基于光学法的BFCC冻融后孔结构参数研究

基于光学测孔法,采用Rapid Air457硬化混凝土气孔结构分析仪测定不同冻融介质、不同冻融次数玄武岩纤维水泥基复合材料(Basalt Fiber Cement Composites,BFCC)含气量、气泡间距系数、气泡比表面积、气泡平均弦长等孔结构参数,并计算气泡分布分形维数。结果表明:(1)冻融次数小于200次时,BFCC气泡分布分形维数逐渐增大,相应的含气量减小,气泡间距系数减小,气泡比表面积增大,气泡平均弦长减小,说明分形维数可用于综合评价BFCC的孔结构参数变化规律。继续增加冻融次数,分形维数及孔结构参数变化与冻融200次之前呈现出相反的趋势。(2)冻融前期(冻融0～200次)虽然会对BFCC基体造成一定的损伤,但这部分冻融损伤在冻融前期并不显现,冻融后期(冻融次数大于200次)BFCC基体内部冻融损伤开始逐渐显现。(3)气泡分布分形维数及孔结构参数变化在一定程度上反映了冻融循环过程中BFCC孔结构动态演变情况。     

基于灰色理论的CBC单面冻融后抗压强度与孔结构参数关系研究

通过对水泥基材料(CBC)进行以NaCl溶液为冻融介质的单面冻融试验,探究CBC抗压强度及含气量、气泡间距系数、气泡比表面积、气泡平均弦长、气泡弦长大于20 μm的弦长频率等微观孔结构参数随冻融循环次数增加的变化规律,并运用灰色理论对抗压强度与各孔结构参数的内在联系进行分析。利用灰色相对关联度筛选出微观孔结构参数中与抗压强度关联最大的参数,对其进行了相关模拟和预测,并建立宏观性能与微观孔结构参数间的定量关系。结果表明:随冻融循环次数增加,CBC抗压强度逐渐降低,冻融循环后期下降速率加快; 试验过程中试件内部含气量、气泡间距系数、气泡平均弦长逐渐增大,而气泡比表面积逐渐减小; 灰色Verhulst模型相较于GM(1,1)模型更适用于气泡弦长大于20 μm的弦长频率的模拟; 采用灰靶决策模型定义的综合孔结构参数与抗压强度关联性更强,基于综合孔结构参数建立的模型精度更高。     

甲酸钾除冰液作用下机场道面混凝土单面冻融试验研究

采用单面冻融法,研究了不同甲酸钾除冰液浓度作用下机场道面混凝土冻融前后的性能,并对机场道面混凝土表面剥落物质量、介质吸入率、超声波相对动弹性模量和孔结构进行了测定。结果表明：在除冰液作用下,混凝土的孔隙水饱和度显著提升,使混凝土冻融后的破坏程度加剧;在除冰液浓度作用下,混凝土冻融时的表面剥落物质量和介质吸入率与冻融介质的性质及混凝土孔隙水饱和度有关,大小顺序皆为：6%>12%>24%>0,超声波相对动弹性模量与混凝土内部结构复杂程度有关,除冰液浓度对超声波相对动弹性模量下降影响大小顺序为：24%>6%>12%>0;随除冰液浓度（6%、12%、24%）增加,单面冻融后混凝土的平均孔径呈先增大后减小的趋势。     

基于孔结构的单面冻后混凝土抗压强度模型研究

通过单面冻融试验,研究了介质和冻融循环次数对混凝土抗冻性能和微观孔结构的影响规律.使用盒维数建立了混凝土单面冻融循环后的孔径分布分形模型,分析了分形维数与抗压强度的关系,建立了基于复合孔参数、分形维数的多因素抗压强度模型.结果表明：在不同冻融介质条件下,混凝土表观形貌、质量损失、相对动弹性模量、抗压强度、抗冻耐久性系数和孔参数随着冻融循环次数的增加逐渐劣化,盐冻对混凝土损伤程度大于水冻;混凝土孔径分布分形维数随着冻融循环次数的增加逐渐减小;在单面冻融循环过程中,混凝土孔参数演化分为初期、中期、后期3个阶段,中、后期对冻融循环作用较敏感的孔参数分别为气孔平均弦长和气孔比表面积、含气量和气孔间距系数;多因素抗压强度模型与复合孔参数、分形维数之间的回归效果显著,可以准确地描述水、盐单面冻融循环前后混凝土抗压强度与孔结构的定量关系.     

