喷射混凝土力学性能试验研究及预测模型建立

以喷射混凝土单层永久衬砌隧道为背景,采用干喷大板法,开展喷射混凝土力学性能试验.以宝鸡至兰州高速铁路麦积山隧道衬砌喷射混凝土配合比为基础,考虑水胶比、粉煤灰和钢纤维影响,研究喷射混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度经时变化规律,建立相应的预测模型.结果表明:喷射混凝土早龄期强度较高.随着龄期增大,同配合比模筑混凝土强度增大并超过喷射混凝土,且二者差值逐渐增大.水胶比增大及钢纤维掺量减小,喷射混凝土强度减小;随粉煤灰掺量增大,强度先增大后减小.采用13组数据对抗压强度模型进行验证,其相对偏差的标准差为5.55,说明模型具有较好的适用性.喷射混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度均呈正态分布,且二者之间呈指数关系.     

冻融损伤后喷射混凝土耐久性研究

采用快速冻融法,比较同配合比喷射混凝土与模筑混凝土冻融循环作用后质量损失率、相对动弹性模量、立方体抗压强度及劈裂抗拉强度损失率,研究喷射混凝土的抗冻性能,并分析钢纤维的掺入对其抗冻性能的影响,同时,采用扫描电镜(SEM)分析冻后喷射混凝土微观结构的演变特征.试验结果表明,冻融循环150次,喷射混凝土的相对动弹性模量为0.819,而模筑混凝土已进入破坏状态,喷射混凝土抗冻性能优于模筑混凝土;冻融循环200次,钢纤维喷射混凝土(SFRS)劈裂抗拉强度损失率较普通喷射混凝土减小60％,说明钢纤维的掺入能够显著提高喷射混凝土的抗冻性能.     

弯曲荷载影响粉煤灰混凝土碳化规律的研究

通过承载混凝土试件的快速碳化试验,研究了弯曲荷载作用下混凝土的碳化速度,试验结果表明,弯曲拉(压)应力作用下混凝土碳化速度均大(小)于无应力状态下的混凝土碳化速度.定义了混凝土碳化弯曲应力影响系数,分析了弯曲应力影响系数的变化规律,得出混凝土碳化弯曲应力影响系数与应力水平符合二次多项式关系.     

混合钢纤维活性粉末混凝土力学性能研究

采用两种不同尺寸的钢纤维混合掺入活性粉末混凝土中;通过轴压、劈裂和四点弯曲的力学性能试验,研究混合钢纤维活性粉末混凝土的抗压强度、抗拉强度及抗折强度,得到不同钢纤维组合比例对活性粉末混凝土力学性能的改善作用;采用ASTMC1018提出的韧性指数法来衡量混合钢纤维活性粉末混凝土弯曲韧性.结果表明:同体积纤维掺量下,混合钢纤维活性粉末混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度及弯曲抗折强度均较单掺一种纤维有一定程度的提高;混合掺入钢纤维后活性粉末混凝土韧性改善效果显著,采用0.5％长纤维与1.5％短纤维组合可以达到最佳增韧效果.     

盐湖卤水侵蚀喷射混凝土衬砌耐久性能退化规律研究

我国西部地区盐湖分布广泛,土壤及地下水中含有高浓度硫酸盐、镁盐及氯盐,与衬砌喷射混凝土发生一系列物理化学反应,造成喷射混凝土单层永久衬砌结构耐久性能下降.为系统研究盐湖卤水侵蚀喷射混凝土耐久性能退化规律,以5％Na2 SO4+5％MgSO4+3.5％NaCl混合溶液为侵蚀介质,采用干湿交替法,分别模拟盐湖卤水及隧道衬砌侵蚀方式,开展喷射混凝土耐久性试验.通过测试混凝土相对动弹性模量、质量变化率、相对抗压强度、损伤层厚度及混凝土中离子含量,研究卤水侵蚀喷射混凝土耐久性能退化规律.结果表明,高水胶比、未掺粉煤灰及高粉煤灰掺量喷射混凝土和模筑混凝土物理力学性能退化速度快,损伤层厚度快速增大,钢纤维可显著提升喷射混凝土抗侵蚀性能.随着侵蚀的进行,混凝土中水溶性钙离子及混凝土pH值下降,水溶性钠离子和氯离子含量增大,酸溶性硫酸根离子含量快速增大.混凝土表面水化产物含量降低,密实度下降,损伤层厚度增大,物理力学性能退化.     

