对玄武岩纤维水泥土抗压强度及耐久性展开了研究。研究表明,纤维泥土抗压强度随水泥掺量增加呈线性增长,且纤维掺量为0.3%的抗压强度最大,较素水泥土抗压强度至少提高了41.0%;NaCl溶液养生方式抑制了纤维水泥土强度的发展,较标准养生方式的纤维水泥土抗压强度平均降低了11.8%;干湿冻融作用下,随水泥掺量增加,纤维水泥土抗压强度呈线性增长,且干湿作用后强度较冻融作用大,水泥掺量每增加1%,纤维水泥土干湿作用和冻融作用后抗压强度至少分别提高了13.6%、20.5%;随玄武岩纤维掺量增加,水泥土抗压强度先快速增大后缓慢减小,且纤维掺量为0.3%,干湿或冻融后水泥土抗压强度出现最大值。     

盐水与冻融耦合作用对玄武岩纤维水泥土性能影响研究

冻融循环作用与外界环境的侵蚀是影响水泥土强度的主要因素,探索如何提高水泥土在寒冷地区盐水侵蚀环境下的强度及其发展规律是一个重要的课题。通过盐冻试验和无侧限抗压强度试验,研究了玄武岩纤维水泥土在不同溶液(3.5%(质量分数,下同)NaCl溶液、3.5%Na₂SO₄溶液、3.5%(NaCl+Na₂SO₄)混合溶液、清水)与冻融循环作用耦合下的力学性质与表观特征,探讨了养护温度、侵蚀溶液类型、冻融循环次数等变量对水泥土性能的影响。在此基础上,采用Logistic生长模型,对不同环境下水泥土试块的强度进行回归分析。研究结果表明:低温养护环境会抑制水泥土强度的发展;随着冻融次数的增加,试块出现了不同程度的质量损失、表面破坏,以及无侧限抗压强度降低的现象;在相同冻融次数下,玄武岩纤维水泥土的破坏程度由强到弱依次为硫酸盐冻＞混合盐冻＞氯盐冻＞水冻;而掺入玄武岩纤维可使水泥土经历更多次的冻融循环,有效降低强度损失率,提高水泥土的抗冻性;通过回归分析,得到不同试验组的强度衰减模型和预期强度。     

玄武岩纤维再生混凝土抗冻性能及损伤劣化模型

为了研究纤维再生混凝土的抗冻性能,提高寒区再生混凝土结构服役寿命,试验采用等体积再生骨料替代石子制备了5组不同玄武岩纤维掺量的再生混凝土,分别从质量损失率、相对动弹性模量、抗压强度和抗拉强度等方面探讨纤维再生混凝土抗冻性能损伤劣化规律。研究结果表明:冻融初期,再生混凝土质量损失率呈现负增长现象,相对动弹性模量、抗压强度和抗拉强度曲线随冻融循环次数的增加呈下降趋势;玄武岩纤维加入能够减缓再生混凝土冻融破坏,掺量为1.2 kg·m~(-3)时再生混凝土的抗冻性能最优;纤维加入对冻融作用下再生混凝土抗拉强度的作用效果优于抗压强度。建立了基于相对动弹性模量和强度为损伤变量的线性及多项式损伤劣化模型,模型可以准确预测纤维再生混凝土冻融损伤劣化程度。     

玄武岩纤维掺量对混凝土耐硫酸盐腐蚀性和抗渗性的影响

通过测试玄武岩纤维混凝土受硫酸盐侵蚀后的抗压、抗拉强度腐蚀系数、质量变化率和体积膨胀率,研究不同掺量玄武岩纤维对混凝土耐硫酸盐侵蚀性影响.同时,对不同掺量玄武岩纤维混凝土的抗渗性和孔结构进行了研究.结果表明,掺入0.1%～0.5%的玄武岩纤维后,能使混凝土中的总孔体积减少,有害、多害孔减少,孔结构得到改善,混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力和抗渗性都有不同程度的提高,且当玄武岩纤维掺量为0.3%时,混凝土耐硫酸盐腐蚀性能和抗渗性最好.     

