历经荷载后受硫酸盐侵蚀的混凝土力学性能

通过对历经荷载后受硫酸盐侵蚀的混凝土进行单轴压缩试验,研究了荷载水平和溶液浓度对混凝土力学性能变化规律及侵蚀机理的影响,并与历经荷载后受硫酸盐侵蚀高强混凝土的力学性能进行了对比分析。分析结果表明:随荷载水平的增大,未侵蚀试件的峰值应力、弹性模量和峰值应变均有减小趋势,而受浓度为5%和10%侵蚀试件的峰值应力和弹性模量均减小,峰值应变增大;相同荷载水平时,随溶液浓度的增大,混凝土的峰值应力和弹性模量减小,峰值应变增大;随着荷载水平和溶液浓度的增大,普通混凝土和高强混凝土的应力-应变曲线均有变饱满的趋势,普通混凝土的主要力学指标比高强混凝土变化更显著。研究结果可为在硫酸盐侵蚀环境下的受损伤混凝土结构设计提供一定的参考依据。     

等幅循环加载历史后混凝土动态特性试验

对经历不同频率(0、0.5、2.0 Hz)循环加载历史后的混凝土进行了不同应变速率(10-5、10-4、10-3/s)下的单轴压缩试验,研究了循环加载历史下不同循环频率对混凝土峰值应力、峰值应变、弹性模量的影响.研究结果表明:混凝土的峰值应力随着应变速率的提高而增大,随着循环频率的提高先增大后减小;混凝土的峰值应变随着应变速率的提高而增大,随着循环频率的提高而减小;混凝土的弹性模量随着应变速率的提高总体变化规律不明显,随着循环频率的提高先增大后减小.     

变幅循环加卸载下硫酸盐侵蚀混凝土力学与变形性能

变幅循环加卸载下的力学及变形性能对硫酸盐服役地区混凝土结构至关重要。将混凝土试件提前浸泡于10%、15%、20%硫酸钠溶液5、7个月形成化学侵蚀损伤,再开展单轴压缩变幅循环加卸载试验,分析该过程中试件力学性能、变形性能以及耗散能演化规律。结果表明随着硫酸钠浓度和侵蚀时间增加,试件强度降低、破坏时完成的变幅循环次数减少。累积残余应变随着加载应变增大呈上升趋势,变化速率不断提高;加载应变差始终大于累积残余应变差,随着循环次数增加逐步接近;动弹性模量和塑性变形率随着循环次数增加整体呈提高趋势;耗散能随着循环次数增加而增大,尤其是在后期耗散能变化速率增快。     

荷载和环境共同作用下混凝土中氯离子传输的试验研究

荷载和环境作用影响着混凝土中的氯盐传输过程和混凝土结构的服役寿命。采用弹簧加载系统对8根钢筋混凝土梁施加极限抗弯承载力28%、22%、16%和10%的持续弯曲荷载,并测定混凝土梁跨中部位的局部应变;氯盐侵蚀试验在多功能人工模拟环境试验箱中进行,4根混凝土梁置于5%的Na Cl溶液并在环境温度为50℃下进行浸泡试验,其余4根钢筋混凝土梁在全自动干湿循环试验箱中进行干湿循环试验,干燥过程中环境相对湿度为60%。氯盐侵蚀60 d后对混凝土梁受拉区和受压区取粉分析氯离子浓度。结果表明:与未承受荷载混凝土试件的氯离子传输速率相比,拉应变达到526με时氯离子扩散系数达到未承受荷载时的2.4倍,压应变达到90με时氯离子扩散系数无明显改变,而当压应变达到175με时氯离子扩散系数降低为无荷载作用时的0.4倍,拉应力加速了氯离子的传输速率,而压应力在一定范围内能够抑制氯离子的传输;且干湿循环条件下混凝土的氯离子传输速率明显高于浸泡条件的混凝土。"拉应力+干湿循环"条件对氯离子的传输影响最大;混凝土局部应变与氯离子扩散系数的相关性较好,能够反映荷载作用对氯盐传输的影响。在一定应变范围内,氯离子扩散系数随拉应变的增大而提高,随压应变增大而降低。     