弯曲裂缝对再生混凝土构件碳化性能影响的试验研究

混凝土是脆性材料,抗拉强度远低于其抗压强度,钢筋混凝土构件在使用时往往处于带裂缝工作状态.当钢筋混凝土构件表面混凝土的裂缝达到一定宽度之后,经过时间的推移,有可能直接影响结构的正常使用以及耐久性,甚至影响结构的功能和安全性.试验着眼于再生混凝土表面弯曲裂缝对钢筋混凝土构件碳化性能的影响,以不同强度等级(C20、C40)和裂缝宽度(0.1 mm、0.2 mm)为变动因素进行了对比性碳化试验,试验结果表明,与没有倒入微裂缝的对比用普通混凝土试件以及再生混凝土试件相比,再生混凝土试件表面的弯曲裂缝对混凝土碳化性能的影响要比裂缝宽度对混凝土碳化性能的影响更大.     

喷射混凝土渗透性、孔结构和力学性能关系研究

以喷射混凝土衬砌隧道结构为研究背景,开展喷射混凝土渗透性、孔结构及力学性能试验,采用AutoClam、非稳态氯离子快速测定法(RCM)、直线导线-线性回归法(ASTM C457)、压汞测孔法等,对喷射混凝土渗透性(透气性、透水性和氯离子迁移)、孔结构(砂浆孔结构和表面孔结构)及力学性能(抗压强度和劈裂抗拉强度)进行测试,研究喷射混凝土配合比对喷射混凝土能性的影响以及三者之间的相互关系.结果表明,喷射混凝土水胶比、粉煤灰及钢纤维对其渗透性、孔结构参数和力学性能具有直接影响,低水胶比、高钢纤维掺量对喷射混凝土性能的提高有利,粉煤灰可促进喷射混凝土性能优化,但过高的掺量会造成性能劣化.通过分析喷射混凝土渗透性、孔结构和力学性能之间的关系,认为喷射混凝土孔结构组成决定其渗透性和力学性能,随着孔隙率的增大,喷射混凝土渗透性提升、力学性能下降,孔隙率与渗透性及抗压强度之间呈指数关系.     

钢纤维掺量对高性能混凝土碳化性能影响机理研究

通过快速碳化试验,研究钢纤维掺量对高性能混凝土碳化性能的影响及其变化规律.结果表明,钢纤维的掺入能够改善高性能混凝土抗碳化性能,减小碳化速率,钢纤维掺量为2.0％时,相较于基准试件碳化深度平均减小53.3％,对高性能混凝土碳化的抑制作用更为明显.同时,通过分析钢纤维对高性能混凝土碳化的影响,引入钢纤维碳化影响系数,建立钢纤维高性能混凝土碳化深度预测模型,为今后高性能混凝土碳化研究提供参考.     

