混凝土临界水饱和系数和极限水饱和系数的研究

混凝土水饱和系数直接影响其抗冻性和耐腐蚀性。本文采用对混凝土试件施加不同水压力的方法来研究混凝土的临界水饱和系数和极限水饱和系数。用正交方法分析水胶比、含气量和掺合料三个因素对混凝土临界水饱和系数和极限水饱和系数的影响。试验结果表明,对于混凝土极限饱和系数来说,水胶比和含气量的影响较显著;对于混凝土临界饱和系数来说,只有含气量的影响较显著。     

影响混凝土水饱和系数的因素的研究

分别采用密度法和水压法测定了W/B为0.5,0.42,0.3和0.26混凝土试件空隙率,主要研究无机盐类外加剂对混凝土水饱和系数的影响,这些盐类包括氯化钠、硫酸钠和亚硝酸钠.试件在水压力下吸水得到0%～100%的饱和系数,经6次快速冻融循环后测定其相对动弹性模量,试验结果证明了混凝土的极限饱水程度确实存在,结合混凝土的相对动弹性模量变化、质量变化,用饱水程度和局部饱和概念解释了冻融循环试验中混凝土的破坏现象.证实了冻融前的初始饱和系数和冻融过程中的饱水速率均随含气量的增大而减小.     

复杂应力状态下孔隙水压力对混凝土抗压强度的影响

将Terzaghi(太沙基)有效应力原理引入到饱和混凝土力学性质的研究中,探讨复杂受力环境下孔隙水压力对混凝土抗压强度的影响机制,建立了符合混凝土材料自身微结构特点的有效应力原理表达式,推导出三向一般应力状态下的孔隙水压力系数公式,用其预测不同围压下混凝土的抗压强度,并在应力空间压子午面内定量描述干燥混凝土及饱和混凝土基体真实应力加载路径的变化,所得到的趋势与试验结果相吻合.研究表明:孔隙水压力的存在改变了混凝土基体真实应力在应力空间的加载过程,从而改变了混凝土材料应力达到峰值时所对应的抗压强度;与干燥混凝土相比,准静态工况下饱和混凝土在各种应力状态下的抗压强度均有所降低,且受初始静水压力、孔隙率及加载路径的影响.从基体真实应力的角度揭示了复杂应力状态下孔隙水压力对饱和混凝土抗压强度的影响机理.     

水压力环境中混凝土经历循环荷载后的抗压强度

研究了水压力环境中混凝土在经历循环荷载后的动态压缩强度,分析了水压力和循环次数对混凝土强度的影响。试验应变速率为10~(-5)/s、10~(-4)/s、10~(-3)/s和10~(-2)/s,水压为0~10 MPa。试验结果表明,在不同水压力下饱和混凝土的强度都随应变速率提高而增加,也随水压力提高呈增加地趋势。在相同水压力下,应变速率越高,混凝土强度提高越显著。饱和混凝土经过循环荷载后,其强度随荷载循环次数的增加呈现出先提高后降低的现象。应变速率越高,混凝土强度最大时所对应的荷载循环次数也相应增加。还构建了饱和混凝土强度与应变速率、水压力的关系,其与试验数据吻合较好。进一步引入了管道孔隙模型,并基于汞压法的原理和孔隙分布特点,考虑混凝土孔隙的微观结构解释了孔隙水对混凝土强度的作用机理。     

