超低温冻融循环作用下的混凝土强度

混凝土结构已应用于低温、超低温环境领域,而当前对超低温下混凝土性能的研究很少,超低温冻融循环作用下混凝土强度的研究在国内几乎是空白。参照《普通混凝土长期性和耐久性试验方法》,考虑循环次数、循环时的最低温度、水胶比及外界环境湿度等参数的影响,进行了立方体混凝土抗压、抗拉强度试验及砂浆残样的SEM扫描电镜试验,探究超低温冻融循环作用对混凝土强度的影响及损伤的微观机理。强度试验结果表明,较常规冻融循环,超低温冻融循环对混凝土有更不利的影响,且随温度的降低,水胶比的提高,损伤有加大的趋势;相应地,SEM电镜试验下混凝土砂浆孔径增大,材料变得更疏松,从机理上解释了强度试验结果的合理性。     

冻融循环条件下混凝土损伤规律研究

冻融循环是建筑结构体在外界环境温度变化下,引起结构体内部含水率变化从而引发结构体内部孔隙扩展结构受损的现象。作为我国北方地区普遍存在的环境变化现象,直接关系到结构体的安全与稳定。鉴于此,拟通过试验研究冻融循环次数对混凝土质量损失率及力学行为的影响规律,并同时考虑受荷和冻融影响下的混凝土损伤本构方程,以期为相关研究提供理论支撑。     

水泥基材料超低温冻融循环试验研究

利用液氮作为环境介质进行超低温冻融循环试验,研究了超低温对水泥基材料抗冻性能的影响。观测冻融循环前后试件外观、质量和强度等宏观性能变化,采用扫描电子显微镜(SEM)分析水泥基材料冻融循环前后微观结构变化。试验结果表明:在超低温条件下,混凝土的抗冻性能明显强于砂浆,且随混凝土强度提高其抗冻性能呈增长趋势;SEM分析结果表明超低温冻融循环后泡水融化试件结构内存在明显缺陷;超低温冻融循环试验可以加速水泥基材料破坏进程,明显减少试验周期,能相对较快的评价出水泥基材料的抗冻性能。     

不同超低温温度区间冻融循环作用混凝土峰值应变软化性能试验研究

通过混凝土经历10～-40、10～-80、10～-160℃等3种典型的超低温温度区间冻融循环作用试验,探讨不同的温度区间和冻融循环作用次数对混凝土峰值应变的影响。结果表明,经历不同温度区间冻融循环作用混凝土上下限温度时的混凝土峰值应变变化趋势不同。随冻融循环作用次数不断地增加,下限温度较低温度区间的混凝土峰值应变将不再增加而呈减小趋势。但各温度区间混凝土下限温度时的混凝土峰值应变因混凝土内孔隙水结冰均比其上限温度时大;不同温度区间的混凝土相对峰值应变差以及上下限温度时单次冻融软化指标和累积冻融软化指标均存在明显的差异且变化规律较为复杂。由试验结果拟合出混凝土相对峰值应变与超低温冻融循环作用的温度区间和次数间的关系式。所获得的这些结果可为LNG储罐类混凝土结构的设计和安全性能评估提供参考。     

冻融循环下粉煤灰混凝土弹性模量损伤预测模型

粉煤灰混凝土的使用对节约资源和能源,延长工程项目使用寿命,提高工程项目全寿命周期综合效益具有重要意义。对粉煤灰混凝土在冻融循环下的强度和弹性模量退化进行试验研究。基于混凝土三重球弹性模量预测模型,考虑冻融循环对硬化水泥浆体和砂浆-骨料间的界面过渡区的作用,建立冻融循环下粉煤灰混凝土四重球弹性模量损伤预测模型。通过与试验结果的对比,模型能够较好的反映在冻融循环作用下粉煤灰混凝土的弹性模量的退化规律。     

