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。     

混凝土在碳化和干湿循环作用下的抗硫酸盐腐蚀性能

采用自然浸泡和干湿循环的试验方法, 研究了碳化后的粉煤灰混凝土(FAC)、 大掺量矿物掺合料混凝土(HVMAC)及高性能混杂纤维增强膨胀混凝土(HPHFREC)在5%硫酸镁溶液中的损伤过程。结果表明: 碳化一定程度上密实了混凝土表层, 但改变了混凝土表层的化学组成, 降低混凝土的抗硫酸镁腐蚀性能。干湿循环加速硫酸镁的扩散作用, 扩展混凝土内部原有的微裂缝。在碳化+硫酸镁双重破坏因素作用下, HVMAC具有优异的抗腐蚀性能, 适合应用于硫酸镁腐蚀的严酷环境; 在碳化+干湿循环+硫酸镁多重破坏因素作用下, HPHFREC2的三元纤维混杂起到明显的增强增韧效果, 抗腐蚀性能较好。     

氧化石墨烯改性地聚物再生混凝土的抗硫酸溶蚀性能研究

以地聚物再生混凝土为基体，将混凝土浸泡于pH=1.0的硫酸溶液中48 d,以其表观损伤、抗压强度、质量损失、中和深度作为耐硫酸性能指标，研究不同掺量的氧化石墨烯(0.01%,0.03%,0.05%,均为质量分数，下同)对混凝土抗硫酸溶蚀性能的影响。此外，通过SEM、XRD、FTIR对氧化石墨烯的改性效果进行微观分析。结果表明：掺入少量的氧化石墨烯可显著提高混凝土的抗硫酸性能，但随着掺量的增加改性效果逐渐减弱。改性后混凝土的抗压强度分别提高56.0%、17.0%、6.0%,且经硫酸溶蚀48 d后仍优于未改性混凝土。48 d后掺量为0.05%的混凝土出现最大的质量损失和中和深度，以及SEM图中较差的界面过渡区和较多松散的腐蚀产物代表其改性效果最差。综合宏观表现、XRD和FTIR分析，确定氧化石墨烯掺量为0.01%时地聚物再生混凝土具有最佳的抗硫酸溶蚀性能。     

干湿循环下含初始损伤泡沫混凝土劣化机理研究

泡沫混凝土,也称气泡混合轻质土,是一种新型的人工轻质土工材料,其由物理方法将水泥、水、发泡剂以及一些可添加材料(粉煤灰、玻璃纤维等)按一定比例混合而成,作为公路路堤填料在工程中应用广泛,但其耐久性问题始终困扰着工程人员.实际上,轻质土在生产的全过程中的各个阶段会产生由不同因素导致的损伤.因此,本工作分析施工工艺及外部环境因素对轻质土造成的初始损伤,并在此基础上研究干湿循环作用下轻质土物理力学性质的劣化规律.采用抗压强度定义损伤变量,并从微细观角度将孔隙面积率作为损伤演化的特征参数;借助MATLAB拟合强度与孔隙面积率和干湿循环次数的变化规律,得到不同初始损伤形式的强度劣化关系式;最后建立与孔隙面积率和干湿循环次数有关的损伤演化方程,并对演化方程进行验证.实验结果表明,不同施工工艺造成含初始损伤的试样的孔隙面积率皆随干湿循环的进行而增大,试样强度随孔隙面积率的增大呈非线性减小.分析劣化原因为:干湿循环次数增加,试样含水率不同造成内部受热膨胀存在差异,温度应力不断发展,微裂缝不断形成,因而孔隙面积率增加,强度逐渐劣化.     

硬化期受扰动混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能

凝结硬化期间的施工扰动,可能使混凝土产生砂浆微裂缝与骨料位移,进而影响其强度及耐久性。为分析硬化期扰动对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响,采用振动台模拟工程扰动,借助超声波和扫描电子显微镜(SEM)等测试手段,系统研究了硬化期受扰混凝土抗硫酸盐侵蚀的劣化规律,探讨了其损伤劣化机理。结果表明:临近初凝(贯入阻力值为3.5~11.5MPa)和临近终凝(贯入阻力值为19.5~28.0MPa)的扰动对混凝土影响较小,受侵蚀后试件质量和相对动弹模量的变化规律与未受扰混凝土基本一致。硬化中期(贯入阻力值为11.5~19.5 MPa)的扰动对混凝土性能影响明显,使混凝土抗压强度降低14%,抗折强度降低20%;硫酸盐腐蚀进程中,混凝土质量在90次循环后开始出现明显下降,相对动弹模量在130次循环后出现急剧下降,经250次循环后达到0.60,此时基准混凝土的相对动弹模量仍为0.90;SEM结果表明,受扰混凝土内部微裂纹增多,结构密实性变差,硬化期扰动加速了混凝土在硫酸盐侵蚀环境下的劣化。     