冻融与氯盐耦合作用下超细粉煤灰混凝土抗碳化性能研究

为了研究氯盐与冻融耦合作用下超细粉煤灰混凝土的碳化性能,对不同掺量超细粉煤灰混凝土进行了抗压强度试验、基准碳化试验、冻融-碳化试验和盐冻-碳化耦合试验.结果表明:在标准养护条件下,混凝土试件中掺入少量超细粉煤灰会降低试件本身的抗压强度,但降低幅度不大,而掺入大量的超细粉煤灰其抗压强度下降比较明显.干燥养护下,掺入超细粉煤灰对试件的抗压强度影响较小,其抗压强度随掺量没有出现骤降.掺入适量的超细粉煤灰能提高混凝土的抗碳化性能,随着超细粉煤灰掺量增加,抗碳化性降低,当超细粉煤灰掺量超过25％时对混凝土抗碳化性能影响不大.当超细粉煤灰参量一定时,盐冻-碳化循环试验对混凝土碳化深度最不利,且超细粉煤灰混凝土的碳化深度与循环次数呈现二次函数关系.     

玄武岩纤维RPC基本力学性能研究

为了研究玄武岩纤维在RPC(reactive powder concrete,活性粉末混凝土)中的作用效果,以玄武岩纤维体积掺量、纤维长度、RPC水胶比和养护龄期为参数,对玄武岩纤维RPC的劈裂抗拉强度和立方体抗压强度进行了试验研究.试验结果表明:对于掺入12 mm长玄武岩纤维的RPC,最佳水胶比为0.22,最佳纤维体积掺量为0.10%,其劈拉强度较未掺纤维的RPC提高了38.53%.对于掺入6 mm长玄武岩纤维的RPC,最佳纤维体积掺量为0.05%,其劈拉强度较未掺纤维的RPC提高了27.16%.     

高温后玄武岩纤维混凝土抗压强度与孔隙结构变化规律研究

为了研究高温损伤后不同掺量玄武岩纤维混凝土的孔隙结构和力学性能的变化规律,以及高温后孔隙结构对宏观力学性能的影响。对不同体积掺量(0.5%、1%、1.5%)的玄武岩纤维混凝土进行200～800℃高温处理,运用饱和水法测量其在不同高温后的孔隙率,并对不同高温后的玄武岩纤维混凝土试块进行抗压强度试验。结果表明：随着温度的升高,玄武岩纤维混凝土的孔隙率不断增大,200℃高温作用后孔隙率增长缓慢,超过400℃高温作用后孔隙率则迅速增大;抗压强度先增大后降低,经过200℃高温作用后抗压强度达到峰值,经过800℃高温作用后抗压强度急剧下降。     

纤维增强碱激发矿粉材料的物理力学性能研究

通过对矿粉试块掺入不同掺量和长度的聚丙烯和玄武岩纤维,测量试块抗压强度和抗折强度以及用三点抗弯试验测得其断裂能,从而研究纤维掺量、龄期、纤维弹性模量和纤维长度对试块的抗折强度的影响以及纤维掺量对矿粉试块的抗压强度和断裂能的影响,从而得到(1)随着聚丙烯纤维和玄武岩纤维掺量增加,矿粉试块的抗折强度先增加,而后趋于稳定;龄期对掺入聚丙烯纤维试块的抗折强度影响较小,而对玄武岩试块影响较大;弹性模量高的纤维阻裂增强效果好;5mm的聚丙烯和玄武岩纤维试块抗折强度高于8mm的试块。(2)掺入玄武岩和聚丙烯纤维对试块抗压强度无明显改善。(3)5mm玄武岩纤维,其掺量达到0.1%时,矿粉试块的抗折强度和断裂能均最大,是设计配比中的最优配比。     

寒冷地区硅粉增强玄武岩纤维路面混凝土抗冻性能研究

为探究硅粉对玄武岩纤维路面混凝土抗冻性能的增强效果及改性机理,采用快冻法研究了不同硅粉掺量下玄武岩纤维混凝土质量损失、相对动弹模量、抗弯拉强度随冻融次数的衰减规律;借助压汞法(MIP)以及扫描电子显微镜(SEM),分析冻融前后孔结构及界面结构的演化,从细微观层面揭示硅粉增强机理。研究结果表明:9%(质量分数)硅粉掺量的玄武岩纤维路面混凝土抗冻性能增强效果最佳,相比基准混凝土,冻融320次后质量损失率降低了62.35%,相对动弹性模量提高了14.68%,抗弯拉强度提高了43.89%;MIP测试表明,掺入硅粉能够细化混凝土内部孔结构,减少孔隙数量,优化孔的分布,阻抑最可几孔径和临界孔径的增长;SEM分析发现,掺入硅粉能够改善纤维-水泥石与骨料-水泥石的界面区结构,提高玄武岩纤维路面混凝土的抗冻性能。     

玄武岩纤维混凝土早期裂缝试验研究

为了研究玄武岩纤维混凝土早期开裂性能,对不同长度纤维和不同体积掺量的玄武岩纤维混凝土进行试验,结果显示:玄武岩纤维混凝土相对于普通混凝土裂缝降低明显,玄武岩纤维混凝土早期收缩裂缝随纤维长度增加先减小后缓慢增加,最佳阻裂纤维长度为18 mm,早期收缩可见裂缝随纤维体积掺量的增加而减小,当体积掺量到0.2%时可见裂缝基本消失.随着混凝土强度提高纤维混凝土的抗裂指标逐渐降低,裂缝更加短小.     

