冻融与碳化交替作用下混凝土损伤模型

应用损伤力学和断裂力学理论,求解出冻胀力作用下混凝土裂纹扩展前后的应变能,建立了基于能量守恒原理的裂纹扩展和损伤模型,并从细观裂纹扩展角度探讨了碳化对冻融的影响,提出了冻融与碳化交替作用时混凝土的损伤模型。研究表明,两者交替作用下,渡槽混凝土冻融损伤有所延缓。     

冻融环境下水工混凝土结构碳化时变可靠度分析

碳化作用是水工混凝土结构最为普遍的耐久性劣化因素.在寒冷地区,混凝土冻融损伤进一步加剧了碳化作用,特别在干湿交替部位更为严重.针对冻融环境下混凝土碳化问题,分析了服役龄期内冻融损伤混凝土的碳化时变可靠水平.结合已有混凝土碳化模型、混凝土冻融损伤模型、实验室与自然环境冻融相关关系等建立了冻融环境下混凝土碳化深度模型,进而结合相关变量的统计模型和数字特征,建立了碳化时变可靠度分析方法.然后,通过参数分析,研究了冻融、碳化残量、环境影响系数和混凝土部位对碳化时变可靠度的影响规律.该研究为寒冷地区水工混凝土结构碳化时变可靠度分析和碳化寿命预测提供参考.     

复杂环境作用下粉煤灰混凝土碳化性能试验研究

为了探究粉煤灰混凝土在多种因素共同影响下的碳化性能,对0%、10%、20%、30%四种粉煤灰掺量下的混凝土分别进行单一冻融循环、单一干湿循环以及冻融-干湿循环作用下的碳化试验.研究结果表明：随着循环次数的增加,碳化深度呈幂函数增长;相同环境下,粉煤灰掺量越大,碳化深度也越大;随着碳化龄期的增加,碳化深度呈逐渐增大趋势;相同碳化龄期（7d、14d、21d、28d）和粉煤灰掺量（0%、10%、20%、30%）情况下,冻融-干湿-碳化深度＞冻融-碳化深度＞干湿-碳化深度;根据试验结果,建立了粉煤灰混凝土碳化模型,可较好模拟不同环境、粉煤灰掺量以及碳化时间下的碳化深度,可为工程实践提供帮助.     

高寒地区水电站水工混凝土耐久性研究

高原地区具有独特的气候条件、原材料特点以及施工方法,高原、高寒、低压的气候特征将会对水工混凝土的耐久性和服役寿命产生较大影响。笔者结合当地水工混凝土可能经受的干湿冻融循环、碳化、化学侵蚀等耐久性问题,开展混凝土冻融循环破坏和干湿循环-冻融协同作用、碳化-冻融协同作用、化学侵蚀-冻融协同作用等多种因素破坏的试验。试验后得知:冻融循环和干湿循环的叠加作用对混凝土性能的影响不是二种因素之间的简单叠加,而是会产生放大效应。无论是先碳化后冻融还是先冻融后碳化,其碳化深度总体来说都随着水胶比的增加而增大。尽管混凝土试件经受多次冻融循环后,外观、质量以及相对动弹模变化不大,但强度劣化十分严重,建议采用性能损耗率或降低率等指标来表征混凝土的冻融耐久性。研究水工混凝土的耐久性,对保障高寒地区水电站水工混凝土质量起到了良好的指导作用。     

多因素协同作用下混凝土碳化深度预测模型研究

混凝土碳化是导致混凝土坝服役性能降低的内在因素之一,为保证混凝土坝长效健康服役,应揭示混凝土碳化随时间的演变规律。基于多孔介质理论,以混凝土孔结构为基础,从决定碳化的基本物理化学条件出发,研究了冻融和应力作用对混凝土孔隙率变化的影响,并据此建立了多因素协同作用下混凝土碳化深度预测模型。试验数据验证结果表明,所建立的预测模型有效性较好。     