无粘结预应力高性能粉煤灰混凝土桥梁收缩与徐变变形试验研究

结合洛湛线的建设,以8根不同掺量的高性能粉煤灰混凝土无粘结预应力桥梁的收缩、徐变试验为基础,研究了不同掺量高性能粉煤灰混凝土在荷载长期作用下收缩、徐变性能及其上拱随时间的变化规律,探讨了温度、湿度等环境因素对不同掺量高性能粉煤灰混凝土收缩、徐变的影响。300多天的实验观测结果表明:高性能粉煤灰掺量20%～40%混凝土梁不但具有良好的工作性能和力学性能,而且长期性能良好,与同强度的未掺高性能粉煤灰的梁相比,其后期强度和抗压弹性模量增大,收缩徐变减小,具有良好的社会和经济效益。     

硬化期受扰动混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能

凝结硬化期间的施工扰动,可能使混凝土产生砂浆微裂缝与骨料位移,进而影响其强度及耐久性.为分析硬化期扰动对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响,采用振动台模拟工程扰动,借助超声波和扫描电子显微镜(SEM)等测试手段,系统研究了硬化期受扰混凝土抗硫酸盐侵蚀的劣化规律,探讨了其损伤劣化机理.结果表明:临近初凝(贯入阻力值为3.5～11.5 MPa)和临近终凝(贯入阻力值为19.5～28.0 MPa)的扰动对混凝土影响较小,受侵蚀后试件质量和相对动弹模量的变化规律与未受扰混凝土基本一致.硬化中期(贯入阻力值为11.5～19.5 MPa)的扰动对混凝土性能影响明显,使混凝土抗压强度降低14％,抗折强度降低20％;硫酸盐腐蚀进程中,混凝土质量在90次循环后开始出现明显下降,相对动弹模量在130次循环后出现急剧下降,经250次循环后达到0.60,此时基准混凝土的相对动弹模量仍为0.90;SEM结果表明,受扰混凝土内部微裂纹增多,结构密实性变差,硬化期扰动加速了混凝土在硫酸盐侵蚀环境下的劣化.     

环境湿度对玻璃纤维增强水泥力学性能的影响

通过开展在不同龄期、不同环境湿度下玻璃纤维增强水泥(GRC)试件的抗折强度、抗压强度试验和基体pH值测定,研究了环境湿度对掺加粉煤灰和硅灰等活性矿物掺合料的GRC试件力学性能的影响。结果表明:环境湿度对GRC试件的抗折强度有重要影响,相对湿度越大,随着龄期增加, GRC试件抗折强度降低越严重;在温度60℃、相对湿度95%条件下,经过56 d龄期后,掺有40%粉煤灰和10%硅灰的GRC试件抗折强度比未掺加粉煤灰和硅灰的GRC试件的抗折强度提高48.5%、抗压强度提高23.6%, GRC基体pH值降低6%。在相同的湿度条件下,掺有粉煤灰和硅灰试件的pH值在各个龄期都低于普通硅酸盐水泥试件,说明粉煤灰和硅灰的掺入能降低水泥水化液相的碱度,进而延缓了纤维受侵蚀的速度,显著改善了GRC试件的力学及耐久性能。通过对试验结果进行分析,利用MATLAB软件建立了GRC试件抗折强度和抗压强度与水泥砂浆基体pH值及时间的关系式。      

