基于疲劳荷载和冻融循环下路面泡沫混凝土的性能研究

依托某大桥高速公路工程,研究了道路泡沫混凝在疲劳荷载、冻融循环及二者耦合作用下力学性能的变化。结果表明:在单一因素疲劳试验下,泡沫混凝土经120万次循环荷载后无侧限抗压强度明显降低,由于疲劳荷载使微裂缝萌生并逐渐扩展,强度随之劣化;在同样的循环荷载次数下,试样经过冻融循环后的抗压强度稍低于未经冻融循环的,冻融循环对试样具有微观的影响;初始疲劳荷载加快了试件相对动弹性模量的降低速度。     

循环荷载、氯盐与冻融多因素作用下混凝土力学及抗渗性能研究

混凝土的力学特性和抗渗性能直接影响其服役耐久性,开展荷载、冻融等多因素耦合作用下混凝土力学和抗渗性能影响研究,有利于分析混凝土性能衰变机理。本文对道路混凝土采用氯盐溶液浸泡并同步施加动态荷载和冻融循环作用,并测试分析各侵蚀龄期混凝土抗弯拉强度、相对动弹性模量及表观扩散系数时变规律。结果表明,冻融循环作用下混凝土抗弯拉强度降低,循环荷载加速了冻融对混凝土的损伤。冻融循环使得混凝土抗渗性能显著下降。     

气冻气融作用下钢筋混凝土梁抗弯承载力试验研究

为了更好地研究大气环境中的混凝土结构在冻融作用下的耐久性能,采用气冻气融的试验方法,对足尺(150mm×300mm×2 700mm)钢筋混凝土梁在不同冻融循环次数作用后的抗弯承载力进行了研究,分析了冻融对钢筋混凝土梁在静荷载作用下的裂缝发展规律、开裂荷载、极限荷载、跨中挠度以及混凝土截面应变的影响。研究结果表明:经过冻融循环作用后的钢筋混凝土梁在静荷载作用下,其裂缝发展规律与未冻融梁基本一致;随着冻融循环次数的增加,开裂荷载、极限荷载以及跨中挠度逐渐降低,冻融循环150次时,开裂荷载下降为未冻融时的60%,极限荷载下降为未冻融时的86.7%,跨中挠度下降为未冻融时的79%;混凝土截面应变符合平截面假定,且随着冻融循环次数增加,混凝土受压区高度有所增加。     

弯拉荷载与冻融耦合作用下混凝土损伤劣化特性

为探究弯拉荷载水平和冻融环境对混凝土性能的影响，设计了弯拉荷载与冻融循环耦合试验体系，研究了混凝土在冻融循环和应力比分别为0%、10%、20%和30%条件下的宏观力学性能和抗冻性能的变化规律，采用硬化混凝土气孔结构分析仪、扫描电子显微镜探究了混凝土在弯拉荷载和冻融循环耦合作用下的破坏机理。结果表明，质量损失率和残余应变随着应力比和冻融循环次数的增加而增加，相对动弹性模量呈现出相反的趋势；随着应力比的增加，混凝土气泡直径增大、气泡比表面积和气泡间距系数减小；荷载和冻融循环会加剧混凝土的劣化，应力比越大，混凝土抗冻性越差。     

路用泡沫混凝土长期耐久性研究

随着高速公路建设的飞速发展,泡沫混凝土越来越频繁地用于公路工程领域。泡沫混凝土是一种轻质材料,多应用于桥台台背回填、路堤边坡置换等分项工程,由于其材料的特殊性,在控制路基沉降方面有着天然的优势。针对路用泡沫混凝土长期耐久性进行研究,在循环荷载和冻融循环单一因素和多因素耦合作用下,得出了泡沫混凝土微裂缝的变化规律,其力学性能均有不同程度的下降。可为类似项目的施工提供参考和借鉴。     

冻融循环下CFRP—高性能混凝土的粘结性能

通过双面剪切试验,研究了冻融环境下CFRP-高性能混凝土界面粘结性能的发展规律。对比分析了未经冻融和经历25、50、100、150、200及300次冻融循环作用试件的破坏特征、剪应变分布、荷载滑移曲线、粘结承载力以及粘结破坏机理。结果表明,所有试件的界面破坏均发生在混凝土表层内,但随着冻融循环次数的增加,破坏界面有向胶层发展的趋势;经受冻融循环次数较少时(25、50次),界面的粘结强度、刚度及开裂荷载的变化不明显,甚至略微提高;但随着冻融循环次数的进一步增加,界面粘结性能有明显的变化,界面粘结强度、端部滑移量减小,刚度退化,初始开裂荷载水平降低,非线性特征增强。粘结极限承载力与混凝土立方体抗压强度均随冻融循环次数的增长存在先提高后下降的趋势,混凝土强度变化是界面粘结性能变化的最重要因素。     

