水源中断后混凝土中的水分迁移重分布

通过中子成像试验,对混凝土材料的水分侵入及水源中断后内部水分的重分布过程进行了研究。结果表明,应用中子成像能够对非透明混凝土材料内部的水分迁移进行直观的成像追踪和观测;水分能够在短时间内迅速侵入并充满混凝土的裂缝区,随后继续沿裂缝两侧向基体内部侵入,成为水分侵入的内部水源;混凝土外部水源中断后,已侵入的水分在两个方向上进行迁移重分布,一方面水分在非饱和基体的毛细吸附作用下继续向材料深处缓慢侵入,同时混凝土裂缝区域的水分开始向外部扩散而失去,整体水分曲线向外扩展,但含量降低。     

高韧性PVA-SHCC多缝开裂后吸水特性研究

制备了高韧性PVA-SHCC(聚乙烯醇-应变硬化水泥基复合材料)试件,通过吸水试验和中子成像试验,研究了未开裂和直拉多缝开裂情况下SHCC的吸水特性.结果表明:中子成像能够对无裂缝和多缝开裂SHCC试件的吸水过程进行可视化追踪和定量分析计算;SHCC在无裂缝时吸水很少,中子成像无肉眼可见的水分前锋;多缝开裂后,能够清晰探测到水分沿80～140μm的裂缝迅速侵入材料内部,并通过遭横向拉拔破坏的纤维与水泥基体界面而充满裂缝区;在这种情况下,应从耐久性角度限制SHCC多重裂缝宽度.     

环氧树脂修复水泥基材料微裂缝的渗透机理

为了探明微胶囊芯材(环氧树脂)修复水泥基材料微裂缝的毛细渗透机理,采用光学接触角测量仪测量环氧树脂的接触角及表面张力,并用环境扫描电镜观察环氧树脂在水泥基材料裂缝表面的润湿效果,研究温度、裂缝宽度、环氧树脂种类等因素对环氧树脂渗透能力的影响,建立了毛细渗透理论模型,进行模拟渗透试验.结果表明:在20～50℃范围内,升高温度能降低环氧树脂黏度,增强环氧树脂在水泥基材料微裂缝中的毛细渗透能力;环氧树脂在窄裂缝(一般小于200μm)中渗透时,初期可忽略其自身重力影响,渗透驱动力主要来源于毛细作用;在裂缝宽度为50～200μm时,环氧树脂的毛细渗透能力与裂缝宽度成反比,宽度越小毛细作用越明显,毛细渗透能力越强;环氧树脂E?51的毛细渗透能力相比环氧树脂E?44增强约17.4％,荧光环氧树脂相比普通环氧树脂的毛细渗透能力降低5％～8％.     

双膨胀中热水泥拌制的微膨胀混凝土施工试验

通过在大体积混凝土浇块中埋设水工观测仪器的方法,对由双膨胀中热水泥和粉煤灰拌制的微膨胀混凝土(C15)进行了现场观测和分析．结果表明：该混凝土力学性能均能满足设计要求,其中28d的极限拉伸值为80μm/m,28d的抗裂能力为2．07MPa;该混凝土具有良好的微膨胀性能,其自生体积膨胀率在90d时约为30μm／m、在180d时为40～50μm／m;在大体积混凝土浇块内部,由温度作用产生的拉应力递增与由微膨胀作用产生的压应力递增基本同步发生,微膨胀作用能补偿自缩和部分冷缩,从而提高混凝土的抗裂能力．     

硅烷改性混凝土防水和抗氯离子性能试验研究

通过中子成像试验、吸水试验和氯离子侵蚀试验,研究无裂缝和带裂缝情况下硅烷改性混凝土的防水和抗氯离子侵蚀性能。试验结果表明,中子成像能够清晰观测未掺硅烷试件的快速吸水过程,而掺加硅烷后在毛细孔隙壁上形成的憎水膜能够有效抑制液态水分侵入,中子成像观测不到肉眼可见的水分前锋,吸水量降为未掺硅烷时的13%,显示出良好的防水性能。硅烷在水泥基体中的水解缩合反应并不堵塞毛细孔隙,保持"可呼吸性"。未改性试件一旦开裂,水在瞬间充满裂缝继而向裂缝两侧入侵,而硅烷改性试件即使开裂宽度达0.3mm,也无明显水分运动,裂缝在0.1mm～0.4mm扩展时不削弱其整体防水效果。良好的防水性能决定了硅烷改性混凝土无论是在无裂缝还是带裂缝情况下都具有良好的抗氯离子侵蚀能力。掺加硅烷改性是提高混凝土材料防水和抗氯离子侵蚀能力,进而提高其耐久性的有效途径。     

复合硅烷材料对混凝土干缩干裂的抑制效果

采用溶胶合成法,将正硅酸乙酯(TEOS)与异丁基三乙氧基硅烷乳液合成出一种复合硅烷材料,通过混凝土平板裂缝试验,研究了复合硅烷材料对不同强度等级混凝土抗干缩裂缝的作用效果。结果表明:混凝土表面涂覆复合硅烷材料后,干缩裂缝明显减少,C40混凝土表面光洁平整,未发现裂缝,C50混凝土表面仅出现为数不多的微裂缝(0.1 mm)。随着水泥胶材用量的增加,混凝土表面的开裂情况越发严重,未进行涂覆处理的C50混凝土最大宽度裂缝超过1 mm。扫描电镜分析表明,由于TEOS的渗透结晶作用,在混凝土表层C-S-H凝胶明显增多,表面更加致密,同时由于硅烷良好的抑制水分散失的能力,复合硅烷材料在新拌混凝土表面形成抗裂层,抑制了表面的干缩干裂。     

