多因素耦合作用下海工高性能混凝土劣化过程研究

通过试验模拟研究了在不同环境条件下海工混凝土的抗压强度、轴拉性能、水溶性氯离子含量变化过程。结果表明:在低水胶比条件下,长龄期标养试件抗压强度高于干湿循环试件,而高水胶比条件下,标养试件强度低于干湿循环试件;无论是在干湿循环还是在标养条件下,试件的轴拉强度与极限拉伸值均随时间的增加而增加,试件的轴拉弹模随着养护时间的增加而降低;按照现行的试验方法,在腐蚀溶液与干湿循环耦合条件下,试验龄期1年内,试件的力学性能基本无变化,为提高试验效率,降低试验成本,现行的试验规程应用于高性能混凝土需重新修订;当试件承受超过50%极限拉应力时,混凝土表面开始产生微裂缝,加速腐蚀溶液的侵蚀速度;当构件承受的拉应力小于50%极限拉应力时,混凝土构件基本无破坏,腐蚀溶液对混凝土不存在加速破坏现象。     

氯盐干湿循环与碳化耦合作用下混凝土力学性能及微观结构研究

模拟了干湿循环与碳化耦合作用对混凝土抗压强度、弹性模量等力学性能的影响,并对微观孔结构进行分析。结果表明,干湿循环与碳化耦合作用后,混凝土的抗压强度稍有提高,弹性模量稍有下降,孔隙率降低,孔径分布曲线整体向大孔方向偏移,混凝土内部有损伤;单纯碳化条件对混凝土孔径分布曲线没有显著影响,只会增大掺粉煤灰混凝土的临界孔径。     

氯盐与重复荷载共同作用下海工混凝土梁受弯性能退化分析

为研究氯盐与重复荷载共同作用下海工混凝土梁受弯性能的退化规律,选用硅灰、粉煤灰、纳米二氧化硅制备了3组共10根海工混凝土梁。通过两两自锚和在梁受拉侧设置吸水海绵的方式,实现了对试验梁施加重复荷载的同时进行氯盐干湿循环作用,经30次循环后对试验梁的受弯性能进行了评价。结合试验结果,提出了重复荷载作用下海工混凝土梁受弯承载力退化系数,并给出了海工混凝土梁受弯承载力退化计算公式。结果表明：对于仅进行氯盐干湿循环的梁,其荷载-挠度曲线发展与对比梁类似,且极限弯矩略有提高;对于氯盐和重复荷载共同作用下的梁,随着重复荷载水平的增大,梁的受弯裂缝开展及破坏形态未发生明显的变化,但其极限弯矩却出现了明显退化,同时梁的变形能力及其延性性能均呈现大幅下降;相同条件下,复掺粉煤灰和硅灰的海工混凝土梁受弯性能更优,且在氯盐与重复荷载共同作用下的受弯性能退化程度较低;通过试验实测结果与公式预测结果对比分析,验证了受弯承载力退化公式的合理性和有效性。     

不同劣化作用对混凝土力学性能的影响

为探讨混凝土力学性能在不同劣化作用下的变化规律,对3种类型混凝土分别在冻融循环、干湿循环、碳化和氯盐侵蚀条件下的抗压强度和动弹性模量进行了试验研究,结果表明:不同劣化作用对混凝土力学性能的影响机理不同,冻融循环对混凝土力学性能损伤较大,冻融循环300次时,3种混凝土抗压强度损失率依次为30.1%、51.4%、23.3%,动弹性模量损失率依次为2.8%、10.1%、21.6%,氯盐侵蚀和短期内的干湿循环对混凝土的力学性能损伤不明显,而碳化对混凝土力学性能有促进作用。标准养护条件下混凝土抗压强度与动弹性模量具有较好的相关性,但在不同劣化因素作用下,这种相关性随混凝土类型、劣化因素类型而发生改变。     

碳化-干湿循环作用下风积沙混凝土劣化规律

以明确碳化-干湿循环作用下风积沙混凝土表观形态、质量、吸水率、抗压强度等耐久性能指标的损伤劣化规律为目的,将风积沙全部替代普通河砂制备全风积沙混凝土,对其进行碳化试验(碳化龄期为0 d、14 d、28 d),采用外观形貌、抗压强度、质量、吸水率等参数表征风积沙混凝土经历碳化-干湿循环作用下耐久性能损伤劣化规律。结果表明：碳化、干湿循环前期形貌变化较小,后期逐渐出现网状裂缝;随干湿循环次数增加,风积沙混凝土的抗压强度先增加后减小;在干湿循环25次内质量不断增加,其中未碳化混凝土质量增加最多,碳化龄期28 d质量增加最少;碳化作用延缓了表面盐结晶的出现,使风积沙混凝土的抗压强度有所提升,提升了风积沙混凝土在干湿环境下的耐久性。     

