不同取代率下再生混凝土的抗冻融性能试验

采用快冻法对9种再生混凝土进行了冻融循环试验。分析了经受100次冻融循环后不同取代率下再生粗骨料和再生细骨料对混凝土立方体抗压强度的影响;研究了每25次冻融循环后再生混凝土的棱柱体质量损失率和相对动弹性模量的变化;比较了100次冻融循环作用对不同取代率下再生混凝土抗压承载力的影响。结果表明,再生混凝土抗冻融性能有所下降,且降低幅度随再生骨料取代率的增加而加剧;100次冻融循环后,再生粗骨料取代率为50%,细骨料为天然骨料的再生混凝土,其质量损失率、相对动弹性模量衰减幅度和抗压承载力损失率均与普通混凝土接近,建议再生粗骨料掺量不高于50%的再生混凝土可在寒冷地区推广应用。     

冻融条件下新老混凝土粘结后抗折性能

对经历0、10、20、30、40和50次冻融循环的混凝土试块进行抗折强度试验,分析新老混凝土外观特征、动弹性模量、质量损失率和抗折强度等参数与冻融循环次数之间的变化规律.结果表明:每间隔10次冻融循环后,新老混凝土试样的表观剥蚀逐渐加重,质量损失率初期略有降低、后期快速增长,试件的抗折强度和动弹性模量衰减较快;Ⅰ型和Ⅱ型粘结面试件抗折破坏主要集中粘结面处;Ⅲ型和Ⅳ型粘结面试件的破坏面从粘结面处逐渐向试件强度低的一侧转移.增加黏结面粗糙度,可以有效提高冻融环境下新老混凝土的抗折强度.     

冻融循环作用下混凝土力学性能的损失

本文在已有资料的基础上，研究经冻融循环作用后混凝土抗拉，抗压强度下降规律，认为抗拉，抗压强度的损失率与动弹性模量的损失率相关，可通过测量动弹性模量来估计混凝土的剩余强度，并且抗拉强度的损失大于抗压强度的损失，文章还对这种估计进行了讨论。     

纤维混凝土抗冻性能研究

为研究冻融循环条件下纤维混凝土抗冻性能,采取快速冻融试验对不同掺加方式下钢纤维、聚丙烯纤维混凝土性能进行研究。并通过SEM分析了其微观结构。试验结果表明,在纤维掺量固定时,不同纤维掺加方式的混凝土性能有显著不同。随冻融循环次数的增加,其质量损失、动弹性模量、抗压、抗折强度都有显著不同变化,混杂纤维混凝土性能较单一纤维混凝土好,层布式纤维混凝土性能较整体式纤维混凝土好。     

硝酸侵蚀/冻融循环共同作用喷射混凝土耐久性能(Ⅰ):物理力学性能及孔结构变化

以寒冷地区喷射混凝土单层永久衬砌长大公路隧道为工程背景,汽车尾气中氮氧化物与水产物硝酸为冻融介质,采用快速冻融循环法,开展喷射混凝土冻融循环试验,研究了硝酸侵蚀冻融循环共同作用对喷射混凝土耐久性能的影响。以直线导线法对硝酸侵蚀/冻融循环共同作用下混凝土的孔结构进行表征,探究了共同作用喷射混凝土的冻融损伤过程。综合分析认为,硝酸中氢离子对混凝土产生化学侵蚀,硝酸根离子在冻融循环过程中产生盐冻的效果,加快了喷射混凝土冻融损伤劣化速度。共同作用喷射混凝土的抗冻性随水胶比增大而降低,随粉煤灰掺量增大先提升后降低。但随钢纤维掺量增大,喷射混凝土动弹性模量损失率和质量损失率先增大后减小,抗压强度则逐渐增大。随着冻融循环次数增多,喷射混凝土孔结构劣化,大孔径孔和微裂缝数量增大,加速了硝酸向混凝土内部扩散,抗冻性能快速下降。     

冻融条件下纤维混凝土的力学性能及损伤模型研究

以聚丙烯纤维(PP)为增韧材料,通过硝酸和超声协同处理对纤维表面进行了氧化处理,制备出了纤维混凝土,在氯化钠盐渍溶液中进行了快速冻融试验,研究了纤维表面处理时间对混凝土力学性能和抗冻性能的影响,建立了混凝土冻融损伤模型。结果表明,硝酸和超声协同处理后在纤维表面引入了更多的含氧基团,提高了纤维表面的化学活性,纤维表面出现了较多的凸起,表面粗糙度增加,纤维和混凝土基质的粘结性增强,混凝土的强度和韧性提高。纤维表面处理3 h的混凝土的抗压强度和抗折强度达到最大值,分别为40.9和5.16 MPa。以纤维混凝土的相对动弹性模量、质量损失率分别与冻融次数进行了拟合并建立了冻融损伤模型,结果发现混凝土质量损失率与冻融次数的模型更为敏感,纤维表面处理3 h的混凝土的使用寿命最长为17.83年,所有模型的拟合优度均超过0.95,损伤模型能够较准确地反映出观测数据的变化,可用于预测混凝土在冻融循环下的寿命。     

