冻融环境下混凝土力学性能退化模型

基于混凝土冻融试验和混凝土细观力学对混凝土冻融后的力学性能变化进行了研究,建立了混凝土随冻融循环次数变化的强度折减模型和弹性模量折减模型.在混凝土冻融试验方面,采用快速冻融方法对混凝土试件和根据混凝土配合比制成的砂浆试件进行了100、200、300次的冻融循环,利用大型混凝土静、动三轴试验系统检测了冻融循环对海水中混凝土抗压强度、弹性模量及应力-应变关系的影响;在混凝土细观力学方面,对混凝土试件进行了数值模拟,为考虑各组成相的非均匀性,各组成相的材料性质按照Weibull分布来赋值,同时为反映冻融对混凝土的影响,砂浆的强度和弹性模量均以砂浆冻融试验所得结果为准.结果表明:该方法为进一步开展混凝土结构在冻融作用下的劣化机理与计算模型的研究提供了依据.     

冻融循环作用下混凝土构件受压性能损伤试验研究

混凝土结构的冻融破坏是寒冷地区经常发生的自然灾害,冻融引起的混凝土结构的耐久性问题已不容忽视。在混凝土材料的抗冻耐久性研究的基础上,从构件层面上对冻融循环作用下混凝土强度等级C30、对称配筋的受压构件柱进行快速冻融试验,观察冻融作用后混凝土受压柱破坏的外观形态、质量损失与动弹性模量的变化,以及受损后的混凝土柱抗压性能的变化。试验结果表明:混凝土构件的冻融破坏与冻融循环次数有关,冻融循环作用次数越多,构件破坏越严重,其单轴受压承载力也随之降低,尤其是在冻融循环数达100次以后,构件性能劣化加剧。混凝土构件在轴向加载过程中,破坏形式呈混凝土压碎破坏。最后,建立了冻融循环作用后混凝土构件受压承载力的计算模型。     

冻融循环后再生混凝土的力学性能及损伤模型研究

通过改变冻融循环次数,研究了普通混凝土和粗骨料取代率100%的再生混凝土力学性能及抗冻性能的影响规律,以抗压强度损失率、质量损失率和动弹性模量损失率作为损伤变量建立冻融损伤模型,并针对内蒙地区对再生混凝土抗冻性进行寿命预测。研究结果表明：再生混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度与冻融循环次数呈反比关系,冻融循环每增加50次,抗压强度平均下降33.1%,劈裂抗拉强度平均下降33.0%;在冻融前期,普通混凝土与再生混凝土力学性能相差不大,但随着冻融次数的增加,二者性能均出现劣化且再生混凝土劣化程度大于普通混凝土,根据动弹性模量损失率建立的冻融损伤模型拟合精度更高,冻融损伤模型的建立可以直观清晰地反映再生混凝土宏观的力学性能变化。     

硫酸盐与冻融环境下钢纤维橡胶混凝土的劣化规律研究

通过快速冻融试验,测试了不同冻融循环次数后钢纤维橡胶混凝土的质量、相对动弹性模量、抗压强度及损伤层厚度,研究了硫酸盐与冻融环境下钢纤维橡胶混凝土的劣化规律与损伤机理.结果表明:钢纤维橡胶混凝土在硫酸盐溶液中的冻融损伤小于未掺钢纤维的橡胶混凝土;钢纤维橡胶混凝土的劣化程度随钢纤维掺量的增加逐渐减小,但当钢纤维掺量为2.0...     

