盐冻作用下水工混凝土强度演化模型

寒区盐湖、盐渍土地区水工混凝土结构强度劣化问题突出。基于各向同性连续损伤力学理论,建立了混凝土相对动弹性模量与相对抗压强度的定量关系,提出了硫酸盐侵蚀和冻融协同作用下水工混凝土强度演化模型,并进行模型验证,最后将模型应用于引大入秦庄浪河渡槽结构性能评估。结果表明：该模型能较好地反映受盐冻侵蚀作用下混凝土强度的变化规律;渡槽数值计算结果与运行状况相符,随盐冻侵蚀劣化时间增长,槽身最大压应力和最大位移增加,最大拉应力减小;盐冻协同作用会加快渡槽劣化速率,渡槽运行59.1 a后会发生破坏。研究结果可为寒旱地区受盐冻侵蚀水工混凝土性能评估和运行维护提供理论依据。     

盐冻作用下掺粉煤灰水工混凝土性能演化试验研究

开展盐冻(5%Na2SO4)作用下湿筛混凝土的试验,定量分析了试块的质量损失、相对动弹性模量、抗压强度随冻融循环次数的变化。结果表明:随着粉煤灰掺量的增加,盐冻作用下湿筛混凝土试件的质量损失、相对动弹性模量、抗压强度明显高于水冻作用下,且冻融后期呈指数式迅速下降,相对动弹性模量和抗压强度大致呈线性关系,并依据试验数据建立了二者的函数关系式。依据抗压强度损失率≥50%,推导出掺粉煤灰混凝土新的冻融评价标准:相对动弹性模量≤72%,为运用相对动弹性模量指标来精确评价盐冻作用下掺粉煤灰湿筛混凝土的损伤性能提供了理论依据。     

除冰盐浓度对混凝土盐冻影响的研究

为研究除冰盐浓度对混凝土盐冻破坏的影响,对浓度分别为0％、1％、3％、5％和7％的NaCl除冰盐溶液冻结形成的盐水冰进行单轴无侧限抗压破坏以及混凝土0％、3％的NaCl溶液慢冻循环试验,得出盐水冰的浓度与弹性模量的关系以及混凝土随冻融次数增加力学性能的变化,通过改善后的胶剥落理论,对除冰盐溶液在中等浓度时混凝土产生的盐冻剥蚀破坏最为严重的现象给出了合理解释.     

盐冻侵蚀作用下混凝土力学性能变化研究

针对西北寒旱灌区混凝土结构在侵蚀冻融复合作用下的破坏问题,采用快速冻融试验,分别研究了水、3%NaCl、5%Na_2SO_4作用下混凝土试件质量损失、抗压强度及相对动弹性模量的变化规律,采用损伤度来描述混凝土的损伤情况,分析了盐冻作用机理,建立了相对动弹性模量和抗压强度相关联的力学衰减模型,并利用试验数据对其进行验证分析。结果表明:混凝土试件在不同的冻融介质作用下存在不同程度的损伤,在3%NaCl溶液中冻融试件损伤度最高达到清水冻融的5倍以上,75次冻融之前5%Na_2SO_4溶液对混凝土损伤有抑制作用,冻融环境下三种介质对混凝土损伤度大小排序为3%NaCl5%Na_2SO_4水;混凝土相对剩余抗压强度和相对动弹性模量相关性良好,服役中的混凝土结构可以通过测定相对动弹性模量评估抗压强度。相关研究可为寒旱区混凝土结构维护和病害预防提供参考。     

混凝土抗盐冻性能试验

为研究混凝土强度等级、矿物掺合料和含气量对其抗盐冻性能的影响,对混凝土进行了盐溶液条件下的快速冻融试验。通过硬化混凝土气泡参数测定验证了新拌混凝土含气量与硬化混凝土含气量之间的相关性,对混凝土外观、相对动弹性模量、累积剥落量随冻融循环次数变化规律进行了分析,研究了不同强度等级、矿物掺合料、含气量等因素对混凝土抗盐冻性能的影响趋势。结果表明:单纯提高强度等级并不一定利于混凝土抗盐冻性能的改善,对中低强度的混凝土而言,含气量是影响其抗盐冻性能的决定性因素;粉煤灰与矿渣粉的掺量应控制在一定范围内。     

