基于NMR的风积沙混凝土冻融孔L隙演变研究

利用风积沙等质量替代河砂来配制风积沙混凝土,并对其进行抗冻性试验,同时借助核磁共振(NMR)技术分析其冻融孔隙演变特征.研究表明:评价风积沙混凝土抗冻性时,相对动弹性模量指标比质量损失率指标更为精准;经冻融循环后,风积沙混凝土的孔隙度和渗透率均增大,其中风积沙替代率为40%的风积沙混凝土束缚水饱和度增大、自由水饱和度减小,其抗冻耐久性最佳;风积沙混凝土的孔隙分布会影响其抗冻性的优劣,冻融循环后若孔径小于10nm的孔隙增多且大于100nm的孔隙减少,则可延缓混凝土冻融损伤,若孔径小于10nm的孔隙减少且大于100nm的孔隙增多,则会加剧混凝土冻融损伤.     

基于孔结构的单面冻后混凝土抗压强度模型研究

通过单面冻融试验,研究了介质和冻融循环次数对混凝土抗冻性能和微观孔结构的影响规律.使用盒维数建立了混凝土单面冻融循环后的孔径分布分形模型,分析了分形维数与抗压强度的关系,建立了基于复合孔参数、分形维数的多因素抗压强度模型.结果表明：在不同冻融介质条件下,混凝土表观形貌、质量损失、相对动弹性模量、抗压强度、抗冻耐久性系数和孔参数随着冻融循环次数的增加逐渐劣化,盐冻对混凝土损伤程度大于水冻;混凝土孔径分布分形维数随着冻融循环次数的增加逐渐减小;在单面冻融循环过程中,混凝土孔参数演化分为初期、中期、后期3个阶段,中、后期对冻融循环作用较敏感的孔参数分别为气孔平均弦长和气孔比表面积、含气量和气孔间距系数;多因素抗压强度模型与复合孔参数、分形维数之间的回归效果显著,可以准确地描述水、盐单面冻融循环前后混凝土抗压强度与孔结构的定量关系.     

混凝土抗水冻融和抗盐冻融循环作用的相关性

以相对动弹性模量作为冻融损伤的评价指标,对比分析了人工砂混凝土试件在水和质量分数为3.5%的NaCl溶液2种冻融循环下的损伤程度,研究了混凝土抗水冻融与抗盐冻融循环作用之间的相关性,并基于渗透压理论,对其相关性进行了理论阐释.结果表明:抗水冻融和抗盐冻融循环次数之间具有线性相关性,且该线性相关性与混凝土的强度等级及石粉含量无关;进一步结合天然砂混凝土抗水冻融与抗盐冻融试验数据的分析,验证了该定量关系的普适性,即混凝土抗水冻融循环次数约为其抗盐冻融循环次数的2.8倍.     

风积砂混凝土基本力学性能及影响机理

以不同质量分数风积砂代替河砂配制风积砂混凝土,研究其基本力学性能和影响机理.用核磁共振（NMR）技术、CT切片法和扫描电子显微镜（SEM）分析混凝土内部孔隙演变特征、受荷面的初始损伤、界面过度区（ITZ）结构形态及水化产物微观形貌.基于美国ACI经验模型,构建了考虑砂子细度模数或者比表面积变化的抗压强度预测模型.结果表明：当风积砂掺量为20%时,混凝土力学性能最优;适量风积砂改善混凝土抗压强度的机理在于其优化了颗粒级配,改善了混凝土内部孔径分布范围及ITZ结构,减小了受荷面的初始损伤;建立的抗压强度预测模型与试验结果吻合度较高.     

弯拉荷载冻融循环氯盐侵蚀作用下混凝土的劣化

研究了冻融循环-氯盐侵蚀和弯拉荷载-冻融循环-氯盐侵蚀作用下混凝土的劣化行为,分析了氯盐侵蚀和冻融损伤的相互影响,以及弯拉荷载对混凝土抗冻性能的影响.结果表明:冻融循环导致混凝土微裂纹萌生、扩展,使孔隙结构遭到破坏,从而加速了氯盐的侵入;氯盐的侵入会影响混凝土的饱水度和孔隙溶液的迁移,加速冻融循环造成的表面剥落和内部损伤.在弯拉荷载-冻融循环-氯盐侵蚀作用下,混凝土的破坏形式以表面剥落为主,弯拉荷载会加速劣化,甚至使其脆性断裂.     