混凝土冻融损伤劣化规律与等效冻融循环次数模型

为探究“人工气候”环境下混凝土材料层面的冻融损伤劣化规律,以冻融循环次数NFTCs、混凝土强度为变化参数,浇筑了21组尺寸为150mm的立方体试块,进而对其展开了冻融循环试验、扫描电镜试验,量测了其抗压强度、相对动弹性模量P、质量变化。研究表明：随NFTCs的增大,C-S-H由颗粒状转变成纤维状;混凝土抗压强度与P均逐渐降低,且降低速率基本相等;混凝土试块的质量在NFTCs≤80时略有增加,而后逐渐下降。随混凝土强度的提高,C-S-H凝胶体由纤维状逐渐转变为网状;抗压强度、P以及混凝土试块的质量均逐渐增大。基于材性试验结果,分别建立了相对抗压强度、相对动弹性模量、质量变化率计算式;进而以P为冻损指标,构建了两种不同冻融制度的NFTCs转换式;从而建立了冻损RC构件荷载与位移时变化剩余评估模型,初步实现了实际冻融损伤环境下各服役龄期RC构件力学与变形性能的时变化定量评估。     

混凝土冻融循环损伤后力学性能衰减规律研究

桥梁承台、墩柱混凝土经历冻融损伤后,影响整体受力性能.为研究混凝土冻融循环损伤后力学性能衰减规律,依托西藏拉林铁路连续刚构桥,采用快冻法对承台C30混凝土和墩柱C40混凝土试块开展冻融循环试验,利用动弹仪测量混凝土试块动弹性模量,并测量混凝土试块质量损失.试验结果表明,随着冻融循环次数的增加,混凝土试块动弹性模量与质量...     

冻融循环作用下混凝土构件受压性能损伤试验研究

混凝土结构的冻融破坏是寒冷地区经常发生的自然灾害,冻融引起的混凝土结构的耐久性问题已不容忽视。在混凝土材料的抗冻耐久性研究的基础上,从构件层面上对冻融循环作用下混凝土强度等级C30、对称配筋的受压构件柱进行快速冻融试验,观察冻融作用后混凝土受压柱破坏的外观形态、质量损失与动弹性模量的变化,以及受损后的混凝土柱抗压性能的变化。试验结果表明:混凝土构件的冻融破坏与冻融循环次数有关,冻融循环作用次数越多,构件破坏越严重,其单轴受压承载力也随之降低,尤其是在冻融循环数达100次以后,构件性能劣化加剧。混凝土构件在轴向加载过程中,破坏形式呈混凝土压碎破坏。最后,建立了冻融循环作用后混凝土构件受压承载力的计算模型。     

冻融损伤混凝土力学性能衰减规律

为研究冻融作用对混凝土力学性能的影响,采用快冻法将混凝土盐冻或水冻至不同损伤程度后,测其动弹性模量、抗折强度、抗压强度和劈裂抗拉强度.以动弹性模量为损伤变量,分析了冻融损伤与抗折、抗压强度之间的关系,采用回归分析的方法建立了抗折强度衰减方程.结果表明,混凝土抗压、抗折、劈裂抗拉强度以及动弹性模量均随冻融循环作用次数的增加而逐步降低;抗折、劈裂抗拉强度以及动弹性模量的衰减速率随冻融循环作用次数的增加而不断增大,但抗压强度的衰减速率则是先增大后减小;在冻融循环次数相同的情况下,含气量越高、水灰比越低,混凝土的强度损失越小,其力学性能损失的大小顺序依次为:抗折强度和劈裂抗拉强度、动弹性模量、抗压强度;冻融损伤与抗折强度的相关性较好,但与抗压强度的相关性较差,当冻融损伤小于40%时,混凝土的抗压强度一般不低于其初始强度的70%.     

冻融循环作用下纤维混凝土的损伤模型研究

通过对4组10 cm×10 cm×40 cm混凝土试件的快速冻融循环试验,以及采用共振法和超声法进行试件的波速和频率测试,得到了冻融循环200次混凝土试件的损伤参量特征值和强度变化规律,论证了超声波速作为损伤参量测试值的合理性,研究了冻融循环对纤维混凝土材料损伤特性的影响因素,分析了纤维混凝土冻融损伤破坏的细观机理,结合动弹性模量和超声波速相对值的变化特点,根据细观损伤力学和数学模拟的方法建立了纤维混凝土冻融损伤本构模型。研究分析和测试计算显示:纤维混凝土冻融损伤模型的计算值与实测值基本吻合,本构模型预测的混凝土损伤特性符合混凝土实际冻融破坏情况;超声波速作为损伤参量易于测量且易与宏观量建立联系,能够较好地反应纤维混凝土冻融损伤规律;聚丙烯纤维在混凝土中能够产生引气效应,可有效地抑制混凝土的冻融损伤劣化程度,在本文研究的混凝土强度范围内纤维掺量为10%时混凝土抗冻性最好。     