不同因素耦合作用下高强混凝土的冻融损伤规律研究

为研究高强混凝土在不同环境因素耦合作用下的冻融损伤规律,通过快速冻融循环试验测定混凝土试件的相对动弹性模量,推定试件相对应的冻融损伤因子,比较高强混凝土构件在不同环境因素下的冻融损伤失效过程,从而得出不同因素对高强混凝土冻融损伤的影响规律。结果表明,应力作用因素对高强混凝土在冻融循环过程中的相对动弹性模量损伤速度和劣化过程影响最大,材料性能的劣化最为明显。不同盐溶液环境因素对高强混凝土在冻融循环过程中的相对动弹性模量损伤速度和劣化过程影响依次为:(5%MgCl_2+5%Na_2SO_4)复合溶液5%MgSO_4溶液10%NaCl溶液。     

冻融作用下煤矸石陶粒混凝土劣化规律及寿命预测

通过对不同煤矸石陶粒掺量(0、20%、40%、60%)的混凝土进行快速冻融循环试验,探究了冻融循环后煤矸石陶粒混凝土的表面劣化、质量损失率和相对动弹性模量的变化规律,以不同冻融循环次数下煤矸石陶粒混凝土的动弹性模量为损伤变量,建立了煤矸石陶粒混凝土冻融损伤劣化模型,并对其在自然冻融环境下的寿命进行了预测。研究结果表明,随着冻融循环次数的增加,煤矸石陶粒混凝土的抗冻性能逐渐降低,但降低幅度有所不同;随着煤矸石陶粒取代率的增加,混凝土的抗冻性能呈现先下降后提高再下降的趋势;建立的煤矸石陶粒混凝土冻融损伤劣化模型与试验结果符合较好,具有较高的精度;当煤矸石陶粒掺量为40%时,混凝土的抗冻性能效果最佳,抗冻耐久性寿命最长。     

寒区盐渍土环境下混凝土的破坏机理研究

针对吉林西部盐渍土地区混凝土在冻融、干湿和盐浸多重作用下性能衰减的问题,利用快速冻融机,进行冻融-盐浸-干湿、冻融-盐浸、冻融-干湿不同条件下的对比试验,以混凝土的动弹性模量和质量损失为评价指标,结合微观组织和XRD分析,研究了混凝土的劣化机理。结果表明:冻融-盐浸-干湿共同作用下,混凝土的性能衰减最快;不同试验条件下,混凝土相对动弹性模量与循环次数之间满足三次函数关系;混凝土的破坏是水结冰膨胀、盐结晶膨胀、渗透压增大、盐化学侵蚀等多因素相互渗透的结果,其中前两项起主要作用。     

酸介质和冻融循环协同作用下混凝土性能研究

由于各因素的相互影响,根据单因素的研究结果分析实际工程混凝土耐久性得出的结论的可靠性不足,此次试验进行了酸性溶液和低温冻融环境共同作用下的混凝土耐久性能研究,结果表明,经酸性溶液侵蚀和不同冻融循环次数处理过的混凝土,应力应变曲线趋于扁平,抗压性能劣化、峰值应力变低、弹性模量下降。     

冻融劣化作用下煤矸石陶粒混凝土力学性能衰变规律研究

为研究冻融劣化作用下,煤矸石陶粒混凝土力学性能的衰变规律,采用快冻法探究冻融次数和水灰比（0.35、0.45、0.55）对煤矸石陶粒混凝土抗压、抗折和劈裂抗拉强度等力学性能衰变规律的影响。此外,以冻融劣化下抗压强度损伤值为损伤变量,建立不同水灰比的煤矸石陶粒混凝土强度衰变模型。研究表明：煤矸石陶粒混凝土的力学性能与冻融次数成反比,即随着冻融次数增大,其力学性能逐渐降低。随着水灰比的增大,煤矸石陶粒混凝土的力学性能衰减幅度呈现逐渐增大趋势。建立的强度衰变模型符合性较好,精度较高。本研究成果可以为冻融劣化作用下煤矸石陶粒混凝土性能研究提供参考。     