盐冻耦合作用下早冻混凝土寿命预测试验研究

工程在昼夜温差大、低温环境条件下施工,极易造成处于初凝或养护期混凝土早冻,导致混凝土性能损伤和使用寿命降低问题。为此,根据现场环境改变水胶比和粉煤灰掺量,开展室内模拟试验,探究早冻混凝土耐久性衰减规律并进行使用寿命预测。试验结果表明：随着冻融次数的增加,不同水胶比和粉煤灰掺量对混凝土孔隙分布及耐久性能影响显著;水胶比越大,混凝土内部孔隙越大,抗压及抗冻耐久性能降低;粉煤灰掺量越大,混凝土内部更加密实,抗压及后期抗冻耐久性能提高。根据威布尔模型寿命预测可知,水胶比小、粉煤灰掺量大的混凝土寿命周期长。为改善早冻混凝土的耐久性,建议水胶比选为0.35,粉煤灰掺量选为20%。     

单轴循环压缩载荷下混凝土实时损伤演化规律

通过循环压缩加载实验并同时运用超声波探测仪实时测试混凝土试样超声波波速变化,得到了不同应变率条件下循环压缩应力应变曲线及超声波波速实时演化结果。结合超声波波速实时测试结果,将加载过程中材料动弹性模量的衰减与材料初始弹性模型比值的变化表征为材料损伤变量,得到了实时损伤演化实验量化结果,并提出了率相关的损伤演化模型。结果表明提出的损伤演化模型可真实地表征混凝土破坏全过程材料实时损伤演化情况,且对研究混凝土材料失效具有重要的理论意义。     

寒区面板混凝土抗盐冻侵蚀试验研究

为提升寒冷盐碱地区面板混凝土的耐久性,将聚丙烯纤维掺入到面板混凝土中,进行不同盐溶液浓度下的冻融循环试验.结果表明:掺入纤维对面板混凝土的抗盐冻性能有较大幅度提升,当聚丙烯纤维掺量为1kg/m3时,面板混凝土的抗盐冻性能表现最佳;面板混凝土在中等盐浓度(3.5％)下的冻融损伤要大于在低等浓度(2％)和高等浓度(5％)下的冻融损伤.这一研究成果可为面板混凝土设计施工提供借鉴.     

渗透型防水涂料对混凝土抗盐冻性的影响

在我国西北地区,混凝土遭受着盐类侵蚀和冻融循环的双重破坏作用,研究其抗盐冻性对于工程安全及使用年限意义重大。采用3类常用的涂料即水泥基渗透结晶型防水材料、水泥基渗透非结晶型防水材料和水性渗透型无机防水剂分别2次涂刷混凝土表面,在3.5%NaCl溶液和5%Na2SO4溶液中对混凝土进行"快冻"试验。试验结果表明,3种类型的涂料都可以提高混凝土的抗盐冻性能,其中无机水性水泥密封防水剂效果最好。此研究可为渗透型防水涂料在我国西北地区混凝土工程中的应用提供理论依据。     

盐冻作用下风积沙混凝土中氯离子扩散研究

为研究氯盐冻融循环作用下风积沙掺量对混凝土氯离子扩散的影响,试验制备了不同风积沙掺量(质量替代率为0％、25％、50％、75％、100％)的混凝土.通过化学分析法测定盐冻环境下不同风积沙掺量混凝土中自由氯离子浓度和总氯离子浓度,计算了风积沙混凝土相对氯离子结合系数和氯离子扩散系数.结果表明:自由氯离子浓度随风积沙掺量的...     

冻融循环后湿筛混凝土强度试验与破坏准则研究

采用快速冻融法,对湿筛混凝土试件进行了冻融循环。利用大型动三轴试验机,对冻融循环后的湿筛混凝土试件进行单轴压和4种应力比的双轴压试验,观察试件的破坏形态和表面裂缝分布情况,测得双轴主压方向的极限强度,剖析了冻融循环次数和应力比对极限强度的影响规律。 试验结果表明：随冻融循环次数的增加,湿筛混凝土的双轴压极限强度呈非线性降低;在冻融循环次数相同的情况下,双轴压极限强度相对于其单轴强度均有所提高,而提高幅度取决于应力比。提出了带有冻融循环次数和应力比参数的修正湿筛混凝土破坏准则公式,可为寒冷地区的海洋工程、水工结构强度分析和寿命预测提供理论依据。     

水工全级配与湿筛混凝土强度关系的研究

在分析总结现有试验结果和已有混凝土尺寸效应模型的基础上,认为影响全级配和湿筛混凝土强度的主要因素是控制性裂纹的长度,并从脆性材料细观破坏机理出发,分析了混凝土在轴拉、劈拉和轴压荷载下的破坏模式,得到了不同形式荷载下的混凝土内控制性裂纹长度,研究了最大骨料粒径对混凝土强度的影响规律。研究表明,随着最大骨料粒径的增加,混凝...     

