盐冻作用后风积沙混凝土孔结构对抗压强度影响的灰熵分析

为了研究盐冻环境下孔结构对风积沙混凝土抗压强度的影响，对不同风积沙掺量下的混凝土进行抗压强度和核磁共振孔结构试验。采用灰熵法分析孔结构特征参数对冻融循环后混凝土抗压强度的影响规律，在此基础上建立了不同冻融循环次数下孔结构参数和风积沙贡献率的复合型抗压强度模型。结果表明：混凝土的抗压强度和束缚流体饱和度随着冻融循环次数的增加逐渐降低，孔隙率和自由流体饱和度随着冻融循环次数的增加逐渐增大。30%以内风积沙掺入对混凝土的抗冻性能具有一定增强作用，20%的风积沙对混凝土抗盐冻后的抗压强度、孔隙率和束缚流体饱和度的抗损伤劣化提升效果最为明显。由灰熵分析可知，束缚流体饱和度和孔径小于10μm的孔体积占比与抗压强度的关联度较高。本研究建立了混凝土抗压强度与束缚流体饱和度、孔径小于10μm的孔体积占比和风积沙有效贡献率的抗压强度复合模型，模型拟合度较高。本研究可为风积沙混凝土在西北地区的推广提供理论基础。     

硝酸侵蚀/冻融循环共同作用喷射混凝土耐久性能(Ⅰ):物理力学性能及孔结构变化

以寒冷地区喷射混凝土单层永久衬砌长大公路隧道为工程背景,汽车尾气中氮氧化物与水产物硝酸为冻融介质,采用快速冻融循环法,开展喷射混凝土冻融循环试验,研究了硝酸侵蚀冻融循环共同作用对喷射混凝土耐久性能的影响。以直线导线法对硝酸侵蚀/冻融循环共同作用下混凝土的孔结构进行表征,探究了共同作用喷射混凝土的冻融损伤过程。综合分析认为,硝酸中氢离子对混凝土产生化学侵蚀,硝酸根离子在冻融循环过程中产生盐冻的效果,加快了喷射混凝土冻融损伤劣化速度。共同作用喷射混凝土的抗冻性随水胶比增大而降低,随粉煤灰掺量增大先提升后降低。但随钢纤维掺量增大,喷射混凝土动弹性模量损失率和质量损失率先增大后减小,抗压强度则逐渐增大。随着冻融循环次数增多,喷射混凝土孔结构劣化,大孔径孔和微裂缝数量增大,加速了硝酸向混凝土内部扩散,抗冻性能快速下降。     

复合盐浸下多元外掺剂-混凝土抗干湿-冻融循环性能

通过对粉煤灰、硅灰、矿渣、膨胀剂、引气减水剂（Air-Entrained Water Reduce Agent,AEWRA）和水泥基自愈合防水材料（Cementitious Capillary Crystalline Waterproofing Material,CCCWM）等多元外掺剂进行组合搭配掺入混凝土中,设计了5组混凝土配比。分析了复合盐（氯盐、硫酸盐和碳酸盐）浸-干湿-冻融循环等多种因素共同作用下多元外掺剂-混凝土的腐蚀破坏现象、质量损失率、相对动弹性模量衰减规律和抗侵蚀系数变化规律。采用SEM、EDS和XRD,研究了多元外掺剂-混凝土腐蚀的微观结构变化规律。研究结果表明,双掺粉煤灰和硅灰混凝土提高混凝土的抗侵蚀性能作用有限;在双掺粉煤灰和硅灰基础上加入适量的膨胀剂能够较大幅度提高混凝土的抗侵蚀性能,经11次复合盐浸-干湿-冻融循环后,其相对动弹性模量仍然在80%以上,抗侵蚀系数在0.9以上;CCCWM作为一种外掺剂加入混凝土会降低混凝土的耐侵蚀性,经4次复合盐浸-干湿-冻融循环后,相对动弹性模量就降到了60%以下,抗侵蚀系数从1.0降到了0.3。微观机制研究也表明,在复合盐浸-干湿-冻融循环作用下,腐蚀产物钙矾石和方解石共同作用会加速混凝土的腐蚀破坏。     