干湿循环与硫酸盐溶液侵蚀耦合效应下牛路水库引水隧洞围岩力学试验研究

为探讨干湿循环与硫酸盐溶液侵蚀耦合作用下牛路水库引水隧洞工程围岩力学稳定性,设计开展耦合作用下围g/L,干湿循环0次、9次、15次时强度平均损耗分别为8. 9%、11. 8%、19. 8%。吸湿溶液浓度愈高,岩体弹性模量与峰值应变愈大。干湿循环效应下线弹性阶段模量稳定在192. 2岩体力学特征研究成果,为牛路水库引水隧洞的建设提供技术支撑。     

高应力等幅循环加载对橡胶混凝土力学及变形特性的影响

为研究橡胶混凝土在反复荷载条件下的力学及变形特性变化,对5组(橡胶掺量为0%,5%,10%,15%,20%)30个混凝土试件进行50次高应力等幅循环加载和单轴压缩试验,分析不同橡胶掺量的混凝土循环加载前后单轴力学特性变化及循环加载过程中的变形情况。结果表明:随橡胶掺量增加,试件峰值应力、弹性模量随之下降,峰值应变增加;循环加载过程中,橡胶混凝土(RC)的总应变、弹性应变、塑性应变曲线均显著高于普通混凝土(NC),但相对应变极差小于NC,表现出较好的延展性和稳定性;循环加载处理后,NC峰值应力和弹性模量劣化程度最大分别达到11.0%和36.8%,RC对应指标的劣化程度随橡胶掺量增加而减小;采用功效系数分析综合评价各组混凝土力学性能,顺序为RC-1>RC-2>RC-4>RC-3>NC,得到橡胶最佳掺量为5%~10%。研究成果可为橡胶混凝土在工程中的应用提供理论依据。     

预制单裂缝花岗岩化学侵蚀作用的试验研究

为了研究化学侵蚀对裂隙岩体的影响,将天然花岗岩加工成板状样,用水刀预制单裂缝,然后将其浸泡在化学溶液中并施加竖向荷载,经过预定时间后进行单轴压缩试验。通过比较浸泡前、后试样质量和力学性质的变化,研究了溶液浓度、pH值、应力水平和浸泡时间等因素的影响。研究结果表明:封闭溶液条件下,试样的质量损失微小但力学性质劣化明显;经化学溶液浸泡后,试样压缩变形有从脆性向延性转变的趋势;酸性环境下的起裂应力、峰值强度和弹性模量最低,碱性环境次之,中性环境最大;随着浓度、应力水平及浸泡时间增加,起裂应力变化波动性较大,而峰值强度和弹性模量均单调减小。     

侵蚀方式对硫酸根离子在混凝土中传输的影响

对连续浸泡和干湿循环 2 种侵蚀方式下硫酸根离子在混凝土中的传输过程进行了比较研究。选取混凝土强度等级为 C40 ,采用室温下自然干燥方式,硫酸钠侵蚀溶液的浓度为 800,6 000,50 000 mg/L 。当侵蚀龄期分别达到 30,90 ,180 ,360,580 d 时,采用钻芯、分层切片、研磨提取水泥石粉末样本进行化学分析,测定不同深度处混凝土的硫酸根离子含量。结果表明：总体上看干湿循环与连续浸泡相比更具有加速硫酸根离子向混凝土内传输的作用,使同深度处硫酸根离子含量增加;浓度较低的侵蚀溶液硫酸根离子具有更易于向混凝土深处传输的趋势,使较深处硫酸根离子含量增加;浓度较高的侵蚀溶液更偏于按着由表及里破坏的方式对混凝土产生侵蚀,使高含量的硫酸根离子聚集在浅层混凝土中。     