丁苯乳液改性水泥混凝土弯曲性能研究

研究了丁苯乳液掺量对混凝土压折比、最大弯曲荷载挠度、弯曲韧性系数等弯曲性能的影响以及相互之间的关系。结果显示乳液掺量由0提高至60%时,混凝土的抗弯拉强度与弯曲韧性系数呈现先提高后降低的现象;当乳液掺量为17%时,混凝土的抗弯拉强度达到最大值7.54 MPa,而当乳液掺量为19%时,混凝土的弯曲韧性系数达到2.029;混凝土最大弯曲荷载对应挠度值随乳液掺量的增加则大致呈现线性增大的变化趋势;而压折比呈现先降低后升高的变化规律,在丁苯乳液掺量为19%时达到最小值。弯曲荷载-挠度曲线特征显示改性后混凝土弯曲变形能力随乳液掺量的增加而逐渐增强,综合考虑聚合物乳液的成本,建议丁苯乳液的最佳掺量为13%~15%。经过数据归纳分析,当乳液掺量≤21%时,压折比、最大荷载挠度随弯曲韧性系数的提高而分别呈指数降低、线性增加。     

耐碱性玻璃纤维增强混凝土的制备及力学性能研究

采用ZrO_2含量为13.60%(质量分数)的耐碱性玻璃纤维和粉煤灰替换部分水泥制备了耐碱性玻璃纤维增强混凝土,研究了不同粉煤灰含量、玻璃纤维含量和水灰比对玻璃纤维增强混凝土(GRC)的耐老化性能的影响。结果表明,以W/B=0.35,粉煤灰含量(FA)/(C+FA)=40%,玻璃纤维含量2%(体积分数)制备的耐碱玻璃纤维增强混凝土抗压强度和抗弯强度以及干缩性能最好,抗压强度和抗弯强度分别为59.6和8.21 MPa;虽然掺入大量粉煤灰调节基体水化pH值,但是抗压实验断口形貌显示耐碱性玻璃纤维表面仍然受到腐蚀;通过自密实填料法制备的高粉煤灰含量自密实混凝土,其早期和后期的抗压强度和抗弯强度均表现优异,对高性能GRC复合材料的制备具有重要的指导意义。     

等强度下混凝土组分对徐变性能的影响

采用自制的徐变加载装置,研究了聚乙烯醇(PVA)纤维、双掺粉煤灰和矿渣以及减缩剂对7d等强度混凝土徐变性能的影响规律,结合与混凝土同水胶比浆体的化合结合水量分析了其影响机理.结果表明,混凝土徐变系数发展较快,加载100d左右趋于稳定;减缩剂和双掺矿物掺合料均明显降低了混凝土的徐变系数,以掺减缩剂效果更好,450d值仅为...     

海水干湿循环作用下天然橡胶支座橡胶材料性能劣化试验

考虑到近海桥梁极易遭受晴雨交替变化天气、高湿高温及海风海浪交替作用等产生的海水干湿循环作用,针对天然橡胶隔震支座所使用的橡胶材料开展了同时同步的试验研究。重点探讨橡胶材料各项力学性能随海水干湿循环作用时间的变化规律。结果表明:海水干湿循环作用对橡胶材料的力学性能影响较大。经过了长达60 d海水干湿循环试验后,橡胶材料的硬度和定伸应力均呈现增大的趋势,前者增大了约22%,后者增大了58.2%～118%,且大变形情况下的增长幅度更大;拉伸强度及扯断伸长率均呈降低趋势,分别降低了65.7%,51.53%,可能对橡胶支座的拉伸性能和极限剪切性能产生不利影响。以上研究成果可为橡胶材料的本构关系变化规律、橡胶隔震支座性能劣化规律研究,以及隔震结构全寿命性能评估和设计打下坚实的基础。     

橡胶/混凝土盐冻循环后性能劣化及微观结构

制备普通混凝土(Normal concrete,NC)和橡胶/混凝土基体(Rubber/NC),研究盐冻循环60次内,表观现象、剥落量、抗压强度损失等性能指标劣化过程,采用超声波无损检测法评价混凝土盐冻循环破坏前后超声参数变化,建立相对波速、损伤度与抗压强度的关系,利用SEM观察盐冻循环损伤前后试件微结构变化。结果表明:随盐冻循环次数增加,混凝土试件表面剥蚀愈显著,剥落量增加,内部损伤、强度损失逐渐加剧,超声参数与抗压强度具有密切相关性;混凝土经历盐冻破坏后,内部结构呈疏松絮状,孔隙、裂纹愈加显现,密实度下降,造成宏观力学性能劣化。但弹性橡胶细集料掺入后有效缓解结冰压引起的内部开裂和孔隙扩大,各阶段橡胶/混凝土基体劣化程度均优于普通混凝土,以橡胶掺量 (与胶凝材料质量比) 10% (10%Rubber/NC)各性能指标最优,经历60次盐冻循环后,普通混凝土抗压强度损失率为58.5%,10%Rubber/NC抗压强度损失率为48.0%。      

