冻融循环下玄武岩纤维增强复材混凝土的断裂损伤及软化本构关系

为探讨冻融循环下的玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)断裂损伤和本构软化特性,以5种不同的玄武岩纤维体积百分比掺量(0%,0.1%、0.2%、0.3%和0.4%)设计5组试件,对BFRC试件进行不同次数(0,25,50,75,100,125次)的冻融循环试验,再对混凝土试件进行三点弯曲加载试验。试验结果表明:在0.3%体积掺量以内,玄武岩纤维掺量越高,BFRC的起裂韧度、失稳韧度和断裂能越高;纤维掺量超过0.3%后,BFRC起裂韧度增加不明显而失稳韧度和断裂能略有下降;混凝土冻融损伤降低了混凝土的断裂韧度和断裂能,但玄武岩纤维对混凝土的冻融损伤具有一定的抑制作用,纤维掺量越高,BFRC断裂韧度和断裂能的冻融损失越小。拟合试验数据得到了BFRC的冻融损伤计算模型,在Petersson混凝土双线性软化本构关系的基础上,进一步推导获得冻融循环下的BFRC双线性软化本构关系曲线。     

纤维混凝土冻融损伤试验研究

对普通素混凝土、掺加钢纤维或聚丙烯纤维的混凝土进行了快速冻融循环试验,经过对试件进行强度测试,分析研究了冻融循环后掺加不同纤维的混凝土的力学损伤规律,依据损伤破坏的相关理论,对纤维混凝土的冻融损伤破坏机理进行了分析。以动弹性模量来定义损伤变量,依据试验数据对损伤演变模型进行了拟合。分析和计算结果表明:混凝土中掺加纤维有助于减小冻融循环对试件动弹性模量的影响,提高了混凝土的抗冻性;掺加钢纤维和聚丙烯纤维的混凝土抗压强度和抗弯拉强度损失远小于普通素混凝土,尤其是抗弯拉强度大大提高;结合试验数据对冻融损伤演变方程进行拟合,发现纤维混凝土冻融损伤演变模型有较高的拟合精度,说明该模型能较好地表征本试验的纤维混凝土冻融损伤演变过程。     

聚丙烯纤维轻骨料混凝土冻融循环试验研究

通过对轻骨料混凝土试件的快速冻融循环试验,研究了冻融循环对聚丙烯纤维轻骨料混凝土材料损伤特性的影响,分析了轻骨料混凝土动弹性模量和超声波速相对值的变化特点,将超声波速作为损伤参数易于测量且方便与宏观量建立联系.通过对冻融循环后混凝土的强度和质量损失分析,指出聚丙烯纤维的掺入对轻骨料混凝土质量损失改善作用并不明显,但可以提高混凝土强度.另外指出,当聚丙烯纤维掺量为0.9kg/m3时,混凝土的抗冻性能最好,而且具有较好的冲击韧性和抗疲劳性能.     

冻融作用下BFRC轴向拉伸本构模型研究

设计了5组不同玄武岩纤维体积掺量(0、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%)的混凝土试件,并对其进行了冻融循环试验和轴向拉伸试验。结果表明,玄武岩纤维提高了混凝土的轴向拉伸强度,纤维掺量越大,峰值应力越大,峰值应变也相应提高,试件表现出较好的延性破坏特征。冻融循环过程降低了混凝土轴向拉伸强度,而玄武岩纤维可以减弱混凝土的冻融损伤。玄武岩纤维的最佳体积掺量为0.3%。通过对试验数据进行拟合,得到了玄武岩纤维混凝土(BFRC)的轴向拉伸应力-应变本构关系和冻融损伤演化方程,并在此基础上建立了BFRC在冻融环境下的轴向拉伸应力-应变本构模型。     

预应力混凝土结构在冻融循环条件下的疲劳性能研究

以预应力混凝土试件为研究对象,对不同冻融循环次数条件下的疲劳损伤特性进行分析。混凝土结构在经历一定冻融循环次数后,等效于先进行了一级疲劳加载,根据多级加载疲劳理论,以相对动弹性模量的衰减为参数建立多级疲劳损伤参量,引入冻融损伤因子kn来表征冻融损伤的影响,建立冻融循环条件下的混凝土结构疲劳损伤模型。该模型可考虑试件总体损伤程度。试验验证,模型计算损伤度值与试验值之间的误差在16%以内。     