碳化及硫酸盐侵蚀对混凝土强度性能的影响研究

为研究碳化与硫酸盐侵蚀共同作用下混凝土的强度特性及其演变规律,分别通过单一硫酸盐干湿循环试验、单一碳化试验以及碳化与硫酸盐干湿循环的交替试验,分析其对混凝土强度特性的影响机理。试验结果表明:水灰比越小,单一硫酸盐侵蚀以及碳化与硫酸盐侵蚀交替作用后混凝土的抗压强度及劈裂抗拉强度降低幅度越小;随着碳化时间的延长,混凝土的抗压强度及劈裂抗拉强度呈现先快后慢的增长趋势,且水灰比越大,增长幅度越大;碳化与硫酸盐侵蚀共同作用下,二者对混凝土强度的影响特征并非各自影响效应的简单叠加,而是相互影响、相互促进。因此,在碳化和硫酸盐侵蚀作用同时存在的环境中,混凝土的水灰比不应太大。     

掺粉煤灰再生混凝土宏观及微观碳化性能研究

为了研究不同再生粗骨料掺量和不同粉煤灰掺量下再生混凝土的抗碳化性能以及经过一段时间碳化之后再生混凝土的性能变化,对不同粉煤灰掺量(0、20%、40%)与不同再生骨料掺量(0、50%、100%)的混凝土进行了室内碳化性能试验,并且对碳化前后的混凝土试件进行电镜扫描分析。研究表明:随着再生粗骨料与粉煤灰掺量的增加,再生混凝土的碳化深度增大,再生混凝土的碳化速度随着碳化时间的增长而降低,再生混凝土抗压强度越大,碳化深度越小,并根据试验结果进行拟合得出了经不同碳化时间后抗压强度与碳化深度之间的回归方程式。     

严寒沿海地区水工混凝土冻融-干湿循环作用下抗氯离子侵蚀性能试验研究

文章根据北方沿海地区自然环境中混凝土的服役状态,设计了一种冻融循环和干湿循环耦合作用下的试验方法,研究了基准混凝土、轻烧氧化镁混凝土、聚丙烯纤维混凝土、及同时掺轻烧氧化镁和聚丙烯纤维混凝土4种混凝土在冻融-干湿循环交替耦合作用下的抗氯离子侵蚀性能。对沿海严寒地区混凝土结构耐久性设计具有一定参考意义。     

高温作用下不同水灰比混凝土的抗冻融性能研究

采用快速冻融法,对经受不同高温、不同水灰比的混凝土进行了40次抗冻融循环.通过抗压强度试验测得混凝土的峰值应力、应变和弹性模量.探讨了不同高温作用和不同配合比对混凝土抗冻融性能的影响.研究分析表明:随高温作用温度的升高和水灰比的增大,混凝土的峰值应力逐步降低,弹性模量逐步减小.根据试验结果得出了混凝土冻融后弹性模量与高温作用温度的关系式.计算结论可为经受高温作用的混凝土抗冻融设计提供理论依据.     

碳化与硫酸盐溶液干湿循环后混凝土断裂韧度

为研究劣化作用对混凝土断裂韧度的影响,通过碳化、硫酸盐溶液干湿循环单一及交替作用后混凝土切口梁三点弯曲试验,探讨了碳化时间、硫酸盐溶液干湿循环次数对混凝土断裂韧度的影响。结果表明:碳化和硫酸盐溶液干湿循环均会对混凝土断裂韧度造成一定程度的劣化,劣化程度因子小于1。随着碳化时间和硫酸盐溶液干湿循环次数的增加,断裂韧度呈减小趋势;单一劣化作用时,随着碳化时间和硫酸盐溶液干湿循环次数的增加,劣化程度因子减小显著,且碳化时间、硫酸盐溶液干湿循环次数与劣化程度因子之间分别满足近似指数关系;由于碳化和硫酸盐溶液干湿循环的交互影响,单一劣化作用对断裂韧度的劣化程度逐渐呈现大于交替劣化作用影响的趋势。在分析试验结果的基础上,建立了劣化作用后混凝土断裂韧度计算模式,该模式有助于分析劣化作用后混凝土裂缝扩展并预测其断裂韧度。     