循环孔隙水压下混凝土的力学特性和损伤演化

为探究混凝土在潮汐、蓄放水等循环水压环境下工作的情况,对饱和混凝土进行了不同次数(0,50,100,200)的有压水循环预处理,并在有围压的水环境中直接对混凝土进行加载,加载速率恒定为10^-4 s^-1。分别在应力空间上和应变空间上探究了循环水压对混凝土力学性能和损伤演化的影响。研究结果表明:①循环次数对混凝土力学性能的影响包含了有利影响与不利影响,有利影响主要表现为混凝土内部的Stefan效应,会增加混凝土的峰值应力与变形能力,同时延缓损伤的发展;②Stefan效应在循环次数较少时(≤100)占据主导地位,且随循环次数的增加而增大,并在孔隙水使混凝土内部孔隙发生连通和贯穿后开始减弱;③在混凝土受压过程中,由于混凝土内部共轭面的相对滑移,Stefan效应有一定的滞后性,但总体的影响程度大于不利影响;④所推导的损伤变量计算方法从能量耗散角度出发,将塑性应变能作为材料损伤耗能的一部分,反映了材料变形模量的退化,且比较符合实际工程经验。     

现场浇筑大坝混凝土与湿筛混凝土起裂韧度换算关系研究

本文研究现场浇筑大坝混凝土与湿筛混凝土起裂韧度的换算关系。利用中国某特高拱坝施工现场拌合楼生产混凝土拌合物,浇注成型不同试件尺寸的骨料最大粒径150 mm的大坝混凝土试件,以及骨料最大粒径40 mm的湿筛混凝土试件。通过试验分别获得了大坝混凝土及湿筛混凝土各试件的起裂荷载,进而由有限元计算得到其起裂韧度。分析了大坝混凝土与湿筛混凝土的起裂韧度随试件尺寸变化而变化的规律,研究发现,不论大坝混凝土试件,还是湿筛混凝土试件,当韧带高度与骨料最大粒径比值大于等于6.0后,起裂韧度均趋于稳定值。基于试验结果,建立了小尺寸湿筛混凝土试件推求大尺寸大坝混凝土试件起裂韧度的关系式。     

混凝土循环加卸载动态损伤演化推移分析及损伤值估计模型

利用多功能三轴仪进行了不同应变速率下的混凝土循环加卸载试验,对声发射信号与应力水平的关系进行了分析,并从声发射撞击数的角度对混凝土损伤演化规律特性进行研究,进一步构建了只含循环次数的单参数损伤值估计模型。研究结果表明在不同的应变速率下,混凝土损伤演化的路径各不相同,当应变较小时,混凝土前期损伤累积程度较大,后期平缓,出现水平段;随着应变速率的提高,混凝土损伤演化路径前移,后一种应变速率相对于前一应变速率所对应的损伤推移值随着累计残余应变的增大呈现出先增大后减小的规律,当累计残余应变一定的情况下,随着应变速率的提高,相邻2种应变速率对应的损伤推移程度在不断减弱;混凝土循环加卸载损伤演化规律具有三阶段损伤模式,统计密度函数能较好地反映循环加卸载损伤演化规律。     

冻融循环后全级配混凝土及其湿筛混凝土的力学性能比较

对全级配混凝土试件及其湿筛混凝土试件分别进行0次、50次、100次、150次、200次、250次和300次快速冻融循环试验。观察冻融后试件外观的变化情况,测定冻融循环后全级配混凝土和湿筛混凝土的抗压强度与抗拉强度,讨论了冻融循环对抗压强度、抗拉强度及其应力应变关系的影响。试验发现,冻融循环后全级配混凝土的外观破损情况较湿筛混凝土严重得多。试验结果表明,随冻融次数增加,全级配混凝土与湿筛混凝土的抗压强度与抗拉强度均明显降低,但全级配混凝土的降低值较湿筛混凝土的降低值大,特别是抗拉强度,降低幅度更大。两种混凝土单轴压应力应变曲线峰值应力点随冻融循环次数增加逐渐向右下方移,曲线形状变得扁平,而其单轴拉应力应变曲线峰值应力点随冻融循环次数增加逐渐向左下方移动,曲线变短。通过对试验结果的分析,建立了全级配混凝土和湿筛混凝土之间单轴压及单轴拉关系的数学公式,可以为寒冷地区大坝、海洋平台等的设计、维修、维护及其寿命预测等提供理论依据。     