路用泡沫混凝土耐久性研究

分别对路用泡沫混凝土进行循环荷载、冻融循环、海水侵蚀和大气暴露等试验,分析试验前后试件无侧限抗压强度的变化规律,以评价其耐久性。结果表明:循环荷载作用次数、加载幅值和加载均值增加及海水浸泡时间延长时路用泡沫混凝土的耐久性逐渐下降;冻融次数增加时,耐久性则先提高后下降,但荷载和冻融耦合作用时,试件耐久性下降速率明显高于二者单一作用;大气暴露时则是随暴露时间的延长,耐久性先提高后下降,最后基本不变,且试件最终稳定的无侧限抗压强度高于暴露初期强度。为提高路用泡沫混凝土耐久性,建议施工中严格控制其上路面结构的平整度,并加强其28 d后的养护,且对于冻融或海水侵蚀地区应采取措施进行防治。     

冻融循环后轻骨料混凝土双轴拉(劈拉)压强度试验和破坏准则研究

进行海水中不同冻融循环次数后轻骨料混凝土双轴拉(劈拉)压状态下的强度试验,考察试件的破坏形态和表面裂缝的走向特征。根据试验结果分析双轴拉压状态下的极限抗压、劈拉强度随冻融循环次数和应力比的变化规律。并在此基础上,建立不同冻融循环次数后主应力空间的破坏准则和考虑冻融循环影响的八面体应力空间的统一破坏准则,为寒冷海洋环境条件下轻骨料混凝土结构在经受拉压组合荷载作用时的强度分析提供试验和理论依据。     

硫酸盐和冻融循环耦合作用下活性粉末混凝土物理力学性能研究

为了评价活性粉末混凝土耐硫酸盐和冻融循环耦合破坏作用的性能,本文通过试验测定了不同耦合循环次数下,普硅活性粉末混凝土(P)和高抗活性粉末混凝土(GP)的质量损失率、相对动弹性模量、抗压强度和抗压强度耐腐蚀性系数等物理力学性能指标,并研究了粉煤灰和矿粉替代量对活性粉末混凝土耐硫酸盐和冻融循环耦合破坏作用的影响。试验结果表明,P和GP的质量损失率随耦合循环次数的变化幅度较小,而相对动弹性模量、抗压强度和抗压强度耐腐蚀性系数都随耦合循环次数的增大出现先增大后减小的趋势,当耦合循环次数分别为9次和6次时,P和GP的抗压强度分别达到最大值168.65MPa和157.69MPa;粉煤灰的掺入能明显改善混凝土的耐硫酸盐和冻融循环耦合破坏作用,且当掺量为30%时改善效果最好;矿粉的加入也能改善混凝土的耐硫酸盐和冻融循环耦合破坏作用;相比于相对动弹性模量,抗压强度更适合评价活性粉末混凝土的耐硫酸盐和冻融循环耦合破坏作用的性能。     

不同密度等级泡沫混凝土的单轴压缩破坏特征

为研究不同密度泡沫混凝土的压缩破坏特征,对密度为500～750 kg/m3的泡沫混凝土开展了不同加载速率下的单轴压缩试验,并采用数字图像相关(DIC)技术和声发射(AE)技术,获得了泡沫混凝土加载过程中的应变云图以及损伤演化特征.结果表明:随着密度的增大,泡沫混凝土的屈服应力、平台应力和能量吸收明显提高,荷载速率的影响更加明显;泡沫混凝土破坏时的裂缝数量减少,裂缝由垂直微裂纹转为带有倾斜角度的剪切型裂纹;声发射信号在峰前的活跃度增加,泡沫混凝土发生破坏时振铃计数突增现象更加集中;泡沫混凝土由延性破坏转变为脆性破坏.     

轴压与硫酸盐耦合作用下混凝土强度劣化机理

为研究混凝土结构荷载与环境耦合作用下的混凝土性能劣化时变规律,对不同应力比的轴压荷载与不同浓度的硫酸钠溶液直接耦合作用下的混凝土强度劣化和微观机理进行了研究,轴压应力比取0%,15%,30%和45%,硫酸钠溶液浓度(质量分数,下同)取0%,5%和10%.结果表明:45%应力比的轴压荷载与硫酸钠溶液耦合对混凝土强度的劣化有显著促进作用;30%及以下应力比的轴压荷载与硫酸钠溶液耦合对混凝土强度的劣化有一定抑制作用,其中30%应力比的轴压荷载抑制作用最为显著;相比5%浓度的硫酸钠溶液,10%浓度的硫酸钠溶液对混凝土的劣化有显著加速作用.微观机理研究表明:轴压荷载与硫酸钠溶液耦合作用下,30%应力比作用下混凝土试件的界面过渡区劣化最轻,15%应力比作用下混凝土试件的界面过渡区损伤稍大于30%应力比作用下,45%应力比作用下混凝土试件的界面过渡区损伤劣化最严重;耦合作用下,微裂缝处的钙矾石和石膏等物质对界面过渡区的填充密实作用较小;随着侵蚀龄期的增加,界面过渡区微裂缝的劣化逐渐加重;在高应力比的轴压荷载与硫酸钠溶液耦合作用下,界面过渡区的劣化对混凝土性能影响更显著;在低应力比的轴压荷载与硫酸钠溶液耦合作用下,界面过渡区的劣化对混凝土性能影响不明显.     