岩石-混凝土界面黏结强度冻融劣化模型及试验分析

首先从"地质体-工程体"二元介质材料界面黏结机制出发,探究影响岩石-混凝土界面黏结性能的控制性指标,并构建二元体介质界面黏结强度理论表征;而后,通过内在认知冻融对界面黏结性能的劣化过程,提出岩石-混凝土界面黏结强度冻融劣化模型。为进一步验证模型准确性及评价效果,以花岗岩-混凝土二元体试样为对象,开展不同界面粗糙度(JRC)及循环次数的界面黏结性能剪切试验,试验结果较好验证了理论模型的可靠性。该模型综合考虑界面表观特征、混凝土C-S-H基团"树根桩"效应及冻融损伤劣化特征,为认知岩石-混凝土界面黏结强度冻融劣化提供了理论参考。此外,为深入认知界面黏结性能冻融劣化理论模型与实测值误差原因,围绕壁面强度分配系数、界面破坏形貌分析特征、NMR分层细观分析技术及界面黏附强度冻融劣化耦合特征予以进一步讨论,拓展了冻融诱发界面黏结性能劣化认知深度。研究成果可为评价冻融诱发岩石-混凝土界面黏结强度劣化提供理论及试验依据。     

冻融循环作用后钢筋混凝土梁受弯性能试验研究

为研究冻融循环作用后的钢筋混凝土梁受弯性能,对经历0、50、100、125次冻融循环的混凝土立方体试块进行抗压强度试验;设计并制作了48根钢筋混凝土梁试件,分别经历0、50、100、125次冻融循环后进行静力受弯性能试验;分析混凝土质量损失率、相对动弹性模量、相对抗压强度等参数与冻融循环次数的关系。研究冻融循环次数、混凝土强度等级对钢筋混凝土梁受弯性能的影响。结果表明：混凝土试块质量、相对动弹性模量和立方体抗压强度均随冻融循环次数的增加而下降,高强度等级混凝土可延缓冻融循环造成的破坏;部分设计适筋混凝土梁经历冻融循环作用后发生超筋破坏。推导了受弯梁经历冻融循环作用后发生超筋破坏的界限配筋率计算式,并通过试验验证了其正确性;冻融循环作用后钢筋混凝土梁的开裂弯矩、受弯承载力仍可采用现行混凝土结构设计规范相关理论计算。     

冻融循环后再生混凝土力学性能试验研究

为了研究再生混凝土冻融循环后的力学性能变化,通过改变冻融循环次数,对不同强度的再生混凝土和普通混凝土的抗冻性能进行试验研究,分析混凝土立方体抗压强度、质量、动弹性模量及超声波损失率的变化规律,并针对内蒙古地区,对不同强度的再生混凝土进行了抗冻耐久性寿命预测,同时对达到寿命服役期的最大抗压强度损失率给出了建议。研究结果表明：冻融循环50次前,再生混凝土与相同强度等级的普通混凝土的抗冻性能相差不大,冻融循环50次后,再生混凝土的抗冻性能略低于普通混凝土的,且随着冻融循环次数的增加,再生混凝土抗冻性能的劣势越来越显著;强度等级对再生混凝土试件的抗冻性能影响较大,强度等级越低,再生混凝土的冻融损伤越严重;超声波对冻融循环作用下再生混凝土的损伤较动弹性模量法更为敏感,建立的冻融损伤模型能够较好地反映再生混凝土冻融循环后的力学性能变化规律。     

混合侵蚀与冻融交替作用下混凝土性能劣化试验

以质量分数为3％的氯化钠和5％的硫酸钠混合溶液为侵蚀介质,采用慢冻法,对立方体抗压强度为54.7 MPa的混凝土试件进行0,100,200,300次冻融循环试验,并测定各组试件的质量损失、抗压强度、相对动弹性模量和应力、应变等试验数据.结果表明:随着冻融循环次数的增多,混凝土试件表面剥蚀加剧,表观质量和相对动弹性模量无...     

