冻融条件下再生自密实混凝土力学性能试验研究

通过对冻融环境下的再生自密实混凝土进行抗压、劈拉以及动弹性模量试验,以期得到在不同冻融循环次数作用下再生自密实混凝土抗压以及劈拉强度的变化规律.通过试验得到以下结论:再生自密实混凝土的抗冻性能明显低于普通混凝土;再生自密实混凝土的力学强度随冻融循环次数的增加产生大幅的降低;结合微观结构试验,分析冻融环境下再生自密实混凝土与普通混凝土的动弹性模量损失率的发展趋势;根据混凝土的试验结果建立了准确度较高的再生自密实混凝土冻融损伤计算公式.     

冻融环境下泡沫混凝土的单轴压缩特性

为了解冻融环境下泡沫混凝土的单轴压缩特性，分别对4种密度(500、600、800和1 000 kg/m³)的泡沫混凝土进行了变加载速率(10～100 N/s)的试验研究，并基于X-CT重构了冻融环境下泡沫混凝土的孔隙结构模型。在此基础上，研究了单轴压缩过程荷载-位移曲线的特征及其影响因素，并借助回归分析和灰关联理论分析了泡沫混凝土密度、冻融循环次数及加载速率与抗压强度的关联程度。结果表明：冻融循环后泡沫混凝土单轴压缩过程荷载-位移曲线的切线模量大幅减小，非线性特征加强；冻融循环后试件孔隙率增大，孔径分布离散化程度加强。冻融环境下泡沫混凝土抗压强度与密度等级之间始终保持指数关系，相关系数均在0.9以上；泡沫混凝土密度等级与抗压强度联系最为紧密，其次是冻融循环次数和加载速率，灰关联度均在0.65以上。     

纤维混凝土抗冻性能及损伤劣化模型研究

为了提高寒冷地区建筑的安全性和使用寿命等问题,通过分析不同纤维、粉煤灰掺量的混凝土试件在相应冻融次数下的质量损失率、相对动弹性模量及强度(抗压强度、劈裂抗拉强度)变化规律,研究掺入纤维的比例对混凝土抗冻性的影响.结果 表明:掺入钢纤维(SFs)和PVA纤维时,抗压强度、劈裂抗拉强度显著提高,在冻融次数相同的情况下,掺量与强度呈正相关;随着冻融次数的增加,质量损失率曲线先下降后上升,相对动弹性模量曲线呈下降趋势,掺入4％(质量分数)的SFs及0.05％(质量分数)的PVA纤维时,混凝土试件抗冻性能最优;掺入适量粉煤灰可有效改善混凝土质量、动弹性模量及强度损失.基于相对动弹性模量、强度数据建立冻融循环损伤模型来评价纤维混凝土的损伤程度,选用二次函数衰减模型进行数据拟合,发现建立的模型拟合程度较高,可有效反映冻融循环作用下纤维混凝土的冻融损伤程度.     

持续荷载与冻融循环耦合作用下纤维混凝土损伤性能研究

为了研究纤维混凝土在持续荷载与冻融循环耦合作用下的损伤性能,开展了不同压应力水平(0、0.3、0.5)作用下的纤维混凝土冻融循环试验,研究了不同应力水平作用下试件质量损失、相对动弹性模量和抗压强度损失等参数随冻融循环次数的变化规律。结合损伤力学,以超声波波速为损伤变量,分析了冻融损伤与荷载耦合作用的变化关系,并基于Weibull分布建立了冻融损伤预测模型,推导出冻融损伤与抗压强度的演化方程。结果表明,随着冻融循环次数的增加,冻融损伤程度表现出加剧上升的现象,应力水平为0.3的耦合作用能减小纤维混凝土的冻融损伤,应力水平为0.5的耦合作用会进一步加剧纤维混凝土的冻融损伤。建立的损伤预测模型具备较高的可行性,能够较精准预测不同冻融循环次数后的损伤,推导的演化方程相关性较好,能灵活实现损伤与强度之间的转化。     

复合纤维对严寒地区混凝土抗冻性能的影响研究

为了研究严寒地区混凝土的抗冻性能,制备了5种不同聚丙烯纤维和钢纤维掺加的混凝土试件,测试了混凝土试件的抗压强度、抗折强度、质量损失率和动弹性模量,分析了不同冻融循环次数影响混凝土力学强度的变化规律.结果表明:复掺聚丙烯纤维和钢纤维能够在单掺一种纤维的基础上再进一步提高混凝土的抗压强度以及抗折强度;复合纤维混凝土的抗压强度、抗折强度、质量以及动弹性模量损失随着冻融循环次数的增大而增大;相同冻融次数下,复掺聚丙烯纤维1.0 kg·m-3和钢纤维40 kg·m-3条件下混凝土的抗冻性能最佳.     