冻融循环下BFRP筋与混凝土黏结强度试验研究

为了研究冻融循环作用下BFRP筋与混凝土黏结强度,对不同冻融次数（0、10、20、40次）和不同混凝土强度等级（C30、C35、C40）共36个试件进行冻融循环试验和中心拉拔试验。试验结果表明:未经冻融循环的试件和冻融循环40次（C30）试件发生拔出破坏,其余冻融试件均发生劈裂破坏;随着混凝土强度等级提高,脱胶强度和黏结强度逐渐增加;随着冻融循环次数增加,BFRP筋与混凝土的黏结强度和峰值滑移呈现出先增加后减小的趋势,而脱胶强度随冻融循环次数增加逐渐减小。     

盐冻融-荷载耦合作用下高性能混凝土试验及损伤模型研究

通过对掺加粉煤灰、硅粉及矿渣的高性能混凝土在盐冻融-荷载耦合作用下的试验研究,提出了考虑多因素作用下混凝土疲劳损伤度模型。试验结果表明:荷载显著的影响盐冻融循环次数和破坏形态;不同应力状态下混凝土试件的质量变化率无明显差别。质量损失率是反映盐冻融-荷载耦合循环次数的主要参数,而相对动弹性模量是反映荷载影响的主要参数。提出的盐冻融-荷载耦合作用下的混凝土损伤度模型,可以反映出混凝土所受应力、相对动弹性模量、混凝土抗拉强度及循环次数对损伤度的影响。当耦合影响因子β接近零时,混凝土趋近疲劳寿命;所预测的损伤特性与实际损伤情况符合较好。     

钢筋混凝土构件在杂散电流和氯盐腐蚀下的疲劳性能及失效规律研究

针对西宁轨道交通工程混凝土结构服役特点,试制了4种不同配合比钢筋混凝土试件,对试件经过杂散电流与氯盐腐蚀的耦合作用后进行疲劳荷载试验,分析了钢筋混凝土在耦合作用下抗疲劳性能及失效规律。结果表明:在抗弯疲劳与杂散电流因素下,Ca50z混凝土具有较好的抗破坏能力,对应于100万次和200万次循环的疲劳折减强度系数分别为0.27和0.20,适合于轨道交通的高架桥梁式结构构件;在多因素工况试验条件下,Ca60z混凝土具有更强的抗破坏能力,对应于100万次和200万次循环的疲劳折减强度系数分别为0.37和0.33,适合于轨道交通的地下隧道管片或衬砌结构构件。     

冻融循环对冻土-混凝土界面冻结强度影响的试验研究

为研究冻融循环作用对冻土-混凝土界面冻结强度的影响,对不同冻融循环次数、法向应力、试验温度及土体初始含水率条件下的冻结界面进行了系列直剪试验,研究经历冻融循环后界面峰值剪切强度、残余剪切强度及强度参数的变化规律。试验结果表明:冻融循环对界面剪切应力与水平位移曲线形态影响很小,经历20次循环后曲线仍是应变软化型。冻融循环对峰值剪切应力的影响强于对残余剪切应力的影响,表明其对界面胶结冰含量产生影响。当土体初始含水率较低且温度较高时,冻融循环使界面峰值剪切强度增加,但变化量较小。然而在含水率较高(20.8%)及试验温度较低时(-5℃),峰值剪切强度随着冻融循环增加而降低。因此在土体含水率较高且冻结温度较低时,对于发生小变形的冻结界面需要重视冻融循环对峰值剪切应力的影响。不同初始含水率、试验温度下冻融循环对残余剪切强度的影响较小且变化规律不明显。在试验温度为-1℃,-3℃,-5℃时,峰值黏聚力随冻融循环增加分别表现为增加、波动和下降,推测是由于界面胶结冰含量不同而引起。峰值摩擦角和残余摩擦角随冻融循环次数增加略有变化。     