纳米碳纤维增强混凝土抗冻性能试验

对六种不同纳米碳纤维掺量的72个纳米碳纤维/混凝土试件进行了慢冻融循环试验,通过测量纳米碳纤维/混凝土经不同冻融循环次数作用后的抗剥落能力、质量损失率、相对动弹性模量和抗压强度损失率,研究了纳米碳纤维掺量对纳米碳纤维/混凝土抗冻性能的影响。另外进行了纳米碳纤维/混凝土的FE-SEM试验和压汞试验,分析了纳米碳纤维对纳米碳纤维/混凝土抗冻性能的微观改性机制。结果表明:纳米碳纤维通过改善混凝土的微观形貌,细化其孔隙结构,提高其整体性和密实度,显著改善了混凝土的抗冻性能;纳米碳纤维掺量为3vol%时,纳米碳纤维/混凝土的抗冻性能最佳。同普通混凝土相比,300次冻融循环后,纳米碳纤维/混凝土的相对动弹性模量提高了33.2%,抗剥落能力显著增强;相同冻融次数下,随着纳米碳纤维掺量的增加,纳米碳纤维/混凝土相对动弹性模量和抗压强度损失率均先增大后减小,质量损失率先减小后增大。但纳米碳纤维掺量最大为5vol%时,纳米碳纤维/混凝土的抗冻性能仍优于普通混凝土;冻融循环次数越多,纳米碳纤维对混凝土抗冻性能的改善作用越显著。      

超高性能混凝土与普通混凝土的黏结抗冻性能

对147个超高性能混凝土与普通混凝土的100mm×100mm×100mm立方体黏结试件进行了冻融循环后的黏结性能研究,测量了冻融后试件的相对动弹性模量、质量损失率以及劈裂抗拉强度,研究了超高性能混凝土中的钢纤维掺量、普通混凝土的强度等级、黏结面形式、试件的浇筑方向等因素对黏结试件抗冻性能的影响。结果表明,冻融循环结束后,所有黏结试件中的超高性能混凝土部分都没有出现损伤,超高性能混凝土可以作为普通混凝土结构的理想外围护材料;随着冻融循环次数的增加,黏结试件的相对动弹性模量逐渐减小,质量损失率先降低后增加,黏结试件的劈裂抗拉强度线性下降;影响黏结试件冻融后劈裂抗拉强度下降速度的关键因素是超高性能混凝土中的钢纤维掺量和黏结面的形式。     

盐冻环境下钢筋混凝土构件性能研究

为掌握保护层厚度、钢筋直径及其位置对混凝土盐冻损伤的影响,以质量分数为3.5％的NaCl溶液为冻融介质进行了快速冻融试验,测试了各构件盐冻后的混凝土质量损失率及相对动弹性模量变化规律.分析表明,基于混凝土和钢材不同的比热容与热膨胀系数,配筋混凝土构件在盐冻过程中损伤程度不同.研究结果表明,在盐冻循环作用早期阶段,配筋混凝土试件相对动弹性模量下降幅度和质量损失率变化较快,随即劣化速度降低.光圆钢筋比带肋钢筋的混凝土盐冻损伤小,混凝土保护层厚度与钢筋直径比值存在合理值,使配筋混凝土试件的相对动弹性模量降低和质量损失率最小.     

聚丙烯纤维水泥基复合材料的抗冻性能研究

为改善桥梁伸缩缝处混凝土结构的冻害问题,本试验成功制备了加入聚丙烯纤维的超韧性水泥基复合材料(PP-ECC),对其进行了抗冻性能研究,采用先干搅再湿搅的搅拌工艺,并以试件质量损失为评价指标,分析了冻融循环条件下材料的抗冻性能;以抗压、抗折、抗拉等指标为依据,研究了该复合材料经受不同冻融次数后的力学性能变化,并对PP-ECC的体积膨胀变形进行了时程分析。结果表明,随着冻融次数的增加,抗压、抗折、抗拉强度呈下降趋势,试件质量损失逐渐增大;冻融体积膨胀应变随着冻融温度的交替升降也呈现出时程规律性变化,此外,最大膨胀应变随着冻融次数的增加而明显增大。最后通过在相同冻融循环次数后与普通混凝土相对比,可知PP-ECC材料的基本性能指标,包括质量损失率、抗压强度、极限抗拉强度、极限拉应变、抗折强度以及抗冻融体积膨胀变形性能等仍能保持较高的水平,极限拉应变是普通混凝土的120～400倍,有显著的拉伸韧性,并且300次冻融循环后PP-ECC的质量损失率低于5%,该研究成果可为PP-ECC在国内寒冷地带桥梁伸缩缝无缝化的推广应用提供一定的理论参考。     