不同冻融介质作用下再生骨料透水混凝土耐久性试验研究

为探索不同冻融介质下再生骨料透水混凝土的冻融耐久性,分别以清水和3.5wt％ NaCl溶液为冻融介质,分析比较了不同冻融环境下再生骨料透水混凝土质量损失、动弹性模量、剩余抗压强度、CT扫描断面平均孔隙率随冻融循环次数的变化规律.试验结果表明,不同冻融介质作用下,再生骨料透水混凝土的质量损失率、相对动弹性模量、平均抗压强度与CT扫描断面平均孔隙率的劣化程度均随冻融循环次数增加而逐渐增大,氯盐环境下更易引起再生骨料透水混凝土的冻融破坏;再生骨料透水混凝土相对剩余抗压强度与相对动弹性模量之间具有良好的相关性,可通过测量冻融后再生骨料透水混凝土相对动弹性模量来评估其剩余抗压强度;最后基于两参数Weibull概率分布函数建立了再生骨料透水混凝土冻融损伤演化方程,可用于表征不同冻融介质作用下再生骨料透水混凝土试件的冻融损伤破坏程度.     

掺温敏凝胶水泥砂浆的抗冻融性能

用自制可溶水温敏凝胶材料配制砂浆试件进行冻融循环试验,冻融循环次数为105次,每15次为一个抗冻等级,且每循环15次测量一次质量损失,并用非金属超声检测试验仪测量砂浆动弹性模量、抗压强度;观察试件的破坏形态,得到砂浆试件的质量损失、相对动弹性模量、不同冻融循环次数下的抗压性能;对冻融循环后的砂浆试件进行扫描电镜微观检测.结果表明,掺有温敏凝胶的砂浆试件其抗冻融性能明显高于未掺加凝胶的砂浆试件.说明温敏凝胶材料可有效改善砂浆的抗冻融性能.     

再生混凝土冻融损伤可靠性分析

针对再生骨料混凝土受冻融损伤的问题,选取再生粗、细骨料双掺成型再生混凝土,采用快速冻融方法研究其质量损失与相对动弹性模量变化的规律,基于Weibull概率方法以质量损失和相对动弹性模量为指标建立损伤模型进行冻融可靠度分析.结果 表明,在冻融循环下质量损失逐渐增大,相对动弹性模量逐渐变小;Weibull概率分布可有效地描述再生混凝土试件抗冻性能退化规律,可靠度指标中,质量损失较动弹性模量更敏感,基于试验数据,运用该方法建立的可靠度函数能够直观反映试件可靠性与冻融循环之间的关系,并反映试件的剩余寿命.     

冻融循环下沙漠砂纤维混凝土损伤模型研究

为研究冻融循环作用下沙漠砂纤维混凝土的损伤模型,对沙漠砂纤维混凝土进行0次、25次、50次、75次、100次、125次及150次的快速冻融试验,分析不同冻融循环次数后沙漠砂纤维混凝土相对动弹性模量、抗压强度及劈裂抗拉强度的衰减规律。结合试验数据,基于指数函数和二次函数建立沙漠砂纤维混凝土的冻融损伤劣化模型。结果表明:与沙漠砂混凝土相比,掺入聚丙烯纤维的沙漠砂混凝土的抗冻融能力有效提高;相对动弹性模量随冻融循环次数的增加而下降;与未冻融相比,150次冻融循环后,沙漠砂纤维混凝土的抗压强度降低了49.5%,劈裂抗拉强度降低了70.13%;建立了两种冻融循环下沙漠砂纤维混凝土损伤模型,其计算值与试验值吻合较好,可为沙漠砂纤维混凝土在严寒地区的应用提供理论参考。     