氯盐环境下纤维编织网增强混凝土拉伸性能

通过拉伸试验研究了氯盐干湿、氯盐冻融循环和常规环境下纤维编织网层数、种类以及氯盐浓度和循环次数等因素对纤维编织网增强混凝土（纤维/混凝土）拉伸性能的影响。结果表明：三种环境下,增加纤维编织网层数均可提高纤维/混凝土的拉伸性能,且碳纤维编织网较玄武岩纤维编织网的增强作用更明显;氯盐浓度、干湿或冻融循环次数对纤维/混凝土拉伸极限荷载影响不明显;常规环境和氯盐干湿循环下,掺入短切聚乙烯醇（PVA）纤维和耐碱玻璃（AR-glass）纤维均可以提高纤维/混凝土的拉伸极限荷载;氯盐冻融循环下,掺入短切PVA纤维的纤维/混凝土的拉伸极限荷载未有提高,而掺入短切AR-glass纤维的纤维/混凝土的拉伸极限荷载增大。     

利用抛填骨料工艺提升混凝土护栏抗盐冻性能效果分析

本研究通过表观形貌、抗压强度及质量损失等方法，探究在冻融循环-氯盐侵蚀作用下抛填骨料混凝土抛填率对混凝土抗盐冻性能的影响规律。结果表明：抛填骨料工艺可有效提高混凝土的抗冻耐久性，但当抛填率超过一定程度后，对抗盐冻性能的提升作用减弱，抗压强度与抛填率存在二次函数关系。通过数值拟合的方式得到兼顾混凝土强度与抗盐冻性能的最佳抛填率为12%～14%。     

稻壳灰橡胶混凝土抗冻融性能及微观结构

为研究稻壳灰橡胶混凝土(RRC)的抗冻融性能，对比分析在氯盐环境下冻融循环后，普通混凝土(Normal concrete,NC)、橡胶混凝土(Rubber concrete,RC)和RRC的质量损失、相对动弹模量损失、强度损失及微观结构特征，同时对相对动弹模量与相对抗压强度的关系进行拟合分析。结果发现：随冻融循环次数增加，稻壳灰橡胶混凝土表面坑蚀愈明显，内部孔隙增多，微裂缝发展并贯通，宏观强度显著降低，相对动弹模量与抗压强度有良好相关性，拟合结果较优。橡胶的高弹性和稻壳灰极高的火山灰效应有效缓解了冻胀力带来的损伤，各冻融阶段RRC的损伤程度均明显优于NC，其中以稻壳灰掺量(占胶凝材料质量比)为10%、橡胶掺量(等体积取代砂)为10%时的RRC力学性能与抗冻融性能综合最优，经历120次冻融循环后，其抗压强度损失率较NC降低了18%。     

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。     

再生混凝土界面结构及耐久性综述

随着城市化进程加快,废弃混凝土产量与日俱增,其处理方式以堆放、填埋为主,严重破坏生态环境。推广使用废弃混凝土生产再生骨料并用于制备再生骨料混凝土,已成为研究热点。目前,再生混凝土已应用于城市新建结构中。再生混凝土界面结构具有高孔隙率,水分及侵蚀性离子的扩散作用会加剧界面结构劣化,使界面成为再生混凝土的强度限制相。近年来,众多学者通过改善再生混凝土内界面过渡区结构,以提高再生混凝土的基本力学性能,增强再生混凝土耐久性能,并取得了丰硕成果。相关学者分别从细、微观角度对界面结构展开深入研究,揭示了新、旧骨料砂浆间界面结构对再生混凝土性能的影响机理,并以再生骨料及界面结构的多孔性为切入点进行了诸多改善研究,包括骨料预浸、骨料裹浆、骨料碳化、掺加矿物掺合料、完善再生混凝土制备方法等,均取得了良好的成果,降低了再生骨料性质和界面结构对再生混凝土的消极作用。在我国温差较大、盐渍土丰富的西北地区,再生混凝土结构主要面临抗冻融循环和抗盐侵蚀耐久性问题。目前,相关学者通过一系列试验研究已基本探明再生混凝土的冻融循环和盐侵蚀机理,关于盐侵蚀研究,建立了氯离子迁移模型以用于氯离子迁移评估,并对单一种类离子侵蚀界面结构进行了显微分析。另外,提出降低再生混凝土水灰比、选用高品质再生骨料、掺加适量矿物掺合料和掺加剂,有助于减少界面过渡区生成,增强再生混凝土的耐久性。本文归纳了再生混凝土的研究进展,对再生混凝土的界面结构、力学性能、抗冻融循环、抗盐侵蚀性能等方面进行了综合评述,梳理了再生混凝土力学性能和耐久性的改善方法,分析了再生混凝土研究面临的主要问题并展望其前景,以期为今后我国西北地区废弃混凝土可循环利用及再生混凝土结构耐久性评估奠定理论基础。     

