冻融和应力复合作用下HPC的损伤与损伤抑制

研究了荷载和冻融循环双重损伤因子同时作用下高性能混凝土（ＨＰＣ） 的损伤规律．试验结果表明,在不同应力比的荷载作用下,高性能混凝土的抗冻性能随应力比的提高而下降．掺入钢纤维、引气或两者复合之后的高性能混凝土抵抗双因子损伤能力大大提高,抗冻性显著改善．实验结果还表明,在冻融与荷载双重损伤因子共同作用下的混凝土损伤程度远大于两种因子分别单独作用下损伤程度的简单叠加;引气钢纤维高性能混凝土抑制双因子作用下损伤的能力比单掺钢纤维或单引气的高性能混凝土又有进一步的提高．     

冻融和碳化共同作用下混凝土损伤分析

通过室内模拟试验,研究了冻融和碳化共同作用下混凝土质量和相对动弹性模量的变化规律.结果表明:混凝土在冻融和碳化共同作用下的损伤大于其在冻融单一作用下的损伤.建立了混凝土在冻融和碳化共同作用下的损伤模型,该模型拟合精度较高.     

盐腐蚀与应力作用下混凝土的冻融损伤及抑制

采用快冻法研究了普通混凝土(OPC)、高性能混凝土(HCMC)以及绿色高耐久性混凝土(GGDC),在盐溶液作用及其与弯曲应力的同时作用下,混凝土的抗冻性以及不同增强措施对混凝土抗冻性的影响.结果表明:弯曲应力加速了混凝土的冻融损伤,盐溶液减缓了混凝土的冻融损伤程度.水胶比减小和大掺量矿物掺合料(粉煤灰+矿渣+硅灰),难以抑制混凝土在(冻融+10%NaCl)、(冻融+5%MgSO4)和(冻融+35%弯曲应力+5%MgSO4)作用下的冻融损伤,但是对于混凝土在单一冻融、(冻融+5%MgCl2+5%Na2SO4)、(冻融+35%弯曲应力)、(冻融+35%弯曲应力+10%NaCl)和(冻融+35%弯曲应力+5%MgCl2+5%Na2SO4)作用下的冻融损伤却具有显著的抑制效果.同时掺加混杂纤维、膨胀剂和引气剂的GHDC,抑制冻融损伤的效果非常明显,在弯曲应力及盐溶液同时作用下具有超高的抗冻融破坏能力.     

高性能混凝土在荷载作用下的冻融性能及其可靠性分析

本文首先试验研究了荷载作用下高性能混凝土冻融循环的耐久性,提出了荷载作用下冻融循环可靠度的概率统计方法。研究表明：荷载作用下的破坏主要为外荷载加速冻融破坏,诱发动弹性模量降低和试件断裂。通过对应力作用下混凝土材料冻融失效破坏的可靠度计算,获得在保证一定可靠度下的冻融循环寿命。     

地聚物混凝土在盐水与冻融作用下的损伤研究

采用钠水玻璃(Na₂O·mSiO₂)激发高活性偏高岭土和粉煤灰的混合物制备地聚物混凝土,研究地聚物混凝土在盐溶液中(3. 5%NaCl溶液、3. 5%Na₂SO₄溶液、3. 5%Na₂SO₄溶液+3. 5%NaCl溶液和纯水)经过冻融循环后的损伤程度,分析各冻融循环周期下试件的表观形貌变化、质量损失率变化和相对动弹性模量变化规律。结果表明:盐侵蚀作用下,随着冻融次数的增加,试件表面浆体的剥落现象越来越明显,质量和相对动弹性模量损失严重。由质量损失率和相对动弹性模量变化曲线可知,在四种溶液中相同冻融次数下,地聚物混凝土的冻融破坏程度由强到弱依次为复合盐冻、氯盐冻、水冻、硫酸盐冻,说明复盐环境对地聚物混凝土的抗冻性能最不利。研究成果可为盐水与冻融环境中的地聚物混凝土结构工程设计提供一些理论参考。     