恶劣环境下机制砂混凝土的强度和耐久性能

在对原材料进行性能测试和混凝土配合比试验的基础上,对C30机制砂混凝土开展了高温和冻融循环试验.对比研究了冻融循环、冻融循环后酸侵蚀和碱侵蚀3种情况下机制砂混凝土强度、相对动弹模量的变化规律;对比研究了高温、高温后酸侵蚀和碱侵蚀3种情况下机制砂混凝土强度、相对动弹模量的变化规律.结果表明:在试验温度和冻融次数范围内,机制砂混凝土在高温和冻融循环后抗压强度、相对动弹模量显著降低,并随温度和冻融循环次数的增加其降低幅度有增大趋势;机制砂混凝土在高温和冻融循环后,耐酸、碱侵蚀性能明显降低,温度越高、经受的冻融循环次数越多,其耐酸、碱侵蚀能力越低,且以耐酸侵蚀能力为最低.     

钢纤维混凝土抗冻性能试验研究

为了研究钢纤维混凝土的抗冻性能,采用快冻法进行了0％、0.5％、1.0％、1.5％、2.0％五种不同钢纤维掺量的混凝土在水中和3.5％氯化钠溶液中冻融试验.通过分析冻融循环次数和钢纤维体积率对钢纤维混凝土冻融后质量损失、劈裂强度损失和相对动弹性模量变化的影响,分析了冻融环境下钢纤维对混凝土的增强机理.并且用压汞法和SEM从微观上研究了钢纤维混凝土的孔径分布特征,讨论了微观结构对其抗冻性能的影响.研究表明,在冻融循环作用下掺入适量的钢纤维能够减小混凝土内部的孔隙率、增加密实度,有效阻止混凝土内部微裂缝的产生与发展,提高混凝土的抗冻性能.钢纤维掺量对混凝土抗冻性影响显著,掺量为1.5％时,钢纤维对混凝土抗冻性能改善效果最好.     

冻融和碳化共同作用下混凝土损伤分析

通过室内模拟试验,研究了冻融和碳化共同作用下混凝土质量和相对动弹性模量的变化规律.结果表明:混凝土在冻融和碳化共同作用下的损伤大于其在冻融单一作用下的损伤.建立了混凝土在冻融和碳化共同作用下的损伤模型,该模型拟合精度较高.     

Freeze–thaw cycle test and damage mechanics models of alkali-activated slag concrete

Alkali-activated slag concrete (ASC) was prepared by using slag and Na₂SiO₃, NaOH complex activator. Freeze–thaw resistance, microstructure, performance mechanism, inner freeze–thaw damage distribution and mechanics models of ASC were investigated by freeze–thaw cycle, SEM and EDS tests. The experimental results show that ASC has excellent freeze–thaw resistance with frost-resisting grade of F300 at lowest; hydration products of ASC are mostly C–S–H(I) with low Ca/Si, alkaline aluminosilicate and zeolite mineral, it does not have Ca(OH)₂ and transition strip, compact degree and uniformity of structure are better, and its high compressive strength (90 MPa) also makes high freeze–thaw resistance, therefore, ASC has excellent freeze–thaw durability; freeze–thaw damage mechanics models of ASC were established by using relative dynamic elasticity modulus, dynamic elasticity modulus attenuation model is superior to accumulative freeze–thaw damage model, power function model is superior to exponential function model with better precision and relativity, and the models can reflect freeze–thaw damage rule and degree accurately.     

疲劳荷载下冻融循环对CR-WMA开裂特性的影响

以温拌胶粉改性沥青混合料(CR-WMA)和热拌胶粉改性沥青混合料(CR-HMA)为研究对象,对经盐冻融循环和水冻融循环作用下的半圆试件进行三点弯曲重复加载试验,同时利用数字图像(DIC)相关技术对其开裂特性进行研究.结果表明:采用开裂位置附近点的水平应变(EXX)和以全场水平应变定义的损伤变量均可反映CR-WMA和CR-HMA在疲劳荷载作用下的抗开裂性能;CR-WMA和CR-HMA的抗疲劳开裂性能随着盐冻融循环和水冻融循环作用次数的增加而降低,且盐冻融作用对其影响大于水冻融作用;无论盐冻融还是水冻融作用,CR-WMA的抗疲劳开裂性能均优于CR-HMA.     

