冻融环境下混凝土力学性能试验及损伤演化

在我国西部寒区,冻融作用往往是导致混凝土破坏的主要因素之一。通过对饱水状态下的多组混凝土试样进行冻融循环试验,并对试验后的试样进行了单轴压缩试验,从损伤和能量耗散的角度对试样进行了力学性能的分析;运用CT细观试验的方法初步对经历不同冻融循环次数下的试样进行了细观结构分析。通过试验研究,得到了饱水状态下混凝土材料的冻融破坏特征,以及不同冻融循环次数下试样质量、单轴应力-应变全过程曲线、抗压强度、能量耗散和细观结构的变化特征,系统研究了冻融循环下混凝土主要物理力学性能及损伤演化规律,为寒区重大工程冻融灾变预测提供较可靠的基础依据。     

冻融环境下混凝土应力-应变关系的试验研究

采用ASTM C666快速冻融方法,对18个(6组)抗冻等级为D300的混凝土棱柱体试件分别进行N=0、100、150、200、250、300次冻融循环试验,并利用SEM扫描电镜观察冻融作用前后混凝土内部显微结构的变化,最后对各组试件进行单轴受压破坏试验,得到了不同冻融循环次数作用后混凝土的应力-应变试验曲线.根据试验结果,得出了混凝土随着冻融循环作用次数的增多,其内部结构以及各项基本力学性能(包括极限承载力、横向变形系数、弹性模量等)均呈现不同程度的衰减趋势,并建立了与相对动弹模损失率相关的应力-应变全曲线方程及相关参数,为进一步开展混凝土结构在冻融环境下的工作机理与计算模式的研究提供依据.     

硫酸盐与冻融环境下混凝土本构关系研究

为了研究硫酸盐与冻融环境下混凝土单轴受压应力—应变关系,对水中和质量分数为5%硫酸钠、5%硫酸镁溶液中冻融作用下的混凝土进行单轴受压试验,分析了硫酸盐溶液与冻融循环对混凝土峰值应力、峰值应变、弹性模量及单轴受压应力—应变全曲线的影响,并对损伤层混凝土的力学性能进行分析。结果表明：混凝土应力—应变曲线随冻融时间增加逐渐趋扁平,整体右移,硫酸盐溶液中冻融300次后的混凝土应力—应变曲线上升段轻微上扬,并出现下凹现象。随着冻融次数增加,混凝土峰值应力、弹性模量不断下降,峰值应变逐渐增加,硫酸镁溶液中混凝土表现更明显,混凝土抗冻性最差。通过回归分析,建立了硫酸盐与冻融循环作用下混凝土单轴受压应力—应变全曲线方程,并得到了不同冻融次数下损伤层混凝土峰值应力的确定方法。     

干湿交替环境下混凝土受硫酸盐侵蚀劣化机理

通过试验模拟干湿循环作用下混凝土受不同质量分数硫酸钠的侵蚀特点,从不同侵蚀时间后混凝土的表观特征、质量经时变化规律、混凝土中硫酸根离子分布、侵蚀深度、混凝土轴心抗压强度、劈裂抗拉强度经时退化规律、变形经时变化规律等方面全面衡量混凝土的硫酸盐侵蚀损伤特征;讨论硫酸盐溶液质量分数、侵蚀龄期对混凝土损伤累积规律的影响;根据SEM图像分析受蚀混凝土的微观结构特征,揭示了干湿循环和硫酸盐侵蚀共同作用下,不同侵蚀时期后混凝土损伤的演变机理.试验结果表明,在干湿循环作用下硫酸钠对混凝土的侵蚀损伤是侵蚀产物与硫酸盐结晶膨胀共同作用的结果;在侵蚀初期由于晶体的填充密实作用,使得受蚀混凝土的质量、强度与延性增大;随着侵蚀时间的延长,混凝土不仅受到钙矾石、石膏等侵蚀产物的膨胀损伤作用,而且叠加了干湿循环过程中Na2SO4·10H2O的结晶膨胀作用,使得混凝土损伤反复进行并不断累积,加速了混凝土的受蚀劣化速度,质量、强度逐渐降低,脆性变大;由于拉应力的叠加效应,混凝土劈裂抗拉强度对硫酸盐侵蚀损伤更敏感.     

硫酸盐侵蚀下水泥砂浆应力应变曲线及性能劣化研究

为分析硫酸盐侵蚀引起的混凝土弹性模量、抗压强度等力学性能劣化规律,开展硫酸盐侵蚀下水泥砂浆应力应变关系的试验研究。首先,采用增设高强度弹簧钢的方法,研制了一种经济实用的测试装置,调查硫酸盐腐蚀砂浆试件的应力-应变全曲线及其时变力学性能;然后,结合其微结构形貌及孔隙率的演变,分析硫酸盐侵蚀下水泥砂浆性能的劣化原因。最后,利用最小二乘法对力学性能的试验数据进行拟合,以硫酸盐溶液浓度与浸泡时间为变量,确定水泥砂浆化学损伤程度的数学表达式。研究结果表明：硫酸盐侵蚀不会改变水泥砂浆应力-应变曲线的形状,但会导致其力学性能退化;而数学拟合公式可定量分析浸泡于不同浓度硫酸盐溶液中的水泥砂浆力学性能的时变劣化程度。     