冻融循环下纤维再生混凝土与BFRP筋粘结强度试验研究

为了研究纤维再生混凝土和BFRP筋间的粘结强度,本文通过54个试件中心拉拔试验,研究单掺玄武岩纤维、聚丙烯纤维、混杂玄武岩-聚丙烯纤维和冻融循环对再生混凝土与BFRP筋粘结强度的影响.结果表明:单掺玄武岩或是聚丙烯纤维都会不同程度地降低粘结强度,但降低效果不显著;掺入混杂纤维时,若体积掺量小于某一临界值,可以提高粘结强度,但掺量过多时,粘结强度降低;在冻融循环条件下由于冻融次数增加,混凝土会发生二次水化作用,导致极限粘结强度得到提高.     

不同除冰盐冻融环境下对混凝土耐久性的影响

本文针对我国冬季水泥混凝土路面常年遭受冰雪灾害,使用除冰盐对路面造成侵蚀损害现象,分析了盐冻对混凝土的破坏原理,通过试验比较两种不同除冰盐NaCl、CaCl2在冻融环境下对混凝土质量损失和相对动弹性模量等耐久性因素的影响,得出混凝土在除冰盐NaCl、CaCl2在冻融环境下,随冻融次数的增加,试块表面剥浊腐蚀严重,动弹性模量逐渐下降,力学性能变差,抗压强度降低;两种除冰盐在各自不同浓度3％、6％、12％、25％冻融环境下,3％盐冻的试块破坏最为严重,试块表面剥落露骨,相对动弹性模量迅速降低.     

动态疲劳荷载下玄武岩纤维混凝土抗渗性衰减及机理研究

为了探究动态疲劳荷载作用下玄武岩纤维混凝土抗渗性衰减规律及机理,基于抗渗性优选了玄武岩纤维最佳参数;利用自主研发的加载装置设计了疲劳试验,分析疲劳荷载下电通量的变化规律;研究了荷载作用下微观结构的演化以揭示玄武岩纤维混凝土抗渗性衰减机理。结果表明:混凝土抗渗性随玄武岩纤维长度和掺量增加呈现先增强后减弱的变化规律,基于抗渗性推荐玄武岩纤维的最佳长度为12 mm,掺量为0.08%(质量分数);随疲劳作用次数和应力比增加,玄武岩纤维混凝土电通量增加幅度低于基准混凝土,其更适合在重载、重交通地区应用;玄武岩纤维细化了混凝土孔结构,无害孔比例增加18.51%,疲劳荷载下混凝土孔径呈扩张趋势,孔分布呈粗化状态;疲劳加载前期混凝土微裂缝主要沿长度方向延伸,而加载后期以宽度扩展为主;玄武岩纤维延缓了混凝土孔结构劣化和微裂缝扩展,从而降低了抗渗性衰减幅度。     

玄武岩纤维掺量对页岩轻骨料混凝土强度性能影响的研究

<中作者单位六>=研究了不同玄武岩纤维体积掺量对页岩轻骨料混凝土各项强度的影响.试验结果表明,玄武岩纤维的掺入会在一定程度上提高轻骨料混凝土的抗压、抗折强度和弹性模量;纤维掺量0.2%时,抗压与抗折强度达到最大值,分别提高11.49%、20%;轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度随着纤维掺量的增加而增加,在纤维掺量0.3%时,劈裂抗拉强度达到最大值,强度提高54.59%;玄武岩纤维掺入页岩轻骨料混凝土中不仅对各相强度有一定提高,且一定程度上改善了轻骨料混凝土的脆性缺陷,起到增强增韧作用.     