早龄期补偿收缩钢纤维混凝土SHPB劈裂抗拉性能分析

为了分析早龄期补偿收缩钢纤维混凝土(SCSFRC)在冲击载荷作用下动态劈裂破坏情况,本文采用HCSA膨胀剂(掺量8％)和压痕波纹型钢纤维(体积掺量1.0％)配制7d龄期混凝土试样进行SHPB劈裂抗拉试验.通过理论分析,得出在冲击荷载作用下,混凝土试件动态抗拉强度、应变率和应变的计算公式,并利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,模拟试件在分离式霍普金森压杆实验装置上受冲击时动态劈裂破坏过程.试验结果表明:SCSFRC与普通混凝土试样整体破坏特征相似,沿对心压缩轴线表面上的破坏顺序是由从两个冲击端部向中心发展的,与有限元软件计算结果一致;从应力-应变图可以看出,钢纤维对混凝土劈裂抗拉强度提高明显,对于SCSFRC试件应变率在2.25 s-1时,动态劈裂抗拉强度达到5.30 MPa,普通混凝土应变率2.21 s"时,动态劈裂抗拉强度达到4.48 MPa,应变率相近情况下,SCSFRC劈裂抗拉强度比普通混凝土增加18.3％,且SCSFRC具有较完整的破坏形态.     

碳化和应力作用对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

碳化、氯离子侵蚀、应力三者共同作用对沿海地区混凝土结构耐久性具有重要影响.以C25级普通混凝土为研究对象,针对应力、碳化和氯盐三因素共同作用,借助室内试验手段,对混凝土试样进行加载及快速碳化试验,研究了碳化和应力作用下混凝土中的氯离子迁移规律.研究表明:碳化龄期短的混凝土试件,氯离子扩散系数会有很大程度的下降,随着碳化时间的增加下降速度不断减缓;碳化龄期较长的混凝土试件,氯离子扩散系数会略有升高.随压应力的增大,混凝土碳化深度逐渐减小,氯离子扩散系数也逐渐减小.     

硅灰对钢纤维混凝土耐久性能的影响研究

为提高钢纤维混凝土耐久性能,采用复掺的方式,选择高品质的硅灰掺入到钢纤维的混凝土结构中。在保证基准配合比相同的情况下,通过不同的硅灰与钢纤维配合比,探讨硅灰对钢纤维混凝土耐久性能的影响。通过实验结果表明,随着硅灰掺入钢纤维混凝土量的增加,混凝土的抗折强度、抗压强度和劈裂强度、抗冻性能都明显提高,并在12%硅灰+1.2%钢纤维时达到最大。     

磨细钢渣对混凝土力学性能和耐久性影响的研究

基于钢渣的活性效应和微集料效应研究了不同掺量钢渣对混凝土抗压强度和抗折强度的影响,通过加速碳化试验和抗冻性试验探究了钢渣混凝土的抗碳化性能和抗冻性.采用X-CT技术探究了钢渣混凝土内部的孔结构.结果表明:掺加10%钢渣混凝土的抗压强度和抗折强度最大,掺加30%钢渣混凝土的抗压强度和抗折强度最小.当碳化到56 d时,掺加30%钢渣的混凝土的碳化深度已达12.5 mm;冻融循环到180 d,掺加30%钢渣混凝土的相对动弹性模量降至88.7%.     

纤维混掺改性高强自密实混凝土试验与分析

为研究不同结构层次纤维混掺对混凝土力学性能的改善作用,以镀铜微丝钢纤维和纳米碳纤维的掺量为参数,设计制备了纤维混掺改性高强自密实混凝土.试验表明:相较对照组,纤维改性混凝土的工作性能略有降低,而力学性能有不同幅度的提高,立方体抗压、轴压、劈裂、抗折强度的最大增幅分别为18.52％、21.10％、57.17％和54.40％.将数值分析与非线性回归结合,获得非样本纤维掺量下混凝土强度分析值的基础上,确定不同纤维的最优掺量.研究结果显示:适当掺量且分散良好的镀铜微丝钢纤维和纳米碳纤维混掺对高强自密实混凝土抗压、劈拉及抗折强度的提高分别存在超叠加、叠加及负混杂效应.     