硬化期受扰动混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能

凝结硬化期间的施工扰动,可能使混凝土产生砂浆微裂缝与骨料位移,进而影响其强度及耐久性.为分析硬化期扰动对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响,采用振动台模拟工程扰动,借助超声波和扫描电子显微镜(SEM)等测试手段,系统研究了硬化期受扰混凝土抗硫酸盐侵蚀的劣化规律,探讨了其损伤劣化机理.结果表明:临近初凝(贯入阻力值为3.5～11.5 MPa)和临近终凝(贯入阻力值为19.5～28.0 MPa)的扰动对混凝土影响较小,受侵蚀后试件质量和相对动弹模量的变化规律与未受扰混凝土基本一致.硬化中期(贯入阻力值为11.5～19.5 MPa)的扰动对混凝土性能影响明显,使混凝土抗压强度降低14％,抗折强度降低20％;硫酸盐腐蚀进程中,混凝土质量在90次循环后开始出现明显下降,相对动弹模量在130次循环后出现急剧下降,经250次循环后达到0.60,此时基准混凝土的相对动弹模量仍为0.90;SEM结果表明,受扰混凝土内部微裂纹增多,结构密实性变差,硬化期扰动加速了混凝土在硫酸盐侵蚀环境下的劣化.     

硬化期受扰动混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能

凝结硬化期间的施工扰动,可能使混凝土产生砂浆微裂缝与骨料位移,进而影响其强度及耐久性。为分析硬化期扰动对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响,采用振动台模拟工程扰动,借助超声波和扫描电子显微镜(SEM)等测试手段,系统研究了硬化期受扰混凝土抗硫酸盐侵蚀的劣化规律,探讨了其损伤劣化机理。结果表明:临近初凝(贯入阻力值为3.5~11.5MPa)和临近终凝(贯入阻力值为19.5~28.0MPa)的扰动对混凝土影响较小,受侵蚀后试件质量和相对动弹模量的变化规律与未受扰混凝土基本一致。硬化中期(贯入阻力值为11.5~19.5 MPa)的扰动对混凝土性能影响明显,使混凝土抗压强度降低14%,抗折强度降低20%;硫酸盐腐蚀进程中,混凝土质量在90次循环后开始出现明显下降,相对动弹模量在130次循环后出现急剧下降,经250次循环后达到0.60,此时基准混凝土的相对动弹模量仍为0.90;SEM结果表明,受扰混凝土内部微裂纹增多,结构密实性变差,硬化期扰动加速了混凝土在硫酸盐侵蚀环境下的劣化。     

冻融环境下煤矸石混凝土损伤度评估方法研究

本研究对不同取代率的煤矸石粗集料混凝土冻融后的损伤演化行为及损伤评估方法进行了研究,依据超声波评测法确定损伤层厚度,并对冻融后煤矸石混凝土的抗压强度、损伤层厚度、损伤层特征值的变化规律进行分析;提出以便于工程检测的损伤层作为煤矸石混凝土冻融损伤的评价标准,并通过考虑损伤区域材料的残余强度对所测得的损伤层进行修正。研究结果表明:随着冻融次数的增加,煤矸石混凝土的抗压强度与损伤层特征值逐渐减小,损伤层厚度逐渐增大;引入损伤层修正系数后,冻融损伤度评估结果的精确性显著提高,且随着冻融次数的增加,修正系数逐渐增大,反映出损伤区域材料的残余强度不断减小,实际损伤度逐渐增大的演化行为。     

橡胶颗粒-钢纤维混掺对碾压混凝土抗冻性及抗冲击性能的影响

本文研究了在质量分数为25%的醋酸钾（KAc）为冻融介质的环境中,橡胶颗粒（RP）-钢纤维（SF）混掺对碾压混凝土（RCC）抗冻性及抗冲击性能的影响,获得了冻融过程中RCC的抗弯冲击性能、相对动弹性模量、质量损失、微观形貌及孔结构变化等参数。结果表明：RCC累计质量损失随冻融次数增加而增大,RP对质量损失的影响较小,而SF能较明显控制质量损失快速增长,300次冻融循环后累计质量损失仅83.94 g/m²; RP能降低RCC的总孔隙率约0.6%,而SF能有效降低总孔隙率,但冻融后期锈蚀作用会导致总孔隙率迅速增长; SF能极大RCC提高抗弯冲击性能,试验条件下抗冲击次数从3~5次水平提升至140~170次水平,而RP对冲击性能并无明显影响,冻融结束掺有SF试验组RCC初、终裂次数降幅超过70%,但终裂次数仍达到30~40次的水平,绝对韧性均随冻融次数增加逐渐降低; RCC相对动弹模量均表现出先降低后缓慢回升的规律,掺有SF试验组下降阶段相对更短且幅度更小,最大仅8%,而RP影响并不明显,但4组降低程度均在10%内。     