硫酸盐环境中CFRP约束劣化混凝土柱的力学性能

为研究碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)加固经硫酸盐腐蚀劣化后混凝土柱的力学性能,构建CFRP约束劣化混凝土的力学模型,采用CFRP约束普通混凝土后腐蚀和CFRP约束劣化混凝土两种工况进行试验,在试验研究基础上,引入损伤率及强度保持率作为损伤的量化指标,建立两者之间的关系;通过对CFRP约束混凝土强度及应变规律的回归分析,建立适用于硫酸盐环境下CFRP约束劣化混凝土的极限强度、应变模型及应力-应变关系模型。结果表明:随侵蚀时间增长,两种工况下CFRP约束混凝土极限强度和应变的变化规律及劣化速度均不同。预劣化的混凝土柱虽然进行了表面处理,但内部已经存在损伤,在侵蚀环境中采用CFRP加固混凝土柱时,应该考虑混凝土初始损伤的影响。      

矿粉改性高性能混凝土的力学性能和耐久性能研究

以S115矿粉为掺和料,制备了矿粉改性高性能混凝土,通过XRD、SEM、复合盐溶液干湿循环测试等手段,分析了矿粉取代率对混凝土的晶格结构、微观形貌、力学性能和耐久性能的影响。结果表明,适量矿粉的掺入能够加速水泥的水化反应速率,增加网格结构的致密度,从而改善混凝土的微观形貌,提高混凝土的强度。矿粉取代率的增大会降低水泥石前期的强度,显著提高水泥石后期的强度。当矿粉取代率为50%时,养护28 d的混凝土的抗压强度和抗折强度均达到了最大值,分别为52.5和7.4 MPa。矿粉取代水泥后,混凝土在复合盐溶液的侵蚀下相对动弹性模量和质量损失率的下降趋势变得平缓,在30次干湿循环后,矿粉取代率50%的混凝土的相对动弹性模量最高为88%,质量损失率最小为1.6%,抗盐溶液侵蚀性能最佳。混凝土的腐蚀产物主要是针状结构的钙矾石和块状的石膏,这些产物存在于混凝土的孔隙和裂纹中,多次干湿循环后体积膨胀产生了内部应力,生成了深裂纹,最终撑裂混凝土,使混凝土失效。综合可知,矿粉的最佳取代率为50%。     

混凝土硫酸腐蚀表面形貌的分形维数表征

进行了混凝土的试验室硫酸加速腐蚀试验,运用三维激光扫描技术对6个不同腐蚀时间的混凝土表面形貌进行了数据采集,获得了每个试件表面上大量测点的三维坐标,采用立方体覆盖法编程计算了混凝土腐蚀表面的分形维数,并得到了分形维数与腐蚀时间、质量损失百分率、腐蚀深度之间的关系。结果表明,混凝土硫酸腐蚀后,其表面形貌具有分形特征,分形维数D可以作为混凝土硫酸腐蚀程度的一种评价指标,分形维数D与腐蚀时间t呈正相关,能用幂函数模型表示为D=1.954×t0.0228。混凝土试件的质量损失百分率ω和腐蚀深度h与其腐蚀表面形貌的分形维数D呈正相关,能分别用幂函数模型表示为ω=5.932×10-19×D57.333,h=5.045×10-20×D58.634,且可以用分形维数D通过这两个模型推断质量损失百分率ω和腐蚀深度h。     