混杂纤维抑制混凝土冻融损伤规律的试验研究

为研究不同类型纤维抑制混凝土冻融损伤的规律,选择3种不同类型纤维制备混凝土试件,分别在不同因素环境下进行快速冻融循环试验。通过测定混凝土试件冻融循环前后的超声波速度计算相对动弹性模量,从而推定混凝土构件冻融损伤变量,分析不同类型纤维对混凝土冻融损伤的抑制规律。结果表明聚丙烯纤维+普通钢纤维+聚酯纤维三元混杂纤维抑制混凝土冻融损伤效果最佳,其对抑制冻融循环作用下混凝土的损伤,优于聚丙烯纤维+普通钢纤维二元纤维增强混凝土优于无纤维混凝土。     

近年来我国混凝土冻融破坏研究进展

冻融作用是造成混凝土强度损失和破坏的重要因素,混凝土构件经多次冻融循环作用将会降低建筑物耐久性并引起安全问题。国内外学者在不同的混凝土冻融破坏机理假说的基础上设计试验,得到了混凝土试件经历冻融破坏后损伤情况的数据,建立了大量混凝土冻融损伤的本构模型。随着数值模拟软件的不断成熟,利用数值模拟软件对混凝土冻融过程进行模拟,用得到的模拟结果与试验结果进行比对,从而验证试验结果的正确性,从细观角度解释冻融破坏机制,是当前混凝土冻融损伤破坏研究的趋势。文章总结了近年来国内混凝土冻融研究的进展及其发展趋势,并提出了建议。     

塑钢纤维轻骨料混凝土的冻融损伤模型

对掺塑钢纤维的轻骨料混凝土(LWAC)试件进行快速冻融循环试验和抗压强度试验,得到冻融循环后该轻骨料混凝土的相对动弹性模量、质量损失率和抗压强度的变化规律.分别以相对动弹性模量和抗压强度为损伤变量建立了含塑钢纤维掺量参数的轻骨料混凝土冻融损伤模型.结果表明:塑钢纤维可有效地抑制轻骨料混凝土的冻融损伤;当塑钢纤维掺量为6kg/m~3时,轻骨料混凝土的抗冻性能最好,服役寿命最长,抗压强度最高;塑钢纤维轻骨料混凝土抗压强度冻融损伤模型宜用指数函数型模型,该冻融损伤模型和相对动弹性模量冻融损伤模型的拟合精度较高,均能够较好地反映塑钢纤维轻骨料混凝土的冻融损伤变化规律.     

冻融损伤后再生混凝土与钢筋黏结滑移性能梁式试验研究

通过9组试件的梁式试验,以不同冻融循环次数、混凝土类型、再生混凝土强度等级、锚固长度、钢筋直径为变量,研究冻融损伤后钢筋与再生混凝土间的黏结滑移性能。结果表明：各组试件均发生了测试钢筋的拔出破坏,当冻融循环次数相同时,再生混凝土强度和锚固长度对钢筋与再生混凝土的黏结性能影响较大,其中钢筋开槽组试件冻融50次和150次后,其黏结强度分别降低8.5%、28.3%;对黏结强度的拟合公式进行验证,计算值与实际值吻合较好;最后建立了钢筋与再生混凝土的黏结应力-滑移本构关系,并将计算值与试验值进行对比,二者吻合较好。     

清水及氯盐环境下陶粒混凝土冻融损伤规律试验研究

对掺加1%聚丙烯纤维及未掺纤维的两组陶粒混凝土试件,分别进行了清水冻融和3%NaCl溶液冻融试验,观察了冻融循环后试件的外观变化形态,测试研究了试验过程中试件的相对动弹性模量、质量损失率、剩余抗压强度等损伤量的变化规律。研究结果表明:相同冻融次数时,与清水冻融环境比,氯盐冻融环境下试件的剥蚀和骨料外露现象更明显,相对动弹性模量、质量损失率、剩余抗压强度等指标退化更为严重;掺入聚丙烯纤维可明显改善陶粒混凝土的抗冻性能。分别以相对动弹性模量和剩余抗压强度作为损伤变量,建立了能反映冻融损伤进程的陶粒混凝土冻融损伤模型,参数拟合精度较高。     