氯盐干湿循环作用下CFRP混凝土界面黏结性能研究

为了考察碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)与混凝土结构在氯盐干湿循环作用下界面黏结强度,开展不同干湿循环周期下混凝土的弹性模量、抗压强度和CFRP混凝土单剪试件界面黏结性能的腐蚀劣化试验研究。通过模拟氯盐的干湿循环作用和自主设计的单剪试验稳定装置,对混凝土基体的腐蚀劣化性能和界面的有效黏结长度进行研究,基于Popovics方程分别对不同腐蚀周期的界面黏结应力-滑移关系和界面断裂能进行研究。在此基础上,分析干湿循环作用下CFRP-混凝土界面黏结强度的劣化机理,并建立界面的时变黏结强度计算模型。结果表明,随着干湿循环周期的增长混凝土基体的弹性模量整体变化不大,而抗压强度则呈现出先增大后减小的趋势,最终腐蚀120 d后较未腐蚀混凝土抗压强度降11.2%;界面的有效黏结长度从未腐蚀的120 mm降低到腐蚀120 d后的72 mm,界面的断裂能也大幅下降。基于Popovics方程得到的腐蚀环境下CFRP混凝土界面黏结应力-滑移关系可揭示界面黏结强度劣化机理,建立的界面时变黏结强度模型有效,可应用于不同干湿循环作用下CFRP混凝土界面黏结强度的计算。     

持续荷载和环境耦合作用下钢筋混凝土抗氯盐侵蚀试验研究

沿海混凝土结构长期处于持续荷载和侵蚀环境的耦合作用中。试验设计可持续施加拉/压应力的加载装置,对13根混凝土梁施加不同等级的荷载;同时对受力状态下的混凝土梁进行模拟海水干湿循环的侵蚀。通过试验,研究不同等级荷载和氯盐侵蚀耦合作用下混凝土梁抗氯盐侵蚀性能的变化规律。试验结果表明:(1)通过在梁的受压、受拉侵蚀面浇筑水池,以取水注水的方式来模拟干湿循环可以有效防止盐水对持荷装置的侵蚀,可使试验梁受力更稳定;(2)以施加荷载的大小占极限荷载的比例记做荷载水平λ。当λ=0.3时,受拉区混凝土开裂,各条裂缝最大宽度为0.04 mm,此时裂缝处氯离子浓度与不受力无裂缝混凝土内部氯离子浓度相近;当裂缝最大宽度为0.08 mm时,同深度处氯离子浓度较小幅度增加,影响氯离子传输速率的临界荷载裂缝宽度为0.04 mm。随着λ的增加,受拉区各位置氯离子浓度呈非线性增大,且距离裂缝越近,同深度处氯离子浓度越大;(3)λ<0.45时,混凝土梁受压区氯离子浓度随着荷载水平的增大而减小,当λ>0.45时,受压区氯离子浓度随着荷载水平的增大而增大;在压应力作用下,影响氯离子传输速率的临界λ=0.45。研究表明,荷载和氯盐侵蚀耦合作用对钢筋混凝土结构耐久性能具有巨大的危害,尤其是荷载裂缝处的氯盐侵蚀,实际工程中应采取相关措施加以防范。     

干湿循环作用下碳酸盐对混凝土腐蚀规律的试验研究及建议

试验研究了干湿循环机制下碳酸盐对混凝土的腐蚀规律试验,通过分析碳化深度、抗压强度及混凝土质量的变化,讨论了碳酸盐对混凝土碳化的腐蚀影响,并对混凝土碳化程度评定提出了建议。研究结果表明,混凝土的碳化速度在NaHCO_3溶液的作用下加快。随着干湿循环次数的增加,NaHCO_3溶液浓度从0.3%增加到0.5%时,混凝土碳化深度明显增加;混凝土的抗压强度在NaHCO_3溶液的作用下影响较大。结合在失效干湿循环次数时,混凝土试块的质量损失率的统计,其平均质量损失率为6.24%,可以参照混凝土试块的质量损失率对混凝土试块是否失效进行初步的判断。     

碳化与盐冻交替作用下混凝土强度衰减模型

在室内开展了碳化作用、盐水环境下的冻融作用(本文称盐冻),以及碳化与盐冻交替作用下的混凝土耐久性试验,测试了3种混凝土的抗压强度,并对比分析了它们的变化规律。结果表明:碳化作用有利于混凝土的抗压强度增长,但盐冻作用和碳化与盐冻交替作用则降低了混凝土抗压强度,而且碳化与盐冻交替作用显著加速了混凝土的抗压强度损失。基于碳化和盐冻单独作用下的混凝土相对抗压强度数据,建立了以碳化时间和盐冻循环次数为变量的碳化与盐冻交替作用下的混凝土抗压强度衰减模型,可以较好地预测相应环境条件下混凝土抗压强度发展变化。     