冻融后钢纤维混凝土力学性能的试验研究

通过钢纤维混凝土冻融循环试验,分析了冻融循环次数、混凝土强度等级、钢纤维体积率等因素对钢纤维混凝土冻融后抗压强度、劈拉强度、抗折强度的影响,探讨了钢纤维对混凝土的增强机理.试验结果表明,钢纤维的加入对冻融循环后混凝土的抗压强度影响较小;当冻融循环次数较少时,钢纤维对劈拉强度和抗折强度的增加作用比较明显,而当冻融次数较大且钢纤维体积率较高(2%)时,钢纤维对混凝土的劈拉强度和抗折强度反而具有一定的负面影响;钢纤维混凝土强度等级的提高对改善钢纤维混凝土的抗冻性能较为有效.     

混凝土冻融耐久性劣化与孔结构变化的关系

以冻融循环为试验条件，采用光学显微镜测孔法和压汞法测试混凝土的孔结构，研究不同耐久性的混凝土其抗冻性与孔结构的关系，并研究冻融过程中混凝土性能劣化与其孔结构变化的关系。结果表明，掺入优质引气剂、高效减水剂等外加剂及优质矿物掺合料，可显著改善混凝土的孔结构，从而提高混凝土的抗冻耐久性。     

冻融作用下水泥稳定风化砂的劣化特征与机制

冻融试验是测试道路工程材料耐久性的重要手段。为了明确水泥稳定风化砂的性能劣化特征和机制,分析了冻融循环作用下其外观形貌、质量变化和强度特性,并基于扫描电镜和压汞试验,研究了其微观结构和孔隙特征。结果表明：当冻融循环达到9次时,试件表面出现明显的颗粒剥落现象,试件的质量和强度损失加剧,其无侧限抗压强度下降幅度可达55%。由微观层面来看,随着冻融次数的增加,水泥稳定风化砂的颗粒骨架由密实结构向多孔隙结构发展,其中微孔隙数量逐渐减少,而中、大孔隙数量则不断增加,冻胀和收缩作用削弱破坏了风化砂颗粒间的水泥基胶结物,使其内部的孔隙不断发育扩张,从而导致水泥稳定风化砂的性能劣化。     

冻融环境下沙漠砂对混凝土轴心受压力学性能的影响

为研究沙漠砂对混凝土抗冻性能的影响,采用快速冻融方法,进行掺沙漠砂混凝土冻融后轴心抗压强度试验,得到不同冻融循环作用下掺沙漠砂混凝土破坏特征和应力-应变曲线,分析不同冻融循环下掺沙漠砂混凝土表面损伤特征、质量损失率、动弹性模量损失率和超声波波速损失率的变化规律.结果表明:随着冻融循环次数增加,掺沙漠砂混凝土质量损失率变化较小,动弹性模量损失率、超声波波速损失率、相对峰值应变和极限应变均增大,相对峰值应力和横向变形系数均减小,弹性模量先增大后减小;在相同冻融循环次数下,掺沙漠砂混凝土弹性模量损失率、超声波波速损失率和相对峰值应变均小于普通混凝土,相对峰值应力、横向变形系数和弹性模量比普通混凝土高.采用过镇海提出的单轴受压本构模型拟合得到应力-应变全曲线方程,分析冻融循环对应力-应变曲线控制参数的影响,可对沙漠砂混凝土结构的抗冻性能进行分析.     

海洋环境下腐蚀混凝土力学性能研究进展

针对海水的主要侵蚀介质(氯盐和硫酸盐),通过分析国内外关于侵蚀介质与混凝土材料化学反应和物理结晶作用的研究,总结了受腐蚀混凝土的劣化机理。重点介绍了受腐蚀混凝土力学性能(强度、弹性模量等)、本构关系的试验和理论模型研究现状,评述了掺入方式、溶液浓度、侵蚀龄期等对混凝土力学性能的影响,分析了各理论模型的理论基础和使用条件。最后提出了当前受腐蚀混凝土研究中存在的问题和下一步的展望。     

再生混凝土砌块砌体力学性能试验

通过对再生混凝土砌块砌体的抗压强度和抗剪强度试验,探讨了砌体的破坏过程和破坏形态,并根据试验结果分析了再生混凝土砌块砌体强度与砌块强度和砂浆强度的关系。基于试验数据计算了再生混凝土砌块砌体的强度标准值和设计值。研究结果表明：再生混凝土砌块砌体与普通混凝土砌块砌体的力学性能基本一致,且具有较好的抗压稳定性;普通混凝土砌块砌体的抗压强度和抗剪强度计算公式适用于再生混凝土砌块砌体。     