冻融循环后流态混凝土与普通混凝土试验研究

参考慢冻法冻融循环制度,针对一定冻融循环次数后的流态混凝土和普通混凝土进行性能试验,主要测定了抗压强度、劈拉强度、动弹性模量失、超声波声速、回弹值以及单轴压应力-应变关系等数据。试验结果表明：流态混凝土与普通混凝土耐久劣化的差异以及多种宏观性能劣化的敏感程度差别,为更好地研究混凝土抗冻耐久性提供了试验依据。     

含宏观裂纹混凝土冻融的力学性能试验研究

采用液压伺服试验系统对不同裂纹条数、经历不同冻融循环次数后混凝土的力学性能进行试验研究;分析不同裂纹条数、不同冻融循环次数对混凝土的抗压强度、弹性模量和应力-应变关系等力学性能的影响;探讨冻融循环后混凝土抗压强度、弹性模量和应力-应变关系与冻融次数和裂纹数量的变化规律,并通过损伤度的计算,得出初始裂纹将加速混凝土的冻融破坏的结论。     

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。     

冻融条件下混凝土破坏面演化模型研究

对混凝土材料冻融破坏的研究多用动弹性模量表示，与强度损失相比，动弹性模量在工程结构方面一般不直接使用。针对此情况，建立冻融混凝土在主应力空间内实用的破坏面演化模型，以描述冻融后混凝土的强度变化。为此，根据混凝土冻融破坏的机制，应用损伤力学方法量化冻融造成的损伤并建立演化方程，应用“有效应力”的概念建立混凝土冻融破坏面在主应力空间内的发展演化模型，并预测混凝土冻融后的强度特征。最后通过已有试验数据验证演化模型的合理性。     

冻融环境下钢纤维对轻骨料混凝土力学性能的影响

以天然浮石为粗骨料,对钢纤维及钢纤维与聚炳烯纤维混合的不同掺量试件进行了25、50、75次慢冻试验,进行了抗压强度、抗折强度及弹性模量的试验,试验发现:随着冻融次数的增加,混凝土的强度损失率逐渐增大,弹性模量和抗折强度有所降低,但是聚炳烯纤维和钢纤维的混合掺入可以有效地在保持混凝土的强度基础上,改善混凝土的韧性.     

浸胶短切BFRC抗冻融性能试验

针对浸胶短切玄武岩纤维对增强混凝土(BFRC)耐久性的作用,通过试验测试其相对动弹性模量和质量损失的方法,研究冻融循环对材料性能的不利影响,并进行回归分析。试验结果表明:掺入浸胶短切玄武岩纤维以后,改变了原有基材的力学性能。与普通混凝土相比BFRC经过冻融循环后其相对动弹性模量下降缓慢,而且其质量损失明显减缓,这与混凝土的内部结构改变直接相关。对于掺入固定体积率的浸胶短切BFRC的冻融循环次数与相对动弹性模量下降百分比、冻融循环次数与质量损失百分比之间的关系均可以用二次多项式回归公式进行预测,且拟合度很高。     

Stress-strain relationship of concrete in freeze-thaw environment

Adopting the ASTM C666 quick freeze-thaw method, freeze-thaw tests with the number of freeze-thaw cycles being 0, 100, 150, 200, 250, and 300, were carried out on eighteen concrete prism specimens, the frost-resistant level of which, reaches D300 grade. The internal micro-structures of these specimens were observed by means of scanning electron microscopy (SEM) in order to detect damages caused by the freeze-thaw action. Afterwards these frozen-thawed specimens were tested on monotonic axial load; stress-strain testing curves after the freeze-thaw action were obtained. The testing results show that with the increasing time of freeze-thaw cycles, both the internal micro-structures and the basic mechanical parameters, including the ultimate bearing capacity, the Poisson ratio and the modulus of elasticity, degenerate in various degrees. Finally, stress-strain theoretical curvilinear equations and correlated parameters relating to the loss of relative dynamic modulus of elasticity were proposed. These results provide great reference for further research on the behavior and the calculation model of concrete structures in a freeze-thaw environment. __________ Translated from Journal of Harbin Institute of Technology, 2007, 39(2): 229–231 [译自: 哈尔滨工业大学学报]