硫酸盐干湿循环环境下超深井井壁混凝土抗腐蚀性能

针对矿山超深井井壁混凝土受地下水硫酸盐腐蚀危害等问题,本研究采用硫酸钡沉淀法、NEL-PDU型氯离子扩散系数测定仪、扫描电镜(SEM)仪、X射线衍射(XRD)仪等手段,对比了硫酸盐干湿循环快速腐蚀环境下,C70仿钢纤维混凝土(C70-ISFRC)与高性能超深井井壁混凝土(HUC)的参数指标.实验结果表明:硫酸盐干湿循环快速腐蚀后,通过质量变化发现C70-ISFRC的孔隙数量、孔隙尺寸都高于HUC,并且两种混凝土力学性能的变化趋势均为先上升后下降,但HUC在此腐蚀环境下的力学性能表现更优;在硫酸盐干湿循环下,C70-ISFRC基于电通量的渗透性评价为低,HUC基于电通量的渗透性评价为非常低.在240次硫酸盐干湿循环后,HUC表面以下10～15 mm和15～20 mm处几乎不存在液相硫酸根离子;与C70-ISFRC相比,HUC在硫酸盐干湿循环的环境下不易生成钙矾石且其内部不易形成硫酸钠晶体,不易发生开裂和晶体损伤等劣化,是一种有效的深地井壁混凝土材料.     

风积沙混凝土盐冻多尺度劣化机制

研究风积沙混凝土盐冻劣化规律，揭示劣化机制对其推广应用有重要指导意义。基于室内快速冻融试验及力学特性试验研究了风积沙混凝土盐冻劣化规律，结合SEM、NMR、XRD等表征技术及损伤力学理论从多尺度揭示了盐冻劣化机制。结果表明：风积沙影响混凝土的抗冻性，100%掺量风积沙混凝土强度低，但抗冻性最好。混凝土质量损失率及抗压强度损失率均随盐冻循环次数的增加而增大，相对动弹性模量随盐冻循环次数的增大而减小。风积沙混凝土的盐冻损伤是一个物理-化学过程，界面过渡区(ITZ)骨-浆剥离及附近砂浆基质开裂是导致其宏观物理、力学性能退化的主要原因。风积沙可以改变混凝土内部的孔隙结构及水分传输路径，进而影响孔隙饱和度及混凝土的抗盐冻性能。     

盐渍土腐蚀环境下微胶囊自修复混凝土抗腐蚀性能研究

为保证盐渍土地区混凝土服役寿命,区别于以往自修复材料,合成一种可以感知外界腐蚀离子并释放内部修复剂的微胶囊,以合成温度为变量控制引发剂分解速率得到了具有不同包裹率的微胶囊。选取其中包裹率、腐蚀离子响应能力较好的微胶囊,将其掺入混凝土中得到具有自修复功能的混凝土。改变微胶囊掺量测试混凝土动弹性模量及抗腐蚀能力。研究结果表明：在合成温度为75℃环境条件下的微胶囊包裹率优于65和85℃环境条件下。盐渍土-硫酸盐干湿循环腐蚀下混凝土构件动弹性模量均呈现先上升后下降的趋势,在20次干湿循环后未掺微胶囊的混凝土动弹性模量急速下降,在40次干湿循环后为掺微胶囊的混凝土内部侵入了更多的硫酸盐,试验拌制的自修复混凝土具有良好的抗硫酸盐侵蚀能力,对实际工程中建筑结构应对硫酸盐腐蚀具有十分重要的借鉴意义。     

水泥-粉煤灰体系早龄期液相离子浓度与电导率的关系

通过离心和高压萃取法分别提取水泥-粉煤灰体系1h内和5~24h的液相,采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICPOES)、pH计和电导率测试仪分别测试液相离子浓度、pH值和电导率,并探究了粉煤灰掺量对体系液相离子浓度、pH值和电导率的影响。结果表明:随水化时间延长,水泥-粉煤灰体系早龄期液相中K~+浓度先降低后上升,Na~+、SiO_4~(4-)浓度和pH值逐渐上升,5h左右Ca~(2+)和SO_4~(2-)浓度达到峰值,10h左右AlO_2~-浓度达到峰值;随粉煤灰掺量增加,液相中各离子浓度和电导率呈降低趋势,根据液相电导率变化规律将体系早龄期水化进程分为溶解期、诱导期和加速期三个阶段;液相电导率与离子总浓度成正相关,主要受K~+、Na~+和OH~-浓度影响,高掺量(50%)粉煤灰对单一离子与电导率之间相关性的影响较为显著。