火灾中混凝土力学及微观结构性能损伤规律

为了研究火灾发展过程中高温对大理石混凝土综合性能的损伤效应,先对含大理石废料的混凝土试件进行20～800℃温度范围的煅烧试验,冷却后再对试样进行矿物成分、质量损失、抗压强度和微观结构等性能指标的测试。结果表明:在火灾环境中,水泥凝胶体C-S-H因高温而发生崩解作用,大理石骨料的CaCO3在600℃以上分解;当环境温度低于200℃时,大理石混凝土的表面形貌、抗压强度及质量损失等宏观特征无明显变化;当温度大于400℃时,试件的宏观性能指标开始下降,且在600～800℃温度范围内迅速衰减;随温度上升,毛细吸水率逐渐增加,波速逐渐减小,材料的结构损伤效应与力学性能衰变规律具有同步性。     

不同粗细骨料组合下的混凝土耐硫酸腐蚀研究

为比较不同粗细骨料组合对混凝土耐硫酸腐蚀性能的影响,对水灰比为0.45、尺寸为100×200的4种骨料组合（青石+黄砂,青石+大理砂,大理石+黄砂,大理石+大理砂）混凝土试件进行耐硫酸加速腐蚀试验。将混凝土试件浸泡于pH值为0.95左右的硫酸溶液中进行为期194 d的12次跟踪监测,根据检测数据计算得到了混凝土的腐蚀深度,按线性方程斜率从大到小对4种骨料组合混凝土硫酸腐蚀速率进行了排序。结果表明:含有大理石或大理砂骨料的混凝土比含青石和黄砂骨料的混凝土耐硫酸腐蚀性能高;腐蚀层受扰动情况下,腐蚀深度与腐蚀时间呈线性关系;大理石细骨料比大理石粗骨料更有利于减小腐蚀深度。     

超高性能混凝土高温后残余力学性能试验研究

测定了抗压强度高于140MPa的含粗骨料超高性能混凝土和活性粉末混凝土遭受高温作用后的残余抗压强度、残余劈裂抗拉强度和残余断裂能。结果显示,两种超高性能混凝土的残余强度均随着目标温度的升高而呈现先增大再降低的趋势,而残余断裂能均随着目标温度的升高逐渐降低。各目标温度下,含粗骨料超高性能混凝土的残余抗压强度均高于活性粉末混凝土,但其残余劈裂抗拉强度和断裂能低于后者。活性粉末混凝土在300℃临界温度下的峰值残余抗压强度和峰值残余劈裂抗拉强度分别比常温时提高了26.8%和19.3%,800℃高温后的强度损失率分别为72.3%和81.4%。含粗骨料超高性能混凝土在400℃临界温度下的峰值残余抗压强度和在300℃目标温度下的峰值劈裂抗拉强度分别比常温时提高了34.0%和6.8%,800℃高温后的强度损失率分别为70.2%和84.9%。所以,对于有抗火灾高温要求的工程结构,含粗骨料超高性能混凝土适合用于受压构件,而活性粉末混凝土适宜于抗弯构件。     

高温前后钢纤维轻骨料混凝土断裂能研究

用陶砂、陶粒轻骨料部分或全部替换普通细骨料与粗骨料,并掺入0.2%体积掺量的PP纤维,设计0与1%两种钢纤维轻骨料混凝土。以25、200、400、600℃四种温度变化、两种不同骨料种类混凝土基体为研究对象。通过三点弯曲断裂试验得到荷载-挠度曲线,对高温前后钢纤维轻骨料混凝土断裂能进行研究。研究结果表明:1%体积钢纤维掺量能有效减缓裂缝的形成并限制其扩展,大幅度提升了轻骨料混凝土延性与变形能力,从而显著提高断裂能。随着温度的升高,轻骨料混凝土表现出假塑性的破坏特征。在25～400℃作用范围内,混凝土试件的断裂能呈现随温度上升而逐渐增大趋势,但是600℃作用后,断裂能呈现下降现象。     

混杂砖骨料再生混凝土高温后力学性能试验研究

为研究混杂骨料混凝土的高温性能,对两组不同水灰比(0. 5、0. 65)的混杂砖骨料再生混凝土试块进行不同温度条件下(200℃、400℃、600℃、800℃)高温试验,并对各温度下的混杂骨料混凝土进行单轴抗压强度性能试验。通过观察高温后试件表面颜色变化与破坏形态,系统地分析了在高温作用下混杂骨料混凝土抗压强度的变化趋势;对比质量与强度损失率变化,高水胶比较低水胶比时大。     