单面冻融下玄武岩纤维混凝土抗冻性能研究

通过玄武岩纤维混凝土单面冻融试验,分析了不同冻融次数、冻融介质(水、盐、飞机除冰液)和纤维掺量下混凝土的质量损失、动弹性模量及抗压强度,研究了玄武岩纤维混凝土的单面抗冻性及其损伤规律。试验结果表明:随着冻融次数的增加,3种冻融介质下玄武岩纤维混凝土的相对动弹性模量、抗压强度均减小,而质量损失出现相反情况。3种冻融介质对混凝土的损伤程度最严重为盐溶液,其次分别为水溶液、飞机除冰液。对于水冻与盐冻,混凝土掺入玄武岩纤维能够提升其抗冻性。通过拟合发现,二次多项式模型的拟合精度高于指数型模型,说明二次多项式模型更能准确表征单面冻融下玄武岩纤维混凝土的损伤程度。     

基于超声波测试的冻融循环作用下混凝土强度损伤演变研究

针对高寒地区混凝土抗冻耐久性问题,在混凝土中加入不同掺量的粉煤灰研究其抗冻性能,通过非金属声波检测仪进行冻融循环过程中混凝土强度无损测试,研究了冻融循环作用下混凝土强度损伤和动弹性力学参数的演化特征,分析了冻融循环过程中混凝土声波波速与力学性能变化规律。研究结果表明:掺入引气剂能够提高混凝土的抗冻性,相同引气剂掺量下,粉煤灰掺量为10%的混凝土抗冻性较好;冻融循环过程中,超声波纵波波速、横波波速与动弹性模量、动剪切模量均随着冻融循环次数的增加呈相似性衰减,且存在较高相关性。     

早期高强混凝土准动态损伤试验分析

为了研究早龄期高强混凝土在承受多次反复荷载作用下内部损伤情况及超声波特性,在室内实验室制作了一批混凝土立方体试块,脱模后在标准养护室进行养护。分别测定了1、2和3 d龄期的混凝土立方体试块经历多次50%、70%和80%极限荷载前后的抗压强度和超声波波速变化规律;7、14、28 d龄期混凝土立方体试块的抗压强度和超声波波速。试验结果表明:在28天龄期内声速随龄期增长不断增大,与强度基本呈线性关系;前3天龄期的混凝土试块在承受不同比例的极限荷载时,损伤程度和变化规律不同,单轴抗压强度与超声波波速都能衡量这种变化规律。这对于研究超声波测试技术衡量爆破工程中的早龄期高强混凝土在经受多次爆破荷载作用下的损伤累积规律具有一定的指导作用。     

在冻融作用下钢纤维混凝土的性能

通过冻融循环试验,研究了钢纤维体积率、冻融循环次数、混凝土强度等级对冻融循环作用下钢纤维混凝土动弹性模量的影响,分析了钢纤维混凝土剥落和损伤机理;测试了钢纤维混凝土冻融后抗压强度、劈拉强度和抗折强度,探讨了钢纤维对混凝土的增强机理。试验结果表明,混凝土强度等级较高时,钢纤维体积率对混凝土抗冻性能的影响比较显著,抑制了钢纤维混凝土的剥落,降低了钢纤维混凝土损伤速率。     