冻融循环与疲劳荷载作用下混凝土损伤研究

为研究冻融循环与轴向疲劳荷载作用下混凝土力学性能损伤演化规律,对混凝土试件分别进行冻融循环、疲劳加载、先冻融循环后疲劳加载和先疲劳加载后冻融循环4种损伤试验,以试件经历损伤后的抗压强度劣化作为损伤评价指标研究混凝土的损伤特性和机理,同时研究相对动弹性模量和质量的劣化规律。研究结果表明:不同联合作用下,混凝土的相对动弹性模量均呈现降低趋势。冻融循环单一因素作用下,混凝土强度随冻融次数的增加逐渐降低;疲劳荷载单一因素作用下,混凝土强度随疲劳次数增加呈先升后降的趋势,疲劳4万次时,混凝土的损伤度为1.8%;先冻融循环后疲劳加载作用下,即混凝土先受冻融循环作用,再受1万次应力水平(0.1 f_c~0.5 f_c)的疲劳荷载作用时,随疲劳次数的增加,试件的强度均呈现升高趋势;先疲劳加载后冻融循环作用下,随冻融次数的增加,混凝土的力学性能损伤显著,历史疲劳次数为0.5万次和1万次,再经历75次冻融循环作用时,其损伤度分别为19%和24.2%。研究成果可为建立符合实际工程的混凝土结构耐久性设计理论提供较可靠的基础依据。     

水利部“混凝土坝养护修理规程”介绍

本文介绍混凝土坝各类检查的一般规定和检查的项目、内容及方法和要求；混凝土坝经常或定期性养护及冻害、碳化、氯离子侵蚀与化学侵蚀的防护；混凝土坝裂缝修补、渗漏处理、剥蚀修补及处理的调查、成因介绍及判断、修补技术处理方法、施工工艺和修补材料的选择以及水下修补的技术方法和施工要求。     

冻融条件下水工混凝土渗透性演化试验研究

寒冷地区的混凝土面板堆石坝在经历长期冻融作用后,其面板渗透性逐渐增大,从而影响大坝安全稳定。为此,通过解决冻融作用下混凝土表面不平整等问题,利用Autoclam渗透性测试仪测试了不同水胶比、掺粉煤灰以及引气剂下混凝土渗透性随冻融次数的变化规律。结果表明,不同水胶比混凝土的渗透系数随冻融次数的增加均呈指数增长趋势,水胶比较小的混凝土其渗透系数增长的最缓慢;高冻融循环次数后,同时掺粉煤灰和引气剂对增强混凝土的抗渗性效果最明显。此外,还探究了冻融条件下混凝土渗透性与其抗压强度之间的相关性。     

粉煤灰掺量对真空脱水混凝土碳化速度的影响

提出制作真空脱水混凝土试件的试验方法,针对粉煤灰掺量(等量取代水泥)分别为0,15%,30%时的真空脱水混凝土试件与非真空脱水混凝土试件进行快速碳化试验。试验结果表明:粉煤灰掺量为15%时,在加强混凝土养护的情况下,掺粉煤灰对混凝土碳化深度影响不大;粉煤灰掺量为30%时,掺粉煤灰对混凝土碳化深度影响较大,尤其是真空脱水混凝土碳化深度增加约20%;真空脱水技术的应用能减小混凝土的碳化深度。     

