纳米SiO2改性聚合物水泥基复合材料早期微观结构及性能

利用纳米SiO₂(nano SiO₂)早期可促进聚合物水泥基复合材料水化速率、提升其力学性能、改善其界面过渡区(ITZ)性能及优化其孔隙结构等特点,借助XRD、SEM、EDS、显微硬度(MH)及压汞(MIP)等试验,揭示了nano SiO₂对聚合物水泥基复合材料早期性能影响的微观机制。结果表明:当nano SiO₂掺量为2wt%时,聚合物水泥基复合材料的力学性能最优,3 d和7 d龄期抗压强度分别为57.5 MPa和67.3 MPa,较仅仅掺加聚合物的水泥基复合材料分别提高了12.7%和13.9%;nano SiO₂的掺入改变了聚合物水泥基复合材料水化产物数量及微观形貌。对于ITZ性能,nano SiO₂掺入后,聚合物水泥硬化浆体-骨料的ITZ厚度减小,形貌变得更加致密;ITZ的钙硅比因nano SiO₂的加入变小而其显微硬度变大;此外,nano SiO₂加入后可以进一步填充聚合物水泥基复合材料更加细小的孔隙,使其凝胶孔比例变高,最可几孔径变小,大大优化了聚合物水泥基复合材料的孔隙结构。      

基于不同涂层的镁水泥钢筋混凝土耐腐蚀性试验研究

针对因钢筋腐蚀而造成镁水泥钢筋混凝土使用寿命较短的问题,制备不同涂层钢筋的镁水泥混凝土试件,通过CS350工作站及其分析软件对不同龄期试件进行测试分析,根据腐蚀电位、腐蚀电流密度、腐蚀速率及涂层电阻等电化学参数,衡量同种涂层钢筋在不同环境下的抗腐蚀性能.结果表明:锌美特涂层在三种环境下均出现低腐蚀现象,且室内自然环境下腐蚀情况最轻、自然水浸泡环境下次之,氯盐浸泡环境下最差.美加力涂层与久美特涂层在三种环境下均未出现腐蚀现象,且室内自然环境下抗腐蚀性能最好、氯盐浸泡环境下次之、自然水浸泡环境下最差;三种环境下涂层钢筋防腐性能均为:久美特涂层钢筋最好、美加力涂层钢筋次之、锌美特涂层钢筋最差;涂层钢筋在不同环境下虽然抗腐蚀性能不同,但涂层技术均可以延长镁水泥钢筋混凝土构件的使用寿命.     

耦合盐溶液环境下钢筋/混凝土Weibull耐久性寿命预测方法

根据兰州地铁沿线站台服役环境,配置含有SO₄2?、Cl?、Mg2+的耦合盐溶液,将钢筋/混凝土试件置于耦合盐溶液中每隔90天利用电化学工作站进行无损检测,选择Weibull分布建模,通过最小二乘法和BLUE法得到退化分布的固定参数估计值和动态参数估计值。结果表明:耦合盐溶液环境中腐蚀离子通过扩散、渗透及电化学迁移等方式到达钢筋表面,导致钢筋附近pH值降低,钝化膜由完整状态过渡到局部破损状态。可靠度曲线均呈现出三阶段变化特点,动态参数估计值中三次型尺度参数的可靠性寿命最接近固定参数值可靠性寿命,失效率最大;指数型尺度参数可靠性寿命最短,失效率最小;幂次型介于两者之间。且动态参数函数必须满足一阶导数及函数值为正的要求,否则可靠度计算结果为复数。尺度参数的函数形式对可靠度曲线影响大于形状参数的函数形式对可靠度曲线的影响。尺度参数函数类型一定时,形状参数函数类型对寿命结果影响较大,尺度参数函数类型变化时,可靠性曲线均发生较大变化。      

基于不同环境下掺粉煤灰混凝土耐久性试验研究

混凝土耐久性是反应其内部材料性能和抵抗外部环境作用的一个综合性评价指标。为了研究不同水胶比及粉煤灰掺量混凝土的耐久性能,在考虑各地气候及环境的基础上,以3种水胶比及粉煤灰掺量的混凝土作为研究对象,在室内设计了模拟现场侵蚀环境的3种耐久性试验,结果表明:不同环境下混凝土侵蚀机理不同,自然浸泡环境下以化学腐蚀为主,冻融循环作用下混凝土试件则主要受到物理破坏,硫酸盐溶液中进行干湿循环时试件同时受到复杂的物理化学反应。三类试件中以水胶比是0.30,粉煤灰掺量为15%的试件在各类环境下的耐久性最好。混凝土在硫酸盐溶液中会生成膨胀产物钙矾石,对试件产生较大的膨胀压力。     

基于Copula函数的现场暴露混凝土寿命预测方法

针对基础工程中混凝土结构在现场暴露环境下的寿命预测问题,提出了1种基于Copula函数的多退化因素剩余寿命预测方法.先选取质量损失和超声声速作为关键退化因素,针对其不同退化轨迹,对实际采集数据进行退化建模,得到混凝土剩余寿命的边缘分布函数;再通过Copula函数建立各退化因素间的相关关系,将混凝土剩余寿命的边缘分布进行融合,得到其联合分布函数.结果表明:选择质量损失和超声声速这2个退化因素有助于建立混凝土在现场暴露环境下的退化模型,并得到其剩余寿命的边缘分布函数;基于Copula函数预测西宁市现场暴露环境下的混凝土使用寿命约225个月,损伤发展始于第180个月左右.     