冻融循环对冻土–混凝土界面冻结强度影响的试验研究

为研究冻融循环作用对冻土–混凝土界面冻结强度的影响,对不同冻融循环次数、法向应力、试验温度及土体初始含水率条件下的冻结界面进行了系列直剪试验,研究经历冻融循环后界面峰值剪切强度、残余剪切强度及强度参数的变化规律。试验结果表明:冻融循环对界面剪切应力与水平位移曲线形态影响很小,经历20次循环后曲线仍是应变软化型。冻融循环对峰值剪切应力的影响强于对残余剪切应力的影响,表明其对界面胶结冰含量产生影响。当土体初始含水率较低且温度较高时,冻融循环使界面峰值剪切强度增加,但变化量较小。然而在含水率较高(20.8%)及试验温度较低时(-5℃),峰值剪切强度随着冻融循环增加而降低。因此在土体含水率较高且冻结温度较低时,对于发生小变形的冻结界面需要重视冻融循环对峰值剪切应力的影响。不同初始含水率、试验温度下冻融循环对残余剪切强度的影响较小且变化规律不明显。在试验温度为-1℃,-3℃,-5℃时,峰值黏聚力随冻融循环增加分别表现为增加、波动和下降,推测是由于界面胶结冰含量不同而引起。峰值摩擦角和残余摩擦角随冻融循环次数增加略有变化。     

再生骨料取代率及老砂浆强度对混凝土细观性能的影响

建立6种不同再生骨料取代率细观数值模型,基于基面力元法研究单轴压缩荷载作用下5种不同再生老砂浆强度对混凝土内部微裂纹的扩展及单轴抗压强度的影响。研究表明:基于势能原理的基面力元法可以推导荷载作用下混凝土等非均质材料的单元应变及单元刚度矩阵;单轴压缩荷载作用下,再生混凝土的抗压强度随着再生骨料取代率的增加而递减、随着老砂浆强度的提高而递增;当取代率小于40%,老新砂浆强度比大于0.80时,老砂浆强度能显著提高单轴抗压强度;内部微裂纹首先出现在新老黏结带,然后穿过粗骨料密集区域形成连续破坏裂缝,裂缝宽度随着取代率的增加而增加,随着老砂浆强度的增加而减小。     

浅谈水泥混凝土路面裂缝的防治

水泥混凝土路面结构属于弹性层状体系范畴,具有足够的强度和一定的厚度,以便抵抗车轮荷载作用下碎板内产生的应力。但由于水泥混凝土的抗弯拉强度比其抗压强度小得多,在车轮荷载的反复作用下,砼路向板受弯拉部分最易产生断裂裂缝而破坏。文章探讨水泥混凝土路面裂缝的防治。     

往复荷载作用下型钢再生混凝土界面黏结性能及影响因素分析

为研究往复荷载作用下型钢再生混凝土界面的黏结滑移性能,设计了14个型钢再生混凝土试件并对其进行往复加载试验,分析了型钢再生混凝土的黏结破坏过程,研究了其界面黏结应力分布,在此基础上考察了不同设计参数对型钢再生混凝土界面黏结强度的影响。结果表明：往复荷载作用下型钢再生混凝土界面的黏结破坏过程可分为4个阶段(微滑移阶段、滑移发展阶段、黏结力陡降阶段和残余阶段),对应4个受力特征点(微滑移点、黏结荷载极限点、残余点和破坏点);与单向推出荷载作用相比,往复荷载作用下试件的极限黏结强度最大降低40%左右;加载初期,在正向卸载和正向加载时,黏结应力峰值在固定端附近,且随型钢埋置长度的增大而逐渐减小;在负向加载和负向卸载时,加载端附近黏结应力逐渐变大,试件由两端向中间逐渐破坏;型钢再生混凝土的特征黏结强度随着再生混凝土取代率的增加而降低,随着型钢保护层厚度、体积配箍率和再生混凝土强度的增加而提高。最后建立了型钢再生混凝土的特征黏结强度计算式,并将计算值与试验值进行对比,两者吻合较好。     

冻融循环作用后再生混凝土砖墙体抗震性能试验研究

为研究冻融循环对砌体结构抗震性能的影响,评估在役砌体结构的抗震能力,对再生混凝土砖墙体进行了冻融循环后低周反复加载试验和有限元模拟分析,对比分析了墙体的破坏过程与特征、承载力与刚度退化、延性、耗能。结果表明：经冻融循环作用后的再生混凝土砖墙体的破坏模式与未经冻融作用墙体略有不同,主要表现为初裂缝出现较早,且发展更为迅速,裂缝多集中于砖块与砂浆的胶结面处,主斜裂缝发展伴有更多的微裂缝出现,破坏程度相对严重;而未经冻融作用墙片裂缝大多沿砖块延伸;随着冻融循环次数的增加,墙体的受剪承载力、刚度、变形与耗能均有所降低;当达到120次冻融循环时,墙体的承载力下降30%左右,初始刚度降低约40%,累计耗能降低约70%,斜向拉伸变形下降80%。