冻融循环后全级配混凝土及其湿筛混凝土的力学性能比较

对全级配混凝土试件及其湿筛混凝土试件分别进行0、50、100、150、200、250和300次快速冻融循环试验。观察冻融后试件外观的变化情况,测定冻融循环后全级配混凝土和湿筛混凝土的抗压强度与抗拉强度,讨论了冻融循环对抗压强度、抗拉强度及其应力应变关系的影响。试验发现,冻融循环后全级配混凝土的外观破损情况较湿筛混凝土严重得多。试验结果表明,随冻融次数增加,全级配混凝土与湿筛混凝土的抗压强度与抗拉强度均明显降低,但全级配混凝土的降低值较湿筛混凝土的降低值大,特别是抗拉强度,降低幅度更大。两种混凝土单轴压应力应变曲线峰值应力点随冻融循环次数增加逐渐向右下方偏移,曲线形状变得扁平,而其单轴拉应力应变曲线峰值应力点随冻融循环次数增加逐渐向左下方移动,曲线变短。通过对试验结果的分析,建立了全级配混凝土和湿筛混凝土之间单轴压及单轴拉关系的数学公式,可以为寒冷地区大坝、海洋平台等的设计、维修、维护及其寿命预测等提供理论依据。     

小湾拱坝湿筛混凝土动态弯拉力学特性试验研究

结合小湾拱坝，试验研究了湿筛混凝土动态弯拉力学特性。试验采用MTS322动静万能试验机和简支梁三分点加荷法。静载试验加载速率为250N/s。动载试验考虑了不同初始静载（0%、40%、80%、90%）和不同动态加载方式（冲击和变幅三角波）。40%、80%和90%初始静载分别取18.6kN、37.2kN和41.8kN，以静载速率加载至初始静载值，再施加动态荷载。冲击波形加载速率是250kN/s。变幅三角波形加载频率是1Hz，每个加载台阶含三个周期，相邻加载台阶差值是20kN。湿筛混凝土试验结果表明：(1)初始静载对混凝土动态极限弯拉强度影响很大；(2)合适比例的初始静载对混凝土动态极限弯拉强度有利，本文试验发现80%初始静载时动态弯拉强度提高最大，冲击试验DIF高达1.49；(3)同静载相比，冲击加载时混凝土动态极限弯拉强度提高，弯拉极限拉伸值略小，弹性模量提高不多，纯弯区正截面中和轴位置没有变化；(4)往复加载对混凝土存在低周疲劳的不利影响。对比分析表明，三级配混凝土与其湿筛混凝土动态弯拉力学特性，定性规律相似，但定量结果尚得不出来，进行高拱坝抗震设计时，应采用全级配混凝土动态试验结果。     

小湾拱坝湿筛混凝土动态弯拉力学特性试验研究

结合小湾拱坝,试验研究了湿筛混凝土动态弯拉力学特性。试验采用MTS322动静万能试验机和简支梁三分点加荷法。静载试验加载速率为250N/s。动载试验考虑了不同初始静载(0%、40%、80%、90%)和不同动态加载方式(冲击和变幅三角波)。40%、80%和90%初始静载分别取18.6kN、37.2kN和41.8kN,以静载速率加载至初始静载值,再施加动态荷载。冲击波形加载速率是250kN/s。变幅三角波形加载频率是1Hz,每个加载台阶含3个周期,相邻加载台阶差值是20kN。湿筛混凝土试验结果表明:(1)初始静载对混凝土动态极限弯拉强度影响很大;(2)合适比例的初始静载对混凝土动态极限弯拉强度有利,80%初始静载时动态弯拉强度提高最大,冲击试验DIF高达1.49;(3)同静载相比,冲击加载时混凝土动态极限弯拉强度提高,弯拉极限拉伸值略小,弹性模量提高不多,纯弯区正截面中和轴位置没有变化;(4)往复加载对混凝土存在低周疲劳的不利影响。对比分析表明,三级配混凝土与其湿筛混凝土动态弯拉力学特性,定性规律相似,但定量结果尚得不出来,进行高拱坝抗震设计时,应采用全级配混凝土动态试验结果。     

循环孔隙水压力作用对混凝土损伤特性研究

为研究混凝土在历经循环孔隙水压力后的损伤特性,利用10 MN大型多功能液压伺服静动力三轴仪,进行了常三轴混凝土动静力加载试验,基于能量分析的损伤本构模型改进,确定损伤变量,进行不同加载速率、不同循环孔隙水作用后的混凝土损伤特性的对比分析。研究结果表明:当饱和混凝土试件分别经历不同大小的循环孔隙水压力作用后,低应变速率下,损伤曲线分布较为分散,随着应变速率的增大损伤曲线越来越趋于集中。随着加载时应变速率的提高,损伤曲线的分布呈现出了一定的规律性:低应变速率下,随着循环孔隙水压力值的增大,产生相同值的损伤对应的应变越小;高应变速率下,产生相同值的损伤发生的应变越来越大。