关注环境作用的混凝土冻融损伤特性研究进展

混凝土结构耐久性劣化在不同的暴露环境下存在着显著的区域特征。研究冻融循环条件下环境参数变化对混凝土冻融损伤的影响规律,对混凝土结构的耐久性设计和工程实践具有重大的实际意义。关注混凝土结构耐久性的定量化设计,对混凝土结构服役寿命预测的需求进行分析,提出对现场冻融环境、现场与实验室试验环境下混凝土冻融损伤之间的关系、混凝土的抗冻性三个方面的数量化需求。总结现场冻融环境量化、混凝土经受冻融循环过程中环境因素（冰冻降温速率、最低冰冻温度、最低冰冻温度持续时间和饱含水情况）对混凝土冻融损伤作用机理与作用规律方面的理论与试验研究,进一步分析现场冻融环境与实验室试验冻融环境下混凝土冻融损伤关系的相关研究成果,并在混凝土冻融耐久性寿命预测和耐久性设计方法的层面上,提出最终结论与建议。     

冻融损伤对混凝土疲劳性能的影响

采用快冻法将混凝土盐冻或水冻至不同损伤程度后进行弯曲疲劳试验。以相对动弹性模量为损伤变量,从损伤的角度分析冻融循环作用对混凝土疲劳寿命的影响,对疲劳试验数据进行威布尔分布检验,建立冻融损伤混凝土的疲劳方程。结果表明,在疲劳荷载相同的情况下,混凝土的真实应力水平随冻融损伤的增加而显著变大,疲劳寿命则急剧降低;在损伤度相同的情况下,盐冻对混凝土疲劳寿命的影响比水冻大;冻融损伤混凝土的疲劳寿命服从两参数威布尔分布,但其离散性要大于未损伤混凝土的离散性;当损伤混凝土与未损伤混凝土的真实应力水平相同时,两者的疲劳寿命基本接近;冻融损伤后混凝土的疲劳寿命与真实应力水平之间的关系可用未损伤混凝土的疲劳方程进行表示。     

冻融对玄武岩纤维混凝土损伤研究

通过对相同配合比的普通混凝土和玄武岩纤维混凝土试件进行冻融循环试验,对不同循环次数后的试件进行质量损失测试和单轴抗压强度测试。对比分析冻融循环后混凝土试件的力学性能,阐述玄武岩纤维对混凝土抗冻性能的增强机理。选取抗压强度为损伤变量,建立混凝土冻融损伤方程,定量分析混凝土损伤演化规律,为低温环境下建筑结构可靠性分析和灾害预测提供依据。     

应力–冻融耦合作用下砂岩变形与损伤特征研究

寒冷地区工程岩体承受应力和冻融循环的共同作用。在长期应力–冻融耦合作用下,岩石力学性能会产生显著弱化,造成工程岩体灾害。为了研究应力–冻融耦合作用下砂岩的变形和宏细观损伤特征,首先采用砂岩试样开展冻融循环试验,研究无应力作用下砂岩冻融循环过程中的冻融变形规律。然后提出一种基于颗粒流和颗粒膨胀的岩石冻融循环数值模拟方法,并采用该方法开展应力作用下岩石冻融循环数值模拟,研究轴向应力作用下岩石冻融过程中的变形和破裂演化规律。研究结果表明：无轴向应力时,随着冻融循环次数的增大,砂岩的轴向和径向应变先增大后基本保持不变;冻融循环过程中砂岩试样轴向和径向应变存在显著差异,试样径向应变大于轴向应变,砂岩试样轴向和径向应变的差异随着冻融循环次数的增多先增大后减小;轴向应力不为0时,试样轴向应变随冻融循环次数的增大逐渐减小,径向应变随冻融循环次数的增大逐渐增大;在冻胀力作用下,试样表面附近的裂纹密度大于试样内部的裂纹密度;冻融循环过程中,轴向应力会抑制裂纹沿与试样轴线夹角较大的方向起裂和扩展;冻融循环过程中,试样内的破坏以拉伸破坏为主;基于颗粒流和颗粒膨胀的数值模拟方法能够较好的模拟冻融循环过程中砂岩的...     