分数阶黏弹性地基中洞周超孔隙水压力消散特性分析

针对黏弹性地基中洞周超孔隙水压力消散问题,首先,采用分数阶Merchant模型来描述洞周饱和软黏土的流变特性,并借助拉普拉斯变换及逆变换方法,推导该模型柔度函数;其次,基于饱和软黏土二维固结状态下超孔隙水压力消散的偏微分方程,采用保角变换和分离变量方法,推导超孔隙水压力关于时间和空间变量的两个独立方程及其在拉普拉斯域内的解析表达式;再次,基于Crump方法,建立时域内超孔隙水压力的数值计算方法,并将超孔隙水压力解答退化为弹性和整数阶黏弹性地基的情况,与已有解答进行对比,验证其可靠性;最后,基于建立的解答,对洞周超孔隙水压力的消散特性进行研究,分析分数阶阶次、模量比、黏滞系数和边界条件的影响。结果表明:分数阶阶次和黏滞系数对超孔隙水压力消散的影响均呈现为两个不同的阶段。在消散初期,分数阶阶次和黏滞系数越大,超孔隙水压力消散越快;而在消散后期,分数阶阶次和黏滞系数越大,超孔隙水压力则消散越慢。模量比越大所对应的饱和软黏土层越软,超孔隙水压力消散越慢,且模量比的影响在超孔隙水压力消散中后期更为明显。洞周排水边界条件对超孔隙水压力消散的影响,消散初期主要体现在靠近洞周一侧,之后,逐渐向远离洞周一侧延伸和传递。     

考虑孔隙水压力效应和非线性破坏准则的 浅埋地下洞室支护力上限分析

由于孔隙水压力的作用,位于饱和土体中地下结构的力学和变形特征与完全干燥土体中的结构有很大不同。根据浅埋地下洞室的非线性破坏特征构建了一个新的曲线形破坏机制,并将孔隙水压力做的功率作为一个外力功率引入极限分析上限定理的虚功率方程中,推导了孔隙水压力作用下饱和土体中浅埋洞室支护力和速度间断线上限解的解析表达式。利用变分原理,对此支护力的上限解进行了优化计算,得到了支护力的最优上限解,并对单一影响参数变化下的支护力随埋深变化规律和洞室顶部塌落面的形状进行了研究。研究结果表明：孔隙水压力对饱和土体中浅埋洞室的支护力和塌落面均有重大影响;支护力和塌落面都随孔隙水压力系数的增大而增大。     

重复压应力和高水压作用下混凝土氯离子渗透性试验研究

本文研究了不同高水压荷载和重复压应力荷载对高性能混凝土氯离子渗透性能的影响。研究结果表明,40%的重复压应力荷载对混凝土抗氯离子渗透性能影响不大,而60%和80%的重复压应力荷载对混凝土氯离子渗透性能有明显的影响,并且不同荷载方向的氯离子渗透性能也不同,平行于混凝土压应力方向的混凝土抗氯离子渗透性比垂直方向的抗氯离子渗透性差。1MPa或2MPa的水压力对混凝土氯离子渗透性能有明显的影响,水压力越大,氯离子渗透深度越大。水压力对氯离子渗透深度的影响更多的集中于混凝土表层渗透,并且压力不同,所影响的深度不同。不同荷载作用后混凝土内部的微观结构值得进行更深入的试验研究。     

饱和粘性土体中孔隙水压力对地铁振动荷载响应特征分析

以上海地铁二号线某区间隧道附近的饱和粘性土体为研究对象,在地铁振动荷载作用下,通过对不同位置、不同深度土体中预埋孔压计振动频率的连续监测,研究饱和粘性土体中孔隙水压力对振动荷载的响应特征,得出了饱和粘性土中孔隙水压力增长和消散的变化规律,并用土动力学及能量损失原理对其机理进行了分析。     

强夯荷载作用下饱和土层孔隙水压力简化计算方法

分析了饱和土层在强夯冲击荷载作用下的内部动应力和孔隙水压力的分布特点。建立了相应的渗透固结方程，并给出其一般解析解．将强夯脉冲荷载看作是一个加荷-卸荷过程。将其离散为若干等辐均布荷载。进而给出一个简化的求解方法。讨论了固结系数，卸荷固结比等土性参数对强夯冲击荷载作用下孔隙水压力增长、消散的影响，分析了透水性质不同的土类孔隙水压力变化的一些特征。为强夯荷载作用瞬间饱和土层的固结变形计算提供了前提条件．     

