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。     

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。     

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。     

不同含水率混凝土遭受常温至-190℃间冻融循环作用的抗压强度试验研究

通过不同含水率混凝土的常温至-190℃间冻融循环作用试验,探讨混凝土含水率对其超低温冻融循环作用下的受力性能影响。结果表明,不同含水率混凝土的受力性能存在明显差异。经历超低温冻融循环作用的混凝土抗压强度随其含水率的增大,上下限温度时均逐渐提高。但随冻融循环作用次数的增加,上限温度时总是呈减小态势,而下限温度时则与之完全不同、且与混凝土含水率密切相关。其超低温相对抗压强度增量随混凝土含水率的变化趋势,与未经历冻融循环作用时相同但相比均较大。依据试验与已有的研究结果,给出的经历超低温冻融循环作用的混凝土相对抗压强度增量拟合公式可用于液化天然气储罐类的超低温混凝土结构设计。     

常温及-30℃至-120℃间冻融循环作用混凝土受压强度试验研究

通过常温及-30℃至-120℃间冻融循环作用混凝土的试验,得到混凝土超低温冻融循环下受压强度的变化规律。结果表明,经历冻融循环作用的混凝土破坏形态基本同常温,但冻融循环上限温度时不再呈对顶棱锥状;冻融循环作用导致的混凝土受压强度恶化主要集中于初期,随冻融循环次数继续增加则影响较小;冻融循环作用上下限温度时的混凝土受压强度变化规律相似,不同冻融循环工况下混凝土受压强度在冻融循环开始时相似,但随后有所不同。     

变温度区间冻融作用下岩石物理力学性质研究及工程应用

利用取自西藏玉龙铜矿的花岗岩试样进行变温度区间的冻融循环实验,分析饱水状态花岗岩在四种温度区间（-10℃~20℃、-20℃~20℃、-30℃~20℃、-40℃~20℃）冻融循环作用下的质量损失率、饱和吸水率、单轴抗压强度、弹性模量、峰值应变、泊松比、冻融系数。将实验结果应用于具体工程实例中,采用强度折减法计算冻融循环对花岗岩边坡稳定性的影响程度,分析边坡破坏模式,并提出相应的防护措施。研究结果表明:随着冻融温度下限的降低,花岗岩试样质量损失率、饱和吸水率、峰值应变略有增大,单轴抗压强度、弹性模量有所减小,温度下限降低至-30℃以下时,花岗岩抗冻性由较好变为较差。温度区间是岩石冻融过程中影响其物理力学性质的重要原因,该研究可为岩石冻融循环室内实验与寒区岩质边坡工程的有效结合提供参考。     

不同冻融介质作用下混凝土力学性能衰减模型

通过快速冻融试验,研究了三种不同冻融介质(水、3.5wt%NaCl、飞机除冰液)对混凝土质量损失、动弹模量以及力学性能的影响,比较了三种冻融介质对混凝土损伤程度的大小,分析了混凝土相对动弹性模量与相对剩余抗压强度和相对剩余抗折强度之间的关系,基于相对动弹性模量建立了相对剩余抗压强度和相对剩余抗折强度衰减方程。结果表明:3.5wt%NaCl溶液对混凝土的损伤度要远大于单纯水冻融循环对混凝土的损伤度,飞机除冰液对混凝土冻融损伤具有抑制作用;混凝土抗压、抗折强度以及相对动弹性模量随着冻融循环次数的增加而降低;三种冻融介质下混凝土抗压、抗折强度损失率大小关系为:3.5wt%NaCl水飞机除冰液;相对动弹性模量与相对剩余抗压强度、相对剩余抗折强度相关性好,可以通过测定混凝土相对动弹性模量来评估混凝土相对剩余强度。     

极地低温下冻融作用对混凝土断裂性能的影响

为研究混凝土在极地及严寒地区经历冻融循环作用后的耐久性能变化情况,该文通过慢冻法开展了84个三点弯曲梁的冻融循环及加载试验。试验以冻融循环下限温度(低至-80℃)、冻融循环次数、混凝土强度、混凝土类型为研究变量,对比分析了冻融循环前后混凝土基本力学性能和关键断裂参数的变化规律。研究结果表明：随着循环下限温度的降低以及循环次数的增加,混凝土的基本力学性能以及起裂韧度和断裂能均呈下降趋势,但失稳韧度以及特征长度则呈相反趋势,表明混凝土在经历冻融循环后阻裂的能力下降,但混凝土变形性能有明显改善;随着混凝土强度的提高,抗冻耐久性能有一定程度的提升;海水海砂混凝土经受冻融循环后断裂性能不低于普通混凝土;提出冻融损伤累积量的概念,可利用其反映断裂参数的变化情况和不同冻融工况的定量化比较。     