循环荷载后围压水对混凝土力学特性影响

对不同围压(0, 2, 5, 10 MPa)下的水饱和混凝土试件,历经25次循环荷载作用后(荷载下限140 kN,上限260 kN,频率0.1 Hz),进行了不同加载速率(地震荷载作用下的混凝土应变速率响应范围10-5/s~10-2/s)下的静动态常三轴抗压性能试验。分析了混凝土峰值应力、峰值应变以及损伤特性。结果表明:历经循环荷载后,随着加载速率的增加,混凝土峰值应力增大,峰值应变整体上逐渐增大,损伤变量D增长速度减缓;随着围压增加,混凝土峰值应力和峰值应变逐渐增大,损伤变量D增长速度降低,但损伤极限差值越来越大。基于上述试验结果,得到了历经荷载循环后混凝土动态峰值应力与围压、加载速率有关的经验计算式及历经荷载循环后混凝土动态峰值应变与围压、加载速率有关的经验式。     

循环孔隙水压力下混凝土力学特性研究

为研究不同孔隙水压循环次数、不同加载速率下的混凝土的力学性能,对直径为300 mm,高度为600 mm的混凝土试件进行0,10,50,100,200次循环孔隙水压的预处理(孔隙水压的上限为3 MPa,下限为1 MPa),然后在3 MPa的围压下进行4种应变速率(10^-5,10^-4,10^-3,10^-2 /s)下的常三轴(σ₂=σ₃≥σ₁)抗压性能试验。结果表明随着应变速率的不断增加,混凝土的峰值应力增大,峰值应变整体上呈增大的趋势;随着循环孔隙水压次数的不断增加,混凝土的峰值应力呈阶段性变化,100次之前呈增大趋势,100次之后呈减小趋势,峰值应变无明显规律性变化,弹性模量呈减小趋势。     

水泥砂浆受硫酸钠侵蚀时力学特性的尺寸效应研究

为了解水泥砂浆试件经海水侵蚀时的尺寸效应,分别采用3种尺寸的正方体试件放在硫酸钠溶液中侵蚀,后每隔一定时间取出部分试件进行单轴压缩试验,分析不同尺寸试件的单轴抗压强度、峰值应变和弹性模量的差异。研究结果表明试件经硫酸钠侵蚀时强度的尺寸效应存在一个临界值,随着试件尺寸的增加,侵蚀对强度的影响效应会呈现增加后减小的规律;不同尺寸的试件经硫酸钠侵蚀时,其峰值应变和弹性模量的差异没有强度的差异明显。     

干湿循环作用下石膏岩劣化效应的试验研究

选取巴东十字垭隧道的石膏岩为研究对象,室内完成了0,1,3,6,12次干湿循环试验,测得了循环过程中吸水率、孔隙度和单轴压缩的试验数据。试验表明:石膏岩的吸水率和孔隙度与干湿循环次数呈对数函数形式,并随着干湿循环次数的增多而不断增大,但吸水率、孔隙度的增加量却逐渐减少;同样,石膏岩的单轴抗压强度和弹性模量随着干湿循环次数的增多而减小,并随着循环次数的增多,单轴抗压强度和弹性模量的减少量逐渐减少。通过分析对比石膏岩劣化参数变化率,得到干湿循环作用对石膏岩各个参数的劣化效果是不同的,其排序为:吸水率＞弹性模量＞单轴抗压强度＞孔隙度。     

双轴受压混凝土动态力学特性及破坏准则研究

利用动静力三轴试验机进行不同加载速率、不同侧向压力下300 mm立方体混凝土的抗压试验,并对所得试验数据进行力学参数分析,在此基础上,建立考虑动态加载速率的K-G破坏准则并对其适用性进行了验证。验证分析结果表明:应变速率越低,侧压对混凝土峰值应力的增益作用越明显;混凝土峰值应变随应变速率增加,大致呈先减后增趋势;峰值应变随侧压的增大而增大, 侧压对峰值应变的影响在应变速率较低时更明显;随应变速率的增大,混凝土弹性模量呈先增后减趋势;侧压对混凝土弹性模量的影响不明显;建立的改进后的K-G准则对动态双轴受压模型描述效果好,而且该模型同时也适用于100和300 mm混凝土立方体的单向和双向应力状态。     