盐冻融与干湿作用下沥青混凝土的高低温力学性能分析

制备了沥青混凝土样品,并进行了不同次数的盐冻融干湿循环试验。在此基础上,测试了沥青混凝土的高温车辙深度、动稳定度和低温抗弯拉强度,得到了车辙深度、动稳定度和抗弯拉强度随盐冻融干湿循环次和盐浓度的变化规律,研究了盐冻融与干湿作用下沥青混凝土的高低温力学性能。研究结果表明:(1)沥青混凝土60min车辙深度随盐浓度的增加和冻融循环次数的增多而呈线性增长的趋势;(2)沥青混凝土的抗高温变形能力随盐冻融干湿循环次数的增多而逐渐弱化;(3)沥青混凝土的抗弯拉强度经历9次和15次盐冻融干湿循环后分别下降22%~26.4%和42.6%~51.5%;(4)冻融干湿循环次数一定时,沥青混凝土的抗弯拉强度随盐浓度的增加而缓慢下降,并且当盐浓度达到12%时,沥青混凝土的抗弯拉强度减小就很不明显。     

含引气剂海工混凝土的抗冻性能及其梁受弯承载力

为了研究引气剂对海工混凝土抗冻性能及其梁受弯承载力的影响,对2种配合比6根海工混凝土梁及相应的冻损试件进行总计100次快速冻融试验;采用质量损失率、动弹性模量损伤度和抗压强度损失率对混凝土冻融损伤程度进行有效评价;考虑混凝土抗压强度退化以及等效矩形应力图系数的变化,提出了冻融作用下海工混凝土梁正截面受弯承载力计算公式。结果表明：加入引气剂可以增强海工混凝土的抗冻性能,降低梁的开裂弯矩退化速率,但会降低混凝土强度和梁的极限弯矩;在150次冻融循环内,提出的模型能够较好地预测冻融作用下海工混凝土梁的正截面受弯承载力。     

湿筛混凝土动态受压力学性能及破坏形态细观数值模拟

湿筛混凝土通常用来代替由于骨料粒径较大而不便开展物理试验的水工全级配混凝土。为了研究加载速率对湿筛混凝土力学性能及破坏形态的影响,从细观角度出发,运用颗粒流离散元软件PFC^2D建立湿筛二级配混凝土细观数值试件,根据拟静态单轴压缩(应变速率10^-5 s^-1)试验数据标定出数值试件中砂浆颗粒之间、粗骨料颗粒之间及砂浆颗粒与粗骨料颗粒接触面之间的细观参数,进而开展应变速率为10^-4 s^-1、10^-3 s^-1、10^-2s^-1的动态加载并进行动态力学性能及破坏形态的数值模拟和机理分析。结果表明,不同应变速率下试件的应力-应变曲线形状相近,峰值应力随着应变速率的增加而增大,增长率为7.3%～37.9%,峰值应力处应变增大幅度不大。试件破坏形态与物理试验现象吻合较好,随着应变速率的增加,裂缝数量不断增加,裂缝分布趋于均匀,裂缝数量增长率平均为峰值应力增长率的4.2倍。此外,随着应变速率的增加,数值试件内部...     

不同应变速率下橡胶混凝土损伤本构模型

为获得低应变速率下橡胶混凝土的力学性能,本文进行了不同应变速率下橡胶混凝土的轴压试验,分析了混凝土细骨料的橡胶颗粒体积替换率和应变速率对橡胶混凝土力学性能的影响规律。结果表明,随着应变速率的增加,橡胶混凝土的应力-应变关系曲线和抗压强度均呈现增大的趋势,橡胶混凝土初始损伤值呈现递减的趋势,但应变速率对橡胶混凝土的弹性模量影响不显著。当应变速率从3.3×10^-5/s增加至3.3×10^-3/s时,橡胶体积替换率为0%、20%和30%的橡胶混凝土抗压强度分别增加了31%、24%、10%。当橡胶体积替换率率从0%变化到30%时,承受应变速率为3.3×10^-5/s、3.3×10^-4/s和3.3×10^-3/s的橡胶混凝土抗压强度分别减少了17%、15%、30%;橡胶混凝土的耗能随着加载速率的增加,整体呈现增大的趋势。最后基于试验数据建立了不同应变率下橡胶混凝土的损伤本构关系模型,并采用试验数据验证了新建立模型的准确性。     