短切玄武岩纤维对矿渣粉煤灰混凝土力学性能和微观结构的影响

以聚丙烯纤维为参照,研究了不同长度(12 mm、18 mm)和体积掺量(0.50％、0.10％、0.20％和0.30％)的短切玄武岩纤维对矿渣粉煤灰混凝土工作性能、抗压强度、劈裂抗压强度和抗折强度的影响,并采用扫描电镜(SEM)和压汞法(MIP)对纤维混凝土的微观形貌和孔结构进行了分析.结果表明:掺入玄武岩纤维可以显著提高矿渣粉煤灰混凝土的抗折强度和劈裂抗拉强度,但对抗压强度的改善并不明显,且以长度为18 mm的玄武岩纤维,体积掺量为0.20％时,对混凝土的抗压、抗折和劈裂抗拉强度的增强效果最为显著.SEM和MIP分析结果显示:一定掺量范围内,玄武岩纤维与基体界面黏结性能良好,能够有效抑制裂纹扩展,且玄武岩纤维的掺入能够降低混凝土中有害孔的比例,改善孔结构.     

混凝土抗盐冻性能试验研究

寒冷地区海洋环境和除冰盐环境中的混凝土结构受到盐害和冻害的双重作用,使混凝土的破坏更加严酷.本文采用快速冻融方法,对混凝土在盐溶液中进行了冻融试验,通过试验探讨了水胶比,粉煤灰掺量,含气量等因素的变化对混凝土抗盐冻性能的影响,研究了混凝土外观、质量损失率、相对动弹性模量、超声声速、抗压强度随冻融循环次数的变化规律.试验结果表明,试件均由于质量损失率超过5%而破坏;水胶比是影响混凝土抗盐冻性能的决定性因素,适当的粉煤灰掺量也能使混凝土达到抗盐冻性能要求,存在一个临界含气量能最大限度地提高混凝土抗盐冻性能;即使在引气条件下,大水胶比(0.50)和大掺量(50%)粉煤灰混凝土的抗盐冻性能仍很差.     

玄武岩纤维对透水混凝土基本性能的影响研究

选取12、24 mm两种长度的玄武岩纤维，以0.05%、0.1%、0.15%、0.2%等四种体积掺量制备透水混凝土，通过测定透水混凝土28 d的抗压强度、抗折强度、孔隙率和透水系数，研究玄武岩纤维的长度和掺量对透水混凝土各项性能的影响。结果表明：玄武岩纤维的掺入有效提高了透水混凝土的强度，随着玄武岩纤维掺量的增加，抗压强度和抗折强度均呈现出先上升后下降的趋势；随着玄武岩纤维掺量的增加，透水性能逐渐下降，玄武岩纤维的掺入对透水性能产生不利影响；综合考虑强度和透水性能，适宜掺入的玄武岩纤维长度为24 mm,掺量在0.1%～0.15%之间。     

动载下玄武岩纤维混凝土能量耗散特征与破坏损伤规律

本文基于分离式霍普金森压杆试验装置,在4种不同的应变率下研究了4种不同玄武岩纤维掺量混凝土的破坏行为和能量耗散特征。结果表明：随应变率的增加,不同玄武岩纤维掺量混凝土的分形维数均线性增加,掺入纤维会降低分形维数增长的速率;混凝土的入射能、反射能、耗散能均呈线性增长趋势,透射能呈轻微下降趋势。随纤维掺量的增加,不同应变率下玄武岩纤维混凝土的分形维数先增大后减小,耗散能密度呈先增大后减小再增大的“S”形趋势。随着分形维数的增长,不同玄武岩纤维掺量混凝土的耗散能密度均呈线性增长。当纤维体积分数为0.1%时,混凝土的性能最优,可承受的损伤最大。     

纤维混凝土抗冻性能及损伤劣化模型研究

为了提高寒冷地区建筑的安全性和使用寿命等问题,通过分析不同纤维、粉煤灰掺量的混凝土试件在相应冻融次数下的质量损失率、相对动弹性模量及强度(抗压强度、劈裂抗拉强度)变化规律,研究掺入纤维的比例对混凝土抗冻性的影响.结果 表明:掺入钢纤维(SFs)和PVA纤维时,抗压强度、劈裂抗拉强度显著提高,在冻融次数相同的情况下,掺量与强度呈正相关;随着冻融次数的增加,质量损失率曲线先下降后上升,相对动弹性模量曲线呈下降趋势,掺入4％(质量分数)的SFs及0.05％(质量分数)的PVA纤维时,混凝土试件抗冻性能最优;掺入适量粉煤灰可有效改善混凝土质量、动弹性模量及强度损失.基于相对动弹性模量、强度数据建立冻融循环损伤模型来评价纤维混凝土的损伤程度,选用二次函数衰减模型进行数据拟合,发现建立的模型拟合程度较高,可有效反映冻融循环作用下纤维混凝土的冻融损伤程度.