弯曲荷载下喷射混凝土衬砌碳化耐久性研究

以一般大气环境长大喷射混凝土单层永久衬砌隧道为背景,开展弯曲荷载作用下喷射混凝土衬砌碳化耐久性试验.采用改进的四点弯曲法,对应力比为0、0.25、0.50和0.75的混凝土试件进行快速碳化试验,并对无荷载混凝土试件的抗压强度、劈裂抗拉强度及抗折强度进行测试.以张誉碳化模型为基础,对其碳化系数进行修正,建立考虑应力比、受力方式、钢纤维和成型方式的喷射混凝土碳化深度预测模型.结果表明:喷射混凝土碳化深度符合Fick第一定律,碳化系数与受力方式和应力比、钢纤维及成型方式有关.喷射混凝土碳化耐久性优于模筑混凝土,钢纤维可进一步提升喷射混凝土碳化耐久性.碳化混凝土相对抗压强度和相对劈裂抗拉强度随碳化深度增大而增大,相对劈裂抗拉强度与碳化深度呈指数关系.通过将模型预测值与试验值进行对比,其平均偏差小于10%,标准差为0.07,对弯曲荷载喷射混凝土碳化深度的预测具有较好的适用性.     

废弃纤维再生混凝土碳化深度预测模型研究

在碳化理论的基础上,通过引入气体扩散理论和分形理论,基于一般正常环境下混凝土结构耐久性产生影响的因素(粉煤灰、矿渣微粉及工作应力),研究单一因素下废弃纤维再生混凝土的碳化性能规律.同时,将烧重试验、压汞试验和碳化试验所得数据进行分析,建立上述相关因素与有效扩散系数Dce的量化关系.此外,考虑到粉煤灰、矿渣微粉和工作应力的存在对废弃纤维再生混凝土的碳化性能影响,引入了粉煤灰影响系数、矿渣微粉影响系数和工作应力影响系数.通过模型计算值和试验结果的比较验证碳化深度预测模型的可行性,建立适用于废弃纤维再生混凝土碳化深度预测的实用模型.     

碳化和应力作用对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

碳化、氯离子侵蚀、应力三者共同作用对沿海地区混凝土结构耐久性具有重要影响.以C25级普通混凝土为研究对象,针对应力、碳化和氯盐三因素共同作用,借助室内试验手段,对混凝土试样进行加载及快速碳化试验,研究了碳化和应力作用下混凝土中的氯离子迁移规律.研究表明:碳化龄期短的混凝土试件,氯离子扩散系数会有很大程度的下降,随着碳化时间的增加下降速度不断减缓;碳化龄期较长的混凝土试件,氯离子扩散系数会略有升高.随压应力的增大,混凝土碳化深度逐渐减小,氯离子扩散系数也逐渐减小.     

弯曲应力作用下钢纤维混凝土氯离子侵蚀性能

研究弯曲应力作用下钢纤维混凝土的氯离子侵蚀性能,分析了钢纤维掺量、弯曲应力水平对混凝土氯离子含量、氯离子扩散系数的影响规律.结果表明,钢纤维的存在能改善弯曲应力作用下的氯离子侵蚀性能,钢纤维掺量为1.5％时,改善效果最明显.弯曲应力的存在加速了氯离子在钢纤维混凝土中的扩散速度、增大了混凝土氯离子含量,应力水平越大时影响越明显.钢纤维混凝土氯离子扩散系数与应力水平间存在指数型数学关系式,最终建立了钢纤维混凝土氯离子扩散系数随应力水平变化的数学模型.     

水灰比对混凝土氯离子扩散系数和碳化速率影响的试验研究

氯离子扩散系数和碳化速率是表征混凝土耐久性的主要指标.通过氯盐浸泡和快速碳化试验,基于试验检测和数据分析,研究了水灰比对氯离子扩散系数和碳化速率系数的影响规律.试验结果表明,水灰比越大,氯离子扩散系数越大,但水灰比过小时水灰比对扩散系数的影响程度降低;水灰比越大,混凝土碳化速度越快.碳化速率系数与水灰比成线性关系.结合试验数据并通过现有模型对比分析,给出较为合理的粉煤灰影响系数表达式和建议取值.     