含小型粗骨料UHPC板抗弯性能研究

研制新型的含小型粗骨料UHPC板,提升传统大跨径组合梁斜拉桥普通混凝土桥面板的抗弯性能。通过对含小型粗骨料UHPC进行基本材料性能研究,以及对含小型粗骨料UHPC板试件进行抗弯试验,材性试验探究含小型粗骨料UHPC材料的本构关系、弹性模量和终凝后的干燥自收缩等,发现在UHPC中添加小型粗骨料后,UHPC在抗压性能方面得到提高,减小终凝后的干燥自收缩,但会降低一定的抗弯拉强度和韧性;含小型粗骨料UHPC板试件的抗弯试验探究了试件的荷载 挠度关系与弯矩 最大裂缝宽度关系。发现UHPC板试件具有较高的开裂强度,结构破坏呈现出多裂缝发展。抗弯试验、有限元分析和承载力公式计算结果表明：含小型粗骨料UHPC板具有较好的抗弯、抗裂性能,但计算承载能力时应充分考虑添加小型粗骨料后对结构拉伸性能降低的影响。     

高温下再生混凝土梁受剪性能试验研究

对9根不同再生骨料取代率的再生混凝土梁试件进行了常温和标准升温条件下的受剪试验,研究再生粗骨料取代率和初始荷载比等对试件的破坏特征、耐火极限、温度场分布和变形性能等的影响。利用ABAQUS有限元分析软件分别进行试件的温度场分析和顺序热-应力耦合全过程分析,并提出高温下再生混凝土梁受剪承载力理论计算方法和设计计算式。研究结果表明:高温下再生混凝土梁的剪切破坏特征与普通混凝土梁相似,但再生骨料取代率越大,火灾试验后试件表面混凝土的剥落程度越明显;试件的耐火极限随再生粗骨料取代率的增大而提高,随初始荷载比的增大而降低,再生混凝土梁的耐火极限受初始荷载比的影响比普通混凝土梁低;再生粗骨料取代率越大,相同时刻试件内部测点的温度越低,箍筋温度也越低,再生混凝土梁比普通混凝土梁具有更好的耐火性能;在火灾试验末期,随着再生粗骨料取代率的增加,试件的变形增长速率逐渐减小,说明高温下再生混凝土梁斜截面破坏时的延性比普通混凝土梁好;有限元分析结果与试验结果吻合较好;提出的高温下再生混凝土梁受剪承载力理论计算方法和设计计算式均具有可行性,能够分别满足试验和工程设计的要求。     

超高性能混凝土抗高温爆裂性能试验研究

测定了含粗骨料超高性能混凝土与活性粉末混凝土的不同含湿量(质量分数,下同)试件在从常温加热至800℃过程中的抗高温爆裂性能.结果表明:含粗骨料超高性能混凝土的抗高温爆裂性能优于活性粉末混凝土.粗骨料的存在不仅降低了超高性能混凝土的内部应力,而且增大了钢纤维在砂浆基体中的分布密度,因此起到减轻混凝土爆裂的作用.试验中大量粗骨料从砂浆基体中剥离,这证实蒸汽压力是导致超高性能混凝土发生高温爆裂的重要因素.2种超高性能混凝土的0%含湿量试件均未发生爆裂,而含湿量在25%及以上的试件均发生了爆裂,且含湿量越大,试件爆裂越严重.可以用爆裂发生的温度范围和爆裂声响次数来判断超高性能混凝土高温爆裂的严重程度.     

钢管陶粒混凝土短柱火灾后承载力及力学性能的试验研究

通过对4组10根钢管陶粒混凝土短柱受火后性能的对比试验研究,讨论不同参数的钢管陶粒混凝土短柱受火后的剩余承载力和破坏形态的变化。基于试验结果讨论火灾炉试验保持最高温度、截面尺寸、试件长细比及混凝土配合比等参数对轻骨料钢管混凝土短柱承载力和延性的影响。结果表明,以轻质材料——陶粒为粗骨料制成的钢管混凝土短柱,受火后仍然具有较高的承载力和良好的延性,且火灾后多数试件的荷载-位移曲线并没有出现下降段。最高炉温对钢管陶粒混凝土短柱火灾后承载力的影响程度与试件自身特征参数有关,主要影响参数为混凝土配合比、试件长细比及截面尺寸等;随着混凝土水灰比的增大,轻骨料钢管混凝土短柱火灾后承载力下降更为明显。     