玄武岩纤维混凝土在冻融环境下的力学性能研究

为了研究玄武岩纤维混凝土在西北寒冷地区盐冻作用下,性能是否满足工程要求,对此,该文对玄武岩纤维混凝土在冻融循环作用下的力学性能进行研究,研究结果表明以下3点：1）在75次冻融循环前,素混凝土和纤维掺入量分别为0.04%、0.08%和0.12%玄武岩纤维混凝土的质量损失率均增长缓慢,在75次冻融循环后,其质量损失率快速增大。2）在50次冻融循环前,素混凝土和不同掺量玄武岩纤维混凝土的相对动弹性模量变化较小,在50次冻融循环后,其相对动弹性模量快速变小。3）在相同冻融次数条件下,素混凝土质量损失率最大,而相对动弹性模量最小,纤维掺入量为0.12%玄武岩纤维混凝土质量损失率最小,而相对动弹性模量最大。以上研究可供类似混凝土工程参考。     

冻融红砂岩的SHPB试验研究及细观分析EI北大核心CSCD

使用100 mm直径分离式霍普金森压杆对不同冻融循环次数的红砂岩试件进行冲击试验,得到了冻融红砂岩的应力应变曲线,分析了峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化。使用扫描电镜对冻融后的岩样进行检测,分析了冻融循环对红砂岩的影响。研究结果表明,随冻融次数的增加,峰值应力降低,且峰值应力具有明显的应变率效应,采用峰值应力相对损失量ξ对不同应变率作用下的试件进行归一化处理,ξ随冻融循环的进行近似线性变化。随冻融循环次数的增加,峰值应变逐渐增加,试件的弹性模量逐渐降低。利用扫描电镜对冻融试件的进行扫描,发现冻融循环后红砂岩试件的胶结物质大量脱落,颗粒间联接减弱。定量分析表明,孔隙面积的增加与红砂岩强度的降低有明显的相关关系。     

冻融红砂岩的SHPB试验研究及细观分析

使用100 mm直径分离式霍普金森压杆对不同冻融循环次数的红砂岩试件进行冲击试验,得到了冻融红砂岩的应力应变曲线,分析了峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化。使用扫描电镜对冻融后的岩样进行检测,分析了冻融循环对红砂岩的影响。研究结果表明,随冻融次数的增加,峰值应力降低,且峰值应力具有明显的应变率效应,采用峰值应力相对损失量ξ对不同应变率作用下的试件进行归一化处理,ξ随冻融循环的进行近似线性变化。随冻融循环次数的增加,峰值应变逐渐增加,试件的弹性模量逐渐降低。利用扫描电镜对冻融试件的进行扫描,发现冻融循环后红砂岩试件的胶结物质大量脱落,颗粒间联接减弱。定量分析表明,孔隙面积的增加与红砂岩强度的降低有明显的相关关系。     

关键影响因素耦合作用下混凝土低温受压峰值应变试验研究

通过混凝土的低温轴压试验系统地探讨作用的低温(-40℃至-180℃)和混凝土的含水率(1.5%至5.5%)、强度等级(C30、C40和C50)等3个关键因素对混凝土低温受压峰值应变的影响。结果表明,混凝土的受压峰值应变在低温下提升幅度较小,但各关键影响因素间存在明显的耦合作用关系。其它条件相同情况下,混凝土低温受压峰值应变随其含水率增加而升高,随作用的低温降低呈现出先增长后趋于稳定的变化趋势,而混凝土强度等级对其低温受压峰值应变的影响则相对较小。由试验结果拟合给出的混凝土低温相对受压峰值应变关于作用的低温以及混凝土的含水率、强度等级等3个关键影响因素的耦合作用关系式可为低温储罐类混凝土结构的设计和安全性能评估提供参考。     

不同取代率下再生混凝土的抗冻融性能试验

采用快冻法对9种再生混凝土进行了冻融循环试验。分析了经受100次冻融循环后不同取代率下再生粗骨料和再生细骨料对混凝土立方体抗压强度的影响;研究了每25次冻融循环后再生混凝土的棱柱体质量损失率和相对动弹性模量的变化;比较了100次冻融循环作用对不同取代率下再生混凝土抗压承载力的影响。结果表明,再生混凝土抗冻融性能有所下降,且降低幅度随再生骨料取代率的增加而加剧;100次冻融循环后,再生粗骨料取代率为50%,细骨料为天然骨料的再生混凝土,其质量损失率、相对动弹性模量衰减幅度和抗压承载力损失率均与普通混凝土接近,建议再生粗骨料掺量不高于50%的再生混凝土可在寒冷地区推广应用。     