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。     

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。     

抗侵蚀抑制剂对混凝土吸水性能及抗盐结晶性能的影响

本工作系统评价了四种混凝土抗侵蚀抑制剂(Cementaid-KT、ZBH、P400、SBT-TIA)对混凝土吸水性能与失水性能的影响,并筛选出性能最优的抗侵蚀抑制剂进一步研究其对混凝土新拌性能、力学性能、氯离子快速迁移系数与抗硫酸盐半浸泡性能的影响。研究表明:掺入四种混凝土抗侵蚀抑制剂均能显著降低混凝土的吸水性能与失水性能,其中SBT-TIA的效果最优。掺入SBT-TIA混凝土的抗盐结晶破坏能力显著增强,其28 d盐结晶高度为3.5 cm,远小于基准组的11 cm。这是由于掺入SBT-TIA后,试块的吸水速率、失水速率均变慢,盐水很难快速被传输至高位(在灯芯效应下)、且表面挥发放缓,因此表现为盐结晶高度与析出量增长缓慢。掺入SBT-TIA混凝土的各龄期抗压强度出现小幅度降低,3 d、7 d、28 d的降低幅度分别为7.5%、5.9%、9.5%;氯离子快速迁移系数降低,降幅为13.3%～25.7%。水下区逐层磨粉试验证实,SBT-TIA的掺入可有效抑制水分及离子在混凝土内部的传输:相比于基准试块,掺入SBT-TIA混凝土试块的同深度内硫酸根离子含量明显下降,且硫酸根含量降低幅度随侵蚀深度的增加而增大,最大降幅为29.2%。     

荷载与服役环境作用下混凝土耐久性的研究和进展

混凝土是基础设施建设不可或缺的工程材料,其耐久性是服役环境下混凝土结构寿命的重要保障。荷载作用引起混凝土材料微结构变化,荷载较大时,混凝土内的孔隙连通和微裂纹扩展影响到介质的渗透和传输。荷载和服役环境的叠加作用加速混凝土性能劣化,因此耦合作用下混凝土耐久性研究成为了国际关注的热点。综述了荷载与服役环境耦合作用下混凝土耐久性研究的探索和研究进展,总结了国内外在荷载-冻融循环、荷载-氯盐、荷载-碳化耦合作用下混凝土耐久性评价方法和表征参数等方面取得的重要突破,并介绍了荷载-冻融循环、荷载-氯盐耦合作用下混凝土寿命预测模型与方法的最新研究成果。最后,指出了现有荷载与典型服役环境作用下混凝土耐久性研究的局限性和后续的研究方向。     

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。     

盐湖卤水侵蚀喷射混凝土衬砌损伤演化

我国西部地区盐湖分布广泛,土壤及地下水中含有高浓度硫酸盐、镁盐及氯盐,其会与衬砌喷射混凝土发生一系列物理化学反应,导致混凝土表面损伤并不断演化,继而造成衬砌结构可靠度下降。为系统研究盐湖卤水侵蚀喷射混凝土损伤形成及演化规律,以5%Na_2SO_4+5%MgSO_4+3. 5%NaCl复合盐溶液为侵蚀介质,采用干湿交替法,分别模拟盐湖卤水及衬砌结构侵蚀方式,开展喷射混凝土损伤演化试验。通过对喷射混凝土侵蚀产物的组成及含量、微观形貌和离子含量进行综合分析,系统研究了卤水侵蚀混凝土的损伤演化机理。结果表明:喷射混凝土中的SO_4~(2-)含量随侵蚀时间的延长而快速增大,Cl~-和Na~+含量缓慢增大,而Ca~(2+)含量和混凝土pH值降低。喷射混凝土卤水侵蚀过程包含水镁石、石膏及钙矾石层形成阶段,C-S-H分解及碳硫硅钙石形成阶段以及水化硅酸镁凝胶形成等三个阶段。期间,结晶盐在毛细孔及微裂缝中不断累积,加速了混凝土的损伤演化。最终,在碳硫硅钙石、水镁石、石膏、钙矾石以及结晶盐所形成的膨胀应力和结晶压力共同作用下,喷射混凝土内部及表面形成网状裂纹,骨料剥落,损伤厚度快速增大。     