粉煤灰细度对混凝土劣化性能的影响

研究了粉煤灰细度对混凝土初始坍落度、抗压强度、碳化性能、干湿循环损伤的影响。结果表明粉煤灰细度提高,混凝土初始坍落度降低,抗压强度增大;碳化时间相同时,随着粉煤灰细度的增加。混凝土碳化深度不断减小;粉煤灰细度的提高加剧了混凝土干湿循环损伤的程度。     

粉煤灰加气混凝土的耐久性研究

研究了不同环境条件对粉煤灰加气混凝土耐久性的影响,认为碳化、冻融循环和干湿循环是引起粉煤灰加气混凝土长期性能劣化的主要原因。粉煤灰加气混凝土抗冻融循环能力较差,在碳化和干湿循环作用下,抗压、抗拉和抗折强度有不断降低的趋势;无论自然碳化还是人工碳化,碳化后的粉煤灰加气混凝土试件的抗压强度与未碳化试件的相比均有不同程度的降低,碳化系数小于1。     

不同拉应力水平下循环再生细骨料混凝土碳化行为研究

为探讨以废弃再生混凝土为骨料制备结构用循环再生混凝土的可行性,试验研究了不同拉应力水平下二次循环再生细骨料混凝土的碳化性能。结果表明:中应力水平有利于增大二次循环再生细骨料混凝土的碳化抗力,当应力水平取66%破坏荷载时,碳化深度将达到最低值;高应力水平则明显加速二次循环再生细骨料混凝土碳化;随着循环再生细骨料取代率的增大,二次循环再生细骨料混凝土的平均碳化深度呈增加趋势。基于Fick定律,建立了考虑应力水平与循环再生细骨料取代率影响的碳化深度预测模型,试验结果与预测模型计算结果吻合较好。     

干湿循环作用下PVA-FRCC氯离子侵蚀深度研究

通过聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(polyvinyl alcohol fiber reinforced cementitious composite,PVAFRCC)和普通混凝土在干湿交替条件下的氯盐侵蚀试验,研究了干湿循环次数、纤维体积掺量、温度梯度对PVAFRCC氯离子侵蚀深度的影响,并从水泥基内部孔隙结构和微裂缝两个主要方面进行了机理分析。结果表明,随干湿循环次数的增加,PVA-FRCC与普通混凝土氯离子侵蚀深度均在增大,且PVA-FRCC氯离子侵蚀深度和侵蚀速度均比普通混凝土的低,随着纤维掺量从0~2%增加,PVA-FRCC氯离子侵蚀深度总体呈降低趋势;随着干循环温度以20℃、40℃、60℃的梯度升高,PVA-FRCC氯离子侵蚀深度增大,纤维掺量为2%的PVA-FRCC表现出较好的抗氯盐侵蚀能力。     

干湿交替作用下受弯开裂钢筋混凝土梁内氯离子侵蚀特性

为了研究干湿交替条件下受弯开裂混凝土内氯离子侵蚀机理及其分析方法,对两两自锚并保持开裂状态下的混凝土梁进行氯盐溶液干湿循环试验。借助15和30次干湿循环的两次取样结果,分析完好截面、裂缝截面及其周围一定范围内的自由氯离子含量分布规律,并对提出的等效氯离子扩散模型的适用性、弯曲裂缝宽度的影响规律以及扩散系数的时变特性等问题进行探讨。研究结果表明:1氯盐干湿交替作用下,开裂截面处的表层对流区深度在10~20mm之间,弯曲裂缝的存在将加快混凝土内部氯离子的渗透速度;2裂缝周围混凝土内的氯离子传输受到裂缝(0.1mm)及混凝土弯曲拉应力的共同影响,当与裂缝距离增大时,混凝土弯曲拉应力对氯离子传输的影响也会增大;3拟合结合表明,当裂缝宽度w0.30mm时,用等效扩散模型分析开裂截面的氯离子含量分布是可行的,且等效氯离子扩散系数的劣化特性可用w的多项式函数进行回归分析;4对普通混凝土而言,氯离子扩散系数的时间衰减指数m与水灰比有关,且随水灰比的减小而减小。     