超高性能混凝土与普通混凝土的黏结抗冻性能

对147个超高性能混凝土与普通混凝土的100mm×100mm×100mm立方体黏结试件进行了冻融循环后的黏结性能研究,测量了冻融后试件的相对动弹性模量、质量损失率以及劈裂抗拉强度,研究了超高性能混凝土中的钢纤维掺量、普通混凝土的强度等级、黏结面形式、试件的浇筑方向等因素对黏结试件抗冻性能的影响。结果表明,冻融循环结束后,所有黏结试件中的超高性能混凝土部分都没有出现损伤,超高性能混凝土可以作为普通混凝土结构的理想外围护材料;随着冻融循环次数的增加,黏结试件的相对动弹性模量逐渐减小,质量损失率先降低后增加,黏结试件的劈裂抗拉强度线性下降;影响黏结试件冻融后劈裂抗拉强度下降速度的关键因素是超高性能混凝土中的钢纤维掺量和黏结面的形式。     

纤维混凝土抗冻性能研究

为研究冻融循环条件下纤维混凝土抗冻性能,采取快速冻融试验对不同掺加方式下钢纤维、聚丙烯纤维混凝土性能进行研究。并通过SEM分析了其微观结构。试验结果表明,在纤维掺量固定时,不同纤维掺加方式的混凝土性能有显著不同。随冻融循环次数的增加,其质量损失、动弹性模量、抗压、抗折强度都有显著不同变化,混杂纤维混凝土性能较单一纤维混凝土好,层布式纤维混凝土性能较整体式纤维混凝土好。     

冻融损伤后钢筋与再生混凝土黏结滑移性能试验研究

对经过0次、25次、50次、75次、100次冻融循环作用后的再生混凝土(粗骨料取代率100%)进行拉拔试验研究,得出不同冻融循环次数、保护层厚度和锚固长度下钢筋与再生混凝土间黏结性能的变化规律。结果表明:随着冻融循环次数的增加,钢筋与再生混凝土间的黏结强度逐渐降低,而滑移值逐渐增加;黏结强度随着相对保护层厚度的增加而增大且呈线性关系,随着相对锚固长度的增加,黏结强度却随之减小,当相对保护层厚度和锚固长度增加到一定值后,黏结强度基本保持不变。基于试验结果给出黏结-滑移曲线,曲线分为微滑移线性阶段、滑移阶段、滑移加速阶段、非线性下降段和残余阶段等5个阶段。通过分析试验数据提出不同影响因素下各阶段黏结锚固特征值的拟合计算公式,为我国冻融环境下再生混凝土结构的耐久性设计提供参考。     

纳米碳纤维增强混凝土抗冻性能试验

对六种不同纳米碳纤维掺量的72个纳米碳纤维/混凝土试件进行了慢冻融循环试验,通过测量纳米碳纤维/混凝土经不同冻融循环次数作用后的抗剥落能力、质量损失率、相对动弹性模量和抗压强度损失率,研究了纳米碳纤维掺量对纳米碳纤维/混凝土抗冻性能的影响。另外进行了纳米碳纤维/混凝土的FE-SEM试验和压汞试验,分析了纳米碳纤维对纳米碳纤维/混凝土抗冻性能的微观改性机制。结果表明:纳米碳纤维通过改善混凝土的微观形貌,细化其孔隙结构,提高其整体性和密实度,显著改善了混凝土的抗冻性能;纳米碳纤维掺量为3vol%时,纳米碳纤维/混凝土的抗冻性能最佳。同普通混凝土相比,300次冻融循环后,纳米碳纤维/混凝土的相对动弹性模量提高了33.2%,抗剥落能力显著增强;相同冻融次数下,随着纳米碳纤维掺量的增加,纳米碳纤维/混凝土相对动弹性模量和抗压强度损失率均先增大后减小,质量损失率先减小后增大。但纳米碳纤维掺量最大为5vol%时,纳米碳纤维/混凝土的抗冻性能仍优于普通混凝土;冻融循环次数越多,纳米碳纤维对混凝土抗冻性能的改善作用越显著。      

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。     

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。