湿陷性黄土中水泥浆液注浆加固机理

通过分析湿陷性黄土的组成结构、湿陷机理、力学性能,研究了外界荷载作用下湿陷性黄土的变形及破坏机理;在湿陷黄土中做原位水泥浆液注浆加固试验,分析了注浆过程中不同时间段两者之间的相互作用;对注浆后土体纹理结构以及变形进行分析,研究了水泥浆液在湿陷性黄土中的加固机理;采用弹性力学和断裂力学进行理论计算,研究了水泥浆液与土体之间在注浆过程中的相互作用。结果表明:水泥浆液注浆对湿陷性黄土能起到有效的加固作用;湿陷性黄土注浆过程中水泥浆液造成湿陷量极小,并在压力作用下能够迅速对湿陷进行补偿;水泥浆液在黄土中的加固机理包括填充注浆、劈裂注浆、压密注浆,控制注浆压力能有效实现在湿陷性黄土中的压密注浆、劈裂注浆。     

纤维掺加方式对混凝土抗冻性能的影响

为研究不同纤维掺加方式下混凝土冻融损伤的相关性能,选取钢-聚丙烯纤维混凝土进行快速冻融循环试验.试验结果表明:混凝土抗冻性能随纤维掺加方式不同而有差异,纤维混凝土损伤随冻融循环次数的增加逐渐积累,动弹性模量、抗压强度、抗折强度也不断下降,层布式混杂纤维成型混凝土抗冻损伤劣化性能更优.结合评价指标分析了纤维混凝土的劣化过程,通过SEM分析了其微观结构;对比分析,层布式混杂纤维混凝土的抗冻性较整体式混杂纤维混凝土好.     

基于湿陷性黄土地区水泥基浆液优化及耐腐蚀性研究

为解决湿陷性黄土注浆过程中注浆材料的优选问题,设计了五因素四水平的正交试验方案,系统地研究了水灰比、无水硫酸钠、膨润土、粉煤灰和熟石灰等几种因素对注浆材料性能的影响.并对四种不同配比的浆液结石体进行了耐腐蚀性及微观试验.结果表明:水灰比对浆液初始黏度、析水率,结石体抗压强度的影响最为显著,对浆液性能起决定性作用,进而给出了适宜于黄土地区注浆的最优配比;通过耐腐蚀试验得出,优化浆液结石体比纯水泥浆液结石体的密实度更高,耐腐蚀性更好.     

基于Wiener退化的混凝土加速试验耐久性研究

为研究酒泉盐渍土地区混凝土耐久性,设计了模拟酒泉地区气候与腐蚀环境的室内加速试验,定期测定混凝土试样的质量和动弹性模量,以相对动弹性模量和相对质量作为评价指标,对酒泉盐渍土地区混凝土耐久性进行评价,选择Wiener函数进行退化过程建模并对混凝土加速寿命进行评定,同时,结合X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析了混凝土损伤劣化机理,其研究结果表明:在室内大循环初期混凝土内部发生复杂的物理化学反应,生成腐蚀产物导致耐久性评价参数得到强化,随着腐蚀产物增多混凝土逐渐劣化.且相对动弹性模量和相对质量都可以有效表征混凝土劣化过程,其相对动弹性模量作为耐久性评价参数对环境因素更加敏感,基于一元Wiener退化过程可以很好地对混凝土进行可靠度建模并且进行寿命预测,利用相对动弹性模量作为耐久性退化指标可以得到混凝土可靠度函数和概率密度函数,并确定出混凝土试件在175 d左右失效.     

盐渍土环境中钢筋混凝土基于Wiener随机过程寿命预测

针对西部盐渍土地区混凝土结构耐久性寿命较短的突出问题,将钢筋混凝土试件置于格尔木盐渍土地区进行现场埋置,每隔150d定期搜集试件超声声速、质量及钢筋电阻等无损退化指标,通过动弹性模量评价参数ξ_a、质量评价参数ξ_b、钢筋未锈蚀评价参数ξ_c及SEM图像从宏观、微观两方面进行耐久性损伤劣化评价分析,选择Wiener随机过程建模并进行寿命预测,研究结果表明：在腐蚀离子及气候的综合作用下混凝土ξ_a及ξ_b值呈波动式变化,初期略有上升,中后期加速下降,ξ_a值对混凝土性能变化更敏感,钢筋ξ_c值基本呈直线下降；腐蚀性阴离子进入混凝土中生成Friedel’s盐、硅灰石膏、钙矾石、石膏、碳酸钙等晶体,腐蚀产物呈棒状、杆状、纤维状、针状,钢筋锈蚀产物呈颗粒状、团簇状堆积,表面有蚀坑形成；Wiener随机过程模型可以很好地预测盐渍土环境中钢筋混凝土寿命,各退化指标得到的寿命曲线呈两阶段变化,钢筋退化指标得到的寿命曲线第一阶段持续时间更长,而混凝土退化指标得到的寿命值高于钢筋退化指标得到的寿命,且通过混凝土动弹性模量得到的寿命低于质量退化指标寿命,以钢筋退化指标得到C35、C40、C45钢筋混凝土在格尔木盐渍土环境中的服役寿命分别约为4500d、5000d及5800d。