关于有效应力原理的几个问题

分析了关于饱和土体有效应力原理的一些错误的概念和理解,针对在饱和土中的孔隙水压力是否需要折减,黏性土的结合水能否传递水压力,试验中和原位孔隙水压力和地下室浮力的量测以及岩石、混凝土和黏土中有效应力原理的实用性等问题进行了讨论。指出长期的工程实践和大量的试验成果表明有效应力原理对于饱和砂土和黏土都是适用的和有效的。     

混凝土导热系数的试验研究与预测模型

采用防护热板法和瞬态平面热源法测试了粗骨料、水泥砂浆和混凝土的导热系数,考察了砂率、骨料种类及其体积分数、水灰比和饱和度对混凝土导热系数的影响;利用复合材料导热系数模型,分析了饱和/干燥状态下混凝土内水泥砂浆与粗骨料间界面热阻的影响.结果表明:混凝土导热系数随饱和度、骨料体积分数、骨料导热系数的增大而增加,随水灰比的增大而减小;对干燥混凝土导热系数的预测需考虑界面热阻的影响.在假定混凝土固相导热系数随着饱和度线性增大的基础上,提出了基于饱和度影响的混凝土导热系数计算模型.     

非饱和开裂混凝土中水分运移研究

根据双重孔隙介质模型将开裂混凝土视为由完好混凝土和裂缝组成的复合孔隙材料,基于非饱和混凝土的水分运动方程和裂隙渗流的立方定律提出非饱和开裂混凝土中的水分运动方程,同时采用渗水装置对预制裂缝混凝土试块进行渗水试验,研究混凝土初始饱和度、水胶比和裂缝宽度对渗水深度的影响;采用TOUGH 2软件数值分析开裂混凝土中饱和度和水分流速的变化,根据平均流速计算渗水深度并与试验结果比较.研究发现:混凝土初始饱和度越小、裂缝宽度越大,则渗水深度越大,且渗水深度增长先快后慢,反映了混凝土基质势是开裂混凝土中水分运移的驱动因素;裂缝宽度与混凝土渗透性正相关;水分入渗开裂混凝土后流速差和平均流速随时间延长逐渐降低;采用平均流速计算的渗水深度能更好地反映渗水试验中渗水深度的变化趋势.     

混凝土盐冻破坏机理(Ⅱ)：冻融饱水度和结冰压

研究了冻融循环条件下NaCl浓度(质量分数)对混凝土内部吸入溶液量和饱水度、溶液结冰膨胀率和结冰压的影响,继而对混凝土盐冻破坏机理进行分析.结果表明:随着NaCl浓度的增加,溶液结冰膨胀率和结冰压平衡值显著降低,但溶液结冰产生结冰压的临界饱水度显著提高;在NaCl溶液中进行冻融循环时,混凝土内部饱水度明显高于水中,且饱水度的增长主要取决于冷冻阶段吸入溶液量,与融化阶段关系很小;2%～6%NaCl溶液将产生最大结冰压,因此中低盐浓度引起的混凝土盐冻破坏最严重.     

Determination of chloride diffusivity through partially saturated Portland cement concrete by a simplified procedure

A recently proposed methodology for measuring the diffusion coefficient of chloride ions through concrete partially saturated with water, has been applied to five high-early-strength Portland cement mortars. The method is based on putting solid NaCl in contact with the concrete surface during the diffusion test. The results obtained indicate a strong dependence of the diffusion coefficient on the water saturation degree. The ionic diffusivities through these mortars are higher than those obtained with the same approach for five pozzolanic cement mortars of similar compositions. It has been also shown that the proposed test methodology and a different one based on the interaction of HCl(g) with the tested concrete surface, can yield comparable results. The D values obtained are of similar magnitude, and the same type of dependence on the water saturation degree is found through both methods, when applied to similar Portland cement concrete mixes with cement content of about 350 kg/m³ and water/cement ratios between 0.5 and 0.6.     