添加不同纤维的高性能混凝土力学性能试验

通过试验研究了弹性模量具有明显差异的3种纤维对于混凝土的力学性能改善所起的作用,以及钢纤维、碳纤维和聚丙烯纤维单掺或复掺对于混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量的影响。结果表明：添加0．5％高弹性模量的钢纤维对于混凝土的强度和弹性模量均有提高作用,复掺0．3％钢纤维和0．2％碳纤维的混凝土抗拉强度的提高大于抗压强度;添加0．5％钢纤维的混凝土HPC-2的弹性模量最大,比基准混凝土提高6．5％;添加0．2％聚丙烯纤维的混凝土HPC-3的弹性模量最小,且小于基准混凝土;此外,混凝土抗压强度的影响程度与纤维的弹性模量的关系更为直接,混凝土劈裂抗拉强度的改善与纤维的抗拉强度的关系更为直接,纤维的弹性模量与基体弹性模量的比值,对复合材料的弹性模量有直接的影响。     

混凝土受拉力学性能统一计算方法

对近20年国内进行的C10-C110强度等级的混凝土受拉力学性能的试验资料进行了重分析，结果表明，随着混凝土强度等级的提高，混凝土的轴心抗拉强度、劈拉强度、受拉弹性模量及受拉峰值应变等各力学性能指标和轴心受拉应力一应变关系曲线均具有连续变化规律．基于统计分析方法，提出了C10-C110强度等级混凝土轴心抗拉强度、劈拉强度及受拉峰值应变等力学性能指标统一计算公式和混凝土轴心受拉应力-应变全曲线计算公式，计算结果与实测结果吻合较好，对开展混凝土结构的非线性有限元分析和设计具有参考价值．     

冻融循环作用对混凝土桥梁寿命的影响

在北方寒冷地区,冻融循环是影响混凝土桥梁结构使用寿命的重要因素之一.本文分析了冻融循环作用下混凝土的破坏机理,结合试验数据分别从材料性能和力学性能方面分析冻融循环使桥梁寿命衰减的变化趋势.     

冻融与腐蚀耦合作用下沥青混凝土性能研究

国内外对冻融循环与硫酸盐腐蚀耦合作用下沥青混凝土的性能鲜有研究。鉴于此,在10%Na2SO4溶液加速劣化条件下采用真空饱水冻融劈裂试验,以冻融腐蚀因子评价沥青混凝土在冻融与腐蚀耦合作用下的性能变化规律。试验结果表明硫酸盐腐蚀加剧了冻融循环对沥青混凝土的破坏作用。SEM微观分析表明硫酸盐溶液较水溶液更易于侵入沥青膜与集料界面及沥青混凝土空隙中,并在冻融条件下发生结冰膨胀导致界面强度降低和裂缝的产生与扩展是沥青混凝土性能衰减的主要原因。水镁石纤维具有优良的稳定效应、界面增强效应和加筋桥接效应,掺加水镁石纤维可以有效提高沥青混凝土抗冻融腐蚀性能。     

自密实轻骨料混凝土配合比设计及基本力学性能试验

采用全计算法中水量计算公式和固定砂石体积法中粗骨料、砂子的固定体积分数相结合的方法,根据流动扩展度和I。槽试验参数优选出强度等级为SCLC40和SCLC50的自密实轻骨料混凝土的配合比。分析了自密实轻骨料混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、弹性模量等主要力学性能参数,并与普通混凝土的基本力学性能进行了对比。结果表明：自密实轻骨料混凝土具有强度高、韧性好、弹性模量小等特点,所得结论为自密实轻骨料混凝土的工程应用提供了参考。     

高强轻集料混凝土力学性能影响因素研究

研究了水胶比、粉煤灰掺量、砂率和陶粒预湿时间对高强轻集料混凝土力学性能的影响。结果表明:水胶比与强度之间呈反比关系,强度的增长存在一上限,接近上限时,提高陶粒自身强度是提高混凝土强度最有效的方法;而对于粉煤灰掺量和砂率,存在一个最优的砂率和粉煤灰掺量;陶粒预湿时间对强度影响较大,强度与预湿时间呈正比关系,预湿时间超过1 h后强度增长不大。     

高性能混凝土的力学性能研究

为了弄清高性能混凝土的有关力学性能,本文对龄期为５６天、抗压强度６０至１００ＭＰａ（加硅粉或不加硅粉）的高性能混凝土进行了试验研究。分析并讨论了抗压强度随时间变化和受干燥影响的试验结果。通过２０个试件的试验测得了静力弹性模量和泊松比的试验值,并用回归方法导出了弹性模量的线性方程式。     

北方沿海环境抗海水腐蚀混凝土的试验研究

在充分考察、调研我国北方海洋环境下水工建筑物服役现状的基础上,结合北方沿海地区的气候特点,采用实验研究、理论分析和工程应用相结合的方法,分别采用若干水泥、矿渣微粉、粉煤灰、高效减水剂等不同原料,完成不同原料、不同配合比下的砂浆、混凝土物理力学性能和耐久性试验研究,提出矿物掺合料的合理掺量。