大尺寸饱和混凝土单轴压缩动态性能试验研究

为了解饱和混凝土材料的动态特性,开展了大尺寸饱和混凝土在不同应变速率下的单轴压缩试验。试验在大型多功能液压静动力三轴仪上进行,采用300 mm×600 mm圆柱体混凝土试件, 得到了大尺寸饱和混凝土的动态力学性能参数,并根据破坏形态分析了其破坏机理。试验结果表明:峰值应力、吸能能力随着应变速率增大而增加,峰值应变、弹性模量随着应变速率的增大整体上增加。根据应力-应变关系的特点,建立了峰值应力前服从Weibull统计分布,峰值应力后服从Lognormal统计分布的损伤本构模型。混凝土破坏形态表现为多个共轭斜面的剪切破坏,根据试件破坏后裂缝开展情况,解释了混凝土破坏剥落原因,并从材料组成、吸能能力等方面分析了其破坏机理。     

大理岩干湿循环力学特性试验研究

针对库水变幅带边坡岩体水力风化作用下性能劣化现象,选取锦屏水电站左岸边坡大理岩为研究对象,采用干湿循环处理,开展了单轴和不同围压下的三轴压缩试验,研究了大理岩在不同干湿循环作用下强度、变形和破坏形式等力学特性。试验结果表明:大理岩单轴峰值强度与干湿循环次数呈负相关关系,初次循环阶段的劣化效应显著;较低循环次数下大理岩内摩擦角基本不变,黏聚力有较大幅度下降,总体上黏聚力受干湿循环作用的影响效应比内摩擦角更敏感;干湿循环对大理岩有一定程度的软化作用,多次循环后大理岩弹性模量逐渐降至临界值,围压的增加能有效弱化这种软化作用。     

再生骨料混凝土单轴受压试验研究

为研究再生骨料混凝土在单轴受压情况下的本构关系,以某道路废弃混凝土作为再生骨料,制作了45个尺寸为150 mm×150 mm×300 mm的棱柱体试件,研究再生骨料混凝土在不同取代率、不同水灰比下的单轴受压应力-应变关系,建立了再生骨料混凝土的本构关系。结果表明:随着再生骨料取代率的增加,再生骨料混凝土的峰值应力f_c整体呈先减小、后小幅度增大再减小的变化趋势;峰值应变ε₀整体呈先增大、后减小的变化趋势;随着水灰比的增加,峰值应力f_c由于取代率的不同而呈现不同的变化趋势,但总体上呈下降趋势;峰值应变ε₀基本均呈先增大、然后基本不变或略微减小的趋势。总体而言,再生骨料混凝土的峰值应力略小于天然混凝土,再生骨料混凝土的应变略大于天然混凝土。研究成果可为再生骨料混凝土的推广应用提供技术支持和参考。     

华山花岗岩力学特性及能量演化规律研究

为了研究华山花岗岩的强度、变形特征以及能量耗散规律, 采用MTS815岩石力学试验机开展了单轴压缩和常规三轴压缩试验。结果表明:华山花岗岩表现出明显的脆性特征, 在三轴条件下应力应变曲线的上凹现象相比于单轴变得不明显; 随着围压的增加, 花岗岩的弹性模量和峰值应变不断增大, 但增加的速度逐渐变慢; 花岗岩的扩容阈值与围压近似呈线性关系; 单轴压缩条件下, 岩石内部储存的弹性应变能峰值后几乎瞬间都转化为耗散能, 劈裂破坏特征明显, 而三轴压缩下, 岩样的耗散能占吸收能的比例随围压提高逐渐增大, 表现为整体剪切破坏; 三轴压缩下的吸收能、弹性应变能以及耗散能都远大于单轴压缩下的对应值, 并且随着围压的增大而增大; 岩石破坏时的吸收能、耗散能以及储能极限均与围压存在良好的线性关系。