基于NMR的风积沙混凝土冻融孔L隙演变研究

利用风积沙等质量替代河砂来配制风积沙混凝土,并对其进行抗冻性试验,同时借助核磁共振(NMR)技术分析其冻融孔隙演变特征.研究表明:评价风积沙混凝土抗冻性时,相对动弹性模量指标比质量损失率指标更为精准;经冻融循环后,风积沙混凝土的孔隙度和渗透率均增大,其中风积沙替代率为40%的风积沙混凝土束缚水饱和度增大、自由水饱和度减小,其抗冻耐久性最佳;风积沙混凝土的孔隙分布会影响其抗冻性的优劣,冻融循环后若孔径小于10nm的孔隙增多且大于100nm的孔隙减少,则可延缓混凝土冻融损伤,若孔径小于10nm的孔隙减少且大于100nm的孔隙增多,则会加剧混凝土冻融损伤.     

Effect of curing,capillary action,and groundwater level increment on geotechnical properties of lime concrete:Experimental and prediction studies

Lime concrete and lime treatment are two attractive techniques for geotechnical engineers.However,researches have rarely been carried out to study the effects of moisture and capillary action due to increasing groundwater level on geotechnical properties of lime concrete.The aim of this study is to investigate the effects of curing time and degree of saturation on some of geotechnical properties of lime concrete such as unconfined compressive strength(UCS),secant modulus(E_S),failure strain,brittleness index(I_B),and deformability index(I_D) using unconfined compression tests.First of all,geotechnical and chemical properties of used materials were determined.After curing times of 14 d,28 d,45 d,and 60 d in laboratory condition,the specimens were exposed to saturation levels ranging from 0 to 100%.The results showed that the moisture and curing time have significant effects on the properties of lime concrete.Based on the results of scanning electron micrograph(SEM) test,it was observed that the specimen was characterized by a rather well-structured matrix since both the filling of a large proportion of the coarse-grained soil voids by clay and the pozzolanic activity of lime led to retaining less pore water in the specimen,increasing the UCS and E_S,and consequently resisting against swelling and shrinkage of the clay soil.Moreover,due to the pozzolanic reactions and reduction of water,by increasing the curing time and decreasing the degrees of saturation,UCS,E_S,and I_B increased,and I_D decreased.Based on the experimental results,a phenomenological model was used to develop equations for predicting the properties in relation to the ratio of degree of saturation/curing time.The results showed that there was a good correlation(almost R~2 90%) between the measured parameters and the estimated ones given by the predicted equations.     

加气混凝土砌块失水和吸水性能的试验研究

通过对加气混凝土砌块失水、吸水性能的试验研究，得出砌块从饱和含水率至平衡含水率时的砌块干缩、膨胀的特点。砌块失水、吸水非常缓慢，干缩膨胀值大，因此施工时要严格控制加气混凝土砌块的上墙含水率，建议将此值控制在15％以下，并给出了一种快速检测砌块含水率的方法。     

Equipment performance and mixing techniques

Ten years of intensive research in Belgium are reviewed here, with performance results of different demolition techniques including their comparative costs and practicality on site. The precautions needed when using recycled concrete as aggregate are then explained, revealing the importance of prior saturation of the recycled aggregate and the crucial influence of the water/cement ratio on fluidity, compressive strength and density of the resulting concrete. The authors work at the Belgian Building Research Institute (CSTC).     

Equipment performance and mixing techniques

Ten years of intensive research in Belgium are reviewed here, with performance results of different demolition techniques including their comparative costs and practicality on site. The precautions needed when using recycled concrete as aggregate are then explained, revealing the importance of prior saturation of the recycled aggregate and the crucial influence of the water/cement ratio on fluidity, compressive strength and density of the resulting concrete. The authors work at the Belgian Building Research Institute (CSTC).     

氯盐溶液与快速冻融共同作用下混凝土的性能

对混凝土在3.5%盐溶液中快速冻融的研究结果表明,盐溶液对混凝土抗冻性的影响具有双重性,盐溶液使混凝土试件表面饱和程度的提高导致严重剥落,重量损失大幅度增加,溶液降低冰点的作用使混凝土内部破坏程度较小,相对动弹性模量下降略为缓慢。