高温后再生混凝土单轴受压应力-应变关系试验研究

利用废弃混凝土经机械破碎后制成的再生粗、细骨料,制作168个不同再生粗、细骨料取代率尺寸为100mm×100mm×300mm的再生混凝土试件,经历20～800℃作用后进行单轴受压应力-应变全曲线试验,分析了不同再生粗、细骨料取代情况和经历温度对再生混凝土峰值应力、峰值应变、弹性模量、泊松比和单轴受压应力-应变全曲线的影响。结果表明：相同温度作用后,随着不同再生骨料取代率的增加,峰值应变增大,弹性模量减小,单轴受压应力-应变曲线峰值应力减小,峰值应变增大,脆性增大;随着经历温度的升高,峰值应变与泊松比先降后增,并在温度400℃后增幅最大,而峰值应力与弹性模量均持续减小,应力-应变曲线渐趋扁平,与横轴包围面积显著减小;再生粗、细骨料单独掺入对混凝土受力性能的影响比较一致,同时掺入时性能退化较快。通过回归分析,建立各组再生混凝土试件单轴受压分段式应力-应变本构方程。     

再生混凝土筒体耐火性能试验研究与理论分析

为研究再生混凝土筒体的耐火性能,进行了3个混凝土筒体试件高温下工作性能试验研究。3个试件分别为普通混凝土筒体,粗骨料为再生骨料、细骨料为天然骨料的半再生混凝土筒体,粗骨料、细骨料均为再生骨料的全再生混凝土筒体。分析3个试件的温度场、竖向位移、墙体挠度及耐火极限。利用ABAQUS软件,模拟分析了筒体混凝土温度场,分析结果与试验结果符合较好。研究表明：随着再生骨料取代率的增加,混凝土内部温度的增加速率减小;相同受力和受火条件下,同一位置再生混凝土比普通混凝土的温度低;由于再生混凝土孔隙率略大,在荷载和高温共同作用下,其受力性能比普通混凝土略差;随再生骨料取代率的增加,耐火极限逐渐降低。     

掺锂渣再生混凝土抗硫酸盐性能的试验研究

为推进再生粗骨料混凝土在西部地区的有效利用,增大建筑废料的利用率,本试验对不同锂渣掺量以及不同再生粗骨料用量的再生粗骨料混凝土试件进行了西部硫酸盐环境下的干湿交替模拟,以清水环境下的干湿循环模拟为对照,分别进行了30、60、90、120次干湿循环,分析了在这种加速侵蚀作用下,各组掺锂渣再生混凝土试件的表观特征、力学性能及质量随侵蚀的经时变化规律.结果表明:适量的锂渣可以提高掺锂渣再生粗骨料抗硫酸盐侵蚀性能,20％锂渣掺量效果最好;20％锂渣掺量、30％再生粗骨料取代率混凝土试件抗压强度最大,较普通混凝土试件提高15％.     

陶瓷废料粗骨料混凝土的研究

选取陶瓷废料取代传统的碎石粗骨料进行了混凝土实验,对掺杂了陶瓷废料粗骨料的混凝土的抗压强度、抗拉强度、弯曲强度及弹性模量做了系统研究,并与碎石粗骨料传统混凝土进行了比较,试验结果表明,陶瓷废料粗骨料混凝土的和易性是良好的,并且强度特性与常规混凝土相近。     

高温后钢材及再生混凝土的力学性能试验研究

为了研究高温后钢材及再生混凝土的力学性能,设计了再生粗骨料取代率为100%的再生混凝土立方体试块并加工了钢材标准试件,对其进行常温、200~800℃(级差为100℃)的模拟火灾高温后的受力性能试验,细致观察了高温后再生混凝土、钢材的表观变化,获取了高温后再生混凝土的破坏形态和强度、钢材的屈服及极限强度等力学性能指标;分析火灾温度对钢材及再生混凝土剩余强度的影响,并提出高温后再生混凝土的剩余强度计算式。研究结果表明:随着温度的升高,钢材的屈服强度呈先上升后下降的变化趋势,极限强度在600℃以下时变化不大,在600℃以上则显著降低;随着温度的升高,其抗压强度逐渐降低。     