混凝土冻融环境下累积损失模型的确定

应用累积损失理论,以混凝土在受冻时期性能指标的劣化过程发生的两个阶段为基础,初步建立了阶段Ⅰ和阶段Ⅱ时的混凝土在冻融循环条件下的损伤累积模型,为今后冻融环境下的混凝土耐久性研究提供参考。     

粉煤灰对引气混凝土冻融损伤的影响

考虑到混凝土抗压强度和质量损失能够反应混凝土内部和表面损伤情况,应用快速冻融试验方法研究不同粉煤灰掺量对引气混凝土内部损伤和表面损伤的影响,并从理论上分析粉煤灰对这两类损伤的影响机理。得出的结论指出了粉煤灰改善混凝土抵御内部损伤和表面损伤两方面性能所存在的差异。     

冻融环境下约束混凝土应力-应变全曲线试验研究

为研究冻融环境下箍筋约束混凝土应力-应变关系,按照GBJ82-85规定的快速冻融试验方法,对2批共54个尺寸为150 mm×150 mm×450 mm、配箍特征值分别为0.317和0.145的混凝土棱柱体试件进行冻融循环;对其中46个试件进行轴心抗压破坏试验,得到试验应力-应变全过程曲线.试验发现:随着冻融次数的增加,约束混凝土的受压应力-应变全曲线渐趋扁平,峰值应力呈线性降低,峰值应变增加.冻融循环次数相同时,混凝土强度高的试件,其峰值应力降低的程度和峰值应变增大的程度小于混凝土强度低的试件.另外,在混凝土强度较低的情况下,冻融将导致钢筋与混凝土之间的黏结界面发生损伤,使得箍筋约束效应减弱.通过回归试验结果,提出试验受冻融循环作用箍筋约束混凝土的应力-应变全曲线方程及确定其参数的公式,该公式可用于寒冷地区受冻融作用的钢筋混凝土结构构件的非线性分析.     

混凝土在氯离子侵蚀和冻融耦合作用下的研究

氯盐作为最主要的除冰盐,一方面可以清除冰雪;另一方面在冻融循环下,氯盐将引起混凝土路面的破坏和钢筋的锈蚀。对盐冻破坏机理以及氯离子侵蚀和冻融的相互影响作用进行了较全面的综述,分析了氯离子在混凝土中的侵蚀过程与冻融损伤对氯离子侵蚀作用的影响,并对其发展进行了展望。介绍了近年来一些学者的研究成果,提出氯离子在混凝土中的扩散不仅与自身性质有关,还受氯盐种类及冻融循环等外部因素的影响。此外,回归分析结果表明,冻融损伤与氯离子扩散系数、扩散深度之间均可以建立良好的非线性关系。     

硫酸盐-干湿循环与冻融复合作用对混凝土力学性能的影响

为研究硫酸盐-干湿循环与冻融复合作用下混凝土的力学性能退化规律,采用试验室加速腐蚀的方法,对混凝土试件进行轴心抗压试验,得到了不同干湿循环次数、混凝土强度和冻融循环次数下混凝土峰值应力、峰值应变及受压应力-应变曲线的变化规律,并对腐蚀后混凝土表观形态和微观形貌进行分析。结果表明：3∶1的干湿循环制度下硫酸钠主要发生物理结晶侵蚀;随着干湿循环次数增加,应力-应变曲线上升段斜率逐渐减小,峰值应力不断下降,峰值应变呈增大趋势;硫酸钠-干湿循环大大加快了冻融循环后试件的劣化速度,随着冻融循环次数增加,混凝土峰值应力逐渐减小,峰值应变逐渐增大。通过回归分析,建立了硫酸盐-干湿循环和冻融环境下混凝土应力-应变曲线方程,模型可为西部地区混凝土结构剩余寿命预测提供理论基础。     