冻融环境下对粉煤灰混凝土断裂能的试验研究

对水灰比为0.5的普通混凝土和掺加粉煤灰混凝土,通过冻融循环试验、楔形劈裂试验,以及Consoft软件逆向分析和拟合,研究了冻融循环损伤对混凝土断裂能及其应变软化的影响。结果表明,100次冻融循环后,水灰比为0.5的普通混凝土相对动弹性模量下降了65%,而掺加粉煤灰混凝土损失90%;冻融循环后,混凝土断裂能显著下降,最大承载力也随之降低,水灰比为0.5的普通混凝土100次冻融循环后承载力和断裂能分别损失56%、71%,而掺粉煤灰混凝土分别损失43%和70%,;300次冻融循环后,普通混凝土试块直接发生断裂,无法进行楔形劈裂试验;在冻融循环次数为0时,掺粉煤灰混凝土的断裂能要高出普通混凝土的43%;掺粉煤灰的混凝土尽管断裂能也随冻融次数的增大而降低,但粉煤灰后期强度增长较快,从应变软化性能来看,其抗拉强度较普通混凝土要高些,呈现较好的韧性。     

冻融循环作用后橡胶混凝土与钢筋锚固性能试验研究

在混凝土中掺入橡胶粉制成橡胶混凝土,既可对废旧轮胎进行高附加值利用,又可提高混凝土的抗裂、耐磨、抗滑、减振、降噪等多方面路用性能.为研究冻融循环作用后橡胶混凝土与钢筋的锚固性能,采用钢筋开槽内贴应变片的方法,快速冻融后做中心拉拔试验,研究了冻融循环次数以及橡胶掺量对橡胶混凝土与钢筋锚固性能的影响.试验结果表明:掺入5％、10％的橡胶粉,有利于冻融循环作用后钢筋与混凝土间的锚固性能;未经冻融循环的橡胶混凝土试件与橡胶粉掺量为0％的试件相比,橡胶掺量为15％的混凝土试件极限粘结强度下降56％,而橡胶掺量为5％、10％的试件极限粘结强度几乎没有下降;冻融循环至125次,橡胶掺量为5％、10％、15％的混凝土试件粘结强度分别下降60％、58％、50％,与未掺橡胶混凝土粘结强度相比下降幅度减小了约8％.     

玄武岩纤维再生混凝土抗冻性能及损伤劣化模型

为了研究纤维再生混凝土的抗冻性能,提高寒区再生混凝土结构服役寿命,试验采用等体积再生骨料替代石子制备了5组不同玄武岩纤维掺量的再生混凝土,分别从质量损失率、相对动弹性模量、抗压强度和抗拉强度等方面探讨纤维再生混凝土抗冻性能损伤劣化规律。研究结果表明:冻融初期,再生混凝土质量损失率呈现负增长现象,相对动弹性模量、抗压强度和抗拉强度曲线随冻融循环次数的增加呈下降趋势;玄武岩纤维加入能够减缓再生混凝土冻融破坏,掺量为1.2 kg·m~(-3)时再生混凝土的抗冻性能最优;纤维加入对冻融作用下再生混凝土抗拉强度的作用效果优于抗压强度。建立了基于相对动弹性模量和强度为损伤变量的线性及多项式损伤劣化模型,模型可以准确预测纤维再生混凝土冻融损伤劣化程度。     