在盐冻循环、钢锈与弯曲荷载协同作用下钢筋混凝土的损伤失效研究

采用自行研制的一套环境性能综合评估试验方法对钢筋混凝土试样成功地进行了冻融循环与除冰盐腐蚀协同作用(简称盐冻循环)、钢筋锈蚀与弯曲荷载协同作用下的失效试验。通过测量损伤演变过程中钢筋混凝土动弹性模量、钢筋应变和混凝土应变的变化,研究了盐冻循环、钢筋锈蚀与弯曲荷载协同作用下钢筋混凝土损伤失效的演变过程。结果表明,普通混凝土(C4 5 )和高强混凝土(C70 )在不同损伤因素协同作用下,损伤规律存在相似性,但损伤速率明显不同。相似性表现在:多因素协同作用下导致的损伤大于单因素损伤,特别是叠加上弯曲荷载后,混凝土动弹性模量下降速率大大增加,表明弯曲荷载对盐冻循环与钢锈协同作用下的钢筋混凝土的损伤有促进作用。在相同试验条件下,普通混凝土的损伤速率大于高强混凝土,表明普通混凝土的损伤阻力低于高强混凝土。另外,试验发现在给定的温差变化条件下,盐冻循环、钢锈与弯曲荷载协同作用导致钢筋混凝土中钢筋的应变幅值随着冻融循环次数的增加而逐渐增大。     

基于唯象损伤观点的混凝土冻害模型研究

对混凝土冻害机理的认识大多是从材料学角度出发，集中在孔溶液对孔结构的作用上，是从原因学观点出发的物理解释。但鉴于混凝土冻害的复杂性，现在还未统一对混凝土冻害机理的物理认识。从混凝土受冻后宏观性能衰退的表现出发，结合已有的对混凝土冻害在细观上的认识，应用疲劳损伤观点在唯象学层面上理解混凝土冻害的机理是一个新的探索，也为解决现实冻害评估问题提供了定量化手段。本文在综述已有冻害机理的基础上，结合冻融试验及现场检测结果，从细观上分析冻害发展的过程，从宏观材料性能衰退的角度认识混凝土冻害机理，认为混凝土冻害是一个疲劳损伤的过程。最后给出了作者应用疲劳损伤机理建立的混凝土冻害模型，并与已有试验数据比较，验证了模型的合理性。     

粉煤灰混凝土冻融破坏机理研究

研究了不同粉煤灰掺量，冻融方式和混凝土组成材料的变化对混凝土在冻融循环中损伤程度的影响，证明了C30，C50掺粉煤灰混凝土的冻融破坏机理主要是结冰压力破坏，从而为粉煤灰混凝土抗冻性和耐久性的改善措施提供了依据。     

碱集料反应与冻融循环协同作用对混凝土破坏的影响

研究了碱集料反应与冻融循环协同作用下的混凝土的破坏行为，结果表明，当混凝土先进行碱集料反应试验而随后再冻融时，碱集料反应对冻融循环有促进作用，随着碱集料反应程度的提高，混凝土开裂愈严重，随后表现的混凝土抗冻性愈差；然而当混凝土先冻融，而后再进行碱集料反应时，冻融循环对碱集料反应的促进作用则不大，随着冻融次数的增加，混凝土破坏程度增大，在继续进行的碱集料反应结束时，混凝土最终膨胀值增大，相对动弹模量损失增大，但是混凝土劣化速度则相差不大。     

冻融循环下CFRP—高性能混凝土的粘结性能

通过双面剪切试验,研究了冻融环境下CFRP-高性能混凝土界面粘结性能的发展规律。对比分析了未经冻融和经历25、50、100、150、200及300次冻融循环作用试件的破坏特征、剪应变分布、荷载滑移曲线、粘结承载力以及粘结破坏机理。结果表明,所有试件的界面破坏均发生在混凝土表层内,但随着冻融循环次数的增加,破坏界面有向胶层发展的趋势;经受冻融循环次数较少时(25、50次),界面的粘结强度、刚度及开裂荷载的变化不明显,甚至略微提高;但随着冻融循环次数的进一步增加,界面粘结性能有明显的变化,界面粘结强度、端部滑移量减小,刚度退化,初始开裂荷载水平降低,非线性特征增强。粘结极限承载力与混凝土立方体抗压强度均随冻融循环次数的增长存在先提高后下降的趋势,混凝土强度变化是界面粘结性能变化的最重要因素。     

冻融循环下透水再生混凝土力学性能损伤分析

为研究冻融循环作用对透水再生混凝土力学性能的影响,采用快冻法进行了不同再生粗骨料取代率下的透水再生混凝土冻融试验,并测试相应阶段的动弹性模量、抗折强度和立方体抗压强度.试验结果表明:透水再生混凝土的相对动弹性模量、相对抗折强度和相对立方体抗压强度均随冻融循环次数或再生粗骨料取代率的增大而下降,衰减速率从大到小依次为:相对抗折强度、相对立方体抗压强度和相对动弹性模量.以动弹性模量为损伤变量,通过数据拟合发现,透水再生混凝土的相对抗折强度、相对立方体抗压强度与损伤度均可用指数函数表示,且相关性较好.     