改性聚丙烯纤维砂浆和混凝土的性能试验

试验采用P.P.Kraai提出的砂浆及混凝土干燥收缩裂缝测试方法、混凝土力学性能试验、抗冻等耐久性能试验方法,研究了改性聚丙烯纤维对砂浆和混凝土性能的影响。结果表明,在混凝土中掺入一定量的改性聚丙烯纤维,混凝土的抗压强度略有下降;纤维在混凝土中形成的乱向支撑体系,产生了有效的增强效果,减少了裂缝的产生,提高了混凝土的抗折、抗拉强度,从而改善了混凝土抗裂、抗渗、抗冲击和抗冻等性能。     

复合盐蚀环境下喷射混凝土离子分布规律及氯离子扩散系数

通过分析(干湿循环+复合盐侵蚀)共同作用下普通混凝土、普通喷射混凝土和钢纤维喷射混凝土孔隙液中pH值、Cl-、SO2-4和Ca2+分布情况,研究了喷射混凝土离子分布规律和氯离子扩散系数.结果表明:各混凝土pH值和Ca2+浓度随深度分布规律相似,均为表层最低并随深度增加而升高,且在同一深度随龄期增加而降低;普通混凝土表层Cl-浓度最高且扩散深度最大,钢纤维喷射混凝土的表层Cl-浓度最低和扩散深度最小;SO2-4在各混凝土内部的分布大致分为富集区、过渡区和稳定区三段;表面自由Cl-含量Cs为普通混凝土>普通喷射混凝土>钢纤维喷射混凝土,且随侵蚀龄期的增长而逐渐上升;混凝土的Cl-扩散系数D随侵蚀龄期的增长而降低,符合幂函数变化规律.     

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.     

粗纤度PVA纤维混凝土力学性能试验分析

将粗纤度聚乙烯醇(PVA)纤维加入混凝土中,采用搅拌试验方法分析PVA纤维在混凝土中的分散性;对比不同纤维体积分数下PVA纤维混凝土的坍落度分析其可施工性;对比不同纤维体积分数PVA纤维混凝土的抗压、抗弯拉及劈裂抗拉强度和破坏状态来探索其综合力学性能。试验结果表明:PVA纤维在混凝土搅拌过程中分布较均匀不易结团;相对素混凝土,PVA纤维混凝土的坍落度略有下降;抗压强度无明显提高,抗弯拉及劈裂抗拉强度随着纤维体积分数增加呈二次函数增大。     

高速公路钢纤维混凝土的性能研究

结合高速公路的实际需要,研究了钢纤维掺量对混凝土性能的影响.在此基础上,研究了粉煤灰掺量对混凝土性能的影响.研究结果表明:钢纤维对于混凝土抗压强度、抗拉强度、抗折强度、磨损量存在一个最佳掺量,其最佳掺量分别是1.5％、2.0％、2.0％、2.5％.当钢纤维掺量为2.0％时,粉煤灰对于混凝土抗拉强度、抗折强度、磨损量存在一个最佳掺量,其最佳掺量分别是15％、10％、15％,但粉煤灰掺量对混凝土抗压强度影响不大.     

玄武岩纤维掺量对混凝土力学性能的影响

研究了掺入0．05％～0．35％的玄武岩纤维对混凝土的抗压强度,劈裂抗拉强度以及弯曲性能的影响,并采用扫描电镜对纤维在混凝土中的微观作用机理进行了分析。结果表明,当纤维的掺量在0．3％以内时,混凝土3 d、7 d、28 d的抗压、抗拉强度都有不同程度的提高,当掺量超过0．3％时,混凝土28 d的抗压、抗拉强度开始下降,且掺量越大,强度下降的也越多;弯曲试验结果表明,掺入0．05％～0．25％的玄武岩纤维后,混凝土的抗折强度平均提高7．96％,掺量为0．2％时,抗折强度提高17．0％,且掺入玄武岩纤维后,混凝土的应力-应变曲线有了明显的屈服点,混凝土的极限拉伸值增大,弹性模量降低,刚度减小,延性与柔性增加,混凝土的抗裂性增加,使用寿命延长。