单面冻融下玄武岩纤维混凝土抗冻性能研究

通过玄武岩纤维混凝土单面冻融试验,分析了不同冻融次数、冻融介质(水、盐、飞机除冰液)和纤维掺量下混凝土的质量损失、动弹性模量及抗压强度,研究了玄武岩纤维混凝土的单面抗冻性及其损伤规律。试验结果表明:随着冻融次数的增加,3种冻融介质下玄武岩纤维混凝土的相对动弹性模量、抗压强度均减小,而质量损失出现相反情况。3种冻融介质对混凝土的损伤程度最严重为盐溶液,其次分别为水溶液、飞机除冰液。对于水冻与盐冻,混凝土掺入玄武岩纤维能够提升其抗冻性。通过拟合发现,二次多项式模型的拟合精度高于指数型模型,说明二次多项式模型更能准确表征单面冻融下玄武岩纤维混凝土的损伤程度。     

冻融作用下聚丙烯纤维煤矸石混凝土孔结构研究

基于低场核磁共振技术,研究了聚丙烯纤维掺量分别为0、0.6 kg/m^3、0.9 kg/m^3和1.2 kg/m^3以及粗骨料取代率为40%的煤矸石混凝土在冻融作用下T2谱面积的分布与变化特征、内部微观孔结构分布特性以及孔隙冻融损伤规律。结果表明,随着冻融循环次数的增加,T2谱整体呈右移趋势,即向大孔隙方向偏移,且T2谱面积逐渐增大的同时第一峰面积所占百分比在减小,第二峰和第三峰面积所占百分比在增加,表明冻融循环使煤矸石混凝土内部的大孔隙大幅增加,内部出现了明显的冻融损伤;0.6 kg/m^3的聚丙烯纤维对煤矸石混凝土内部孔隙的细化作用最好。     

单面开孔空间结构风压分布及风致内压研究

本文利用计算流体动力学通用软件FLUENT对具有复杂体型的大跨空间屋盖结构进行数值分析,研究了结构在体型逐渐变化的过程中风压分布的变化规律;针对单面开孔结构的风致内压问题,以及内压对结构的影响做了深入的研究,得到一些有价值的结论.     

砂岩冻融损伤机制的理论分析和试验验证

 由于岩石性质的复杂性和环境条件的多变性,岩石冻融损伤并不是单一机制造成的,应是各种机制共同作用的结果,但往往存在主导性的机制。首先对已有冻融损伤理论进行系统介绍,分析各自的适用条件。之后探讨多孔岩石(以砂岩为例)的孔隙结构对冻融损伤机制的控制性作用,并定义“特征冻融损伤单元”。利用热力学原理分析不同的冻结条件下砂岩内部可能发生的冻融损伤机制和主导机制。当冻结速率低时,毛细管机制(理论)和结晶压机制(理论)应在岩石的冻融损伤中起主导作用,而体积膨胀机制则受到抑制;当冻结速率高时,体积膨胀机制和静水压机制应在岩石的冻融损伤中起主导作用,而毛细管机制和结晶压机制则受到抑制。最后利用砂岩的冻融损伤试验--包括利用环境扫描电镜(ESEM)对砂岩孔隙结构及冻融损伤的微观观察和利用应变片对砂岩的冻胀变形过程的监测,对砂岩的冻融损伤机制进行了验证,试验结果与理论分析的结论相一致。     

冻融损伤混凝土研究综述

以往研究表明,冻融作用是混凝土损伤破坏的主要威胁之一。随着混凝土结构服役时间的增加,冻融损伤作用逐渐暴露。然而,由于早期设计规范不成熟,且冻融损伤机理较为复杂,涉及多种变量,因而实际结构分析中忽略了冻融作用对混凝土力学性能及其与钢筋间黏结性能的影响,从而导致分析结果与实际存在偏差。综合国内外现有研究成果,分别从混凝土冻融损伤机理、材性研究和数值模拟3个方面出发,对混凝土冻融损伤研究现状展开了详细综述,以期进一步完善混凝土基本理论体系,从而可为在役混凝土结构的力学性能鉴定与耐久性检测提供理论参考。     

高性能混凝土抗冻性与孔结构的关系

以冻融作用为试验条件 ,采用光学显微镜测孔法和压汞法测试混凝土的孔结构 ,研究了高性能混凝土冻融耐久性与其孔结构变化的关系。研究证明 ,正是高性能混凝土良好的孔结构赋予其优异的抗冻耐久性     

冻融循环作用下中部锁固岩桥破坏试验研究

为探究高寒地区中部锁固型边坡的变形破坏机制,对3种不同岩桥角度岩样开展冻胀力监测试验及不同冻融循环次数下的单轴压缩试验。通过试验研究揭示冻融循环过程中岩样裂隙冻胀力的演化过程分为6个阶段:前期衍生阶段、陡升阶段、跌落阶段、平稳阶段、融化阶段和消散阶段。得出不同岩桥角度和不同冻融次数对岩样强度变形特征、损伤特征及破坏模式的影响规律:随着冻融次数增加,岩样峰值应力损失率呈幂函数增长,峰值应变呈二次多项式增长,相对弹性模量呈指数函数减小。损伤变量随着冻融次数增加呈幂函数增长,15°倾角岩样损伤变量最大,30°岩样损伤变量最小。岩桥角度越大,冻融次数越多,岩样越易发生岩桥贯通破坏。试验结果对于揭示寒区中部锁固型边坡冻融损伤机制具有重要意义,对寒区岩土工程建设具有参考价值。     