钢筋混凝土冻融损伤黏结滑移本构模型及其在构件中的应用

钢筋混凝土(RC)构件在冻融循环作用下易产生黏结性能的退化,以冻融损伤RC构件为对象,研究其纵筋的黏结滑移行为。通过分析冻融作用对混凝土与钢筋界面黏结行为的影响,将黏结性能的退化归因于混凝土强度退化和保护层约束效应退化,并以钢筋混凝土黏结滑移本构和冻融黏结滑移试验结果为基础,建立了适用于冻融损伤混凝土的黏结滑移本构模型。基于已有拉拔试验数据,对所提模型的精度和可靠性进行验证。结合所提模型及微元算法进一步得到冻融损伤纵筋滑移模型,采用非线性梁柱单元与零长度截面单元串联的组合方式,将该纵筋滑移模型应用于零长度截面中的钢筋纤维本构,建立了可考虑黏结滑移行为的冻融损伤RC纤维模型。根据6榀冻融损伤RC框架柱拟静力试验结果对该纤维模型的准确性进行验证,并采用仅考虑冻融损伤混凝土强度退化的纤维模型进行辅助验证。结果表明：相比已有黏结滑移本构,所提模型可更为准确地反映冻融损伤混凝土与钢筋界面的黏结滑移行为全过程;相比纤维模型,所提冻融损伤RC纤维模型的标准化滞回力误差和滞回耗能误差分别降低了8.7%和37.0%,且可更为准确地计算冻融损伤RC框架柱的滞回曲线及耗能能力。     

钢纤维增强混凝土拉伸损伤本构特性

研究了钢纤维混凝土一维拉伸时的损伤行为，建立了损伤演化方程及损伤本构方程，并根据钢纤维混凝土一维拉伸试验曲线得到了损伤参量D的变化规律，提出了一种由损伤行为预测材料泊松比变化的矩形模型。     

锈蚀与冻融耦合作用下再生混凝土与钢筋黏结性能梁式试验研究

为了研究锈蚀与冻融循环耦合作用下再生混凝土与钢筋的黏结滑移性能,以钢筋锈蚀率及冻融循环次数为变量,对耦合作用下的钢筋再生混凝土梁试件进行试验,分析其黏结滑移特征值变化规律,并与普通混凝土梁试件进行比较。根据试验结果建立钢筋再生混凝土黏结 滑移本构关系。结果表明：各组试件均发生纵筋拔出破坏;在钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下,冻融循环较钢筋锈蚀对黏结性能的影响更大;平均黏结应力-滑移曲线可大致分为线性上升段、非线性上升段、非线性下降段及残余段;再生混凝土试件的各黏结滑移特征值的波动幅度相对于普通混凝土的较大;在钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下,再生混凝土与钢筋间的化学胶着力要优于普通混凝土;普通混凝土的起始黏结应力与极限黏结应力的比值介于0.38~0.49之间,低于再生混凝土试件,再生混凝土抗滑移性能优于普通混凝土的。建立了考虑钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下的钢筋与再生混凝土黏结滑移本构关系,可为北方地区锈蚀率小于3%的再生混凝土梁黏结性能研究提供参考。     

基于损伤理论的预应力混凝土冻融破坏研究

损伤力学提供了一种分析疲劳演化、估算疲劳寿命的有效方法.混凝土冻融破坏是一种低周疲劳损伤,可以利用损伤力学理论进行分析.试验利用损伤力学中疲劳损伤的基本原理对预应力混凝土在冻融循环作用下的损伤与失效过程进行了分析,在比较几种低周疲劳损伤理论的基础上,利用混凝土冻融前后动弹性模量变化的规律建立了预应力混凝土冻融破坏模型.并根据试验结果对模型进行了评价.结果表明在相同冻融循环次数下,随着应力水平的提高,混凝土抗冻能力是提高的;随着冻融的继续进行,应变趋向于定值,此时混凝土不再能承受应力作用而失效破坏.     

开放系统下纤维轻骨料混凝土的冻胀性能

通过纤维轻骨料混凝土试件开放系统下的冻胀性能试验,研究了纤维轻骨料混凝土冻胀量的发育情况,分析了纤维轻骨料混凝土在冻结过程中温度变化特点及影响纤维轻骨料混凝土冻胀变化的原因.在模拟北方室外多次骤然降温后纤维轻骨料混凝土的性能后发现,纤维在轻骨料混凝土经历多次骤然降温后对冻胀有抑制作用,并确定纤维掺量为0.9 kg/m3时轻骨料混凝土抵抗骤然降温的能力较强;从微观角度探讨了冻结过程中纤维表面及纤维与浆体界面的黏结情况.