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。     

硫酸盐腐蚀后混凝土单轴受压本构关系

为了研究硫酸盐侵蚀环境下混凝土力学性能的变化,对受硫酸盐腐蚀的普通混凝土进行单轴受压实验.通过实验室加速腐蚀的实验方法,测定不同腐蚀时期的混凝土的应力应变全曲线,研究受腐蚀混凝土应力-应变曲线上的几个特征值(峰值应力及应变、弹性模量、割线模量、拐点应力及应变、收敛点应力及应变)随腐蚀程度变化的规律,对腐蚀后混凝土的应力应变全曲线进行拟合.结果表明:随腐蚀的进行,混凝土峰值应力、弹性模量先增加后减小,而峰值应变是先稍微有所减小,而后急剧增大;该实验条件下获得了受腐蚀后混凝土应力应变曲线上各特征值与峰值应力fc′的关系式,建立了曲线上升段参数αa的数学表达式.可以以受腐蚀混凝土的强度为基本参数,分别求解受腐蚀混凝土峰值应变、弹性模量,上升段曲线拟合参数、拐点应力以及收敛点应力.从而得到受腐蚀混凝土一系列的力学参数和本构关系.     

轻集料混凝土局部受压试验及动力本构分析

为探究轻集料混凝土单轴局部受压动力特性,采用试验机对轻集料混凝土单轴局部受压本构关系进行相关试验研究.考虑了5种不同加载应变率和4种不同加载面积,在位移控制下,得到轻集料混凝土单轴局部受压应力-应变曲线.根据应力-应变曲线特征点的峰值应力、峰值应变和弹性模量,分析不同加载应变率与加载面积对特征点的影响.同时根据混凝土黏弹塑性损伤本构模型,考虑不同加载应变率和加载面积的影响修正模型参数,并通过试验数据验证理论模型的合理性.研究结果表明:加载应变率和加载面积对轻集料混凝土应力-应变曲线影响明显;不同加载面积对轻集料混凝土弹性模量、峰值应力及峰值应变有较大影响;所提出的理论模型能够准确描述轻集料混凝土材料局部动力荷载作用下的应变率效应和非线性行为.     

再生混凝土力学性能试验

为在土木工程实践中进一步推广应用再生混凝土,进行再生混凝土单轴受压条件下力学性能试验研究.探讨水灰比、再生骨料类型、再生细骨料取代率以及基体混凝土强度等因素对再生混凝土受压力学性能的影响规律,获得再生混凝土应力-应变全曲线,分析峰值应力、峰值应变、横向变形系数以及弹性模量的变化规律,建立再生混凝土应力-应变全曲线方程.通过再生混凝土界面显微结构的分析,提出添加矿物掺合料可改善再生混凝土强度和耐久性的建议.     

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.     

早龄期水泥基灌浆料受压统计损伤本构模型

为研究早龄期水泥基灌浆料受压本构行为,对不同龄期(1 d≤t≤28 d)的水泥基灌浆料和同强度的普通混凝土开展单轴受压全过程试验,分析龄期对水泥基灌浆料、同强度混凝土单轴受压应力-应变曲线特征参数的影响,并将水泥基灌浆料的单轴受压应力-应变曲线特征参数与同强度混凝土进行对比。结果表明：随着龄期的增长,试件峰值应力、峰值应变、极限应变、弹性模量、峰值割线模量、应变延性系数和能量耗散系数均有不同程度的增大;水泥基灌浆料试件峰值应力、峰值应变、极限应变、应变延性系数和能量耗散系数均大于同强度混凝土,但试件弹性模量、峰值割线模量均小于同强度混凝土。结合水泥基灌浆料自身特征,基于现有模型建立了修正的分段式水泥基灌浆料受压本构模型,并基于统计损伤理论推导给出了水泥基灌浆料受压统计损伤本构模型。建议的受压本构模型计算结果与试验结果吻合较好,可以较为准确地描述早龄期水泥基灌浆料在单轴受压作用下的受力变形特点。     

再生混凝土单轴受压应力-应变全曲线试验

完成了不同再生粗骨料取代率下再生混凝土的单轴受压应力-应变全曲线试验,分析了再生粗骨料取代率对再生混凝土的应力-应变全曲线形状、弹性模量、峰值及极限应变的影响.研究表明：再生混凝土的应力-应变全曲线的总体形状与普通混凝土的相似,但曲线上各特征点对应的应力和应变值不同;再生混凝土的弹性模量明显低于普通混凝土的;再生混凝土的峰值应变与峰值应力大于普通混凝土的.     