横向弯曲裂缝对混凝土内氯离子侵蚀作用的影响

分析了横向开裂混凝土内氯离子的侵入机理及其主要影响因素,建立了基于双重孔隙介质模型的修正Fick定律氯离子扩散模型,并对持续加载下的开裂钢筋混凝土梁构件进行了氯盐干湿循环侵蚀试验。试验采用浓度为5%的NaCl溶液,在进行15个干湿循环后,借助快速氯离子含量检测RCT（Rapid Chloride Testing）法,对各裂缝处不同深度的氯离子含量进行了测定。试验结果表明：1）干湿循环侵蚀作用下,开裂混凝土表层0~20 mm范围内氯离子含量出现峰值,故可取表层对流区深度为15~20 mm左右;2）当表面裂缝宽度小于0.3 mm时,等效氯离子扩散系数平稳增大,模型的预测精度较高;当裂缝宽度大于0.3 mm后,等效氯离子扩散系数快速增大,氯离子侵入受对流作用的影响加大;3）受弯开裂混凝土等效氯离子扩散系数的劣化因子与裂缝宽度有直接关系,建议采用二次幂函数或分段函数来进行描述。     

复合硅烷材料对混凝土干缩干裂的抑制效果

把异丁基三乙氧基硅烷和正硅酸乙酯(TEOS)两种乳液使用溶胶法合成制作出一种复合硅烷材料,并将该材料应用于不同强度等级混凝土的施工过程中,再对其进行混凝土平板裂缝试验,研究该种材料对混凝土的干缩干裂的抑制作用。通过数据可以看出:将复合硅烷材料涂覆在不同强度等级的混凝土上后,其干缩干裂明显减少:C50混凝土的表面只出现了极少数的宽度小于0.1mm的细微裂缝;C40混凝土表面并未出现裂缝、光洁平整。在混凝土的拌合过程中,随着水泥胶材的不断增加,混凝土表面出现的裂缝也越来越明显,没有涂覆复合硅烷材料的强度为C50的混凝土表面最大裂缝的宽度甚至会超过1mm。对涂覆了复合硅烷材料的混凝土进行扫描和分析可以看出,混凝土表面在TEOS的渗透结晶作用下,出现了较多的C-S-H凝胶,增加了表面的密实性,与此同时,硅烷也抑制了混凝土表面水分的蒸发,使新搅拌的混凝土的表面能够形成一个抗裂层,减少了混凝土干缩干裂现象的发生。     

重水在水泥基材料中的侵入特性

通过中子透射技术,研究了重水(D2O)在典型水泥基材料中的侵入特点及其与普通水迁移之间的相互关系。结果表明:中子成像技术能够实现重水向水泥基体侵入过程的可视化追踪;重水侵入后未与基体内原有水分(H2O)互溶,反而压迫普通水,使之在基体内部积聚并形成中子成像可追踪的水分聚集区,产生重水对普通水的"驱逐"现象;由重水侵入和水分挤出引起的中子透射率变化则沿深度方向先后呈曲线下降和上升趋势。     

纤维混凝土隧道衬砌地震动力响应特性的振动台试验研究

 为研究纤维混凝土隧道衬砌在地震动力作用下的动响应特性,对普通混凝土隧道衬砌与纤维混凝土隧道衬砌开展大型振动台模型试验,分析隧道衬砌的震害特征、地震动应变、结构内力和应变基线响应规律。试验结果表明：水平地震荷载及地层压力共同作用下,2种隧道衬砌均为仰拱最先开裂,其次为拱腰开裂,衬砌结构破坏模式主要为开裂、掉块和裂缝两侧挤压破坏;素混凝土隧道衬砌出现开裂破坏早,裂缝易贯通,裂缝两侧混凝土基体在振动过程中相对位移大;纤维混凝土隧道衬砌出现开裂破坏晚,裂缝两侧混凝土基体在振动过程中相对位移小,裂缝呈挤压破坏状;纤维延缓衬砌结构裂缝的产生和阻碍裂缝的扩展;地震波加速度峰值从0.1 g增大到1.0 g时,素混凝土隧道衬砌动应变极值和裂缝宽度显著增大,而纤维混凝土隧道衬砌动应变极值和裂缝宽度先在一定范围内缓慢增长然后迅速增大,但最终2种衬砌动应变极值和裂缝宽度大致相等,说明纤维混凝土隧道衬砌在一定地震荷载范围内可以有效避免开裂和减小裂缝宽度;纤维混凝土隧道衬砌压缩变形率较小,当输入地震波加速度峰值为0.1 g和0.4 g时,纤维混凝土隧道衬砌结构动弯矩极值较低,受力更均衡,能有效地抵御地震荷载。