荷载历史和硫酸盐干湿循环侵蚀作用下混凝土抗压性能试验研究

为研究荷载历史及硫酸盐干湿循环侵蚀对混凝土单轴抗压性能的影响,对经历不同荷载历史(0、25%、50%极限抗压强度)和不同浓度(5%、10%)硫酸盐干湿循环作用下混凝土试件进行单轴压缩试验,考察材料弹性模量、抗压强度、峰值应变和应力应变关系等力学性能的变化规律。试验结果表明,经历硫酸盐干湿循环侵蚀后的混凝土纵向裂缝数量变多,表层剥落严重;经历硫酸盐侵蚀的混凝土应力应变全曲线形状变得扁平,下降段变得平缓;随着硫酸盐溶液浓度的增大,混凝土抗压强度和弹性模量均降低,但峰值应变增大;相同浓度下,混凝土的抗压强度和弹性模量随着应力水平的增大有降低的趋势,但降低的幅值不明显,峰值应变有增大的趋势。     

双掺再生粗细骨料混凝土抗碳化性能试验研究

抗碳化性能是衡量再生混凝土耐久性的一项重要指标。采用正交试验方法 ,探讨了水胶比、再生粗细骨料取代率以及拉应力水平对再生混凝土碳化深度的影响规律。结果表明,随着再生粗骨料取代率的增大,再生混凝土28天抗压强度降低,当取代率为60%时,再生混凝土抗碳化性能较好;随着再生细骨料取代率的增大,再生混凝土抗碳化性能降低,当取代率低于40%时,28天抗压强度满足设计要求;随着拉应力水平提高,再生混凝土的碳化深度增大;双掺再生粗细骨料后,再生混凝土的碳化深度与时间的平方根呈线性关系,抗碳化性能劣于天然混凝土。     

水泥细度对混凝土劣化性能的影响

研究了水泥细度对混凝土初始坍落度、抗压强度、碳化性能、氯离子扩散性能、干湿循环损伤的影响.结果表明:水泥细度提高,混凝土初始坍落度降低,抗压强度增大;碳化时间相同时,随着水泥细度的增加,混凝土碳化深度不断减小;水泥细度对混凝土氯离子扩散系数影响不大;水泥细度的提高加剧了混凝土干湿循环损伤的程度.     

矿物掺合料对海工自密实高性能混凝土耐久性影响

采用粉煤灰、矿渣粉、石灰石粉、硅灰等矿物掺合料,配制出海工自密实高性能混凝土,并重点开展了海工自密实高性能混凝土耐久性,包括抗氯盐侵蚀、碳化、抗冻性和电阻率。试验研究结果表明,6种海工自密实高性能混凝土具有较高的抗氯盐侵蚀性能、抗碳化、抗冻性,56 d的电通量小于1 000 C,90 d的扩散系数小于1.5×10-12m2/s,56 d的碳化深度不大于7.5 mm,56 d抗冻性达到400次循环,56 d电阻率大于50 kΩ·cm,表现出较高的耐久性和保护钢筋能力。     

缓黏结预应力混凝土梁耐久性能试验研究#br#

为研究缓黏结预应力混凝土梁在长期荷载与腐蚀共同作用下的耐久性能,文章进行了14根缓黏结预应力混凝土梁及普通混凝土梁在荷载与氯盐干湿循环共同作用下的侵蚀试验,总结了荷载比、预应力度、干湿循环时间对不同受力部位的氯离子浓度沿深度分布和钢筋锈蚀的影响规律,以及荷载比和干湿循环时间对氯离子输运速度的影响规律。结果表明：在混凝土梁中施加预应力能有效减缓氯离子的渗透速度,增强构件的抗氯盐腐蚀能力;相同深度处的氯离子浓度随荷载比的增大而增大、干湿循环时间的增加而增大、与跨中距离的减小而增大;缓黏结预应力混凝土氯离子扩散系数与荷载比之间呈指数函数关系;荷载作用加速了钢筋锈蚀的进程;在裂缝控制等级相同的情况下,承担更大荷载比的缓黏结预应力混凝土梁的钢筋锈蚀程度与无预应力梁相当,体现出更佳的耐久性能。     

弯曲应力损伤下钢筋混凝土抗碳化性能研究

通过自行设计研制的长期弯曲荷载持载装置,对4种不同粉煤灰掺量的钢筋混凝土构件进行弯曲应力损伤下的快速碳化试验。测量构件碳化深度,研究粉煤灰掺量、弯曲应力水平对其产生的影响,提出钢筋混凝土碳化损伤拉压影响系数,并分析拉应力下素混凝土和钢筋混凝土碳化损伤的差异。研究结果表明:粉煤灰掺量的增大会提高构件碳化深度;弯拉应力加剧了构件碳化损伤,弯压应力抑制了构件碳化损伤;拉应力作用下素混凝土和钢筋混凝土构件在碳化深度和碳化损伤趋势上均有所差异。