酸雨-冻融耦合侵蚀作用下混凝土性能劣化规律

为研究冻融循环对混凝土酸雨侵蚀的影响,对比了酸雨(4A)、先酸雨后冻融(3A-F)、先冻融后酸雨(F-3A)三种侵蚀作用下混凝土的酸性化深度变化规律及其质量、抗压强度、动弹性模量等性能的劣化规律,分析了冻融循环影响混凝土酸雨侵蚀的微观机理,量化了冻融循环对酸雨侵蚀下混凝土酸性化深度的影响.结果 表明,在3A-F和F-3A侵蚀作用下混凝土的酸性化深度要远大于4A侵蚀,混凝土的质量、抗压强度与动弹性模量等性能的劣化也要比4A制度严重得多,说明冻融循环加速了酸雨对混凝土的侵蚀速率;冻融循环使混凝土内部出现连通裂纹,增大了H+的迁移速率,从而加速酸雨侵蚀;引入冻融循环对混凝土酸性化的影响系数,发现冻融循环次数越多,冻融循环对混凝土酸雨酸性化的影响越大,3A-F和F-3A两种耦合侵蚀制度下冻融循环对于混凝土酸性化深度的影响系数平均值分别为1.50和1.53.     

掺粉煤灰建筑混凝土在冻融-干湿循环作用下的碳化性能研究

为了探究复杂环境下粉煤灰混凝土的碳化性能,对掺0、10%、20%以及30%粉煤灰混凝土进行了基准碳化、冻融-碳化、干湿-碳化和冻融-干湿-碳化耦合损伤试验。研究结果表明:动弹性模量随循环次数的增加逐渐减小,相同环境和循环次数下,20%粉煤灰掺量时的动弹性模量最大;干湿循环对粉煤灰动弹性模量的影响大于冻融循环对动弹性模量的影响;掺加粉煤灰的混凝土抗碳化性能减弱,掺量越大,碳化深度越大;粉煤灰掺量和龄期一定时,冻融-干湿-碳化深度冻融-碳化深度干湿-碳化深度基准碳化深度,冻融损伤对粉煤灰混凝土碳化性能的影响大于干湿作用;基于研究成果,建立起考虑多因素共同作用的粉煤灰混凝土碳化模型,可以较好地模拟不同环境条件下粉煤灰的碳化深度,可为相关工程实践提供借鉴。     

冻融循环与硫酸盐溶液耦合作用下混凝土劣化机理试验研究

基于多尺度研究了浓度为10％和15％硫酸盐溶液与冻融循环耦合作用下混凝土的劣化机理.从混凝土质量,抗压强度,相对动弹性模量时变规律等宏观力学指标探究了混凝土损伤劣化机制;运用CT技术和扫描电镜(SEM)技术从细微观角度研究了冻融循环与硫酸盐溶液耦合作用下混凝土的侵蚀劣化规律.研究结果表明:宏观上混凝土试样的质量损失总体呈现初期增加随后小幅下降后期快速增加的趋势、单轴抗压强度先增大后减小的变化规律;在高浓度溶液中的试样相对动弹性模量下降速率呈现出先快后慢的变化规律,在低浓度溶液中的试样相对动弹性模量下降速率开始比较缓慢随着冻融次数增加慢慢趋近于高浓度溶液中试样.细观上通过CT技术发现试样的孔隙率随着冻融次数的增加呈现先减小后增大的趋势,内部微裂纹逐步扩展直至贯通.微观上运用扫描电镜(SEM)观察到试样裂缝和孔洞内壁处生成了钙矾石和石膏,并由于其膨胀力使得混凝土结构酥松.硫酸盐侵蚀和冻融循环耦合作用下混凝土劣化过程有两个阶段:在前期硫酸盐能降低冻融循环对混凝土的劣化,在后期硫酸盐侵蚀产物膨胀力、结晶盐产生的结晶压力和冻融产生的冻胀力共同作用使混凝土加速劣化.     

冻融作用后塑钢纤维轻骨料混凝土力学性能试验研究

以圆球形粉煤灰陶粒为粗骨料,对塑钢纤维(0kg/m3、3kg/m3、6kg/m3、9kg/m3)轻骨料混凝土试件进行快速冻融(0次、50次、100次、150次)试验,研究冻融后试件的抗压性能、劈裂抗拉性能、抗折性能、抗冲击性能.结果表明:冻融循环作用下,适量的塑钢纤维掺入可以明显增强轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度和抗折强度;提高轻骨料混凝土折压比,增强轻骨料混凝土抗裂性能;并能显著改善轻骨料混凝土的抗冲击性能.综合各项力学性能指标,冻融后轻骨料混凝土塑钢纤维最优掺量为6kg/m3.