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。     

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.     

冻融损伤喷射混凝土本构关系及微观结构

采用棱柱体试件,通过快速冻融试验方法,对冻融损伤后同配合比普通混凝土、喷射混凝土及钢纤维喷射混凝土单轴受压应力应变全曲线进行研究。对应力应变关系中相关参数进行回归分析,得出冻融循环后试件应力应变全曲线方程。结果表明：随着冻融循环次数增加,受压应力应变曲线趋于扁平;峰值应力降低,峰值应变增大,分别与冻融循环次数呈线性和指数变化。与普通混凝土相比,喷射混凝土峰值应力下降速率小,而钢纤维喷射混凝土的下降速率进一步减小。而后,采用扫描电子显微镜及压汞法,对损伤后试件微观结构和孔结构进行观察分析,发现随着冻融循环次数增加,在渗透压和冻胀压力综合作用下,试件内部微裂纹及气孔增多,孔径增大,试件密实度显著降低;而钢纤维喷射混凝土中仅出现少量连通毛细孔,这与宏观力学性能变化呈现一致性。     

基于试验非拟合混凝土本构方程

目的建立混凝土单轴拉伸和压缩应力-应变方程．方法基于混凝土单轴拉伸和压缩的试验数据,研究应力-应变变化规律,抛弃传统的拟合方法,直接由混凝土基本性能（初始弹性模量、峰值应力、峰值应变和应变软化性态）导出应力-应变方程．结果全程应力-应变方程由强化方程和软化方程给出,在峰值应力之前,强化方程为单调增且二阶导数为负的曲线,与试验结果曲线相符．在峰值应力之后,用不同的软化方程表示试验软化曲线．结论笔者提出的混凝土本构方程与很多实验数据相符,方程中的参数具有明显的力学意义,形式简单,便于理解,能很好的应用于混凝土本构关系的研究中．     

塑性混凝土弹性模量的计算方法

根据塑性混凝土单向轴压应力-应变关系曲线上升段特征,对比普通混凝土弹性模量计算方法,认为塑性混凝土应力-应变关系曲线应力上升段中从0.3倍峰值应力到0.6倍峰值应力为斜率较为稳定阶段,由此建议了适合于塑性混凝土特点的弹性模量计算方法.     

风积沙混凝土轴心受压力学性能研究

试验设计风积沙和粉煤灰内掺替代等质量的河砂及水泥,制备了10组风积沙-粉煤灰混凝土,进行60d风积沙-粉煤灰混凝土轴心抗压试验,开展风积沙-粉煤灰混凝土轴心受压破坏形貌、微观结构、应力-应变关系、轴心抗压强度、峰值应变、弹性模量、泊松比等内容的试验研究。结果表明：弹性阶段各掺量风积沙混凝土应力-应变曲线基本趋于一致,进入弹塑性阶段后,风积沙混凝土较基准混凝土应力增长较快,混凝土脆性增加。轴心抗压强度、弹性模量及泊松比随风积沙掺量增加呈现先增大后减小的变化趋势,随粉煤灰掺量增加在降低。最后,对过镇海经典模型上升段本构参数A进行二次演化,建立了本构参数与轴心抗压强度和风积沙掺量之间的演化模型,得出风积沙混凝土应力-应变上升段本构方程。     

施工期混凝土力学性能的试验研究

通过测试施工期混凝土材料的力学性能参数(立方体抗压强度、劈拉强度、轴心抗压强度、弹性模量、应力-应变本构关系曲线),研究了混凝土力学性能随龄期的变化规律,参照相关文献考虑龄期的影响建立了施工期混凝土各力学性能参数的计算模型.研究表明:随着龄期的不断增长,混凝土立方体抗压强度、劈拉强度、轴心抗压强度、弹性模量、应力-应变曲线的峰值应力逐渐增大,而应力-应变曲线的峰值应变逐渐减小;前7d混凝土各力学性能指标变化速度较快,7d后变化速度逐渐变缓.     