混凝土冻融循环下动态破损机理的试验研究

对冻融环境下混凝土试样进行了不同加载速率下的单轴压缩试验,得到了混凝土材料经历不同冻融循环次数下的质量损失及破损形态,分析了冻融循环下混凝土试样的全应力—应变曲线,并给出了其单轴极限抗压强度、峰值应变随加载速率的变化特征。通过运用CT细观试验的方法初步对经历不同加载速率下的试样进行了细观结构分析。试验结果表明:在相同加载率下,混凝土单轴动态极限抗压强度随冻融循环次数的增加而降低;在相同冻融循环次数下,混凝土单轴动态极限抗压强度随加载速率的增大而提高;冻融循环作用下,在低加载速率下,混凝土试样破坏时,裂纹数目较少,主要沿砂浆和交界面处扩展,破坏时呈现出集中式的分布;而在高加载速率下,裂纹逐渐变得分散,破坏时呈现弥散状分布式的裂纹,随着加载率的提高,裂纹穿过骨料的现象增多,骨料破坏数目呈指数形式增长。以此,通过试验系统地研究了冻融循环下混凝土动态破损机理。     

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。     

冻融循环和氯盐侵蚀耦合条件对聚合物快硬水泥混凝土抗冻性的影响

北方地区冬季除冰盐的使用严重影响桥面铺装混凝土的耐久性。因此将硫铝酸盐快硬水泥(SAC)、聚合物改性快硬水泥(JS)和普通硅酸盐水泥(P.O)三种混凝土置于质量浓度为0%和3.5%的NaCl溶液中进行快速冻融循环试验,分析不同条件下混凝土的冻融损伤发展规律,并结合扫描电镜观察,对不同混凝土在水冻和盐冻环境下的内部损伤机理进行分析。试验表明:(1)相比于盐冻,水冻下混凝土并未发生明显质量变化,冻融破坏速度缓慢且程度低;(2)两种环境下混凝土抗冻性能均为P.OJSSAC;(3)盐冻环境下会产生更多的腐蚀产物Friedel盐,从而加剧混凝土的表面溃散。     

不同因素对泡沫混凝土性能的影响

为探索泡沫掺量(质量分数，下同)、砖粉掺量、水料比(质量比，下同)和HPMC(羟丙基甲基纤维素)掺量、冻融循环对掺砖粉泡沫混凝土性能的影响，开展四因素五水平的正交实验，结合功效系数法确定掺砖粉泡沫混凝土最优配合比：泡沫掺量为3%、砖粉掺量为30%、水料比为0.55、HPMC掺量为0.05%。结果表明：掺砖粉泡沫混凝土的抗压强度随泡沫掺量的增加呈下降趋势，随砖粉掺量、水料比和HPMC的增加呈现先上升后下降的趋势，且随着冻融循环次数的增加，掺砖粉泡沫混凝土的强度均不断减小，原因是泡沫混凝土内部的完整气孔充分吸水之后结冰，导致气孔孔壁被挤压产生裂缝，原先密闭的孔洞变为有害孔洞，且随着冻融循环次数的增加，大量微小裂缝会拓展汇集成贯穿裂缝，严重降低泡沫混凝土强度，极大地影响掺砖粉泡沫混凝土的耐久性。     

风积沙混凝土盐冻损伤规律与机理分析

利用加速试验方法研究了风积沙混凝土在腐蚀与冻融双因素作用条件下的损伤规律,并借助气泡间距分析仪(analyzer of air void spacing,AVS)、环境电镜扫描(environmental scanning electron microscope,ESEM)和核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)微观测试手段得到了风积沙混凝土的损伤失效机理。结果表明,在盐腐蚀与冻融循环双因素作用下,风积沙混凝土的损伤程度依次为复合盐硫酸盐氯盐,但在3种盐溶液中冻融的损伤机理不同;在盐溶液中,风积沙掺量越大,抗冻性能越好。该研究为风积沙混凝土在低温盐腐蚀的环境中大范围推广使用提供理论依据。     

高海拔寒冷地区混凝土抗冻耐久性试验研究

高海拔寒冷地区具有海拔高、气温低、昼夜温差大等特点。在冻融循环作用下，高海拔寒冷地区混凝土结构容易发生损伤而影响建筑物使用年限，当损伤严重时甚至威胁建筑物的安全。为了研究高海拔寒冷地区混凝土的工作性能、力学性能、抗冻耐久性以及冻融损伤机理，在某高海拔寒冷地区桥梁施工项目制作了4种不同混凝土试件，开展了混凝土冻融循环试验，并对不同冻融循环次数下的高寒混凝土试件进行了核磁共振试验。结果表明：从宏观力学性能来看，高寒引气减水混凝土的抗冻耐久性表现最佳。同时，4种高寒混凝土试件的抗冻耐久性与混凝土内部的小孔(<0.01μm)和中孔(0.01μm～0.05μm)所占比例密切相关，即高寒混凝土内部的小孔和中孔所占比例越大，混凝土抗冻耐久性越好。