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的抗盐冻性能

研究了盐冻循环作用对锂渣混凝土(LiC)和钢-聚丙烯混杂纤维锂渣混凝土(HFC)的质量损失、抗压强度、动弹性模量、基振频率以及溶液吸入量的影响。结果表明:随盐冻循环次数的增加,LiC和HFC均呈现质量损失率逐渐增大、抗压强度先增加后减小、动弹性模量前期稳定后期逐渐减小、溶液吸入量(Ws)先减小后增加的变化规律。将二者对比可以发现,钢-聚丙烯混杂纤维掺入混凝土可以减小盐冻作用对混凝土的内部损伤,显著提高混凝土的抗盐冻性能。     

不同强度等级混凝土遭受超低温冻融循环作用的受压强度试验研究

通过设计强度等级C40、C50及C60混凝土经历0次、16次和30次温度区间分别为15℃~-120℃和15℃~-190℃的冻融循环作用试验,探讨不同强度等级混凝土超低温冻融循环作用下受压强度变化规律。试验结果表明,不同强度等级混凝土试件上下限温度时加载的破坏形态基本上类似、均大致呈对顶锥状,但其破坏面状况等破坏特征有所不同。经历各种超低温冻融循环作用工况混凝土上、下限温度时的相对受压强度随其含水率增加基本上均呈下降趋势。而随强度等级提高,上限温度时混凝土相对受压强度呈增大态势,但各强度等级混凝土均随冻融循环作用次数的增加呈下降趋势;下限温度时不同超低温温度区间的混凝土相对受压强度虽也基本上有所增大,但增大的原因存在明显的差异。给定的超低温冻融作用温度区间工况下各强度等级混凝土下限温度时相对受压强度随冻融循环作用次数增加的变化趋势相似,但不同温度区间时却不同。超低温冻融作用对混凝土性能影响与常规冻融作用不同,其受压强度恶化更为严重。实际工程中不能直接地将常规冻融循环作用研究结果应用于设计具有超低温冻融作用的混凝土结构。     

硫酸盐环境下混凝土裂缝矿物自愈合性能研究

研究了30%粉煤灰混凝土在4种预加载损伤程度下,于清水和5.0%硫酸盐环境中的裂缝矿物自愈合性能,并对其自愈合产物进行了微观测试。采用相对动弹模量和抗压强度的相对变化来表征裂缝自愈合程度,探讨了5.0%硫酸盐溶液、30%粉煤灰、4种预加载程度和4个自愈合养护龄期对混凝土裂缝矿物自愈合的影响。试验结果表明,5.0%硫酸盐在设计的自愈合养护龄期内可以促进预加载损伤混凝土相对动弹模量和抗压强度的恢复;无论清水还是硫酸盐养护溶液,只有预加载程度较大时,30%粉煤灰对混凝土相对动弹模量和相对抗压强度的恢复才有显著的促进作用;5.0%硫酸盐溶液养护环境中,混凝土自愈合后的相对动弹模量和相对抗压强度的恢复能力都随着预加载程度的增大而逐渐降低,在28d自愈合养护龄期结束后,其混凝土相对动弹模量趋于稳定;微观测试分析结果表明,5.0%硫酸盐环境中的混凝土裂缝矿物自愈合产物成分主要是碳酸钙和少量钙矾石。     

高强混凝土材料细观冻融损伤与抗压强度的关系

为研究高强混凝土冻融损伤机理及其与抗压强度之间的关系,采用RapidAir结合金相显微镜的方法,实现对混凝土细观冻融损伤的连续观察,探究了细观结构对冻融的敏感程度以及细观破坏对宏观破坏的影响规律.结果表明:对高强混凝土而言,较低的含气量和较大的气泡间隔系数并不意味着较差的抗冻性;孔隙群的冻融响应敏感,且微裂缝出现较早,该区域的缺陷增长能与冻融前期混凝土抗压强度线性下降很好地对应,但此时混凝土的抗压强度下降并不明显;相对孤立的孔和砂浆与粗骨料的界面过渡区较不敏感,这些区域出现损伤后,混凝土的抗压强度逐渐非线性下降,预示着混凝土即将冻碎.