砌体受压应力-应变关系

通过一个细观模型,从细观层次上分析了砌体在单调受压荷载作用下的损伤破坏机制,解释砌体受压应力-应变关系的非线性和应变软化,根据能量原理,建立了砌体轴心受压时的损伤本构关系模型,提出一类损伤函数表达式,利用应力-应变曲线特征条件和标准试件强度值确定模型参数,分析得出应力-应变关系仅与砌体的峰值点割线弹性模量与原点切线弹性模量有关,该式能反映砌体受压试验所表现的特征,与已有受压结果相比较,结果吻合良好.     

活性粉末混凝土基本力学性能试验研究

进行76组不同尺寸立方体试件和12组棱柱体试件的单轴受压力学性能试验,研究了活性粉末混凝土的强度标准,探讨活性粉末混凝土的基本力学性能指标(峰值应变、弹性模量、横向变形系数等)与棱柱体抗压强度之间的关系,建立了活性粉末混凝土应力-应变曲线上升段方程.     

再生混凝土单轴受压变形性能的试验研究

对再生混凝土与普通混凝土的单轴受压性能进行了对比试验研究,主要包括弹性模量、应力应变曲线上升段以及峰值应变.研究结果表明,再生混凝土的弹性模量比普通混凝土低,用普通混凝土弹性模量计算公式不再适用于再生混凝土,在对试验数据进行了回归分析的基础上,提出了再生混凝土弹性模量的计算公式.应力应变曲线的上升段与普通混凝土相似,都是用3次多项式拟合,其峰值应变比普通混凝土高.     

双轴受压状态下混凝土动态抗压特性试验研究

由于多轴试验装置的高技术性,混凝土在复杂应力状态下的动力研究相对偏少。为研究双轴受压状态下混凝土的动态抗压特性,采用真三轴静动综合加载试验系统,进行了5种双轴受压状态下混凝土立方体试件的冲击压缩试验,分别从应力-应变曲线特征、强度特性和变形特性等方面分析双轴受压状态对混凝土动力响应的影响规律。结果表明：双轴受压状态下,混凝土承受冲击荷载时呈现典型的脆性破坏,应力-应变曲线初期无明显压实挤密阶段;主轴压比一定时,随单侧压比的增大,混凝土的动态抗压强度呈现出先升高后降低的趋势,峰值应变和平均应变率皆呈现出先减小后增大的趋势;双轴受压对混凝土有加固约束作用,因而提高了其动态抗压强度和抗变形能力,主轴压比：单侧压比为0.4：0.4时作用效果最佳。     

硫酸盐环境下水泥基材料多场耦合作用损伤分析

研究水泥基材料在硫酸盐-干湿循环-冻融循环-轴压荷载4劣化因素作用下的劣化过程,并采用环境扫描电镜(SEM)分析混凝土微观结构演变机理。结果表明,与单一硫酸盐侵蚀相比,其余因素均加剧了混凝土的损伤程度;强度越高的混凝土表现出较好的抗侵蚀性能,硫酸盐质量浓度越高,混凝土劣化速度越快,相比物理、化学侵蚀,冻融、荷载作用占据主要侵蚀因素;利用SEM对混凝土内部结构进行观测,发现在干湿交替-硫酸盐环境下,混凝土内部生成的硫酸钠晶体不断填充孔隙,当晶体压力达到混凝土抗拉强度时,混凝土产生裂缝至破坏。     

早龄期混凝土力学性能试验及其单轴本构模型

为了研究早龄期混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、静力受压弹性模量以及单轴受压应力应变曲线的规律,进行了系统的加载试验和试验数据分析.总结了早龄期阶段力学指标随龄期的变化规律以及与立方体抗压强度之间的换算关系,通过拟合相关参数,提出了分段式的受压应力应变全曲线拟合公式,拟合结果与试验数据吻合较好.试验结果表明,早龄期C40混凝土的强度和弹性模量随着龄期非线性增长,7 d是增长变化的分界时点;随着龄期的增长,峰值应变减少,脆性变大;早龄期C40混凝土的单轴受压应力应变曲线与充分养护龄期混凝土形状相似.