冻融后煤矸石混凝土受压损伤声发射特性

为了研究冻融循环作用后煤矸石混凝土的受压损伤特性,基于声发射技术,对冻融循环作用0,25,35,45次后的煤矸石混凝土进行单轴抗压试验,对煤矸石混凝土受压破坏全过程中的损伤特性进行动态分析;依据冻融循环后煤矸石混凝土受压破坏过程中所释放的声发射能量,对其内部损伤程度进行定性分析,并依据声发射事件累计计数建立了煤矸石混凝土损伤演化模型.研究表明:随着冻融循环次数的增加,煤矸石混凝土的初始损伤程度增大,峰值应力减小,脆性表现明显;依据声发射事件累计计数建立的损伤演化模型与试验结果符合较好,为研究冻融环境下的煤矸石混凝土损伤演化规律提供了参考.     

冻融环境下煤矸石混凝土毛细吸水性能

采用ASTM C1585-13测量水硬水泥混凝土吸水率的标准试验方法,研究了煤矸石混凝土(CGC)和普通混凝土(OC)在冻融环境下的毛细吸水性能,分析了冻融循环作用及煤矸石取代率对CGC毛细吸水性能的影响机理,建立了冻融环境下CGC初始毛细吸水率预测模型.结果表明:冻融环境相同时,煤矸石取代率越大,CGC的累积吸水量就越大,初始毛细吸水率也越快,毛细吸水性能越强;冻融环境不同时,冻融循环次数越多,相同煤矸石取代率的CGC累积吸水量越大,初始毛细吸水率越快,毛细吸水性能越强;CGC的毛细吸水能力比OC强;CGC对冻融循环作用响应强烈.通过回归分析建立的冻融环境下CGC初始毛细吸水率预测模型计算精度较高,可用于预测CGC的毛细吸水性能,为CGC的抗冻耐久性研究提供理论依据.     

水泥基材料在腐蚀环境中生成碳硫硅钙石的机理研究

为探索石灰石粉混凝土在低温硫酸盐环境下生成碳硫硅钙石的机理,将石灰石粉混凝土及采用硫铝酸盐水泥制备的水泥基胶凝材料分别浸泡于质量分数为10%的硫酸镁溶液和碳酸钠溶液中,进行抗压强度测试,并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及红外光谱等微观试验手段,研究并分析了碳硫硅钙石的形成原因.结果表明:低温硫酸镁溶液中的石灰石粉混凝土抗压强度随浸泡时间的延长呈现先增长后减小的趋势,表面出现膨胀剥落现象,生成大量的二水石膏,发生膨胀腐蚀;碳酸钠溶液中的硫铝酸盐水泥基胶凝材料发生了泥化现象,其抗压强度随浸泡时间延长逐渐降低,内部水化产物钙矾石随浸泡时间延长逐渐减少,发生异相结晶转换生成碳硫硅钙石.混凝土中掺加石灰石粉并不是造成碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀(TSA)的主要因素,水泥基胶凝材料硬化体中的钙矾石长期处于含CO2-3环境中才会生成大量烂泥状的碳硫硅钙石,造成胶凝材料破坏.     

盐冻融和重复荷载作用下沥青混凝土开裂的细观分析

选用普通沥青混凝土、玄武岩纤维沥青混凝土、SBS改性沥青混凝土、玄武岩纤维+SBS改性沥青混凝土为研究样本,采用数字图像相关(DIC)技术,从细观角度对重复荷载作用下4种沥青混凝土小梁试件进行全局位移、应变测量,并对其裂缝发展进行时间及空间上的分析;以融雪剂(盐溶液)冻融循环作用下裂纹稳定发展阶段的应变集中速率为指标,采用正交试验极差分析和方差分析,研究玄武岩纤维、冻融循环次数、盐溶液(NaCl、CH3 COOK、CaCl2)对沥青混凝土小梁试件应变集中速率的影响.结果 表明:玄武岩纤维沥青混凝土的寿命与应变集中程度有很大关联;SBS改性剂与玄武岩纤维的加强方式有互补性;在相同盐冻融循环条件下,玄武岩纤维的加入可以减小沥青混凝土的应变集中速率;盐溶液对沥青混凝土应变集中速率的影响大小依次为CaCl2、NaCl、CH3 COOK;盐冻融的主要作用方式依旧是冰冻结晶刺入.