冻融条件下GFRP隔震支座力学性能试验研究

冻融循环是影响寒冷地区玻璃纤维增强复合材料(GFRP)隔震支座性能变化的主要因素.为了研究其影响,对12个GFRP隔震支座分别开展水冻水融试验,采用标准冻融试验箱模拟低温气候变化,对GFRP橡胶支座进行冻融循环处理25、50、75次,并对其进行刚度性能试验,采用与标准试件进行对比分析的方法,研究试验前后支座性能的变化规律.结果 表明:冻融后GFRP隔震支座的水平刚度比常温下的要高;经历过冻融试验的GFRP隔震支座,其水平刚度随着测试时间的增长而减小.同时,当压应力不变时,水平刚度随着剪应变增加而下降;当剪应变不变时,水平刚度随着压应力增大而下降,且能够承受极限水平刚度的压应力和剪应变越来越小.无橡胶层保护的GFRP隔震支座的水平刚度变化幅度小于有橡胶层保护的GFRP隔震支座的水平刚度变化幅度,极限水平刚度的压应力和剪应变更小.采用最小二乘法对其水平刚度变化进行分析并给出衰减曲线和衰减函数,水平刚度的变化趋势基本符合二次多项式规律.     

干拌自密实混凝土孔结构的试验研究

在自密实混凝土基础上发展起来的干拌自密实混凝土,其最大特点是主要材料(基料)的商品化生产,施工现场无需进行配合比设计,直接在基料中加入一定量水和粗集料,搅拌均匀即可.采用压汞法测定了干拌自密实混凝土水泥石的孔结构参数,包括总孔隙率、最可几孔径及平均半径等,探讨了干拌自密实混凝土的孔结构与其耐久性的关系.     

冻融条件下GFRP隔震支座力学性能试验研究

冻融循环是影响寒冷地区玻璃纤维增强复合材料(GFRP)隔震支座性能变化的主要因素.为了研究其影响,对12个GFRP隔震支座分别开展水冻水融试验,采用标准冻融试验箱模拟低温气候变化,对GFRP橡胶支座进行冻融循环处理25、50、75次,并对其进行刚度性能试验,采用与标准试件进行对比分析的方法,研究试验前后支座性能的变化规律.结果 表明:冻融后GFRP隔震支座的水平刚度比常温下的要高;经历过冻融试验的GFRP隔震支座,其水平刚度随着测试时间的增长而减小.同时,当压应力不变时,水平刚度随着剪应变增加而下降;当剪应变不变时,水平刚度随着压应力增大而下降,且能够承受极限水平刚度的压应力和剪应变越来越小.无橡胶层保护的GFRP隔震支座的水平刚度变化幅度小于有橡胶层保护的GFRP隔震支座的水平刚度变化幅度,极限水平刚度的压应力和剪应变更小.采用最小二乘法对其水平刚度变化进行分析并给出衰减曲线和衰减函数,水平刚度的变化趋势基本符合二次多项式规律.     

冻融循环作用下石灰改性黄土的力学特性试验研究

对石灰改性黄土进行击实试验,得到改性黄土的石灰掺量分别与最优含水量和最大干密度的变化规律。同时在冻融循环作用下,利用三轴剪切仪对石灰改性黄土进行固结排水剪切试验,以此研究冻融循环下石灰改性黄土的力学特性。结果表明：随石灰掺量增大,最优含水量也逐渐增大,最大干密度却呈减小的趋势。不同石灰掺量下,冻融循环后改性黄土的应力应变关系曲线随冻融循环次数的增加由弱硬化型向弱软化型过渡,最后趋于强软化型。随冻融循环次数的增加,破坏强度呈下降趋势,石灰掺量为6%且冻融次数10次时,围压越大,破坏强度衰减率越小;石灰改性黄土的黏聚力随冻融循环次数的增加而降低,最终趋于稳定,而内摩擦角几乎保持不变。石灰掺量一定时,随冻融循环次数增加,结构性参数减小,且变化趋势不大;冻融循环次数一定时,随石灰掺量的增加,结构性参数呈减小的趋势;同时,随着围压不断地增大,结构性参数也呈减小趋势,结构性参数与轴向应变关系曲线随着围压的增大由强软化型向弱软化型过渡。     

基于显微CT试验的岩石孔隙结构算法研究

在对煤系地层泥岩样进行显微CT无损伤探测及其图像分析的基础上,用Matlab语言对岩石孔隙结构(孔隙孔径和孔隙率)的算法进行了研究。结果表明:显微CT扫描、数字图像处理和三维重构三者的结合为岩石类材料孔隙结构的定量研究提供了一种简单可行的新方法。对显微CT试验得到的CT单张横截面图像进行数字图像处理,计算出了基于CT单张图像的岩石孔隙率。对CT单张横截面图像进行压缩,生成不同分辨率的新图像,以新图像的像素大小作为孔径尺度,确定了基于CT单张图像的岩石孔径尺度和孔隙率之间的变化规律。将CT单张图像进行处理生成CT图像序列,用可视化重构算法中的体绘制算法对其进行三维重构,生成岩石的三维数字图像,计算了基于CT图像序列的岩石孔径、孔隙率及其二者之间的变化规律。以煤系地层中的泥岩为例,泥岩的孔隙率随孔径尺度的增加呈负指数规律减少,其计算结果与压汞法测定的孔径分布相吻合。     

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%。     

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。