弯曲荷载对单掺循环再生细骨料混凝土碳化的影响

通过试验探究荷载作用对单掺循环再生细骨料混凝土碳化的影响,制备了掺量取值为0～40%的单掺再生细骨料混凝土,对其进行弯曲拉应力加载,弯曲拉应力破坏荷载值分别设定为40%、70%、100%、120%。将加载好的混凝土试块放置在CO2浓度为（20±3）%、湿度为（70±5）%、温度为（20±2）℃的快速碳化箱中,而后测试7d、14d、21d和28d后的碳化深度。试验结果表明：在中应力水平下碳化深度与单掺循环再生细骨料取代率之间为一元二次函数关系;高应力水平下则呈直线关系;应力水平为66%破坏荷载水平时碳化深度可达最低值。     

考虑冻融和应力影响的混凝土构件碳化试验研究

为分析冻融循环和应力水平对混凝土结构碳化深度的影响,设计并实施了不同应力钢筋混凝土试件纯碳化试验和冻融-碳化交替试验.以Papadakis的经典碳化理论模型为基础,结合冻融和应力对混凝土CO2扩散性能的影响,以混凝土中可碳化物质在碳化过程中各物质质量平衡为条件建立微分方程,使用COMSOL Multiphysics建立考虑冻融和弯压应力的钢筋混凝土试件碳化深度模型,比较数值模拟结果与试验结果.结果 表明,压应力和冻融分别会提高和降低混凝土的抗碳化能力;当混凝土受力状态由受压变为受拉时,应力-冻融耦合对混凝土的碳化由抑制转换为促进作用,确定不同冻融条件及混凝土类型下的冻融临界应力,有助于对冻融环境下混凝土碳化进行有效防护;基于COMSOL Multiphysics的有限元分析结果和实测结果吻合较好,可为冻融和应力下混凝土构件碳化深度预测分析提供依据.     

弯曲裂缝对再生混凝土构件碳化性能影响的试验研究

混凝土是脆性材料,抗拉强度远低于其抗压强度,钢筋混凝土构件在使用时往往处于带裂缝工作状态.当钢筋混凝土构件表面混凝土的裂缝达到一定宽度之后,经过时间的推移,有可能直接影响结构的正常使用以及耐久性,甚至影响结构的功能和安全性.试验着眼于再生混凝土表面弯曲裂缝对钢筋混凝土构件碳化性能的影响,以不同强度等级(C20、C40)和裂缝宽度(0.1 mm、0.2 mm)为变动因素进行了对比性碳化试验,试验结果表明,与没有倒入微裂缝的对比用普通混凝土试件以及再生混凝土试件相比,再生混凝土试件表面的弯曲裂缝对混凝土碳化性能的影响要比裂缝宽度对混凝土碳化性能的影响更大.     

弯曲应力作用下不同钢筋种类和保护层厚度珊瑚混凝土的钢筋锈蚀研究

通过自制设备对珊瑚混凝土构件进行弯曲应力加载试验，研究弯曲应力对珊瑚混凝土中不同保护层厚度下不同种类钢筋锈蚀的影响程度。通过ABAQUS有限元分析软件模拟钢筋珊瑚混凝土构件模型在弯曲应力作用下的应力大小和受力状态，并采用极化曲线、电化学阻抗谱分析对比分析不同种类钢筋在弯曲应力作用下的锈蚀情况。结果表明：自制设备可以较好地模拟弯曲应力和海洋环境耦合作用下的钢筋锈蚀情况；钢筋的耐腐蚀性能会随着弯曲应力的增大而降低；在一定保护层厚度范围(0～30 mm),增大弯曲应力对钢筋锈蚀的影响显著，但当保护层增大到一定程度(50 mm)时，增大弯曲应力对钢筋锈蚀的影响逐渐变小；弯曲应力对钢筋的影响程度由强到弱依次为HPB400钢筋、镀锌钢筋、304不锈钢钢筋。     

基于多因素耦合作用的混凝土氯离子迁移规律试验研究

碳化、氯离子侵蚀、荷载三者共同作用对沿海地区混凝土结构耐久性具有重要影响.以C25级普通混凝土为研究对象,针对应力、碳化和氯盐三因素共同作用,借助室内试验手段,对混凝土试样进行加载及快速碳化试验,研究了耦合作用下混凝土中的氯离子迁移机理,建立了应力-碳化-氯盐多因素共同作用下的氯离子传输模型.研究表明:当碳化时间较短时,氯离子扩散系数随荷载等级的增加而不断减小;当碳化时间较长时,氯离子扩散系数在荷载等级较小阶段会有显著下降趋势,而在荷载等级达到60％极限抗压强度以上时,呈现陡增陡降的变化过程.研究成果可以完善结构耐久性设计理论和方法.