紫外线辐射及冻融循环双因素下面板混凝土力学性能研究

为了建立考虑紫外线辐射作用的混凝土冻融循环损伤模型,有必要弄清紫外线辐射与冻融循环相结合条件下对面板混凝土力学性能的影响。为此进行了紫外线辐射试验、冻融循环试验和混凝土抗弯强度试验,并对混凝土试件表面状况、质量损失率和抗弯强度进行了对比分析。试验结果表明:在一定冻融循环次数下,水灰比越大,质量损失率越大。相较于未经紫外线照射的对照组,经过紫外线照射的试件在经过一定循环次数的冻融后,其质量损失率更大。紫外线辐射对低强混凝土的质量损失率影响主要是在冻融循环的早期表现出来,而对高强混凝土则是在冻融循环的晚期表现出来。紫外线辐射对经受冻融循环后的混凝土抗弯性能没有明显的影响,在其他条件相同的情况下,水灰比越低,抗弯强度越高。     

超低温冻融循环后混凝土应力～应变全曲线试验研究

通过对21个混凝土棱柱体试件进行冻融循环后的应力~应变全曲线试验,分析比较了不同温度和冻融循环次数对混凝土应力~应变全曲线的影响。试验研究表明:(1)超低温冻融循环后混凝土峰值应力降低,峰值应变随冻融循环次数的增加而增大;(2)在相同冻融循环次数条件下,冻融温度越低,相应的下降段曲线下降越缓慢;(3)在其他条件相同的情况下,冻融循环次数是影响不同冻融温度之间差异是否明显的主要因素。通过非线性拟合得到了受超低温冻融循环作用的混凝土应力~应变理论曲线,研究成果可为混凝土材料非线性分析提供参考。     

混凝土冻融劣化后动态单轴抗压特性试验研究

为研究混凝土冻融循环后的动态力学性能,利用10 MN动静三轴仪对不同冻融劣化程度的混凝土在不同加载速率下进行单轴压缩试验,同时采集声发射数据分析试验过程中能量释放及损伤演化规律。最后,选用Weibull-Lognormal损伤本构模型,对试验数据进行拟合分析,并分析不同工况混凝土的损伤随应变的发展规律。研究结果表明:①相同冻融劣化程度时,随应变速率增加,峰值应力增大,峰值应变减小;冻融劣化程度会影响峰值应力的率敏感性;②在应变速率相同时,随冻融循环次数增加,峰值应力随之减小,峰值应变随之增大。③混凝土冻融劣化后应力应变关系峰前服从Weibull统计分布,峰后服从Lognormal统计分布。④在相同应变速率下,随着冻融循环次数的增加,混凝土的累计塑性应变整体呈增大趋势。     

新型聚脲混凝土保护材料开发及工程应用研究

船闸闸墙混凝土受过往船只的碰撞、摩擦,容易受破坏、形成擦痕,这不仅影响了船闸的美观,同时影响其耐久性;闸墙混凝土的有效防护是当务之急。以聚天门冬氨酸酯树脂为基体,制备了一系列脂肪族聚脲材料;并通过分析各材料的力学性能,选择其中性能最佳者作为船闸闸墙混凝土的新型抗冲撞保护材料。将该聚脲材料涂覆在混凝土表面,测试分析材料的抗冻融、抗碳化以及抗冲磨性能;在室内性能试验的基础上,将该材料用于葛洲坝和三峡大坝的船闸闸墙,进行现场生产性试验。试验结果表明,该聚脲材料具有显著的耐候性和抗冲撞性能,有望解决船闸闸墙混凝土保护这一世界性难题。     

冻融环境下引气混凝土双轴拉-压强度和破坏准则的试验研究

本文对掺引气剂混凝土进行了不同次数快速冻融试验，用电子显微镜观察了经受不同次数冻融循环后混凝土微观结构的变化，并进行了6种应力比下的双轴拉-压试验，观察了试件破坏形态，测得了混凝土试件的抗拉强度和抗压强度。试验发现，掺引气剂混凝土在双轴拉-压荷载作用下，其抗拉强度和抗压强度均随冻融循环次数的增加而明显降低。在此基础上，分析了双轴拉-压极限强度随冻融循环次数的变化规律，并在主应力空间和八面体应力空间建立了同时考虑冻融循环次数和拉压比的破坏准则。