冻融循环后蒸汽养护混凝土的损伤—声发射特性

为研究冻融循环对蒸汽养护混凝土力学性能演化规律的影响,通过开展蒸汽养护混凝土试件冻融循环试验和单轴压缩-声发射试验,分析了冻融循环作用后不同蒸汽养护制度下混凝土加载损伤破坏声发射过程,依据声发射特征参数建立了冻融循环后蒸汽养护混凝土受压损伤本构模型,探究了损伤变量与冻融循环次数的变化关系.结果表明：60、80℃蒸汽养护对混凝土抗冻性能不利,40℃蒸汽养护混凝土与标准养护混凝土抗冻性能无明显差异;混凝土受压破坏过程的声发射振铃计数变化呈现出明显的接触期、平静期、陡增期三阶段变化规律,平静期-陡增期分界点随冻融循环次数的增加在时间上发生后移;受压过程前期,蒸汽养护混凝土损伤发展较为缓慢;相对峰值应力达到0.8以后,蒸汽养护混凝土损伤发展较为迅速,直至受压破坏.     

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.     

冻融循环下废弃纤维再生混凝土与钢筋的黏结性能

首先通过冻融循环试验,研究冻融循环次数、再生骨料取代率、废弃纤维体积分数对再生混凝土与钢筋黏结性能的影响.其次从能量守恒与耗散的角度分析黏结性能损伤机理.最后基于损伤和强度劣化理论建立了黏结-滑移模型.结果表明：废弃纤维再生混凝土与钢筋的黏结性能随着冻融循环次数和再生骨料取代率的增大而降低;在再生混凝土中掺入废弃纤维可以显著提升黏结性能;当废弃纤维体积分数为0.12%时,黏结强度提升了11.35%;建立的黏结-滑移模型较好地表征了黏结强度与相对抗压强度之间的关系.     

模袋混凝土干湿-冻融侵蚀孔结构的分形特征

为探究干湿-冻融循环作用下模袋混凝土损伤特征,基于扫描电镜(SEM),结合差分盒维数法,计算得到了其分形维数的微观损伤演化特征;又基于核磁共振试验(NMR)的T2谱计算了孔隙体积的分形维数,发现孔隙结构具有分形特征,并推导了孔隙度、渗透率与分形维数之间的数学关系;进一步,结合分形理论,以相对动弹性模量为损伤指标,建立了...     

基于超声波测试的冻融循环作用下混凝土强度损伤演变研究

针对高寒地区混凝土抗冻耐久性问题,在混凝土中加入不同掺量的粉煤灰研究其抗冻性能,通过非金属声波检测仪进行冻融循环过程中混凝土强度无损测试,研究了冻融循环作用下混凝土强度损伤和动弹性力学参数的演化特征,分析了冻融循环过程中混凝土声波波速与力学性能变化规律.研究结果表明:掺入引气剂能够提高混凝土的抗冻性,相同引气剂掺量下,...     

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.     

氯盐种类及冻融对混凝土氯离子迁移的影响

通过试验研究了盐溶液类型及冻融循环等外部环境对混凝土中氯离子扩散性能的影响.介绍了混凝土电阻和氯离子扩散系数受盐溶液类型及冻融循环影响的变化情况.并试验结果表明,氯盐种类和冻融循环对混凝土中氯离子的迁移都有影响.     

混凝土受气固两相流冲蚀损伤机理与评价研究

采用气固两相流冲蚀试验系统对混凝土进行了风沙冲蚀损伤试验,并通过扫描电镜(SEM)对其损伤表面的微观形貌进行了分析.结果表明:在低冲蚀角下,混凝土的风沙冲蚀损伤破坏表现为表面划伤破坏,在高冲蚀角下,其破坏表现为冲击压痕破碎破坏,随着下沙率的增大,其冲蚀率呈先升高后降低的趋势;提出了一种混凝土受风沙冲蚀损伤评价方法,可为混凝土的风沙防护及耐久性评价提供依据.