除冰剂复合作用下的混凝土道面冻融损伤研究

冬季飞机除冰雪和道面除冰等过程中,含有乙二醇等化学物质的除冰液不断残留与集聚在混凝土表层,直接造成混凝土表层破损,进而产生威胁飞机安全的外来物(FOD)。为改进混凝土道面抗破损能力,针对浸渍不同浓度乙二醇溶液的道面混凝土冻融破损规律试验研究结果表明,乙二醇较低浓度溶液浸渍时就会加剧混凝土的冻融损伤。混凝土二维微观冻胀损伤有限元模拟分析结果表明,孔隙结冰膨应力传递到混凝土表层的应力大小,与孔隙的大小b、孔隙内溶液的膨胀率呈正比,与孔隙至表层的距离d~2呈反比;相邻双孔同时结冰时的相互耦合最大应力随着孔间距D增大,以及孔径b减小而降低,且当孔间距超过孔径4倍以后,相邻孔的冻胀应力耦合效应小于10%。     

混凝土随机冻融损伤三维预测模型

为了有效评估混凝土在冻融循环作用下的损伤,在混凝土损伤力学理论的基础上,结合实验测试建立混凝土冻融损伤预测模型,开展了引气混凝土在冻融作用后抗拉强度测试试验研究.针对混凝土的耐久性失效实质是一个内部损伤演变的逐步劣化过程,对混凝土试块进行网格离散,应用概率方法分析混凝土冻融随机损伤的累积发展过程,建立混凝土损伤演化的三...     

冻融后煤矸石混凝土受压损伤声发射特性

为了研究冻融循环作用后煤矸石混凝土的受压损伤特性,基于声发射技术,对冻融循环作用0,25,35,45次后的煤矸石混凝土进行单轴抗压试验,对煤矸石混凝土受压破坏全过程中的损伤特性进行动态分析;依据冻融循环后煤矸石混凝土受压破坏过程中所释放的声发射能量,对其内部损伤程度进行定性分析,并依据声发射事件累计计数建立了煤矸石混凝土损伤演化模型.研究表明:随着冻融循环次数的增加,煤矸石混凝土的初始损伤程度增大,峰值应力减小,脆性表现明显;依据声发射事件累计计数建立的损伤演化模型与试验结果符合较好,为研究冻融环境下的煤矸石混凝土损伤演化规律提供了参考.     

受冻融环境混凝土的应力-应变全曲线试验研究

为研究受冻融循环作用的混凝土受压应力-应变关系,按照GBJ 82-85规定的快速冻融试验方法,对3批共85个尺寸为100 mm×100 mm×300 mm的混凝土棱柱体试件进行了冻融循环,试件的变化参数为混凝土立方体抗压强度和冻融循环次数;然后对试件进行了单轴抗压破坏试验.结果表明:随着冻融循环次数增加,混凝土的受压应力-应变曲线渐趋扁平,峰值应力降低,峰值应变增大;冻融循环次数相同时,混凝土立方体抗压强度高的试件,其峰值应力降低程度和峰值应变增大程度小于混凝土强度低的试件.回归试验结果,提出了适用于立方体抗压强度为30～50 MPa的受冻融循环作用混凝土的应力-应变全曲线方程及确定其参数的公式.     

三向应力状态下冻融岩石损伤本构模型

充分考虑岩石材料缺陷随机性的特点,基于连续损伤力学理论,建立了考虑围压影响的冻融荷载作用损伤模型;根据红砂岩变形破坏曲线的几何条件,采用全微分方法确定了仅含岩石基本特征参量的模型参数表达式;通过红砂岩冻融循环力学特性试验,验证了模型的合理性。研究表明:红砂岩以裂纹为主导的细观力学响应与宏观变形破坏特性相一致;随着冻融循环次数的增加,岩石损伤程度加剧,宏观上表现为材料力学性能的劣化。但在变形中后期,相同损伤程度时岩石应变增加,塑性特性增强;围压可改善岩石受力状态,因而随着围压的增加,岩石损伤程度减小,宏观上表现出材料抵抗破坏能力的增强和塑性变形的增加。