钢管高强混凝土高温后的轴压力学性能分析

为了研究掺入不同轻质骨料的钢管混凝土受不同火灾温度影响后所产生的力学性能差异,制作了44组轻质骨料钢管混凝土试件,对试验现象以及试件温度特性进行分析研究,得到了峰值荷载、峰值位移、轴压力学刚度以及位移延性等四个方面的力学特性。试验结果表明,掺入自应力轻质骨料的钢管混凝土试件受火灾温度影响后的力学性能明显优于掺入钢纤维轻质骨料的钢管混凝土试件。     

再生混凝土抗冻耐久性试验研究

对再生混凝土抗冻耐久性做了基础试验研究,再生混凝土的含再生粗骨料50%,试验通过对再生混凝土试件、添加2%LJ115液体防冻剂再生混凝土试件、普通混凝土试件做冻融循环试验,分析三种试件的失重率和动弹性模量。结果表明掺防冻剂的再生混凝土的抗冻耐久性有了较大提高,比普通混凝土的抗冻耐久性稍好     

轻骨料混凝土早龄期湿度扩散试验研究

为了研究轻骨料混凝土内部的早龄期湿度变化规律,采用0.35、0.45水灰比,40%、20%的粗骨料体积比,堆积密度为900、500级的轻骨料制成轻骨料混凝土试件,对早龄期轻骨料混凝土开展了一维湿度扩散试验和自干燥试验研究,并采用拟合的方法建立了早龄期轻骨料混凝土一维湿度扩散和自干燥作用数学模型。试验结果显示,水灰比、粗骨料体积比和级别对混凝土内部的湿度扩散规律有明显的影响,水灰比越低、粗骨料体积比越大,粗骨料密度等级越低,轻骨料混凝土内部湿度传输速率越快;自干燥试验显示,水灰比不同的混凝土内部相对湿度降低速率基本相同;数学模型和轻骨料混凝土试验数据计算吻合,可揭示早龄期轻骨料混凝土湿度扩散的规律。     

高温后自燃煤矸石骨料混凝土的抗压性能

为保证自燃煤矸石骨料混凝土在实际工程中的安全运用,制备了172块取代率均为100%的自燃煤矸石粗、细骨料单掺以及同掺的混凝土立方体试件,进行20,100,300,450,600,750℃下的常温和高温试验.通过测定高温前后的混凝土质量、抗压强度和劈拉强度,研究了自燃煤矸石骨料混凝土的高温后性能.结果表明:随着温度升高,试件表面颜色均由青灰色变为灰褐色,最后变为灰白色;试件表面龟裂逐渐增多,其中单掺自燃煤矸石细骨料的试件出现了爆裂现象;质量烧失率随着温度升高及自燃煤矸石骨料用量的增大而增大;自燃煤矸石骨料混凝土高温后的抗压强度和劈拉强度损失皆小于普通混凝土;根据最高受火温度和质量烧失率建立了高温后自燃煤矸石骨料混凝土抗压强度评估公式,与实测结果比较后发现,两者吻合较好.     

再生混凝土徐变试验与预测模型研究

通过对再生粗骨料取代率分别为0%、50%、100%的再生混凝土试件进行收缩和徐变试验,研究了再生粗骨料取代率对再生混凝土(RAC)徐变的影响。研究表明:再生混凝土的徐变变化规律与普通混凝土相似,持荷60d时RAC-50%、RAC-100%试件的徐变系数较普通混凝土(NAC)试件分别增加26%、45%,徐变值随再生粗骨料取代率的增加而增加。同时,在普通混凝土、RAC-50%和RAC-100%试件徐变试验结果的基础上,基于ACI209R徐变预测模型,建立了考虑再生粗骨料取代率影响的修正模型,该模型能较好地预测高应力水平下的再生混凝土的徐变,计算精度满足要求。     

粗骨料力学特性对混凝土性能影响的数值试验研究

粗骨料的力学特性对混凝土宏观力学性能有着显著的影响,从细观角度,利用数值试验研究含不同力学特性粗骨料混凝土试件的力学性能和破坏特点,分析了不同类型粗骨料混凝土试件破坏时的力学特性,破裂机理和声发射特征。研究结果表明,粗骨料的力学特性在一定程度上影响混凝土材料的力学性能,粗骨料的强度和弹性模量的增加有助于提高混凝土的抗压强度,但混凝土力学性能的提高受其内部各组分参数的综合影响。粗骨料的弹性模量与混凝土基质间的变形协调是提高混凝土性能需要考虑的因素之一。